Catedrático:

Ingeniero Alejandro Bosco Menocal

Asignatura:

Procesos de Manufactura II

Grupo # 1:

Arely Castro López 201210010516

Roberto Emilio Sánchez Estrada 200811110014

Darwin Joel Urbina Orellana 200810810074

Ingrid Yessenia Vaquedano 200910830032

Milton Genaro Escobar 200711130014

Amílcar Antonio Salguero 200810810190

Titulo:

Manufactura Holónica

15/07/2014

Un sistema de fabricación puede definirse como un conjunto de elementos

interrelacionados, que permite la obtención de bienes mediante la combinación

adecuada de los recursos necesarios. La importancia y la cantidad de cada uno de

estos recursos dependen del tipo de producto que se quiere fabricar, pero también

de la tecnología y de los métodos aplicados.

Un sistema de fabricación holónico es un sistema de fabricación en el cual, los

diferentes elementos que lo componen son modelados como holones, siendo

estos unas entidades autónomas y cooperantes. Desde este punto de vista,

pueden desarrollarse sistemas de programación y control de la producción más

eficientes, robustos ante posibles perturbaciones y adaptables a cambios. En este

trabajo justificaremos la utilización de los sistemas de fabricación holónicos,

comentando sus características fundamentales y arquitecturas básicas.

Conocer los diferentes usos y aplicaciones de la manufactura holónica.

Determinar las ventajas y desventajas del uso de la manufactura Holónica.

Dar a conocer los diferentes problemas por los que las organizaciones se

resisten a la implementación de nuevos sistemas de manufactura.

El término “holón” fue acuñado por el escritor y filósofo Arthur Koestler (1967) para

referirse a una unidad organizacional básica en sistemas biológicos y sociales. La

palabra holón es una combinación de la palabra griega holos, que significa el todo

y el sufijo on, que significa partícula o parte. Un holón es una parte identificable de

un sistema y es, a la vez, un sistema formado por partes subordinadas.

El concepto de holón ha sido ampliamente utilizado en sistemas inteligentes de

manufactura (Bongaerts, 1998) y, particularmente, en sistemas multi-agentes

(Ulieru, Stefanoiu and Norrie, 2000). En el contexto industrial, la palabra “holónica”

se refiere a las relaciones que se dan entre los holones (agentes) que forman un

sistema. Dos de estas propiedades son la autonomía y la cooperación. Cada holón

es autónomo en sus decisiones y coopera con otros para alcanzar los objetivos del

sistema del cual forma parte.

Un holón es un sistema o fenómeno que es un todo en sí mismo así como es

parte de un sistema mayor. Cada sistema puede considerarse un holón, ya sea

una partícula subatómica o un planeta.

Un holón de manufactura es un bloque de construcción autónomo y

cooperativo de un sistema de manufactura para la producción, el

almacenamiento y la transferencia de objetos o de información. Consta de

una parte de control y una parte opcional de procesamiento físico. Por ejemplo, un

holón puede ser la combinación de una fresadora CNC y un operador que

interactúa por medio de una interfaz apropiada.

En un ámbito no físico, las palabras, ideas, sonidos, emociones y todo lo que

puede identificarse es a la vez parte de algo y a la vez está conformado por

partes. Dado que un holón está encuadrado en todos mayores, está influido por

que influye a los todos mayores. Y dado que un holón contiene subsistemas o

partes está influido a su vez por e influye a estas partes. La información fluye

bidireccionalmente entre sistemas menores y mayores.

Con esta bidireccionalidad del flujo de información, el sistema empieza a

desmoronarse: los todos no reconocen depender de sus partes subsidiarias y las

partes no reconocen más la autoridad organizativa de los todos.

La manufactura holónica es un nuevo concepto que describe una organización

única de unidades de manufactura. El término holonica proviene del griego hatos

(que significa "conjunto") y del sufijo on (que significa "parte de"). De ahí que cada

componente en un sistema de manufactura holónica sea al mismo tiempo una

entidad independiente (o un todo) y una parte subordinada de una organización

jerárquica. Incluimos la descripción de este sistema por su benéfico impacto

potencial en las operaciones de manufactura integradas por computadora.

Desde la década de 1960 se estudian los sistemas organizacionales holónicos y

existen muchos ejemplos en sistemas biológicos. Se pueden señalar tres

observaciones fundamentales sobre estos sistemas:

1. Los sistemas complejos se desarrollan a partir de sistemas simples mucho

más rápidamente si hay formas intermedias estables que si no las hay.

