Propuesta de diseño de un sistema para la integración ...
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS ESTADO DE MÉXICO PROPUESTA DE DISEÑO DE UN SISTEMA PARA LA INTEGRACIÓN COMPUTARIZADA DE LA MANUFACTURA: APLICACIÓN INDUSTRIAL. TESIS QUE PARA OPTAR EL CRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS EN SISTEMAS DE MANUFACTURA PRESENTA GUILLERMO UTRILLA SANDOVAL Asesor: Dr. Pedro Luis Crasa Soler Comité de tesis: Dr. Cuauhtemoc Carbajal Fernández Dr. Juan Corona Burgueño Jurado: Dr. Cuauhtemoc Carbajal Fernández Presidente Dr. Juan Corona Burgeño Secretario Dr. Pt Jro Luis Crasa Soler Vocal. Atizapá:, cic Zaragoza, Estado de México, Mayo 1998.
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS ESTADO DE MÉXICO
PROPUESTA DE DISEÑO DE UN SISTEMA PARA LA INTEGRACIÓN COMPUTARIZADA DE LA MANUFACTURA:
APLICACIÓN INDUSTRIAL.
TESIS QUE PARA OPTAR EL CRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS EN SISTEMAS DE MANUFACTURA
PRESENTA
GUILLERMO UTRILLA SANDOV AL
Asesor: Dr. Pedro Luis Crasa Soler
Comité de tesis: Dr. Cuauhtemoc Carbajal Fernández Dr. Juan Corona Burgueño
Jurado: Dr. Cuauhtemoc Carbajal Fernández Presidente Dr. Juan Corona Burgeño Secretario Dr. Pt Jro Luis Crasa Soler Vocal.
Atizapá:, cic Zaragoza, Estado de México, Mayo 1998.
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RESÚMEN
La creciente globalización de los mercados no sólo internacionales, sino en forma creciente los
locales, esta obligando a las empresas a replantear sus estrategias y formas de trabajo a fin de
alcanzar mayor flexibilidad mejorando al mismo tiempo su calidad. Muchas son las técnicas que
han surgido para ayudar a las empresas en esta rápida transformación. Un punto en común en
todas ellas es la utilización de nuevas tecnologías en las empresas y proceses productivos.
Después de la automatización de procesos, la integración de las islas de información ha sido el
siguiente paso que muchas empresas requieren dar no importando las filosofias de producción en
que se basen. La creación de sistemas de manufactura integrados por computadora o CIM
(Computer Integrated Manufacturing) y de un conjunto de herramientas que faciliten su
realización esta siendo objeto de esfuerzo para su investigación y desarrollo.
En el presente trabajo se plantea el diseño de un sistema para la integración de la información
utilizada en las áreas productivas de una planta de productos químicos. Este trabajo se desarrolla
a partir de un conjunto de requerimientos planteados por la empresa y de los resultados de un
análisis funcional de las áreas productivas. A través de herramientas estándares de modelado y
análisis, como IDEFO y IDEFIX, se plantean mejoras a los procedimientos y se define el modelo
de datos para el intercambio de información requerido. Se plantea una arquitectura para el nuevo
sistema integrado que sirve como base, junto con el modelo de información desarrollado, para
definir las necesidades de ancho de banda para los canales de comunicación entre los subsistemas
que se integrarán. Estas necesidades son utilizadas para definir las soluciones comerciales
especificas que se pueden utilizar para la comunicación entre los subsistemas. Finalmente se
especifica detalladamente el equipo y programas necesarios para un grupo de computadoras
personales sobre el cual se implantará un sistema de adquisición de datos, automatización, control
e integración que cumpla con los requerimientos del proceso de producción estudiado.
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CONTENIDO
PORTADA 1 RECONOCIMENTOS 2 RESUMEN 3 CONTENIDO 4 LISTA DE FIGURAS 7 LISTA DE TABLAS 8
l. ANTECEDENTES 9 1.1. DEFINICIÓN DEL PROYECTO 9 1.2. EMPRESA l O 1.3. DIVISIÓN RECUBRE 11
2. JUSTIFICACION Y OBJETIVO 13
3. SISTEMAS DE INTEGRACION DE LA MANUFACTURA 15 3.1. NIVELES EN LOS SISTEMAS DE INTEGRACION 17
3.1. l. NIVEL l. ARQUITECTURA ORGANIZACIONAL Y DE SISTEMAS DE INFORMACIÓN. 18
3.1.1.1. Herramientas de Modelado IDEFO 19 3.1.1.2. Modelos Genéricos de Sistemas Integrados de Manufactura 21 3.1. l.3. Herramientas de Modelado IDEFIX 23
3.1.2. NIVEL 2. HERRAMIENTAS DE INTEGRACIÓN EXISTENTES 27 3.1.2. l. Red tipo 1 28 3. l .2.2. Red tipo 2 28 3.1.2.3. Red tipo 3 28 3.1.2.4. Protocolos de Automatización de la Manufactura (MAP) 30 3.1.2.5. Estándar de Integración de Acceso a Bases de Datos 34 3.1.2.6. Bus de Campo. 35
3.2. SISTEMA MRP JI. 41 3.2.1. PLANEACIÓN ESTRATÉGICA. 42 3.2.2. PLANEACIÓN OPERATIVA. 43 3.2.3. EJECUCIÓN. 44
4. SITUACIÓN ACTUAL DE LA PLANTA DE PRODUCCIÓN. 47 4.1. MODELO IDEFO. 48
4.1.l. ÍNDICE DE NODOS 48 4.2. INFRAESTRUCTURA DE COMUNICACIONES ACTUAL 59
4.2.1. AREA 1 60 4.2.2. AREA 2 60 4.2.3. AREA 3 61
4.3. INFRAESTRUCTURA DE SISTEMAS DE INFORMACIÓN 63 4.3.1. SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO 64 4.3.2. SISTEMA DE PLANEACIÓN DE RECURSOS DE MANUFACTURA 65
5
5. PROPUESTA DE MEJORA DE PROCEDIMIENTOS 68 5. I. AREA DE PROGRAMACION DE LA PRODUCCIÓN 69 5.2. PROCESO PRODUCTIVO. 77
5.2.1. OPERACIÓN SEMIAUTOMÁTICA EN AMPLIADO Y DISPERSIÓN. 77 5.2.2. RETRABAJO DE LOS LOTES PRODUCIDOS. 78
6. ASPECTOS INCLUÍDOS EN EL SISTEMA DE INTEGRACIÓN 80 6.1. AREA DE PROGRAMACION DE LA PRODUCCIÓN 80 6.2. PROCESO PRODUCTIVO 8 I
6.2.1. OPERACIÓN SEMIAUTOMÁTICA EN AMPLIADO Y DISPERSIÓN 81 6.2.2. RETRABAJO DE LOS LOTES PRODUCIDO 82 6.2.3. OTRAS ÁREAS DE OPORTUNIDAD 83
7. ESTRUCTURA DE INFORMACIÓN 84 7.1. CONTEXTO DEL MODELO A CONSTRUIR 84 7.2. IDENTIFICACIÓN Y DEFINICIÓN DE ENTIDADES 86 7.3. IDENTIFICACIÓN Y DEFINICIÓN DE RELACIONES ENTRE ENTIDADES 86 7.4. IDENTIFICACIÓN Y DEFINICIÓN DE ATRIBUTOS LLAVE Y ELIMINACION 90
DE RELACIONES NO ESPECÍFICAS 7.5. IDENTIFICACIÓN Y DEFINICIÓN DE ATRIBUTOS NO PRIMARIOS 92
8. PROPUESTA DE IMPLANTACIÓN DEL SISTEMA. 98 8.1. PROPUESTA DE ESTRUCTURA DE SISTEMAS. 98 8.2. IDENTIFICACIÓN DE FLUJO DE INFORMACIÓN Y VOLUMEN DE
TRANSACCIONES. 100 8.3. IMPLANTACIÓN DE COMUNICACIONES ENTRE LOS SISTEMAS. 106
8.3.1. PROPUESTA DE ENLACE DE CAPAS INFERIORES. 106 8.3. l. l. Enlace de los sistemas AS/400 - SCD. 107 8.3.1.2. Enlace de los PLC del área de envasado y el sistema AS/400. 11 O
8.3.2. PROPUESTA DE ENLACE DE CAPAS SUPERIORES. 113 8.3.2.1. Enlace de los sistemas SP - SCD. 113 8.3.2.2. Enlace de los sistemas SP - PLC. 114 8.3.2.3. Enlace de los sistemas MRP - SP. 114
8.4. DEFINICIÓN DE NUEVO SISTEMA PROPUESTO. 114 8.4.1. ESTACIÓN l. PROGRAMACIÓN DE PRODUCCIÓN. 116 8.4.2. ESTACIÓN 2. AMPLIADO. 116 8.4.3. ESTACIÓN 3. LABORA TORIO DE CONTROL DE CALIDAD DE PRODUCTO
TERMINADO. 118 8.4.4. ESTACIÓN 4. DISPERSIÓN. 119 8.4.5. ESTACIÓN 5. ENVASADO. 119 8.4.6. ESTACIÓN 6. LABORA TORIO DE CONTROL DE CALIDAD DE MATERIA
PRIMA. 120 8.4.7. ESTACIÓN 7. DESARROLLO 120
8.5. EVALUACIÓN DE COSTOS. 121
9. CONCLUSIONES. 123 9.1. PROYECTOS A FUTURO 125
6
REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA. 126
APENDICE A. ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS DE MONITOREO Y 128 CONTROL DE PROCESO.
APENDICE B. REQUERIMIENTOS DE INFORMACIÓN DE SISTEMA MRP II 137 PARA CONTROL DE PISO.
7
LISTA DE FIGURAS
No. de Figura Título Página
Fig. 3.1. Fig. 3.2. Fig. 3.3. Fig. 3.4. Fig. 3.5 Fig. 3.6. Fig. 3.7. Fig. 3.8. Fig. 3.9. Fig. 3.10. Fig. 3.11. Fig. 3.12. Fig. 3.13. Fig. 3.14. Fig 4.1. Fig. 4.2. Fig. 4.3. Fig. 7.1. Fig. 7.2. Fig. 7.3. Fig. 7.4. Fig. 7.5. Fig. 7.6. Fig.7.7. Fig. 7.8. Fig. 8.1. Fig. 8.2. Fig. 8.3. Fig. 8.4. Fig. 8.5. Fig. 8.6. Fig. 8.7. Fig. A.l. Fig. B.l.
Ejes de Clasificación de las Actividades de la Manufactura. 16 Estructura de Diagrama de Contexto IDEFO. 20 Estructura de Descomposición IDEFO. 20 Arquitectura de Modelo CIM COPICS utilizado por IBM. 22 Sintaxis de Entidades. 24 Sintaxis de Atributos y Llave Primaria. 24 Sintaxis de Relaciones de Identificación y No Identificación Padre Hijo. 25 Sintaxis de Relaciones por Categoría. 26 Modelo Jerárquico de una Planta de Manufactura Automatizada. 27 Ejemplo de configuración de red MAP. 34 Áreas de aplicación de Profibus. 37 Arquitectura de Protocolos de Profibus. 38 Proceso de Planificación y Control Jerárquico de la Empresa. MRP 11. 42 Ciclo Cerrado de Manufactura. 45 Infraestructura de Comunicaciones de la División Recubre. 59 Elementos del Sistema de Control Distribuido. 65 Módulos del Sistema MRP II existente en la planta. 66 Relación entre par inicial de entidades del modelo. 87 Diagrama considerando las entidades de operador, equipo y operación. 87 Diagrama con relación de categoría para las operaciones. 88 Diagrama con nuevas entidades: Proveedor y Material. 89 Diagrama de relaciones a nivel entidad del modelo del sistema. 89 Sustitución de relaciones no específicas del modelo por específicas. 90 Diagrama entidad relación nivel 3. Incluye atributos llave de entidades. 91 Modelo IDEF 1 X detallado de sistema estudiado. 94 Estructura propuesta de sistemas. 99 Infraestructura de Comunicaciones de la División Recubre. 107 Esquema de enlace de SCD vía puertos seriales. 108 Esquema de enlace de SCD vía puerto de enlace. 11 O Esquema de Red DH-485 para de PLC Allen Bradley. 111 Esquema de enlace de PLC TI-405 y 505 mediante puertos seriales RS-422. 112 Arquitectura propuesta de sistema de integrado de información. 117 Controlador Lógico Programable Simatic TI 505 136 Pantalla de captura de datos de modulo de control de piso de sistema MRP II. 137
No. de Tabla
Tabla 3.1. Tabla 3.2. Tabla 3.3. Tabla 3.4. Tabla 3.5. Tabla 3.6. Tabla 3.7. Tabla 7.1. Tabla 7.2. Tabla 7.3.
Tabla 8.1. Tabla 8.2. Tabla 8.3.
8
LISTA DE TABLAS
Título Página
Medición de los Beneficios de los Sistemas CIM. 17 Niveles de los Sistemas de Integración de la Manufactura. 18 Jerarquía de Redes de Comunicación Utilizadas en un Sistema CIM. 29 Modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI) de ISO. 31 Implantación del modelo OSI en estaciones FullMAP. 32 Implantación del modelo OSI para Estaciones MiniMAP. 32 Implantación del modelo OSI de Estación EPA 33 Entidades identificadas inicialmente. 86 Matriz entidad / atributo del modelo desarrollado. 93 Descripción del dominio de cada una de los atributos de las entidades del modelo desarrollado. 95 Matriz de definición de flujo de información. 103 Requerimientos de comunicación entre sistemas. 106 Evaluación de costos de propuesta. 122
9
!.ANTECEDENTES
1.1 DEFINICIÓN DEL PROYECTO
La definición inicial del proyecto que a continuación se plantea como tema de tesis, surge a partir
de una invitación a participar en un proyecto por parte del personal de una empresa de
fabricación de productos químicos para el mantenimiento. Este proyecto, en forma general tiene
por objetivo el finalizar la fase de integración de información de todas las etapas del proceso de
producción de una de las divisiones de dicha planta:
Es necesario resaltar que el proyecto de integración de información, se tenía considerado a
realizarse desde el inicio de operación de la planta ( 1992), sin embargo este fue implantado solo
en forma parcial debido a problemas que se encontraron con el proveedor de la solución técnica
seleccionada para realizar esta función. Con estas bases, esta empresa replanteó el proyecto con
un alcance mayor al inicialmente considerado, y se asignan recursos humanos propios de la
empresa para la planeación e implantación del mismo. Esto último con el fin de no depender de
un proveedor ajeno a la propia empresa.
El objetivo planteado por la empresa en la realización de este proyecto es:
"Automatizar, controlar, adquirir información en tiempo real y monitorear en forma integral todo
el proceso de producción en la fabricación de pinturas y recubrimientos logrando con esto reducir
costos de operación, asegurar la exactitud de los controles y mantener la mejora continua de
nuestros procesos y productos".
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Sin embargo como se mencionará más adelante y mediante el desarrollo del análisis de
requerimientos de la planta se observó que se tienen proyectos simultáneos relacionados con la
integración de la información:
Con base en la adquisición de una solución computacional de un sistema MRPIT, es necesario
crear la infraestructura necesaria para que los módulos de este sistema reciban y envíen
información hacia todas las áreas de la empresa. En particular la información y control del piso
de producción en la forma más automatizada posible.
1.2. EMPRESA
La empresa donde se desarrollará este proyecto es parte de un grupo industrial dedicado en forma
preponderante a la fabricación de pinturas, recubrimientos e impermeabilizantes, enfocados al
mercado nacional e internacional a países como Brasil, Costa Rica, Guatemala y Estados Unidos
entre otros.
Trabajan para este grupo alrededor de 4000 empleados y· la cantidad de empleos secundarios
generados por la empresa es dificil de estimar pero podría llegar a ser de 1 O veces el número
anterior. De tal suerte que las medidas que se toman en esta empresa para incrementar sus ventas
nacionales y al extranjero o bien sus proyectos de mejoramiento de la productividad repercuten
en mayor número de empleos y mayores ingresos para toda la gente involucrada en este mercado.
El grupo al que pertenece esta planta se encuentra en este momento en una etapa de
modernización motivada por las estrategia empresarial que se tiene: por un lado incrementar el
segmento de mercado nacional de los productos tradicionales que actualmente produce, mientras
por otro la expansión de sus mercados de exportación aprovechando ventajas en precio y calidad
que le brindan su eficiencia en las operaciones y la situación actual de la economía mexicana. Sus
enfoques hacia la modernización de los procesos productivos están siendo puestos en práctica en
primer lugar en esta planta; con el plan de aplicación hacia todas las plantas del grupo en una
segunda fase.
Actualmente en la planta donde se pretende desarrollar este trabajo, se tiene dividida la
producción en la División Recubre donde se fabrican productos emulsionados y otra división de
productos basados en solvente. Esta planta obtuvo en 1995 el certificado ISO 9001 en su
operación, el cual ha sido ratificado en las auditorías que se han realizado hasta ahora. Esta
certificación es necesaria para la mayoría de ventas al extranjero que realiza el grupo. Sin
embargo, como veremos más adelante esto no garantiza una operación óptima en sus procesos
productivos.
La planta trabaja en un sistema de fabricación por pedido teniendo únicamente un cliente: El área
de comercialización del mismo grupo. En base a los pedidos que recibe, maneja un sistema de
programación de producción y de administración de materiales (MRP), los cuales son manejados
en forma prácticamente manual, y los cuales no reciben retroalimentación del piso en forma
inmediata, sino hasta el final del proceso de producción. Esta condición provocada por la
carencia del sistema de integración de información. Debido a la naturaleza estacional del
mercado, se trabaja en el periodo enero - julio en dos tumos de producción y en el resto del año
en tres tumos. En ambos períodos de lunes a sábado.
1.3 DIVISIÓN RECUBRE.
El proceso de producción que se lleva a cabo en esta división consta principalmente de tres
etapas:
Dispersión. Donde se realiza la preparación de una mezcla
concentrada de las materias primas líquidas y sólidas.
Ampliado. Donde se diluye el concentrado proveniente de la fase
anterior con agua y otras soluciones.
Envasado. Donde envases de presentaciones de 20, 19, 4 y 1 lts son
llenados para obtener la presentación comercial del producto.
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Estas tres partes del proceso cuentan con sistemas de automatización, inclusive hasta el
paletizado de los envases de producto terminado. Sin embargo para los alcances del proyecto es
necesario tomar una visión más amplia del proceso.
En realidad los trabajos de producción se inician en la misma puerta de acceso de la planta, donde
se reciben los embarques de materia prima. Este punto y los que se mencionan a continuación,
constituyen el proceso de producción completo de la División Recubre.
l. Báscula de 80 Ton en la entrada de transportes de Materia Prima
2. Área de Control de Calidad de Materia Prima
3. Báscula de 3 Ton en la recepción de tarimas de material en Almacén de Materia
Prima
4. Básculas de pesado de Materia Prima (Sólidos y Líquidos) en Producción
5. Estación de Orden de Dispersión (Proceso automatizado de Dispersión)
6. Área de Control de Calidad de etapa de dispersión
7. Sistema Automatizado de Ampliado
8. Área de Control de Calidad de Producto Terminado
9. Sistema Automatizado de Envasado.
1 O. Sistema de control de pedidos, embarques, almacenes, etc. funcionando en equipo
de computo AS-400.
Las etapas anteriormente mencionadas y la información generada por cada una de ellas, son los
aspectos que se requieren integrar de acuerdo a los requerimientos de información del sistema
MRPII que se desea implantar.
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2. JUSTIFICACION Y OBJETIVO.
La creciente globalización de los mercados no sólo internacionales, sino cada vez más los locales,
esta obligando a las empresas a replantear sus estrategias y formas de trabajo a fin de alcanzar
mayor flexibilidad mejorando al mismo tiempo su calidad. Muchas son las técnicas que han
surgido para ayudar a las empresas en esta rápida transformación. Un punto en común en todas
ellas es la utilización de nuevas tecnologías en las empresas y procesos productivos. La
automatización de procesos ha sido el lógico primer paso que se ha dado en muchas empresas, sin
embargo se ha reconocido cada vez más que esta no es la solución a todos los nuevos problemas
planteados por los mercados cambiantes.
El oportuno acceso a información específica que permita la toma de decisiones en los momentos
adecuados y en cualquiera de los niveles jerárquicos de una compañía manufacturera es uno de
los requisitos que se pueden observar en las empresas que buscan competir en estas nuevas
condiciones. Es decir, que la flexibilidad no sólo debe ser parte de un. proceso productivo
automatizado, sino también de los procesos administrativos y de toma de decisiones.
La respuesta a estas necesidades ha sido estudiada desde diversos puntos de vista y por diferentes
áreas del conocimiento. De estos trabajos se han generado herramientas y propuesto
metodologías de trabajo para lograr un esquema integrado de información en las empresas donde
los datos sean captados en los sitios en que se generan y la información resultante del análisis de
ellos pueda ser consultada en cualquier punto de la empresa en forma rápida y eficiente. No
obstante, no es posible crear una receta aplicable a todas las empresas que buscan aplicar este
nuevo tipo de sistemas, ya que cada empresa tiene su particular forma de operar y un conjunto de
recursos ya establecidos que las hace únicas. Por esta razón, deben evaluarse las condiciones
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existentes de operación de la empresa para después especificar cual será la mejor forma de aplicar
las técnicas de integración.
Este tipo de proyectos no pueden ser llevados a cabo sólo considerando principios de ingeniería
de sistemas computacionales. Si bien es cierto que el esquema final será implantado en un
sistema computacional, es necesario considerar aspectos de muchas otras áreas de conocimiento.
La interrelación del área de administración de la producción y las operaciones con el control de
procesos, las comunicaciones y los sistemas computacionales será entonces un aspecto muy
importantes a considerar dentro de trabajos de este tipo.
En este orden de ideas el presente trabajo busca el tomar un conjunto de técnicas para aplicarlas
al desarrollo del diseño de un sistema de integración para un proceso productivo de una empresa
mexicana productora de sustancias químicas planteando el objetivo de la siguiente forma:
Objetivo.
Diseñar un sistema de integración computarizada de manufactura basado en las
necesidades de la operación de una empresa mexicana productora de sustancias químicas.
15
3 SISTEMAS DE INTEGRACION DE LA
MANUFACTURA.
El impacto de los sistemas de cómputo en todas las áreas del conocimiento ha sido profunda e
irreversible. En particular en la manufactura ha permitido la realización de conceptos como
sistemas flexibles y a optimado los procesos de toma de decisiones en base al mejoramiento en la
calidad, cantidad y disponibilidad de la información existente. El impacto lo observamos en la
propia creación del concepto de Manufactura Integrada por Computadora (CIM). Sin embargo la
parte más importante de este concepto no es el uso de la computadora por si mismo, sino el
concepto de integración y lo que a partir de ella puede lograrse.
Ehner y Bax 111 plantean una clasificación de las actividades de la manufactura moderna de forma
tal que es más fácil apreciar el efecto de la integración por medio de la computadora en este
sector. Se basa en tres categorías o "ejes":
• En el eje X se consideran las actividades de transformación, que son la parte encargada
directamente de la producción. Dependiendo del tipo de industria, este eje puede incluir
procesos como estampado, forja, inyección, extrusión, procesos de maquinado o procesos
químicos y metalúrgicos.
• El eje Y comprende las actividades requeridas para completar la actividad productiva. Se
conoce como el eje de movimiento. En el podemos encontrar todas las funciones de manejo
de materiales; desde grúas hasta paletizadores; todas las actividades de ensamble, así como
todas las relacionadas con almacenamiento.
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E-JE Z. INFORMACIDN
Fig. 3.1. Ejes de Clasificación de las Actividades de la Manufactura.
• Por último tenemos el eje Z. El eje de la información. En el se pueden incluir todas las
actividades necesarias para obtener, almacenar, recuperar y analizar información. En ellas se
incluyen las funciones de inspección y prueba que pueden ir desde la información anotada por
un operador en una bitácora hasta la obtenida . por un sistema de inspección automatizado.
Considerando además todos los niveles; desde el sistema l\1RP, el control de producción hasta
el control de inventarios y de costos. Este eje tiene la característica de ser el que marca el
paso en el que el eje X (transformación) puede fluir a través del eje Y (movimiento). No
obstante el gran desarrollo que este eje ha experimentado en los últimos años producto del
avance de las computadoras, es necesario tener muy en cuenta que estas actividades así como
algunas del eje Y no agregan ningún valor al producto final. Sin embargo, el eje Z es esencial
para la adecuada utilización de los demás recursos. Algunos aspectos prácticos en los que
observamos el efecto de un eje Z no desarrollado en su totalidad se pueden observar en la
siguiente información:
Una investigación realizada por el National Research Council[2J entre empresas norteamericanas
que implantaron sistemas CIM en sus operaciones, muestra los siguientes beneficios obtenidos:
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Beneficios Rani?o de Meiora Medido Reducción en Costos de Personal 5 -20 % Reducción en Costos de Ingeniería de Diseño 15 - 30 % Reducción en Tiempos de Desarrollo de Productos 30 - 60 % Reducción de Inventarios en Transito 30- 60 % Incremento en Productividad en General 40- 70 % Incremento de Tiempo de Operación de Eauioos 200- 300 % Incremento en Calidad de Producto · 200- 500 % Incremento en Productividad de Ingeniería 300- 3500%
Tabla 3. l. Medición de los Beneficios de los Sistemas CIM.
3.1. NIVELES EN LOS SISTEMAS DE INTEGRACION.
En general se plantea[7l la existencia de tres niveles que deben ser considerados en proyectos de
integración computarizada de la manufactura:
En el nivel 3 se tiene a una empresa en la tarea de creación de celdas de trabajo coordinadas las
cuales pueden combinar, por ejemplo; máquinas dé control numérico con sistemas de
alimentación de materia prima. En este nivel se enfatiza la creación de automatización aislada de
las etapas del proceso; es decir, la creación de las islas de automatización. Es a este nivel en el
que la mayor parte de las empresas dejan los esfuerzos de automatización.
Hacia el nivel 2 la tarea consistirá en lograr la interfaz entre las islas de automatización, en la
mayoría de los casos de diferentes características. Además de la unión de por ejemplo, sistemas
CAD / CAE / CAM entre sí, llegando hasta el sistema de control de producción en piso. Mediante
este nivel es posible crear los canales de comunicación que son necesarios para que todos los
niveles de la planta puedan intercambiar información. A este nivel es que se realizan la mayoría
de los esfuerzos para la creación de estándares y protocolos.
En el nivel 1, a diferencia de los anteriores, encontraremos aspectos técnicos y también aspectos
administrativos. En este nivel en primer lugar, se tratará con los procedimientos de trabajo que se
llevan a cabo en la empresa, aún sin la utilización de computadoras. Se tratará con la integración
de las áreas de trabajo de la empresa la cual no puede dar ningún sistema de cómputo. Esta será
función del grado de eficiencia de la labor de equipo de la empresa en su conjunto, tendiente a
llevar a cabo los objetivos de la empresa. Aunado a estos procedimientos se hablará de la
18
arquitectura de los sistemas de información necesarios para que la empresa lleve a cabo los
procedimientos planteados y alcance los objetivos.
NIVEL META TAREAS A REALIZAR I Integración Optimar Procedimientos e Implantar
Sistemas de Información II Interfaces Establecer redes y protocolos estándares III Islas de Automatizar Celdas
Automatización . ' ,[7] Tabla 3. 2. Niveles de los Sistemas de Integrac1on de la Manufactura .
3.1.1. NIVEL l. ARQUITECTURA ORGANIZACIONAL Y DE SISTEMAS DE
INFORMACIÓN.
Antes de poder iniciar la integración por medio de computadoras de una planta es necesario
analizar la forma en que la compañía lleva a cabo su negocio, y como podría esta metodología
mejorarse y simplificarse. No tiene mucho sentido sólo automatizar los métodos y
procedimientos que se utilizan actualmente. Estos podrían ser producto de decisiones que en el
pasado fueron adecuadas, pero que para la nueva realidad de la empresa son más un obstáculo
que una ayuda.
En esta parte deberá entonces considerarse la eliminación de las "paredes" entre departamentos;
esto es, los dominios de influencia y los secretos tan celosamente guardados por ciertas áreas. De
darse cuenta de como las actividades realizados por unos impactan sobre el trabajo y desempeño
de otras áreas y en conjunto sobre toda la empresa en general.
El descubrimiento de los obstáculos en la forma de operación de la empresa sólo puede ser hecho
mediante un estudio de sus procedimientos y que se nombra generalmente un análisis de
necesidades. En el se deberán hacer visibles las áreas que son de baja productividad y que son
susceptibles de mejora. Eslabones del proceso productivo que no aportan valor, sino que por el
contrario lo incrementan. Este análisis concluirá con la definición de requisitos ( de cambio) que
llevarán a que la empresa, aún sin la utilización de un sistema de cómputo, pueda mejorar su
funcionamiento.
Es de esperarse entonces una natural resistencia al cambio en aquellos que se verán obligados a
cambiar sus formas de trabajo, derribar sus paredes y perder privilegios. De ahí la necesidad que
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cualquier cambio necesario en la arquitectura organizacional y los procedimientos que se utilizan
en la actualidad sean promovidos por la dirección general de la empresa. Esta será la única forma
de que W1 proyecto de este tipo tenga éxito.
Los sistemas de manufactura son generalmente complejos. Para llevar a cabo proyectos de
meJora e integración es necesario trabajar con modelos del sistema real. La cantidad de
funciones, procedimientos, actividades, etc. que podemos encontrar para W1a planta o proceso en
particular puede implicar W1a cantidad de información tal, que sin W1a metodología establecida
para el modelado de estas nos llevaría a consumir la mayor cantidad del tiempo asignado para W1
proyecto sin estar seguros de que todos los detalles han sido considerados.