También, por su evolución, los sistemas estables y complejos requieren un

sistema jerárquico.

2. Los holones son simultáneamente un todo independiente para sus partes

subordinadas, y partes dependientes de otros sistemas. Son unidades

autónomas que tienen un alto grado de independencia y pueden manejar

contingencias sin pedir instrucciones a sus superiores jerárquicos. Al mismo

tiempo, los holones se someten al control de múltiples niveles de sistemas

superiores.

3. Una holarquía consiste en

(a) conjuntos autónomos a cargo de sus propias partes;

(b) partes dependientes controladas por superiores jerárquicos, y

(c) se coordinan de acuerdo con su ambiente local.

Una perspectiva de los sistemas holónicos de las operaciones de manufactura

consiste en crear un ambiente de trabajo de manufactura desde los niveles

básicos. La máxima flexibilidad se puede lograr proporcionando inteligencia dentro

de los holones para

a) Dar soporte a todas las funciones de producción y control requerido a fin

de completar las tareas de producción, y

b) Manejar el equipo y los sistemas correspondientes. El sistema de

manufactura se puede reconfigurar de manera dinámica en jerarquías

operativas para producir en forma óptima los productos deseados, con

holones o elementos que se adicionan o eliminan según sea necesario.

Los sistemas de manufactura holárquicos se basan en la comunicación rápida y

efectiva entre holones, en oposición al control jerárquico tradicional en el que es

fundamental la potencia individual de procesamiento. Se ha propuesto una gran

cantidad de arreglos específicos y algoritmos de software para los sistemas

holárquicos. Una descripción detallada de éstos se encuentra más allá del alcance

de este libro. Sin embargo la secuencia general de eventos se puede resumir de la

siguiente manera:

1. Una fábrica consta de varios holones de recursos, disponibles como

entidades separadas en una agrupación de recursos. Por ejemplo, los

holones disponibles pueden de (a) una fresadora C y un operador; (b) una

rectificadora C y un operador, y (e) un torno CNC y un operador.

2. Al recibir una orden o instrucción de superiores jerárquicos de la fábrica, se

forma un holón de orden y empieza a comunicarse y negociar con los

holones de recursos disponibles.

3. Las negociaciones conducen a una agrupación auto organizada de holones

de recursos, que se asignan de acuerdo con los requisitos de los productos,

la disponibilidad de los holones de recursos y los requisitos del cliente. Por

ejemplo, cierto producto puede requerir un torno C C, rectificad hora C C y

estación automatizada de inspección para organizados en un holón de

producción.

4. En caso de descompostura, falta de disponibilidad de máquinas o

requerimientos de cambio del cliente, se pueden agregar o eliminar holones

de la agrupación de holones según se necesite, permitiendo que se

reorganice el holón de producción. Los obstáculos para la producción se

pueden identificar y eliminar mediante la comunicación y negociación entre

los holones en la agrupación de recursos.

Conceptos básicos de los sistemas de fabricación holónicos.

El elemento central de este paradigma es el holón, término acuñado por Koestler

Este filósofo húngaro observó que los organismos vivos y las organizaciones

sociales autosuficientes estaban formadas por diferentes unidades fácilmente

identificables, que podían a su vez estar divididas en otras unidades y/o

pertenecer a otras unidades mayores.

Estas entidades que poseen a la vez las características del todo y de las partes,

se denominaron holones.

El consorcio HMS ha traducido los conceptos que Koestler desarrolló para las

organizaciones y organismos vivos en un conjunto de conceptos apropiados para

los sistemas de fabricación.

• Holón: bloque autónomo y cooperativo de un sistema de fabricación que

transforma, transporta, almacena y/o valida información. Un holón puede ser

también una parte física del proceso. Un holón puede, incluso ser parte de otro

holón.

• Autonomía: capacidad de una entidad para crear y para controlar la ejecución

de sus propios planes y/o estrategias.

• Cooperación: mecanismo por el que un conjunto de entidades desarrolla y

ejecuta planes mutuamente aceptables.

• Holarquía: conjunto de holones que pueden cooperar para alcanzar una meta o

un objetivo. La holarquía define las reglas básicas para la cooperación de los

holones limitando su autonomía.

• Sistema de fabricación holónico (HMS): holarquía que integra el conjunto de

actividades de fabricación desde el aprovisionamiento hasta la comercialización

pasando por el diseño y la producción.

• Cualidades holónicas: cualidades de una entidad que hacen de ella un holón.