3.1.1.1. Herramientas de Modelado IDEFO
IDEF ( contracción de la frase en inglés "Integration Definition for Information Modeling") es W1
conjW1to de estándares diseñados para ayudar a los ingenieros a producir modelos gráficos de
sistemas complejos. IDEF a sido adoptado por el gobierno de los E.U. en W1 conjllllto de
estándares de procesos de información conocidos como FIPS ("Federal lnformation Processing
Standards) [6•131
•
IDEFO es W1a técnica de modelado basada en el uso combinado de gráficos y texto que son
presentados en W1a forma sistemática y organizada para facilitar el entendimiento, apoyar al
análisis, dar W1a lógica que ayude a cambios potenciales, especificar requerimientos, o dar
soporte al diseño a nivel sistema así como a las actividades de integración. Tiene sus bases en la
técnica SADT ("Structured Analysis and Design Tool") para producir modelos jerárquicos de
actividades de sistemas. Un modelo IDEFO esta compuesto de W1a serie jerárquica de diagramas
que gradualmente muestran niveles incrementales de detalle para describir funciones y sus
interfaces dentro del contexto del sistema. Hay tres tipos de diagramas: gráficos, texto y glosario.
Los diagramas gráficos definen funciones y relaciones funcionales por medio de W1a sintaxis y
semántica de rectángulos y flechas. Por otro lado los diagramas de texto y glosario dan
información adicional que apoya a los diagramas gráficos.
En IDEFO W1 diagrama de contexto es utilizado para describir W1a función abstracta del sistema y
definir todas las entradas y salidas del propio sistema (Fig. 3.2).
20
Control
NOMBRE DE Entrada ------ lA RJNCIÓN ,....__ ... -- Salida
,
Mecanismo Llamada
Fig. 3.2. Estructura de Diagrama de Contexto IDEFO
En este primer nivel todos los procesos del sistema están resumidos en W1a descripción verbal.
Todas las interfaces son representadas como flechas etiquetadas con sustantivos. La ubicación de
estos determinan si estos son entradas (izquierda), salidas (derecha), controles (arriba) o
mecanismos (abajo).
AD
Este cuadro es el padre de este diagrama
-----------
A-O
Más general
i Más detalado
_.1 • ,1 r ~
A42 3
A4
Fig. 3.3. Estructura de Descomposición IDEFO.
c,C[\ 1\').._1 818 .. IOTECA
21
A partir del diagrama de contexto del nivel superior, la metodología IDEFO especifica que entre 3
y 6 funciones secundarias o. actividades, deben de ser llevadas a cabo para desarrollar la actividad
de contexto. Estas actividades son representadas en un diagrama hijo que contiene a todas las
entradas, salidas, controles y mecanismos (ICOMS por sus siglas en inglés) del diagrama padre.
En el diagrama hijo ICOMS adicionales pueden fluir entre hijos para ayudar a explicar las
relaciones entre las actividades. Esta descomposición padre - hijo continua hasta que el modelo
alcanza el nivel deseado de especificación (Fig. 3.3). La importancia de esta herramienta radica
en que no es un diagrama de flujo lo que se obtiene sino un diagrama funcional que permite crear
un modelo sobre el cual realizar estudios y mejoras.
3.1.1.2. Modelos Genéricos de Sistemas Integrados de Manufactura.
Sería de mucha ayuda para los diseñadores e ingenieros de manufactura si se tuviera un modelo
genérico de integración de manufactura hacia el cual llevar el modelo existente en la planta. Se
obtendría de esta forma los componentes básicos del sistema de manufactura y herramientas de
configuración, con lo que se podría concebir un sistema de manufactura para cualquier producto
que se quisiera producir. De esta forma conceptos de estructuras genéricas de modelos de
manufactura han sido creados desde el punto de vista de muy diversas empresas para sus
aplicaciones particulares. Sin embargo un modelo genérico que pueda ser usado a todos los
niveles de una fábrica de automóviles, una de ropa, una fundición , etc. es muy dificil y tendría
que llegarse a un nivel de abstracción demasiado elevado que imposibilitaría su uso práctico. No
obstante existen muchos componentes en los modelos desarrollados que tienen funciones
similares por lo que es posible partir de modelos muy generales que permitan ser adaptados a las
necesidades y particularidades de cada proceso de producción.
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F1g. 3.4. Arquitectura de Modelo COPICS utthzado por IBM [Ibj
Es así que se encuentran actualmente muchos modelos genéricos que pretenden poder ser
aplicados en cualquier proceso. Estos han surgido de institutos de investigación, compañías de
venta de sistemas de integración o en organismos de estandarización internacional. Entre estos
podemos encontrar durante los finales de la década de los años 70 el modelo COPICS[161, Sistema de Control y Producción Orientado a las Comunicaciones, que IBM utilizó para
desarrollar sus primeras soluciones de integración de la manufactura (Fig. 3.4). El modelo NIST
Al\1RF(161, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología o el modelo que Siemens[161
utilizaba como base de sus primeros sistemas. Ya a finales de la década. de los años 80 y durante
los 90 se tienen el CIM-OSA, la metodología integrada GRAi y PERA, que en conjunto brindan
la base del trabajo de estandarización IF AC/IFIP P4l .
Para cada uno de estos modelos existe una arquitectura de sistema de información asociada cuya
conceptualización en general considera bases de datos distribuidas. Pero en general el modelo
sobre el que se diseñan todas estas bases de datos es uno sólo, con lo que se logra un gran avance
para lograr un intercambio de información en forma transparente y sencilla.
Sin embargo, y esta no será más que la primera mención de este problema, las empresas en forma
general adquieren sus sistemas de información y de control sin pensar en que a futuro requerirán
la integración de, por ejemplo, un sistema administrativo que se encarga de llevar la contabilidad
23
con un sistema de control distribuido en cuya base de datos se encuentren parámetros vitales del
proceso. En estos casos el primero de los problemas que se tiene es que los modelos sobre los
cuales se crearon las bases de datos son diferentes. Por lo que tendremos un problema de bases de
datos heterogéneas en donde el requerimiento de integración que se debería lograr al
complementar la información almacenada en uno y otro sistemas no es alcanzable en forma
inmediata. Además los lenguajes utilizados por estos sistemas en general son diferentes y sólo en
algunos casos se apegan a los estándares de protocolos de intercambio de información. En el peor
de los casos las bases de datos son completamente propietarias y no permiten la comunicación
con otro tipo de sistema.
Aún cuando en un ambiente centralizado o distribuido todos los recursos de datos sigan un
mismo modelo y lenguaje en común, la heterogeneidad semántica será un problema a resolver.
Los aspectos que se consideran en estos puntos son la diferencia en la representación de los datos,
la incompatibilidad de nombres y discrepancias esquemáticas [121 •
3.1.1.3. Herramientas de Modelado IDEFlX 16, t7].
La metodología IDEFlX es utilizada para generar modelos gráficos de información que
representan la estructura y semántica de la información contenida dentro de un ambiente o
sistema. El modelo generado podrá entonces ser utilizado como base para la administración de la
información como un recurso, la integración de sistemas de información y la construcción de
bases de datos. Los elementos a considerar en la elaboración de modelos siguiendo esta norma
son: entidades, relaciones y atributos.
Las entidades, elementos base en el modelo, representan un conjunto de cosas reales o abstractas
( gente, eventos, lugares, eventos, ideas, combinaciones de cosas, etc.) que tienen atributos o
características similares. Estos serán representados por cuadros con el nombre de la entidad
ubicado en la parte superior._
24
Orden de Comprador Compra
1 e j Entidad Entidad
Independiente Dependiente
Fig. 3.5 Sintaxis de Entidades
Los atributos representan un tipo de característica o propiedad asociado con un conjunto de
miembros de una entidad. Por ejemplo, NOMBRE y FECHA DE NACIMIENTO pueden se
atributos asociados con la entidad EMPLEADO. Los elementos de una entidad (empleados)
deberán contar con un atributo o combinación de atributos que los identifiquen de una manera
precisa (No. IMSS por ejemplo). Estos atributos formarán una llave primaria para la entidad.
En los diagramas del modelo, los atributos son mostrados listando sus nombres dentro del cuadro
de su entidad asociada. Las llaves primarias en la sección superior y el resto en la parte inferior.
Empleado
No de Empleado
Nombre Fecha Nacimiento Sexo
.._ Llave Primaria
Atributos
Fig. 3.6. Sintaxis de Atributos y Llave Primaria.
Las relaciones en el modelo IDEF l X, representadas mediante conexiones, son utilizadas para
ilustrar las asociaciones entre las entidades. Podemos encontrar los siguientes tipos de
relaciones:
Padre Hijo. Es una conexión entre entidades en la que cada elemento de la entidad padre está
relacionada con cero, uno o más elementos de una segunda entidad hijo y cada elemento de la
entidad hijo esta asociada con cero o un elemento de la entidad padre. Por ejemplo la relación
25
entre COMPRADOR y ORDEN DE COMPRA. El COMPRADOR puede emitir cero, uno o más
órdenes de compra, mientras q1·e cada orden de compra puede tener sólo un comprador asociado.
Padre Hijo Identificación. Es l. conexión donde un elemento de una entidad hijo es identificada
únicamente por su asociación cor. la entidad padre. Por ejemplo, una relación de identificación se
tendrá para las entidades PROYlCTO y TAREA si una o más tareas están asociadas a cada
proyecto, y las tareas son identificadas únicamente con referencia a un proyecto. Es decir, que el
proyecto asociado debe ser conocido de antemano a fin de identificar exactamente una tarea del
resto de ellas.
Padre Hijo No identificación. Es la conexión en la que cada elemento de la entidad hijo puede
ser dP.finida exactamente sin conocer el elemento asociado de la entidad padre. Por ejemplo en las
entidades COMPRADOR y ORDEN DE COMPRA, las ordenes de compra pueden ser
diferenciadas por medio del número de orden de compra sin necesidad de identificar al
comprador asociado.
Entidad A
Llave Primaria A Entidad Padre
~ Relación de
ombre de la Identificación
elación
Entidad B
Llave Primaria B Llave Primaria A (FK)
Entidad Hijo
Entidad A
~ EntidadPa_dre
j~ Relación de
Nombre de la No Identificación
Relación
• Entidad B
Llave Primaria B Llave Primaria A (FK)
Entidad Hijo
Fig. 3. 7. Sintaxis de Relaciones de Identificación y No Identificación Padre Hijo.
Por Categoría. Es una conexión entre una entidad conocida como genérica y otra conocida
como categorizada. Una agrupación de categorizadas es un conjunto de una o más relaciones
categorizadas. En esta relación un elemento de la entidad genérica sólo puede estar relacionada
con un elemento de una entidad categorizada de la agrupación y cada elemento de la entidad
26
categorizada esta asociada con exactamente W1 elemento de la entidad genérica. Por ejemplo si
EMPLEADO es la entidad genérica, y EMPLEADO SINDICALIZADO y EMPLEADO DE
CONFIANZA son las entidades categorizadas, habrá dos relaciones categorizadas en esta
agrupación: W1a entre EMPLEADO y EMPLEADO SINDICALIZADO; y otra entre
EMPLEADO y EMPLEADO DE CONFIANZA. Representándose como lo muestra la Fig. 3.8.
EMPLEADO EMPLEADO
~ Eofül,d Gooéria Eotidad º"''""' ~ Conjunto completo r Conjunto incompleto
_ de categorías O de categorías ' \
EMPLEADO ASALARIADO EMPLEADO DE CONFIANZA EMPLEADO ASALARIADO EMPLEADO DE CONFIANZA
1 1 1 1 1 1 1 1
t_ t L t Entidades Categorizadas Entidades Categorizadas
Fig. 3.8. Sintaxis de Relaciones por Categoría
Cardinalidad de las relaciones. De acuerdo a la cantidad de elementos de la entidad hijo que
puedan ser asociados a W1 elemento de la entidad padre, se definirá la cardinalidad de la relación.
La simbología utilizada para la cardinalidad es un número o rango de números escritos a un lado
de la parte superior de la entidad hijo.
En forma general, el fundamento de el modelo IDEF 1 X es un modelo IDEFO de algún sistema y
se desarrolla en función de las trayectorias de intercambio de información entre loa diferentes
eslabones de la cadena funcional ahí representada.
27
3.1.2. NIVEL 2. HERRAMIENTAS DE INTEGRACIÓN EXISTENTES ¡i,31
El concepto de los sistemas de integración involucra a todas las funciones de manufactura por
medio de un sistema de procesamiento de datos distribuido. Esta distribución es necesaria por 2
razones principales: Es muy dificil implantar todas las funciones en un sólo sistema, y es
necesario en algunos casos ubicar los elementos "inteligentes" a una corta distancia de donde son
requeridos. La eficiencia y eficacia de un sistema distribuido de cómputo depende de las
características de su sistema de comunicaciones, siendo las redes de comunicaciones una de las
soluciones a este tipo de problema.
Estas redes deberán comunicar a una planta en su totalidad. Observando la Fig. 3.9, tenemos el
modelo jerárquico de una planta de manufactura automatizada, donde el nivel más bajo lo
constituyen los equipos, como centros de maquinado, robots, etc.; mientras que en el nivel más
alto estará la administración de los demás niveles y en donde se utilizará la información en su
mayor parte para procesos de toma de decisiones. Las redes de comunicación permitirán que la
información de cualquiera de los niveles pueda llegar a los demás (véase enlace entre niveles en
el lado izquierdo de la figura).
NIVEL FUNCIONES AREA 1 PLANTA Administración de la Información Toda la Planta
- Ingeniería de Manufactura Administración de la Producción
- 2 TALLER Programación de Tareas Area de Maquinado, de Asignación de Recursos Emoaque, etc.
3 CELDA Análisis de Tareas Celda Virtual 1, 2 , etc. Administración de Lotes
....___ Programación Monitoreo
- 4 ESTACION DE Preparación Estación de Fresado, de TRABAJO Generación de Órdenes a Equipos Control de Calidad, etc.
5 EQUIPO Maquinado Robot Medición Centro de Maquinado
....___ Transporte Almacenamiento
Fig. 3.9. Modelo Jerárquico de una Planta de Manufactura Automatizada
28
Sin embargo se reconoce que las características de estas redes variarán dependiendo de los
niveles que deseen comunicarse. Esto es debido a que el tipo de información que es
intercambiada entre uno y otro nivel es de diferente tipo y con diferentes necesidades de
velocidad. Por lo que se definen tres tipos genéricos de redes[BJ los cuales se muestran en la
Tabla 3. 3.
3.1.2.1. Red tipo l.
La red tipo 1 interconecta a mainframes, minicomputadoras, y estaciones de trabajo. Implantando
las funciones de los dos niveles superiores del modelo de la Fig. 3.9, con varias subredes del
tipo2. El tráfico que comúnmente podemos encontrar fluyendo en este tipo de red son
transferencias de archivos, operaciones de solicitud y actualización de las bases de datos,
intercambio de correo, etc. Por lo que no hay necesidad de operaciones en tiempo real, sin
embargo la flexibilidad de la comunicación puede llegar a ser importante.
3.1.2.2. Red tipo 2.
Esta red da el soporte de comunicaciones entre los niveles 3 y 4 de la Fig. 3.9. Los elementos que
interconecta pueden ser controladores de celdas o áreas de proceso, controles de maquinaria y
equipo y redes del tipo 3. El tráfico generado por estos equipos incluye la lectura y escritura de
programas, señales de sincronización de actividades en las celdas o áreas de proceso y
señalamiento de alarmas. Este tipo de tráfico requiere por lo tanto de tiempos cortos de
transmisión en algunas ocasiones, por lo que este debe ser una red con tiempos cortos y definidos
de transmisión.
3.1.2.3. Red tipo 3.
Este tipo de red interconecta los dispositivos ubicados en los dos niveles inferiores de la jerarquía
mostrada en la Fig. 3.4, los cuales son sensores, actuadores y sus controladores. El tráfico
encontrado normalmente abarca la lectura y escritura cíclica de variables y comandos,
29
intercambio de datos cortos, así como carga y descarga de programas. La naturaleza cíclica de las
operaciones requeridas para monitorear tanto las entradas como las salidas es una característica
dominante en este tipo de redes. De hecho es muy importante el asegurarse que la lectura de
variables y escritura de comandos es realizado en intervalos constantes de tiempo. Otra
característica de este tráfico es la longitud mínima de cada paquete de datos. Por otro lado no se
reqmere de mucha flexibilidad en las comunicaciones, ya que por ejemplo la habilidad de
manejar datos con diferentes formatos no es necesaria, ya que se tiene un número fijo y
restringido de dispositivos interconectados.
Tipo de Red/ Niveles Equipos que se Información que se Intercambia Característica Enlazados Enlazan
11 1 y 2 Minicomputadoras y Transferencia de Archivos
No utiliza procesos Estaciones de Trabajo Solicitud de Información a Bases de Datos
en tiempo real Intercambio de Correo
2/ 3y4 Controladores de celda Descarga de programas, Señalización para
Ciclo de Bus o área, PLC, CNC, de Sincronización de Celdas o Áreas.
menor a l 00 ms Robots, etc.
3/ 1
4y5 I Sensores, Actuadores, Intercambio cíclico de lecturas, Intercambio
Ciclo de Bus y sus Controladores acíclico de datos
menor a 10 ms 1 1
y programas.
Tabla 3. 3. Jerarquía de Redes de Comunicación Utilizadas en un Sistema CIM.
Sin embargo las redes de cómputo no es el único requisito para la comunicación. Estas necesitan
protocolos para comunicarse en una red. Un protocolo es un conjunto de reglas de comunicación
comunes que deben ser seguidas por los elementos de una red a fin de que puedan entenderse
entre si.
La realidad en muchas de las instalaciones de sistemas en las plantas de manufactura consiste de
redes propietarias, esto es con diferentes conjuntos de reglas de comunicación, y por tanto las
computadoras que se encuentran en diferentes redes no pueden comunicarse. Además, en los
ambientes industriales las computadoras no son los únicos equipos que podemos encontrar en las
redes. Existen equipos como Controladores Lógicos Programables (PLC), Robots, Sensores y
Actuadores cuyos fabricantes optan por uno u otro protocolo propietario a fin de permitir la
integración a las redes de mayor importancia y difusión existentes, restringiendo de esta forma su
mercado a los usuarios que tengan la red seleccionada.
30
En el caso de los usuanos finalt::s; como plantas de manufactura y fábricas; debido a la
abundancia de diferentes marcas y protocolos de comunicación se debe optar siempre por un
reducido grupo de soluciones, las cuales sean compatibles con la red de comunicación que fue
elegida desde un inicio. O bien invertir una cantidad extra de recursos en el desarrollo de una
interfaz especial para un equipo en particular. Además, la evolución tecnológica puede en
cualquier momento hacer obsoleta una determinada solución, obligando entonces a la
actualización de todos los sistemas de comunicación si se quiere mantener la compatibilidad con
los nuevos equipos y programas.
3.1.2.4. Protocolos de Automatización de la Manufactura (MAP) 12•81 •
El reconocimiento de esta problemática y la excesiva inversión en soluciones de comunicaciones
entre equipos de diferentes fabricantes llevaron a que la empresa General Motors iniciara los
esfuerzos hacia la creación de una norma o estándar que permitiera que los equipos de medición,
control, estaciones de diseño y todos los equipos que intervenían en su proceso de manufactura,
no importando de que fabricante vinieran, pudieran integrarse a una red de comunicaciones e
interactuar con la información existente en esa red. Estos esfuerzos dieron origen al sistema de
protocolos para la automatización de la manufactura, MAP (Manufacturing Automation Protocol
System), los cuales fueron promovidos y documentados por el Grupo de Usuarios MAP, el cual
se creó en el año 1984 e incluía a McDonnell Douglas, Ford, Chrysler, Deere y Kodak. En Junio
de 1988 fue publicada la versión 3.0 de este protocolo, la cual por convenio no sufriría ninguna
modificación en un período de por lo menos 6 años.
El sistema de protocolos MAP fue definido adoptando el modelo de referencia ISO-OSI, así
como una selección· de protocolos definidos por un cuerpo de estandarización internacional para
cada una de las 7 capas del modelo referido.
3.1.2.4.1. El modelo interconexión de sistemas abiertos ISO-OSI 191 •
Debido a la proliferación de diferentes protocolos de comunicación de datos se dificulta la
identificación de funciones de control asociadas con alguno de ellos. Para facilitar esta
identificación, la oficina internacional de estándares, ISO, definió un modelo que sirviera como
31
referencia para el diseño de protocolos de comunicación de forma que se aísle las funciones
especificas de estos protocolos en 7 niveles o capas. A esta norma se le conoce como OSI (Open
Systems Interconnection) Interconexión de Sistemas Abiertos:
NOMBRE/ DESCRIPCION CAPA
Capa de Aplicación. Protocolos específicos de la aplicación. 7 Capa de Presentación. Traducción de formato, código, 6 lenguajes, encriptado. Capa de Sesión. Dialogo entre procesos punto a punto 5 Capa de Transporte. Transporte confiable de mensajes punto 4 a punto, multiplexado, control de flujo. Capa de Red. Convierte mensajes en paquetes, ruteo de 3 mensajes y control de flujo Capa de Enlace de Datos. Formato de campos de datos, 2 sincronización, reconocimientos, control de acceso. Capa Física. Conector, características eléctricas, modulación e 1 intercambio funcional.
Tabla 3. 4. Modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI) de ISO.
3.1.2.4.2. Fundamentos de los protocolos MAP.
Como se mencionó anteriormente, se requieren de diferentes tipos de redes para poder llevar a
cabo la integración de los distintos niveles de una planta de manufactura. Reconociendo esta
necesidad el conjunto de protocolos MAP fue elaborado considerando tres tipos de sistemas
diferentes. Para cada uno de ellos se toman protocolos definidos por organismos internacionales,
con la finalidad de lograr una mayor aceptación dentro de la industria.
El primero de ellos es el FullMAP, cuyo perfil de protocolos se muestra en la Tabla 3. 5. Este
tipo de estación se considera estará en un tipo de red que interconecta las minicomputadoras,
mainframes y estaciones de trabajo; es decir una red tipo l que enlazará a los niveles 1 y 2 de la
Fig. 3.9. Se incluyen en ella los siete niveles del modelo OSI, por lo que se obtiene una gran
flexibilidad para las estaciones que se comunican. Sin embargo no es adecuada para aplicaciones
en tiempo real, ya que la cantidad y complejidad de los protocolos no pennitirían obtener la
velocidad necesaria.
32
Protocolos Adoptados Capa OSI Administración y Acceso de Transferencia de Archivos (FT AM) 7 Especificación de Mensajes de Manufactura (MMS) Servicio de Directorios de Administración de la Red MAP/TOP(ISO 9594) Elemento de servicio de Control de Asociación (ACSE) Kernel de Presentación ( ISO 8822) 6 Kernel de Sesión ( ISO 8326) 5 Servicio de Transporte Clase 4 (ISO 8072) 4 Servicio de Red sin Conexión (ISO 8348) 3 Clases l y 3 de Control de Liga Lógica (ISO 8802/2) 2 Control de Acceso de Medio Token-Bus (ISO 8802/4) Bus de Token de Banda ancha de 10 Mbps 1 Bus de Token de Banda Portadora de 5 Mbps
Tabla 3. 5. Implantación del modelo OSI estaciones FullMAP.
Los requerimientos para una red tipo 2, son cubiertos por el perfil de protocolos llamado
MiniMAP. En el, los niveles 3 al 6 del modelo OSI se encuentran vacíos, sin embargo con esto se
garantizan tiempos de respuesta más cortos para los mensajes que han sido enviados sobre la red.
Dado que los protocolos en la capa 7 incluyen únicamente la especificación de mensajes de
manufactura para administración, mensajería y servicios de directorios, este tipo de estación
servirá para el control de algún dispositivo de manufactura, y no participará directamente en la
administración de la planta. Este perfil se muestra en la Tabla 3. 6.
Protocolos Adoptados Capa OSI Especificación de Mensajes de Manufactura (MMS) 7
6 5 4 3
Clase 3 de IEEE 802.2 2 Respuesta Inmediata IEEE 802.4 Banda Portadora de 5 Mbps IEEE 802.4 1
Tabla 3. 6. Implantación del modelo OSI para Estaciones MiniMAP
Para las redes tipo 3, en las que tenemos sensores y actuadores comunicándose con controladores,
la norma MAP no ha definido una estructura de protocolos. No obstante se tienen algunos
esfuerzos de estandarización por parte de otros organismos como son la ISA e IEC. Estos serán
descritos más adelante.
33
Las estaciones FullMAP y MiniMAP tienen diferentes protocolos e incluso diferente número de
capas, por lo que no pueden comunicarse entre ellas. Esto hace necesario un tercer tipo de
estación para llenar el hueco entre ellas. Este tipo de estación es conocida como de arquitectura
de desempeño mejorado (EPA) y combina los perfiles de protocolos de las otras dos estaciones.
Este tipo de equipo es adecuado para implantar celdas o controladores de áreas de proceso. El
perfil de esta estación se muestra en la Tabla 3. 7.
Capa OSI ACSE, FTAM, Directorios y l\1MS 7 Administración
Selector de Protocolo Presentación 6 Sesión 5 Transporte 4 Servicio de Red 3 Clase 1 IEEE 802.2 Clase 3 IEEE 802.2 2
802.4 (Respuesta Inmediata) Bus de Token de Banda ancha de Banda Portadora de 5 Mbps IEEE 1 1 O Mbps IEEE 802.4 802.4
Tabla 3. 7. Implantación del modelo OSI de Estación EPA
Un ejemplo de la configuración de una red de comunicaciones MAP 3.0 se muestra en la Fig.
3.10, donde podemos apreciar una red de arquitectura jerárquica de 2 niveles. Una red de tipo 1
que conecta estaciones FullMAP que desarrollan diversas tareas de alto nivel, y una red tipo 2 en
una celda conectada a través de un puente (bridge), en donde el controlador de la celda se ha
implantado como una estación EPA, con dispositivos de manufactura controlados por estaciones
MiniMAP. Además se muestra la posible conexión de una red propietaria por medio de un puerto
de enlace (gateway).
Servidor de Archivos
FullMAP
Programador de Producción
Gateway
Red Propietaria
Gerencia de A rea
Robot MiniMAP
Controlador de Celda PLC
EPA MiniMAP
Fig. 3.10. Ejemplo de configuración de red MAP
3.1.2.5. Estándar de Integración de Acceso a Bases de Datos ll9.J0.3tJ.
34
Una de las carencias de la definición del sistema de protocolos de automatización de la
manufactura, es la falta de un protocolo que permita la integración eficiente y efectiva de
sistemas aislados de bases de datos. Típicamente las empresas utilizan diferentes tipos de
sistemas de bases de datos que se han adquirido en diferentes momentos y con diferentes
objetivos. Esto lleva a que en la actualidad se tengan islas de datos en varios sistemas
heterogéneos de administración de bases de datos, con muy escasa comunicación. Los puentes
que se pueden encontrar entre ellos son soluciones caseras que llevan a una integración
ineficiente. De las soluciones que a este problema están empezando a surgir debido al esfuerzo de
la Organización Internacional de Estándares (ISO) y fabricantes de sistemas DBMS (Data Base
Management System) encontramos el RDA (Remote Database Access) que es un estándar de
capa 7 que define un conjunto de servicios de comunicación para bases de datos como el abrir y
cerrar bases de datos, establecer y cerrar sesiones o enviar una petición de acceso a una base de
datos. Este estándar esta diseñado para operar con el estándar SQL y sus versiones SQL-2 y SQL-
3. SQL (Structured Query Langauge) es un lenguaje estándar de bases de datos relacionales que
35
especifica la sintaxis y la semántica de un lenguaje de definición de datos, utilizado para definir
las estructuras de una base de datos relacional, así como un lenguaje de manipulación de datos
para tener acceso y modificar una base de datos relacional.
Mediante la utilización de productos que cumplan con estos estándares un sistema puede ser más
suceptible de integrar su información entre diferentes componentes existentes en el, con mayor
rapidez y a un costo mucho menor.
3.1.2.6. Bus de Campo.
Se planteó en puntos anteriores la necesidad de obtener sistemas de cómputo distribuido por
características propias de los procesos de manufactura. Considerando ahora que los elementos
sensores deben estar dentro de los procesos y máquinas involucrados en la producción para poder
tener información sobre la condición del proceso (temperatura, posición de una prensa, etc.). Y
por otro lado los actuadores deben ser las herramientas que el sistema de control utilice para
modificar las condiciones del proceso (abrir o cerrar una válvula, encender o apagar un motor,
etc.). Es obvia la necesidad de tener una distribución física de estos elementos. Sin embargo las
distancias que se deben cubrir llegan incluso a kilómetros, por lo que el controlador deberá
contar con una forma de enviar y recibir información de los diferentes elementos conectados. La
solución planteada a este problema hasta hace algunos años y que aún domina en la industria
consiste de establecer un circuito analógico de corriente cuyo valor podía variar entre 4 y 20mA
para representar una variación de O a 100% de una variable física del proceso ( en el caso de un
sensor) o de porcentaje de apertura de una válvula para el caso de un actuador. O bien en el caso
de una señal digital (por ejemplo un botón de paro), se establecía un circuito de voltaje alterno o
directo el cual es activado o interrumpido por el accionamiento de los elementos (botón).
El bus de campo serial fue introducido en equipos de control para disminuir los costos que
implicaba el cableado de cada uno de los dispositivos de campo, creando así un sistema de
comunicación para intercambio de información entre el propio sistema de automatización y
dispositivos distribuidos en campo o en planta por medio de un sólo par de cables. En sus
primeras versiones sólo era posible obtener los valores de las variables físicas, pero en los
últimos años estos sistemas permiten el envío de valiosa información como parámetros, datos de
diagnóstico, programas y la potencia necesaria para la operación de los dispositivos de campo.