El conjunto mínimo es autonomía y capacidad de cooperación.

• Holonomía: grado por el cual una entidad exhibe cualidades holónicas.

Arquitectura de referencia holónica.

Con los conceptos expuestos anteriormente Wyns ha desarrollado la arquitectura

de referencia PROSA para los sistemas de fabricación holónicos. Veamos las

principales características de esta arquitectura comparándolas con las requeridas

para desarrollar un sistema de fabricación holónico que integra secuenciación de

tareas y control.

Componentes.

Los componentes de un sistema holónico son lógicamente los holones. La

cuestión es identificar estos holones. Durante la última década varios

investigadores han hecho sus propuestas, coincidiendo todos ellos en incluir

holones de producto, holones de recurso y holones coordinadores. Wyns

denomina holones locales a los holones de producto y recurso. De esta forma, la

arquitectura holónica es distribuida según un esquema producto/recurso.

Estudio de Problemas para la implementación de los sistemas Flexibles de

Manufactura

Hoy en día las empresas tienden a proponer sus productos en los ámbitos nacionales e internacionales y estamos en un mundo globalizado donde se deben de producir de una más eficientes, rápidas y flexibles. Para ello se debe realizar el estudio del problema desde un enfoque hacia el mejoramiento, las estrategias de planeación estratégica gerencial, de producción, las decisiones de no inversión en tecnología de punta e informática, etc. Entre los problemas más comunes que se pueden presentar tenemos:

Resistencia al cambio.

Resistencia del aprendizaje.

Ausencia de estrategias de planeación.

Ausencia de un modelo de un sistema de producción

Estructura organizacional demasiado vertical

Mano de obra directa no entrenada suficientemente.

Toma de decisión en invertir tecnología en algunos sectores de producción

y operacionales

Tiempos de ciclos y cálculo de operadores mal estimados.

Falta de respeto a la ergonomía dentro de las áreas operacionales.

Ausencia de mantenimiento al equipo operacional

Por esta razón muchas empresas han optado como complemento la automatización, donde se usan los sistemas o elementos computarizados y electromecánicos para controlar maquinarias y/o procesos industriales sustituyendo a operadores humanos. Los PLCs surgen en 1969 con la División Hydramatic de la General Motors, que instaló el primer PLC para reemplazar los sistemas inflexibles alambrados usados hasta entonces en sus líneas de producción. Los PLCs pequeños son compactos y contienen en un solo cajón todos los componentes, por lo que se les llama "cajas de zapatos". En cambio, los mayores son de tipo modular y sus diferentes partes se conectan de manera que puedan ser reemplazadas individualmente.

La productividad, depende de factores internos y externos; por eso se propone un enfoque holístico para analizar los factores que determinan la productividad y centrando la atención en los factores internos que se relacionan con los procesos dinámicos de la empresa, como los que despliegan los trabajadores, empleados y directivos.

Unidad holónica de producción: sistema holónica embebido

En un sistema holónica de producción, el objetivo es lograr un espectro completo del rango de la función de control que va desde los planes de producción que controlan al nivel más alto hasta los procesos/máquinas que controlan el más bajo nivel [9, 10].

La automatización integral de sistemas plantea tener una visión global del proceso productivo, donde cada elemento que interviene en la producción debe ser tomado en cuenta para poder controlar, supervisar y gestionar la producción. El

esquema de automatización se basa en la construcción de modelos que representan la Unidad de Producción tanto en su aspecto estructural, como en

su dinámica. Los esquemas de control aseguran que el comportamiento del sistema esté dentro de lo deseado, para lo cual el conocimiento que se tiene del estado del sistema permite evaluar cuáles deben ser las acciones de control viables, con el fin de asegurar que el sistema alcance el estado deseado. En el sistema, el control está supeditado al objetivo fijado a la Unidad de Producción, y los objetivos están determinados en base a lo que la UP puede hacer. Cada proceso que conforma la UP tiene un comportamiento propio que depende de las leyes físicas-químicas ante una condición de operación dada, concibiendo modelos continuos, discretizados, o discretos. El conjunto de estos procesos describe una dinámica que se puede plasmar formalmente como un Sistema Dinámico Híbrido, pero clásicamente se describe mediante Sistemas Dinámicos a Eventos Discretos. Al tener esta descripción dinámica, el comportamiento puede ser controlado por un sistema supervisorio automático o mediante la intervención humana.