Sin embargo el bus de campo surgió en múltiples versiones propietarias, con cada uno de los
fabricantes manejando su propio protocolo.
36
Entre los esfuerzos que se han realizado en los últimos años para estandarizar los protocolos de
comunicación de los bus de campo tenemos:
• Profibus
Profibus-DP
Profibus-P A
Profibus-FMS
• Foundation FieldBus
• DeviceNet
• Otros
S (9) 3.1.2.5.1.PROFIBU .
Es una familia de protocolos de comunicación que especifica las características técnicas y
funcionales de un sistema serial de bus de campo mediante el cual controladores digitales
decentralizados pueden ser conectados a una red desde un nivel de celda hasta un nivel de equipo.
El sistema puede ser encontrado en aplicaciones de automatización de la manufactura y
procesos. Este sistema fue estandarizado en la norma europea EN 50 170. En la actualidad
pueden encontrarse alrededor de 1200 diferentes equipos de diferentes marcas que cumplen con . .
esta norma. Sin embargo su uso es común solo en los países de europeos y su difusión en
América y Asia es limitada.
Profibus consta de una familia de protocolos que le permiten crear conectividad entre redes del
tipo 1 y el 2 como lo muestra la Fig. 3.9. Podemos encontrar tres versiones distintas en esta
familia, las cuales son:
PROFIBUS-DP.
Es una red de comunicaciones serial optimada para altas velocidades e instalación barata. En ella
controladores centrales ( PLC o PC ) se comunican con sus dispositivos de campo distribuidos
(E/S, control de motores, válvulas, etc.) por medio de un enlace serial de alta velocidad . La
mayoría de la comunicación de datos en estos dispositivos distribuidos es hecha en una forma
cíclica. Las funciones requeridas para estas comunicaciones son definidas por las funciones
básicas del Profibus-DP. Además de éstas, se tienen funciones de comunicación no cíclicas que
37
son requeridas para la configuración, diagnóstico y monitoreo de alarmas de dispositivos de
campo inteligentes.
Este tipo de red puede ser utilizada para reemplazar la transmisión de señal paralela con 24 V o O
a20mA.
Nivel Planta
Tiempo de Ciclo de Bus
Nivel Celda
Tiempo de Ciclo de Bus < 100 ITBec
Nlvel Equipo
Tiempo de Ciclo de Bus
< 10 msec
PROFIBUS-PA
misot
Fig. 3.11. Areas de aplicación Profibus
Esta versión del Profibus esta diseñada especialmente para la automatización de procesos.
Permite que dispositivos de campo como transmisores de presión, temperatura y nivel; o válvulas
de control de flujo se conecten a través de una línea común de comunicación, aún en áreas que
requieran dispositivos de seguridad intrínseca. En el se permite la comunicación de datos y la
alimentación de energía sobre la misma línea de acuerdo a la norma internacional IEC 1158-2.
Puede ser usada para substituir la tecnología analógica de 4-20 mA ahorrando hasta un 40% en
planeación, cableado, instalación y mantenimiento ofreciendo además un incremento en la
funcionalidad y seguridad.
PROFIBUS-FMS
Esta versión del protocolo esta diseñada para llevar a cabo comunicación a nivel de celdas. En
este nivel los controladores programables ( PLC o PC) se comunican primordialmente unos con
38
otros. En esta área un alto nivel de funcionalidad es más importante que tiempos muy rápidos de
comunicación. Entre las funciones que podemos encontrar el establecimiento y desconexión de
enlaces lógicos; lectura y escritura de variables y de áreas de memoria; arranque, paro y
encadenamiento de programas; transmisión de mensajes de eventos con diferentes prioridades;
identificación de dispositivos, etc.
Aplicación Usuario
CAPA OSI (7)
(3}(6) 1 1 1 1
(2)
(1 J ±
Perfil Dl$pOs1tlvo
FMS
• EN ~O 170
RS-485 I Fibra Optica
úS DIN E 19245 par! 4
IEC 1158-2
O PROFIBUS gLidelines
Fig. 3.12. Arquitectura de Protocolos de Profibus
En forma general los protocolos sólo utilizan las primeras dos capas del modelo OSI , así como la
capa de aplicación. Siendo la implantación de todas ellas en base a estándares internacionales.
3.1.2.5.2. Bus de Campo FOUNDATION ™ 1111.
El bus de campo FOUNDA TION ™ es un enlace digital de comunicaciones entre dispositivos
de control y de campo inteligentes cuya función es remplazar el estándar 4-20mA. Este bus de
campo es un sistema abierto, es decir que cumple con el modelo ISO-OSI de capas de
comunicación y con interoperabilidad; es decir que tiene la posibilidad de operar dispositivos
múltiples, de distintas marcas en el mismo sistema sin pérdida de funcionalidad. Esta
39
característica es importante ya que permite reemplazar un dispositivo con otro de diferente
fabricante.
Este bus de campo tiene definidos únicamente las dos primeras capas del modelo OSI y los
protocolos que maneja son también normas internacionales: IEC-1158-2 e ISA 50.02. Existen
dos versiones de este bus de campo, encontrándose la diferencia entre ellos en la capacidad de
transmisión. El Hl es un canal de comunicación con 32.04 Kb/s de capacidad, mientras que el
H2 puede llegar a tener hasta 2 Mb/s.
El soporte y desarrollo de este estándar lo hace la Fie/dbus Foundation ™ compuesto por un
grupo de alrededor de 100 de los principales fabricantes de equipo de automatización de procesos
a nivel mundial. Esta organización fue creada en 1994, y sus primeras pruebas en campo se
realizaron en 1996, por lo que la difusión de este bus de campo es limitada, siendo la mayoría de
las instalaciones en los Estados Unidos. Su aplicación principal se encuentra en industrias de
proceso.
B'.vA 3.1.2.s.3.DEVIcENET 1121.
Es un enlace de comunicaciones de bajo costo para conectar dispositivos industriales como
interruptores límite, sensores fotoeléctricos, arrancadores de motores, sensores de proceso,
lectores de código de barras, control de motores de frecuencia variable, interfaces de operador,
etc. en una red y de esta forma eliminar cableado. Obteniéndose además información de
diagnóstico de los dispositivos.
Devicenet esta basado en un protocolo de comunicaciones conocido como CAN (Controller Area
Network) desarrollado por la empresa alemana BOSCH para el mercado automotriz europeo con
la finalidad de reemplazar grupos de cableado de alto costo por cable de comunicaciones de bajo
precio en los autos. Por lo que es posible usar este protocolo en aplicaciones tan demandantes y
de alta confiabilidad como un sistema de antibloqueo de frenos o de bolsas de aire. Este protocolo
fue la base para la definición de la norma ISO 11898 de intercambio de información digital.
Este sistema al igual que los otros bus de campo existentes utilizan como base de su protocolo el
modelo OSI, sin embargo sólo definen las dos capas inferiores: Nivel Físico y Acceso de Datos,
así como la capa de Aplicación. En este caso a diferencia de los anteriores es un sistema abierto
libre de regalías, que lo convierte en uno de los sistemas de comunicación de redes tipo 1 más
difundidos en el mundo. Su aplicación es primordialmente en ambientes de manufactura. Este
40
tipo de sistema de comunicación es apoyado por la Asociación de Vendedores de Redes de
Dispositivos Abiertos (ODV A).
Se pueden encontrar otros intentos de sistemas abiertos para implantar una red del tipo 1, sin
embargo los anteriores son los más difundidos. Estos intentos pueden ir desde asociaciones
regionales o de algunas áreas específicas de la industria como son:
Access Bus, BACNet por Red de control y automatización de la construcción, BITBUS,
CABNET por Protocolo de construcción automatizada, Bus de Mediciones DIN, EIAMUG por
Grupo de usuarios europeos de acción y medición inteligente, EIB por Bus de instalación
europeo, EPSI por Interfaz de estaciones de petróleo europeo, PROFICELL por Celda
programable de bus de campo, Protocolo HART, etc.
3.1.2.5.4. Otro tipo de soluciones.
A pesar de todos los esfuerzos internacionales por estandarizar protocolos, arquitecturas y medios
fisicos de transmisión; la realidad existente en la industria, en particular la mexicana, es que los
equipos de control ya tienen años en operación. Esta situación imposibilita la aplicación de los
estándares de comunicación que han esta40 surgiendo en la década de los 90, tanto en redes del
tipo 1 como en las de nivel celda y superiores. Esto es por que para aplicar este tipo de soluciones
sería necesario actualizar o cambiar en ocasiones el 100% de los dispositivos de control y
medición con los que una planta de proceso o de manufactura opera. Y por lo tanto la integración
total los sistemas no puede lograrse por este camino.
Una de las opciones que han aparecido a este problema son los dispositivos que traducen los
protocolos de comunicación de una determinada marca de equipo a un protocolo estándar. Esta
solución es adecuada en casos en que la cantidad de información que se desea intercambiar con
los dispositivos es poca y puede soportar el retraso de tiempo originado por la traducción.
Otro tipo de solución a la que se recurre en ocasiones es el desarrollo de interfaces de
comunicación dentro del sistema principal hacia los dispositivos de campo, logrando de esta
forma el intercambio de datos. Sin embargo en las ocasiones en que sea necesario conectar
varios equipos de diferentes marcas y protocolos la solución podría no ser económicamente
adecuada.
Otra solución que se ha utilizado con frecuencia en las empresas son los programas conocidos
como SCADA (Sistema de Control Supervisorio y Adquisición de Datos). Este tipo de sistemas
41
son básicamente una interfaz gráfica para el operador mediante la cual se puede centralizar la
información existente en los dispositivos de medición y control de una planta. Para lograr esto las
estaciones SCADA deberán ser conectadas a cada uno de los equipos de los que se quiera obtener
información. Esta situación es esencialmente igual a la solución planteada en el punto anterior,
con la diferencia que las interfaces de comunicación ya han sido desarrolladas en su mayoría, y
en caso de requerirse una que no incluya el programa, el costo y tiempo necesario para
desarrollarlas se minimiza por medio de las herramientas que se proveen para este fin.
Adicionalmente, estos sistemas se han desarrollado de forma que la información obtenida a través
de las interfaces no sólo sea mostrada en la pantalla; hoy en día los sistemas permiten realizar
análisis estadísticos, impresión de reportes y el almacenamiento de la información en bases de
datos a partir de las cuales sea posible explotar la información hacia toda la planta. Revisando
nuevamente la Fig. 3.1 O, estos programas permiten que una computadora se convierta en un
puerto de 'enlace (gateway) hacia dispositivos o redes de sistemas propietarios.
3.2. SISTEMA MRP 11 1 18'19
'2º1
El MRP II o sistema de planeación de recursos de la manufactura es una filosofia de planificación
y control de los recursos de una empresa que de forma integrada participa en la planificación
estratégica, programa de la producción, planifica pedidos de los diferentes materiales
componentes, programa las prioridades y las actividades a desarrollar por las diferentes áreas
productivas; planifica y controla la capacidad disponible y necesaria, gestionando además los
inventarios. Adicionalmente, parte de la información de salida del sistema y realiza cálculos de
costos, desarrollando estados financieros en unidades monetarias. Todo ello con la posibilidad de
corregir periódicamente las divergencias entre lo planeado y la realidad . Se puede representar
como constituido de tres etapas (Fig. 3.13) las cuales siguen un enfoque jerárquico mediante la
cual se asegura la coordinación entre los objetivos, planes y actividades a los niveles estratégico,
operativo y de ejecución.
--·-- - ========:--------, ~ Planeación Estratégica
1 .1~ ·----· '
(/)
o > 'al Planeación Operativa 'E o
Ejecución
Comparación
Fig. 3.13. Proceso de Planificación y Control Jerárquico de la Empresa. MRP II.
3.2.1. PLANEACIÓN ESTRATÉGICA.
42
Es donde se establecen los objetivos, las estrategias y en general los planes globales a largo
plazo, normalmente entre tres y cinco años. Esta actividad es generalmente desarrollada por la
alta dirección y se ocupa de problemas de gran amplitud tanto en términos de actividades
organizativas como de tiempo. Podemos encontrar dentro de ella varias áreas. Partiendo de los
objetivos estratégicos de la empresa, los cuales teniendo en cuenta las previsiones de demanda a
largo plazo marcarán el Plan de Ventas para el período de tiempo que se este trabajando. Este
plan en conjunto con los objetivos permitirá la definición de un Plan de Producción a Largo
Plazo, que indicará las cantidades a producir en cifras trimestrales o anuales muy agregadas. De
este plan derivarán las necesidades de recursos para llevarlos a cabo, lo cual en conjunto con los
ingresos planeados por ventas definirán el Plan Financiero a Largo Plazo. Estos tres planes
formarán entonces el Plan Estratégico de la Empresa.
A este nivel, las actividades de planificación de la producción se centrarán en el desarrollo de
nuevos productos o modificación de los existentes, en tecnologías y procesos, así como en la
evaluación de las necesidades de capacidad derivadas del plan a largo plazo. Estudiándose
43
entonces la conveniencia de crear nuevas instalaciones o modificar las existentes, así como los
momentos má~ propicios para llevar a cabo estas decisiones.
3.2.2. PLANEACIÓN OPERATIVA.
De acuerdo a los horizontes de tiempo que se considere en la planificación, podrá en ocasiones
encontrarse que entre las etapas estratégica y operativa existe otra llamada Planeación Agregada
y que permitirá la coordinación entre estas. En ella se lleva a cabo el establecimiento de el Plan
Agregado de Producción y el Plan de Necesidades de Recursos que tendrá un horizonte de tiempo
ubicado alrededor de los 18 meses con un grado de desagregación mucho mayor que el plan
estratégico. Esta etapa de la planeación puede o no existir en las empresas.
La planeación operativa es donde se concretan los planes estratégicos y los objetivos globales de
la empresa para cada una de las áreas y subáreas funcionales, llegándose a un elevado grado de
detalle. Se establecen además las tareas que habrá que desarrollar para que se cumplan los
objetivos y planes a largo plazo. Esta etapa tiene actividades más limitadas que la anterior y
abarcan un horizonte temporal más corto que puede ir de 1 año a varias semanas variando en cada
caso concreto.
Mediante la Planificación Operativa se desglosará el detalle de la planeación agregada o
estratégica hasta llegar a cifras de productos individuales en períodos diarios o semanales. Esta
información se reflejará en el Plan Maestro de Producción. Este plan deberá de tener suficiente
estabilidad como para que la fabricación pueda garantizar su ejecución y suficiente flexibilidad
como para obtener una respuesta competitiva ante posibles cambios en la demanda. Para ello se
tomarán en cuenta las estimaciones de demanda de corto, mediano plazo y los pedidos en firme
que se hallan recibido. Este plan servirá como una de las entradas para el sistema de Planeación
de Recursos Materiales, o MRP originario. Las otras fuentes de información serán la Lista de
Materiales, la cual es la estructura de fabricación del artículo a producir, así como el Registro de
Inventarios. Este sistema realizará la planificación de componentes de fabricación que mediante
un conjunto de procedimientos lógicamente relacionados, traducirá el Programa Maestro de
Producción en necesidades reales de componentes, detallando fechas y cantidades.
44
Aunado al MRP se tiene la Planeación de Necesidades de Capacidad, CRP, que es una técnica
que planifica las necesidades de capacidad de los pedidos considerados y emitidos por el MRP,
definiendo las necesidades de capacidad para cada centro de trabajo.
3.2.3. EJECUCIÓN.
Es donde se hacen realidad los objetivos planteados en la planeación de operaciones. En esta
etapa puede en ocasiones realizarse también una planeación de muy corto plazo y muy detallada
que permitirá llevar a cabo las tareas de producción y del control de las actividades productivas.
En esta etapa conocida también como Control de Piso se lleva a ejecución el Plan de Capacidad
mediante un control de las prioridades de las órdenes de producción, definiendo detalladamente
las operaciones a desarrollar en la producción y verificando y controlando que la producción
cumpla con los programas y planes definidos. Asimismo se llevará a cabo el Plan de Materiales
mediante la emisión de pedidos y compra de las materias primas. El control de los inventarios y
el manejo de estos será de suma importancia en esta etapa a fin de garantizar que los materiales
se encuentren el los puntos necesarios para la producción.
Finalmente la evaluación de la actuación de todo el sistema en su conjunto se logrará observar a
través de el área de Finanzas/Contabilidad, la cual verificará que la operación se realice de
acuerdo a los planes financieros de la empresa.
Un desglose de la estructura básica mostrada en la Fig.12, en la que se plasman muchos de los
conceptos hasta ahora enunciados, la podemos apreciar mediante el diagrama de ciclo cerrado de
manufactura planteado por APICS CI 9l_ Fig. 3.14.
45
.1 Planeación Estratégica
~ l 1
Planeación de Requerimientos ¡ ·1
de Distribución. ! Ingeniería (DRP)
1 Planeación de Ventas del f+ Producto l J Ingeniería
1 Administración de la Demanda Planeación de Producción : Planeación de Raa.rsos de
1
de f+ !.; Man.Jlaclu'a
Manufaclu'a !
~I .. Aministra- I NO I ¿ RECURSOS OK ?
1 ción da -+
1 Inventarios
J, J,
1
Programa da Ensambla Final ~ H Programacion Maestra de Produccion f-:,. J Análisis Grueso de Capecidad (FAS)
'""' ~ (RCCP)
Planeacion de Requ~mientos de Materiales -, (MRP)
Planeacion de ReqU:Omientos de Capacidad ~ -, (CRP)
l °""1 NO I ¿ PLANES REALISTAS? 1 sil
1
J, Control de Piso
Control de la Actividad de Producción (PACl
1 Ejecución del Plan de Capacidad ~
l 1
Ejecución del Plan da Materiales 1
I CONTROL DE PROD. 1 COMPRA~
I 1
MEDICIÓN DE ACTUACIÓN 1
Fig. 3.14. Ciclo Cerrado de Manufactura (Fuente: APICS).
Existen en la actualidad varios sistemas de cómputo .que se han hecho tomando como base esta
filosofia o variaciones de ella. Estos sistemas tienen como objetivo el facilitar el manejo de la
gran cantidad de información que se genera dentro de las empresas de manufactura, haciendo
llegar a todos los puntos necesarios la información del estado general de los componentes de la
producción de forma rápida y resumida. Redundando esto en decisiones más acertadas y rápidas.
No obstante existe un aspecto de vital importancia que debe considerarse si se desea que estos
sistemas realmente sean una ayuda y no un problema. Este es que los datos que son alimentados a
la computadora deben ser ciertos y válidos en el momento que se introduce la información. Por
ejemplo, de nada serviría alimentar al sistema la existencia de una cierta materia prima verificada
el día anterior, ya que pudo haberse consumido parte de ese material en el transcurso de este
tiempo.
46
Por esta razón los procedim:entos c1lle involucren la alimentación de información hacia estos
sistemas deberán ser estrechamente ~·~ntrolados a fin de que el sistema en su conjunto refleje el
estado real del sistema de producciór..
Será entonces deseable que una vez establecidos los niveles III y II del sistema de integración de
la manufactura (ver Tabla 3.2), la información pueda ser obtenida directamente de los sistemas de
automatización a fin de eliminar las posibilidades de error o retraso que el elemento humano
podría acarrear.
4. SITUACIÓN ACTUAL DE LA PLANTA DE
PRODUCCIÓN.
47
El primer paso a considerar en el desarrollo de este proyecto es el análisis de necesidades, o bien
un estudio de los procedimientos mediante los cuales se lleva a cabo la producción en la División
Recubre.
Como se mencionó en el capítulo anterior, para realizar el estudio de un sistema de manufactura,
se recurre a la elaboración de un modelo del mismo a fin de trabajar posteriormente en base a este
para posibles mejoras a implantar a futuro.
La herramienta de modelado que se utilizará en este proyecto es el IDEFO, el_ cu~l fue descrito
brevemente en el punto 3 .1. 1.1.
El alcance del presente modelo será únicamente de las áreas que directamente relacionadas con la
producción y en las cuales se plantea crear los canales de comunicación hacia el sistema MRPII
desde el piso de producción. De esta forma tenemos al sistema de producción de la División
Recubre representado por el siguiente Indice de Nodos. A partir de este creamos los diagramas de
representación del sistema.
4.1. MODELO IDEFO.
4.1.1. ÍNDICE DE NODOS
AO SISTEMA DE PRODUCCIÓN
Al PLANEAR MANUFACTURA
A2 PLANEAR PRODUCCIÓN
A3 PLANEAR COMPRAS
A4 MANEJAR INVENTARIOS
A41 RECIBIR MATERIALES
A42 VERIFICAR CALIDAD
A42 REGISTRAR MOVIMIENTOS
A43 SURTIR MATERIAL
AS PROGRAMAR PRODUCCIÓN
ASl CALCULAR PRODUCCIÓN NECESARIA
A52 ASIGNAR INVENTARIOS
A53 EMITIR ORDEN DE PRODUCCIÓN
A6 PRODUCIR PRODUCTO
A61 ASIGNAR EQUIPOS
A62 PESAR MATERIA PRIMA
A63 DISPERSAR PRODUCTO
A64 AMPLIAR PRODUCTO
A65ENVASARPRODUCTO
48
PLAN ESTRATÉGICO CORPORATIVO
ORDEN DE COMPRA
PROGRAMA DE VENTAS ~~~~-~-- _y_
- --- - ·-- - ·- .. __. MATERIA PRIMA SISTEMA DE
PRODUCCIÓN
PRODUCTO TERMINADO --··- --- ---------- ----.
REQUERIMIENTOS CLIENTE --·-- - -- --------.
•
DIVISIÓN RECUBRE
¡---- -----------·
AO
PROPÓSITO: DEFINICIÓN DE MODELO FUNCIONAL DE MANUFACTURA DE DIVISIÓN RECUBRE.
PUNTO DE VISTA: DISEÑADOR DE SISTEMA DE INTEGRACIÓN
NODE: MFT!Ml I TITLE: ANALISIS FUNCIONAL SISTEMA DE MANUFACTURA I NO.: O .¡,..
'°
Sistema de manufactura que cuyo objetivo es el satisfacer a sólo un cliente: el área de comercialización del grupo.
El programa de ventas del cliente es generado anualmente y redefinido mensualmente con detalle de consumo diario.
Materia Prima generalmente con varios proveedores por cada tipo. A excepción de materias primas fabricadas por otras empresas del mismo grupo industrial.
Requerimientos de cliente definidos por área de comercialización del mismo grupo y área de investigación y desarrollo.
Plan estratégico definido para todas las empresas del mismo grupo.
Órdenes de compra recibidas en forma diaria y surtidas en un período de 24 hrs cuando se ajustan a programa de producción. Cuando están fuera de él, el tiempo de entrega sube a 72 hrs.
Se fabrican 15 tipos de producto teniendo para cada uno de ellos 4 presentaciones.
El tiempo de almacenamiento de producto terminado es en promedio de 24 hrs.
Este modelo considera únicamente a la división encargada de fabricar soluciones emulsionadas.
NODE: MFTtA--0 TITLE: TEXTO ASOCIADO DIAGRAMA DE CONTEXTO SISTEMA DE MANUFACTURA NO.: A-OT u, o
•
11: Programa de ventas cliente. 12: Materia prima 13: Requerimientos del cliente C 1: Plan estratégico corporativo C2: Orden de compra M 1 : División Recubre 01: Producto Terminado
11
12
C1
PLANEAR MANUFACTURA
M
CAPACIDAD DE PLANTA
PLANEAR PRODUCCIÓN
INVENTARIO
PROGRAMA DE VENTAS ClLIE1'6JIBA
Rifdll~IMIENTO S DEL CLIENTE
PLAN ESTRATEGICO CORPORA TIVfoRDEN DE
SISTEMA DE ---PRODUCCIÓN
AO
COMPRA
'
PRODUCTO TERMINADO
.,.. .,.. DIVISION ', .,....... RECUBRE ,
.,.. --;;ROPÓSITO: DEFINICIÓN DE MODELO FUNCIONAL DE MANUFACTURA ', DE LA DIVISIÓN RECUBRE
PUNTO DE VISTA DISEÑADOR SISTEMA DE INTEGRACIÓN ',
NODE: MFTIA-0
t
I POLÍTICA DE INVENTARIOS
1'
TITLE: ANÁLISIS FUNCIONAL SISTEMA DE MANUFACTURA
PLANEAR COMPRAS
PEDIDO ! M.P.
1
1
C NTROL DE C LIDAD
i 1
1
REPORTE CONSUMO GRANEL
3
PLAN MAESTRO PRODUCCIÓN
CA I CIDAD DEtLANTA
'
C2
NO.: o
CON ROL DEC IDAD
' \
PROGRAMAR PRODUCCION PROCED MIENTOS
ORDEN PROD. PENDIENTES
5 ORDEN ~-.,....-~ DE PROD.
PROGRAMADOR PRODUCCIÓN L: PRODUCIR
PRODUCTO
PRIMA MATERIA
6~
LINEAS PRODUCCIÓN
NODE: MFT/ TITLE: SISTEMA DE PRODUCCIÓN NO.: O
51
Programa Maestro de Producción generado considerando el plan mensual de ventas de cliente único. El programa tiene un horizonte de 30 días.
La política de inventarios tiene en promedio un valor mínimo de 30 días para la mayoría de las materias primas utilizadas en la división.
Los pedidos de materia prima (PEDIDO M.P.)se realizan en forma defasada y con8:derando el plan maestro de producción.
El reporte de consumo a granel se realiza en base a lecturas de la dosificación de materias primas sólidas y líquidas realizadas por el sistema de control distribuido.
Las requisiciones de material son elaboradas por el área de producción por turno en base a la programación de órdenes de producción recibidas.
La planeación y programación de la producción, es realizada por el mismo departamento.
La planeación de compras, así como la administración y manejo de inventarios es realizado por el mismo departamento.
NODE: MFTtAD TITLE: TEXTO ASOCIADO DIAGRAMA SISTEMA DE PRODUCCIÓN NO.: AOT V, N
11 : Reporte de consumo a granel. 12: Materia prima. 13: Requisición de material. e 1: Pedido de materia prima. C2: Control de calidad. M 1: Sistema de almacén de materia prima. 01: Materia prin:ia inventariada. 02: Inventario de materia prima.
C1
11
12
NODE:
_:., 1
MATERIALES RECIBIDOS
12
iNfflli81ALES
11
13
M1
C1
INVENTARIO
M1
MFT/AO TITLE: SISTEMA DE PRODUCCIÓN
C2
VERIFICAR CALIDAD
LABO TORIO M.P.
2
MAT RIAL AUT RIZADO
REGISTRAR MOVIMIENTO
3
NODE: MFTIA TITLE: MANEJAR INVENTARIOS
CONT OLDE CALID
53
PR CEO.
NO.:
MATER:AL RECHAZADO
INVENTARIO
MATERIAL INVENTARIADO
SURTIR IAATERIAL
ALMAC ISTA
AO
4
NO.: A4
' '
02
01
La materia prima es recibida al pesar el transporte y checar la documentación que la acompaña contra los pedidos de material pendientes.
El encargado de la recepción avisa al laboratorio de control de calidad la llegada de algún embarque a fin de que se puedan preparar las pruebas a las que serán sujetas la muestras.
El resultado de las pruebas es registrado, utilizando los datos para generar reportes de acuerdo a los procedimientos ISO 9001. Procedimientos manuales.
En caso de que el material no cumpla con las especificaciones requeridas, este puede ser "concesionado" ; es decir, autorizado aún siendo no conforme o rechazado.
Si la materia prima llega en pipa; ya sea polvos o líquidos, su ingreso se registra en base a pes > de entrada y salida de camión.
Si la materia prima llega en tarimas, estas se pesan individualmente para generar el registro de entrada.
Si el consumo de la matria prima es por dosificación automática al proceso, el surtido es automático y los datos reportados por los medidores se utilizan para los registros.
Si el consumo de la matria prima es por dosificación manual al proceso, el surtido es por tarimas en base a un vale de almacén generado por turno. Este mismo sirve para registrar el consumo.
NODE: MFTIA4 1 TITLE: TEXTO ASOCIADO DIAGRAMA MANEJO DE INVENTARIOS l NO. A4T VI ~
11: Inventario actual 12: Plan maestro de producción. 13:Órdenes de producción pendientes.
'C1: Capacidad de planta. C2: Órdenes de compra M1: Programador de producción. 01: Órdenes de producción
c1
* 11
INVENTARIO
12
M1
NODE: AO TITLE: SISTEMA DE PRODUCCIÓN
~ 1
INVENTARIO PROD. TERMINADO
12
13
NODE: MFT/AS TITLE:
C1 C2
CALCULAR PRODUCCIÓN
PRODUCCIÓN NECESARIA
1
1
INVENT~
ASIGNAR INVENTARIOS
ADMINIST OR INV. ( )
M1
PROGRAMAR PRODUCCIÓN
2
INVENTARIO ASIGNADO
CONT OL DE CALID
55
PR CEO. ORDEN
~--.--~IPROD.
MATERIA PRIMA
LINEAS PRODUCCIÓN
NO.: AO
EMITIR ORDEN DE PRODUCCIÓN
3
NO.: AS
\
01
\ \
La producción necesaria es emitida en base a una lista de prioridades que define cuales productos deben fabricarse en primer lugar. ·
El cálculo de la producción se realiza con un día de anticipación y se consideran todos los elementos indicados en el proceso MFT/A51.
En caso de que la producción requerida sea mucho menor al lote mínimo de producción establecido, se detiene la órden de producción hasta que se junte una demanda mínima.
Cuando el pedido es sólo un poco menor al lote mínimo el producto sobrante se almacena.