Holón con lazo de control u Holón Lazo Controlado

La unidad funcional básica para la automatización de un sistema de producción es el lazo de control. Si al lazo de control se le agrega como parte de su inteligencia, el diagnóstico y la tolerancia a fallas de los elementos que lo conforman y de los procesos que en él se llevan a cabo, se puede redefinir al lazo control como el Holón Lazo Controlado (HLC). El Holón Lazo Controlado está conformado por un cuerpo que contiene al proceso físico en el cual están implícitos los actuadores y el conjunto de sensores que permiten medir variables de estado y cuyo modelo, sin perder generalidad, se puede describir por medio de ecuaciones dinámicas de estado propias. El cuello está conformado por toda la arquitectura teleinformática y las aplicaciones que son capaces de capturar, tratar, almacenar, adecuar y transferir información tanto del sensor, como hacia el actuador. La cabeza o controlador tolerante a fallos está conformada por un mecanismo de toma de decisiones y por un mecanismo de auto-diagnóstico. Ambos mecanismos son algoritmos que deben ser implementarles en computadores. El mecanismo de toma de decisiones puede tener una forma rígida (por ejemplo PID) o no (por ejemplo red neuronal) diseñada a partir del modelo físico del proceso (modelo de conocimiento) que es capaz de regular a un punto de operación y cuyo modelo, sin perder generalidad puede ser descrito por ecuaciones dinámicas y/o algebraicas dependientes del punto de operación, del estado o salida y de parámetros que se establecen por la región de operación. Así descrito, el Holón Lazo Controlado es un sistema autónomo en donde entran productos y tiene como objetivo generar productos, su consigna es información sobre el tipo de controlador a usar, a qué punto de operación debe llegar y cuáles son los parámetros del controlador a usar. La información que se genera da como resultado la información requerida para establecer la negociación, así como el seguimiento del cumplimiento de la consigna dada por el punto de operación. Está información es mostrada en pertinentes variables de

estado

Holón con proceso supervisado u Holón Proceso Supervisado

Como se sabe un proceso posee más de un lazo de control. Cada lazo de control se ha redefinido como el Holón Lazo Controlado. Todos los Holones Lazos Controlados conforman el proceso controlado. La gestión del proceso controlado recae en un supervisor. El mecanismo de toma de decisiones de un supervisor convencional se encarga de asignar: consignas, tipos de controlador o parámetros para un controlador, a partir de un método de producción instanciado. Si se le agrega como parte de la inteligencia del supervisor, el diagnóstico de los elementos que conforman el proceso controlado y de la gestión entre ellos incluyendo tolerancia a fallas, entonces se puede redefinir al proceso supervisado como el Holón Proceso Supervisado (HPS).

Sin perder generalidad, el proceso controlado es un proceso que tiene i modelos (quizás más de uno por lazo controlado), cada modelo tiene un conjunto m de valores nominales de operación que pueden ser alcanzados con un conjunto j de tipos de controladores, los cuales son ajustados bajo un criterio determinado por el lazo con n de parámetros.

Así, el Holón Proceso Supervisado está conformado por un cuerpo que contiene al proceso controlado, cuya salida es el estado de los equipos y desviaciones de las consignas, y cuya entrada son: las consignas, tipo y parámetros de los controladores a usar, en función de un conjunto de tareas a cumplir, evaluadas y negociadas previamente. El cuello está conformado por toda la arquitectura teleinformática y aplicaciones que permiten detectar y enviar eventos, es decir, son capaces de capturar, tratar, almacenar y adecuar información continua en eventos y viceversa. Envía consignas a partir del método de producción instanciado y detecta los estados generados por el proceso controlado. La cabeza o supervisor tolerante a fallas, está conformada por el mecanismo de toma de decisiones capaces de, a partir del conocimiento del estado del proceso controlado y del conjunto de actividades por cumplir debido al método instanciado, establecer por acuerdo el conjunto de tareas a cumplir por el proceso controlado. El modelo del mecanismo de toma de decisiones es visto de forma natural como un modelo de sistema hibrido, que generalmente es implantado como un Sistema Dinámico a Eventos Discretos (SDED) descrito por la quintupla (X, U, Y, f (.), g (.)), donde X es el conjunto no vació finito de estados, U es un conjunto no vació finito del conjunto o alfabeto de controles y Y es el conjunto no vació de valores de salida.

Holón unidad de producción o Unidad Holónica de Producción

En procesos industriales complejos es posible tener más de un supervisor, de modo que es necesario un coordinador que gestione a todos los supervisores. Debido a la complejidad del proceso de producción mencionado, la gestión de todos los HPS recae sobre un coordinador. Al conjunto de HPS se le denomina Proceso de Producción Supervisado.