En caso de que se reciba una orden especial; es decir fuera del primer pedido del dia o de color especial o de embarque foráneao, etc. o que se encuentre fuera del programa de producción, se tendrá un tiempo de entrega de 72 hrs.
NODE: MFTIAS TITLE: TEXTO ASOCIADO DIAGRAMA PROGRAMAR PRODUCCIÓN NO.• AST V,
°'
11: Órdenes de producción. 12: Materia prima. C1: Especificaciones control de calidad. C2: Procedimientos de producción. M1: Líneas de producción. 01: Producto terminado
C1
...
11
12
INVENTARIO NTROL CALIDAD I
clPACIDAD D PLANTA
CONT OL DE CALID
PR CED. ORDEN
~----.-~ PROD.
PROGRAMADOR PRODUCCIÓN
MATERIA PRIM"
6 ---L--------1-----+-_--::-:-...---",:_:_-----------.L .. IN,::EAS \
01
- - - PRODUCCIÓN M1 ----- ..__ ____ _,_ ____________ -'\ ------ ~E-AO
-----------C2
ESTATUS DE EQUIPOS Y O.P.
11 1 CAPACIDAD DE PLANTA
'
-,, --~,'--~,. ASIGNAR
RECETA DE PRC DUCTO
.,...:.:.,._------.._,----,-/ ~·j EQUIPOS !]1 i i I
1
~ \ :
1 1 1
1 1
1
1 ¡'EQUIPO I ---,.--. --1 ASIGNA_D_O__c+L-__~
SUPER)IISOR PRODUCCIÓN '-J
TITLE: SISTEMA DE PRODUCCIÓN NO.: AO
'
• PESAR C1
'--1-------+----+---,,.i MATERIA PRIMA~ [~-------+---------t----..,.
! BA:CULA i OPEJD:R M.P. -~'-~t--, ! I I 1
1
1 12 j 1
1 1 1
1
i
1 1
1
'
i ) ) -J EQUIPO~ PRODUCTO i
1, ASIGNADO. DISPERSAR I SPERSADO - PRODUCTO j
'----l--l----1---+--------j---------------r~ 3,-i I
i
1
1
i 1
1
M1
NODE: MFT/A6 TITLE:
1/
EQUIPO ASIGNADO
EQUIPO ASIGNADO
PRODUCIR PRODUCTO
~ . -
1 . 1
-. 1
!
1
.,.
AMPLIAR PRODUCTO
•• PRODUCTO AMPLIADO
4 r: 1 • OPEfaDO~ 1 seo) ~:
.,. ¡ . -. -
ENVASAR PRODUCTO
ENVASAD~RA OPE~OR
NO.:
01
\
La asignación de equipos es realizado por el supervisor de producción, mientras que el área de programación de la producción únicamente define el volúmen de las órdenes de producción asignadas a cada día en función de una capacidad de planta cuyos parámetros de definición no se toman en cuenta.
La asignación de tanques de dispersión y ampliado son función generalmente del volúmen a producir del lote.
Los 15 productos que se fabrican en esta división son blancos o de colores muy claros, teniendose . además la utilización de tintes hasta la útlima etapa del proceso de ampliado, por lo que las labores de limpieza para evitar contaminación son relativamente rápidos.
Al terminar el proceso de dispersión o de ampliado, se realiza un análisis de control de calidad ae las , propiedades del producto obtenido. Hasta que se cumple con estas condiciones se permite continuar el proceso.
Después de la etapa de dispersión se requiere bombear el material hasta un tanque de mayor capacidad para realizar el ampliado. Para este movimiento se hace la conexión manual de mangueras entre los tanques.
Al obtener el producto terminado en los tanques de ampliado, se requiere bombear el material hasta las lineas de envasado automático. Para este movimiento se hace la conexión manual de mangueras entre el tanque y las envasadoras.
NODE: MFTIA6 1 TITLE: TEXTO ASOCIADO DIAGRAMA PRODUCIR PRODUCTO l NO.: A6T V, oc
59
4.2. INFRAESTRUCTURA DE COMUNICACIONES ACTUAL.
Existen en la actualidad dentro de las instalaciones de la División Recubre gran cantidad de
equipos de computo estándar e instrumentos especializados de medición y control. Como se
puede apreciar en la Fig.1. la infraestructura de comunicaciones podemos separarla en tres
diferentes áreas, estas son:
1
© __... ~ y ----~
Ruleador
06
3
TRANSMISOR DE BASCULA
TRANSMISOR DE BASCULA
TRANSMISOR DE NIVEL SILOS
PLC LINEA DE EMPAQUE
[gJ /; ''
Terminal
11 ··, ' :
'! !; :! ·¡ ' .,
., ·! '
fi Tenninal
. i' 1
i: :¡ '" ,., UI!
,r'.
1
Fisher-Rousemount M,croPROVOX
1
• ~ F;sher-Rousemount
EJS Remolas §:::)
E/S Remotas
e=:::] E/S Remotas
~ E/S Remoles
MicroPROVOX
E/S Remotas
[··:!.>)j EJS Remolas
E/S Remotas
[:c(~,;:}j E/S Remolas
lb,·ú.:<..l E/S Remotas
[i'o,,,x] EIS Remotas l(r t 1;;¡.]
l?;¡q,i¡~J"J E/S Remotas ' [;¡,,,;;.<')
E/S Remotas
E.IS Remolas
2 E/5 Remotas
Fig 4.1. Infraestructura de Comunicaciones de la División Recubre.
60
4.2.1. AREA l.
Se cuenta con una red de computadoras en del tipo Ethernet que cumple la norma IEEE 802.3. El
protocolo de comunicaciones utilizado en la red es el TCP/IP. Cuenta con 90 nodos, o conexiones
para las computadoras, la mayoría de los cuales se encuentran a una velocidad de 1 O MB/s y
algunos tienen 100 Mb/s. A esta red se encuentra conectado un minicomputador IBM AS/400 en
el cual se tienen los programas correspondientes a toda la operación administrativa de la planta (
nómina, contabilidad, control de ventas, finanzas, etc.). En este caso la velocidad de su tarjeta de
acceso a la red es de 1 O MB/s.
Las computadoras personales conectadas a la red, permiten a las áreas de la planta tener
comunicación entre si con aplicaciones del tipo correo electrónico y accesar, cuando es necesario,
información del minicomputador. El sistema operativo utilizado en la mayoría de las
computadoras es el Microsoft Windows 95. Sólo en el caso del servidor principal de archivos se
utiliza el sistema operativo Microsoft Windows NT V 4.0.
La red cuenta con un enlace remoto satelital hacia las oficinas del área corporativa y hacia las
otras fabricas del grupo por medio de un ruteador de comunicaciones IP a una velocidad de 64
KB/s.
Recordando la Fig. 3.9 y la Tabla 3.2, podemos reconocer en la infraestructura de
comunicaciones que se encuentra actualmente en el Area 1 a una red del tipo 3 que interconecta a
los niveles de Planta y de Taller y que nos podrá permitir el flujo de información del tipo
transmisión de archivos, intercambio de correo, solicitud de información de base de datos, etc.
4.2.2. AREA 2 124'251
•
De la Fig. 4.1 podemos observar que existe otra red de comunicaciones en la planta. En este caso
se tienen en realidad dos tipos de redes. La primera de ellas es el enlace de comunicaciones que
hay entre los dos controladores del sistema de control distribuido Fisher - Rosemount. Este canal
de comunicaciones es del tipo propietario, es decir que no cumple con ninguna norma
internacional y que sólo los equipos del mismo fabricante pueden utilizarlo. Recibe el nombre
comercial de "Data Highway". En forma adicional, cada uno de los controladores utiliza una red
61
de comunicaciones para poder utilizar los módulos de señales de entrada y salida remotos los
cuales contienen los sensores y actuadores que le permiten al sistema de control distribuido
detectar el estado del proceso y operar los distintos actuadores. Nuevamente esta red es del tipo
propietario. De los dos tipos de redes descritas en esta sección podemos reconocer, al comparar
con la Fig. 3.9 y la Tabla 3.2 la existencia de una red del tipo 2 entre los controladores y una red
del tipo l entre los controladores y sus módulos de entradas y salidas.
Los controladores del sistema de control distribuído son modelo CL5620 de la serie
microPROVOX. Estos son equipos para control de procesos avanzado que brinda los servicios de
un control distribuido para aplicaciones pequeñas y aisladas. Cada uno de estos equipos lleva a
cabo una de las primeras fases del proceso productivo; es decir, uno para dispersión y el otro el
ampliado. La comunicación con equipo de computo estándar puede llevarse a cabo por medio de
una tarjeta de Interfaz Externa, modelo CL692 l, la cual cuenta con un puerto serial con el que
puede intercambiarse información entre el controlador y la computadora. La comunicación en
este puerto deberá ser iniciada siempre por la computadora , por lo que es necesario utilizar un
programa que realice funciones de traducción de formato de datos. Mediante esta interfaz es
posible obtener cualquier información que se encuentre en la base de datos del controlador y
además realizar control supervisorio sobre el proceso mediante la modificación de valores de
consigna, modos de operación (manual o automático), cambio en los valores de las recetas
almacenadas, etc.
Otra forma de realizarlo es realizando un enlace hacia la red de los controladores y utilizando su
protocolo propietario para la explotación de la información. En cualquiera de los casos
mencionados es necesario utilizar un protocolo no estandarizado.
4.2.3. AREA 3.
En lo que respecta a la tercer área mostrada en la Fig. 1, podemos observar equipos de monitoreo
y control que son utilizados en la planta para obtener información valiosa del proceso de
producción, pero que no se encuentran en ninguna red y por lo tanto no se explota esta
información en forma automática.
Los dispositivos que encontramos son:
62
l. Básculasl211 para el pesado de materia prima en diferentes etapas del proceso: recepción de
embarques en la entrada de la planta, entrada del almacén de materia prima y estaciones de
medición de materia prima a agregar en el desarrollo del proceso. Los modelos encontrados
son: UMC 444 y UMC 666. Estos son instrumentos indicadores digitales de peso basados en
microprocesador con características como memoria no-volatil para configuración, indicador
electrónico de LEDs de 6 dígitos, puerto serial bidirecciónal RS-232, conexión a 8 celdas de
carga de 350 ohms a 10 VCD.
2. Sistemal221 Multi-Vessel de Kistler Morse. Este instrumento es un sistema multicanal de
procesamiento de señales e indicador que recibe señales analógicas o digitales de tipo serial.
La información se recibe desde tanques de almacenaje equipados con sensores ultrasónicos de
nivel. Cuenta con un puerto RS422 para su comunicación con equipo de computo a través del
cual se puede obtener información de los valores de los niveles de los tanques, unidades de
ingeniería, datos de calibración, etc. Estos medidores de nivel son usados en los tanques de
almacenamiento de sustancias químicas líquidas que son agregadas durante el desarrollo del
proceso y que permiten llevar un control de las existencias de estos materiales. En total se
tienen 18 tanques para el almacenaje, por lo que se tienen 18 sensores conectados al sistema
indicador.
3. Controladores lógicos programables encargados del proceso automatizado de envasado y
embalaje del producto terminado. Este tipo de equipos son sistemas controlados por
microprocesador, que mediante pueden detectar el cambio en el estado de sus señales de
entrada conectadas a dispositivos como botones, sensores límite, y sensores analógicos. En
base a esta información y en base a la ejecución de lógica de diagramas escalera almacenado
en su memoria, puede producir señales de salida para accionar arrancadores de motores,
solenoides, luces piloto, válvulas de control analógico, etc. ejecución de un programa En ellos
encontramos:
• El Controlador Lógico Programable 545l231 de Texas Instruments . Sistema de tipo modular
que cuenta para las funciones de comunicación con un puerto serial con velocidad máxima de
19200 bps para enlace con equipo de computo o interfaces de operador. Tiene un período de
sean de l ms por cada 1000 palabras de programa.
• El Controlador Lógico Programable 425l23J de Texas Instruments. Sistema de tipo modular
que cuenta con un puerto serial de comunicaciones de un máximo de 19200 baud para enlace
63
con equipo de computo o interfaces de operador. Tiene un período de sean de I ms por cada
1000 palabras de programa. El protocolo utilizado para la comunicación es de tipo
propietario.
• El Controlador Lógico Programable SLC500 de Allen Bradley . Sistema de entradas y salidas
fijo el cual cuenta con l K de memoria para su programación. Cuenta con un puerto serial de
comunicaciones para enlace con la terminal portátil de configuración o con una computadora
por medio de la interfaz DH-485 de Allen Bradley. El cual en su estructura básica es una red
RS-485, por lo que es posible poner sobre un mismo enlace hasta 32 equipos de características
similares para funciones de configuración y de adquisición de datos. El protocolo es de tipo
propietario.
• El Controlador Lógico Programable SLC5/03 de Allen Bradley . Sistema de tipo modular con
máximo de l 6K de memoria para su programación. Cuenta con dos puertos seriales de
comunicaciones para enlace con la terminal portátil de configuración o con una computadora
Uno de los puertos es DH-485 mientras que el otro cumple con el estándar RS-232-C. Los
protocolos utilizados son sin embargo de tipo propietario.
Las características de las interfaces de comumcac1ones de los elementos del las tres áreas
mencionadas se encuentran en el Apéndice A de este trabajo.
4.3. INFRAESTRUCTURA DE SISTEMAS DE INFORMACIÓN.
En el desarrollo de las operaciones y actividades diarias de en la División Recubre, se utilizan dos
grandes sistemas de información. Sin embargo estos en la actualidad no cubren todos las
necesidades de procesamiento de información.En algunos casos por no contar con los programas
o aplicaciones necesarios, y en otros por no estar implantados; ya sea desde un punto de vista
operacional o por falta de mecanismos de captura automática de información.
64
4.3.1. SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO.
Las funcion principal que este sistema debe llevar a cabo son:
En base a las órdenes de producción generadas por el área de programación de producción, y en
base a las opciones seleccionadas por los operadores, controlar la dosificación y mezclado de
materias primas en las etapas de Dispersión y Ampliado. Todo ello en base a la información
contenida en su base de datos y la programación hecha. En forma adicional debe mostrar la
información de materias primas consumidas en forma automática a fin de actualizar la
información de almacén.
Este sistema cuenta con una base de datos y una sistema de programación totalmente propietario,
no cumple en ninguno de estos elementos con normas internacionales y no permite la explotación
de la información que existe en el por medio de las interfaces estándares como ODBC o SQL. Sin
embargo mediante la unión de diferentes elementos del mismo fabricante es posible crear un
sistema capaz de controlar toda la planta de producción de forma automática. Su estructura
general se muestra en la Fig. 4.2. En ella podemos apreciar la existencia de tres partes
principales: los controladores, las interfaces de usuario / programación y la red de terminales de
entradas y salidas remotas del sistema. En estos últimos se conectarán los diferentes sensores y
actuadores mediante los cuales el sistema de control distribuido podrá conocer el estado del
sistema de producción y realizar acciones para que el proceso se lleve a cabo.