Sin perder generalidad, el Proceso de Producción Supervisado puede tener i modelos (quizás más de un proceso de producción supervisado), cada modelo tiene un conjunto m de tareas nominales instanciadas del método de producción que pueden ser alcanzados con un conjunto j de tipos de configuraciones, los cuales son ajustados bajo un criterio determinado por el supervisor con n parámetros.

Producción Batch.

Producción Batch (Lotes): Se caracteriza por la producción del producto en lotes. Cada lote del producto pasa de una operación o centro de trabajo a otro. En este caso el proceso de obtención del producto requiere más operaciones y estas son más especializadas, con lo que difícilmente un mismo operario podría dominarlas todas. Se denomina también configuración por proceso. El proceso Batch produce una cantidad finita de producto que fluye libremente (usualmente líquidos o polvos), mediante la ejecución ordenada de operaciones y actividades de proceso. Es un proceso que lleva a cabo la producción de una cantidad finita de material a través de someter a una cantidad finita de material de entrada a un conjunto ordenado de actividades de procesamiento sobre un periodo finito de tiempo usando una o más piezas de equipo

Ventajas del Proceso Batch.

Las ventajas que ofrecen los procesos Batch son la optimización en el uso de capacidades de producción mediante la arbitración de equipos y capacidades, mejora de la producción, aumenta el rendimiento efectivo. Se reducen los costos y mejora la calidad, al aplicar un sistema de gestión y control de lotes y a su vez logra la coordinación, validación y documentación de aquellas operaciones manuales que son requeridas en el proceso.

La teoría holónica ha sido aplicada, hasta ahora, en procesos de producción en masa, bien sea por lotes, donde los materiales circulan en pasos discretos, que agregan valor al producto en la cadena de producción, o en procesos continuos, que son aquellos que no se paralizan durante el año y el producto transita a lo largo de la producción en cantidad constante. Ejemplos elaboración de medicamentos, camisas entre otros.

Sus aplicaciones se caracterizan por tener procesos de producción continuos, ha tenido éxito al generar un plan de automatización que transforma la empresa en un ente sistémico ágil, capaz de responder de forma rápida y eficiente ante cambios inadvertidos en su entorno, haciendo adaptaciones de sus elementos de manera individual sin tener que alterar el medio en forma general.

La necesidad de personalización masiva lo cual se basa en

producción de pedidos y no de existencias.

Combinación hibrida en volumen y en variedad de producción en un

único piso de una planta.

La necesidad de tener cadenas de suministros estrechamente

integrados y contar con almacenes con mínima existencia.

Producción de sus productos en los tiempos específicos y en corto

tiempo.

Permiten el uso de metodologías que permiten expresar las

especificaciones del sistema y del proceso como ser las propiedades

y los tiempos estándar de los productos.

Este tipo de arquitectura tiene algunas desventajas.

La primera de ellas deriva del hecho de que los niveles altos de la jerarquía

no están conectados directamente a los sensores, por lo que el sistema

reacciona lentamente ante perturbaciones.

Para realizar sus funciones, cada elemento de la jerarquía debe poseer un

modelo del sistema de fabricación. Si el sistema se modifica, se debe

modificar cada uno de sus elementos. Esto nos lleva al segundo

inconveniente, el sistema es difícilmente reconfigurable y escalable.

El paradigma de fabricación holónica se presenta como una alternativa a

los sistemas de control de la fabricación actuales, para adaptarse a los

actuales requisitos del mercado. Resultados experimentales obtenidos por

Bongaerst así lo confirman.

En base a esto, estamos aplicando este paradigma en el diseño del sistema

de información para el gobierno de una célula de fabricación flexible (CFF).

El holón coordinador está representado por el ordenador de control,

encargado de la gestión de las comunicaciones y de la planificación de las

órdenes de producción. Los productos y los componentes de la CFF están

representados por holones locales que interactúan entre ellos y además

exhiben un comportamiento reactivo.

Un sistema de fabricación holónico es un sistema de fabricación en el cual,

los diferentes elementos que lo componen son modelados como holones,

siendo estos unas entidades autónomas y cooperantes. Desde este punto

de vista, pueden desarrollarse sistemas de programación y control de la

producción más eficientes, robustos ante posibles perturbaciones y

adaptables a cambios. En este trabajo justificaremos la utilización de los

sistemas de fabricación holónicos, comentando sus características

fundamentales y arquitecturas básicas.