En primer lugar, estas señales de entradas y salidas serán definidas dentro de la base de datos del
sistema como "puntos". La lectura y modificación de estos puntos será hecho por medio de los
programas que se escribirán para definir la secuencia del proceso de producción. Además de las
señales de entrada y salida, se define en la base de datos las recetas de los diferentes productos
que se producirán, los tiempos que cada etapa del proceso deberá de durar, los valores límite que
las diferentes variables (temperatura, velocidad, etc) podrán tomar durante el proceso, las claves
de acceso de los operadores, etc. Esta base de datos, así como los programas de control se ubican
en los controladores
Cuarto de Control --- - - -------
Red de Comunicaciones PROVOX Data Highway
D ~-~---------, /~\ 1 •
~ ' 1
1
Interfaz de Usuario
O_ 1
Interfaz de Usuario
E/S Remotas ~-
E/S Remotas
Fisher-Rousemount MicroPROVOX
1 L__ ___ _
H'Ü'-{ !:[r,¡["1!:D E/S Remotas -~
~uj:o~·~a~"::)it--~ E/S Remotas
E/S Remotas ----fiiipjl 11 d'o.'o·g;:¡r E/S Remotas ~ E/S Remotas
@SRemo;s I~ E/S Remotas .•
[a o o:qJ E/S Remotas ~- E/S Remotas
E/S Remotas E/S Remotas
Red de Entradas y Salidas Remotas en Planta
Fig. 4.2. Elementos del Sistema de Control Distribuido.
4.3.2. SISTEMA DE PLANEACIÓN DE RECURSOS DE MANUFACTURA.
o.:,
En el año de 1993, la empresa adquirió el conjunto de programas de sistema de manufactura
MRPx de J.D Edwards, fundamentado en la teoría de Planeación de Recursos de Manufactura o
MRP II que fue comentado en el punto 3.2. Este sistema fue adquirido para operar en el equipo
AS/400 de IBM y sus funciones están divididas en varios módulos como lo muestra la Fig. 4.3.
66
, """11¡ , ""' ,
~, ., """11¡ ·~ ... H Investigación y Desarrollo
Planeación Estratégica
'"""''°" 00 ,-=· ~ Humanos
Planeación ~e Negocios
Lista de Materiales llllii.
Planta y Equipo
Plan de Ventas
¡,..-- Lista de Materiales Rutas de Fabricación ~ Presupuesto Anual
Costos de Producto Costos de Producto
Procesamiento de
... Ordenes de Compra
" Cuentas Recibidas
Programa Maestro de lllri. Planeación de Recursos Producción Humanos
Planeación de -r Planeación de Operaciones Planeación de ..... Requerimientos de Requerimientos de
Materiales Capacidad
Compras Control de Piso
Cuentas por Pagar Nómina
Presupuesto Anual e_ ___
r -.... Administración de Administración de
Inventarios Calidad
Planeación de Requerimientos de Reportes de Desempeño
Materiales
Costos de Producción
Contabilidad
Reporte Financiero
'-- J L ....
Fig. 4.3. Módulos del Sistema MRP II existente en la planta.
67
Como podemos observar de este diagrama, las áreas de planeación estratégica, planeación de
operaciones y ejecución están formadas por varios módulos. Cada uno de estos es un conjunto de
programas, archivos y estructuras de la base de datos que brindan las funciones definidas para
ellos.
Es necesario aclarar que no todos los módulos fueron adquiridos para la planta donde se esta
realizando este trabajo. Además solo algunos de ellos han sido implantados y operan de forma
adecuada.
Como fue planteado en párrafos anteriores, este trabajo se enfocará a la integración de las áreas
que están directamente relacionadas con el proceso productivo de donde es necesario automatizar
el envío de información hacia el sistema MRP II. Es decir las áreas de ejecución de las
operaciones que interactúan directamente con el piso de producción.
69
Como se mencionó en el capítulo anterior, la realización de los planes de capacidad (CRP) y de
materiales (MRP) que surgieron como resultado de la planeación operativa, deben ser llevados a
cabo por las áreas de ejecución. En el sistema MRPx que se desea implantar en la División
Recubre, esta parte está compuesta de formada por los módulos de Control de Piso,
Administración de Inventarios y Costos de Producción. Sin embargo existen muchos requisitos
en el proceso de planeación que habrán de tomarse en cuenta para que la parte de ejecución del
sistema sea capaz de alcanzar los objetivos que se planten.
5.1. AREA DE PROGRAMACION DE LA PRODUCCIÓN
Encontramos en la actualidad a la actividad de planeación de la producción (diagrama MFG/A5)
definiendo las cantidades a producir en la planta por medio de un listado de prioridades de
producción, el cual es función de las órdenes de compra e inventarios de producto terminado. Lo
cual resulta adecuado considerando el esquema de producir en función de las órdenes en firme
del cliente. Sin embargo la consideración de la capacidad de la planta es basada en una cifra
estimada de producción de 60 millones de lt. por año y que la producción que se puede lograr en
los períodos de tres turnos es de 350 a 380 mil lt. diarios. Y teniendo como referencia que el
récord de producción en un tumo en esta división es de 150 mil lt. No obstante, no existen cifras
confiables de tiempos estándar de producción.
Se debe estar consiente que la utilización de un sistema MRP II tiene como fundamento para la
planeación de la capacidad (CRP) los tiempos estándar de duración de cada una de las etapas de
la producción; esto es, tiempos de transporte de materiales, de preparación de equipos, de
producción, de espera por inspección, etc. Al no contarse y por lo tanto no utilizarse estos valores
como base para la determinación de la capacidad existente para la producción se puede llegar a la
asignación de cargas excesivas de trabajo o bien el desperdicio de recursos ociosos.
Aunado a esto el conocimiento del estado de cada uno de los equipos de producción en el
momento de realizar la planeación es primordial, ya que se puede contar con equipos que se
encuentran fuera de operación por reparación o como es el caso de la planta, cuando se "presta"
un equipo para la producción de productos de la otra división, estos pueden quedar fuera de
servicio hasta por una semana durante la limpieza y acondicionamiento para retomar su operación
normal.
11 ----<
INVENTARIO PROD. TERMINADO "
12 .. 13
PRODUCCIÓN
C1 C2
l l CALCULAR
PRODUCCIÓN
PENDIENTE ... L-----~---' •
PRODUCCIÓN NECESARIA
'
~~~~--~~-
'- " ASIGNAR INVENTARIO M.P. 1 INVENTARIOS
"-------- -----l--------------ai
'
M1
NODE: ;; '' l I TITUl!ROGRAMAR PRODUCCIÓN
ADMINIST~DOR INV.
h 2
INVENTARIO AUTORIZADO
01 ...._ hl EMITIR ORDEN DEI
..., PRODUCCIÓN 1------• 3
J
l NO.: AS ..._¡ o
INVENTARIO PROD. TERMINADO \2 ___ _
13-< -~···~- --~ .. -...,¡
C2
CALCULAR PRODUCCIÓN
PRODUCCIÓN NECESARIA
ASIGNAR INVENTARIOS
INVENTARIO AUTORIZADO
l~J_ INVENTARIO M.P. -1---.1
ADMINIST. ( 1 ) J1
DEINV.
I'-- ------+----- +-------
C1
TIEMPOS ESTÁNDARD
ASIGNAR EQUIPOS Y PERSONAL
3
L-------t----------
M1
NODE: TITUfROPUESTA DE PROGRAMACIÓN R DE PRODUCCIÓN
PRODUCCIÓN ASIGNADA Y AUTORIZADA
01 , EMITIR ORDEN DE
1 ...
... 1 PRODUCCIÓN
3
)
NO.: ASP -...¡
La asignación materiales y recursos a la producción planeada antes de emitir las órdenes de producción al piso es acorde a los procedimientos que el sistema MRP 11 puede llevar automática o manualmente en sus registros. El equivalente sería correr el sistema MRP y CRP en base a órdenes de compra registradas en el sistema.
Las órdenes emitidas ya llevan asignado no sólo el material para la producción sino la máquina, el personal y el tiempo planeado para la fabricación de un lote.
Las órdenes especiales pueden ser manejadas de la misma forma que en el sistema actual. El sistema MRP cuenta inclusive con manejo de prioridades de órdenes en el módulo de control de piso.
NODE: MFTIA5 1 TITLE: TEXTO ASOCIADO DIAGRAMA DE PROPUESTA DE PROGRAMAR PRODUCCIÓN l NO.: A5PT
¡ ,
E EQ
STATUSDE \ UIPOSYO.P.
11 ~
~
12
! "
M1
NODE: A6 TITLE:
C2
CAPACIDAD DE PLANTA •• REC ETA DE
PRC DUCTO ASIGNAR EQUIPOS
1 EQUIPO ASIGNADO ,
SUPEF VISOR '-t PRODl CCIÓN PESAR
: MATERIA r-', PRIMA : 2
• ,11 M.P. BASCULA OPE DOR
EQUIPc}-t, ASlr.NADf'l.
;.
seo
EQUIPO ASIGNADO
EQUIPO
" ASIGNADO
' '
C1
,1, , PRODUCTO
DISPERSAR ~PERSADO PRODUCTO ,_
3
OPE~OR ,, ,, ~ PRODUCTO
: AMPLIAR ~LIADO PRODUCTO
; .... 4
seo OPE/Aoo , r
'-t ENVASAR : PRODUCTO
5
ENVASAD RA OPE~DOR
01
02 -
NO.: A6
....... w
C2
REC t:TADE PRC bUCTO
~
11 . \ ~ PESAR MATERIJI C1
• PRIMA ¡-------.., 1
12 -. 2 1
a <l M.P. ' BASCULA OPERi ~DOR 1, •
) ) EQUIPO'--+ PRODUCTO / ASIGNADO. DISPERSAR ~PERSADO i\.
r PRODUCTO ...
3
SCD J OPERA}oR . 1• V
EQUIPO '----. PRODUCTO ASIGNADO AMPLIAR
1AMP~IADO "- - :.. PRODUCTO
:: 4
SCD OPEiDOR
EQUIPO '--1 ASIGNADO .
'- . r
ENVASAD
M1
NODE: P.6 TITLE: PROPUESTA DE AREA DE PRODUCCIÓN
~
ESTADO DE PRODUCCIÓN
-. o ,2
' •• ~
ENVASAR 01 . PRODUCTO .
5
RA OPE;DOR
NO.: A6P
....... ~
Area de producción o control de piso únicamente responsable de llevar a cabo la planeación realizada en la función previa.
La salida 2 (02) no solamente compuesta de información de estatus de tanques de producción de las etapas de ampliado y dispersión. Se reporta también tiempos reales ocupados en cada una de las etapas productivas , así como los tiempos de espera y de inspección para cada lote. Estos valores serán utilizados posteriormente para la definición y modificación de los tiempos estandar, así como de los costos estándar del proceso de producción.
NODE: MFT1Ae I TITLE: TEXTO ASOCIADO DIAGRAMA DE PROPUESTA DE PRODUCIR PRODUCTO l NO.: A6PT
-.J V,
76
Adicionalmente, la cantidad de recursos humanos necesarios en cada etapa para la operación de
los equipos es otro aspecto que debe tenerse en cuenta durante la planeación.
Aunque es necesario un análisis detallado de tiempos y movimientos para determinar los tiempos
estándar de producción, es posible hacer una comparación de la operación actual contra los
parámetros que se consideraron durante el diseño de las instalaciones de la división.
En esta información vemos que la capacidad solicitada a la firma de ingeniería encargada de
realizar este trabajo fue de 75 millones de litros al año.
La ingeniería desarrollada arrojó una capacidad de 76.5 millones de litros anualmente pero
considerando una jornada de producción de 1 O hrs. por día durante 220 días efectivos de trabajo.
Con esta cifra se definió la cantidad de líneas de envasado, y tanques de dispersión con las que
actualmente se cuentan. El área de dispersión cuenta con dos tanques más de los originalmente
considerados, por lo que su capacidad deberá ser aun mayor de la cifra antes considerada. Es
necesario establecer que esta cifra se obtiene al producir únicamente productos blancos, por lo
que al tomar en cuanta que en la actualidad alrededor del 10% de la producción es de productos
de colores diferentes al blanco se pueden generar desviaciones de la cifra inicial de capacidad. Si
se considera un promedio diario en función de la cifra de capacidad por diseño obtenemos:
Capacidad diaria teórica= 347 000 lts /día. Día= lOhts. ·
Al comparar esta cantidad con la cifra récord de producción mencionada anteriormente de 150
mil lts observamos que contra la capacidad para la que idealmente se diseño la planta tenemos un
factor alrededor de 2.
Son muchos los factores que pueden desviar la operación del valor teórico para el que fue
diseñada la planta: gran cantidad de retrabajo de los lotes producidos, fallas de los equipos,
inexperiencia de los operadores, falta de mano de obra, deficiente programa de mantenimiento,
etc. Sin embargo, esto hace aún más importante el estudio de tiempos de la planta y poder así
determinar no sólo la capacidad real, sino los aspectos que se puedan mejorar para tratar de
alcanzar el desempeño teórico de las instalaciones. De ahí se generarán requerimientos de
información que podrían convertirse en candidatos para la utilización de un sistema automatizado
de adquisición de datos.
La propuesta entonces plantea modificar las funciones del área de planeación, pero como se está
trasladando una de las funciones del área de producción hacia esta otra, se reflejarán las
77
modificaciones en las dos áreas, como se muestra en los diagramas MFG/A5P y MFG/A6P, que
resultan de modificar los diagramas MFG/ A5 y MFG/ A6 de las áreas mencionadas.
5.2. PROCESO PRODUCTIVO.
Observando el diagrama MFG/ A6 del modelo IDEFO del sistema de producción podemos
apreciar el desarrollo de las actividades del proceso de la división. Sin embargo existen
problemas que no se aprecian a este nivel de representación. Considerando al siguiente nivel
demasiado detallado y muy saturado de pequeñas operaciones, se tomarán sólo dos aspectos de él
que se han considerado de importancia para el mejoramiento.
5.2.1. OPERACIÓN SEMIAUTOMÁTICA EN AMPLIADO Y DISPERSIÓN.
Como fue mencionado anteriormente, la planta cuenta con un sistema de control distribuido que
debe encargarse de los procesos de ampliado y dispersión. De acuerdo a la programación del
sistema, se debería permitir que el propio controlador marcara el paso y la duración de cada una
de las fases de la producción, sin embargo actualmente la operación en ambas etapas es en forma
manual. Esto es, que los operadores ( encargados de la dosificación de algunas materias primas)
eligen la formulación que deberá ser producida en las pantallas del control distribuido que se
encuentra en el cuarto y ellos van indicando al sistema cuando es que se debe iniciar o finalizar la
siguiente etapa del ciclo. La única parte que aún define el propio sistema es, una vez dada la
orden, la dosificación de la cantidad especificada de ciertas materias primas. Por esta razón los
tiempos en los que teóricamente deberían realizarse las formulaciones se alargan por retrasos
propios de esta forma de trabajo. Las causas principales de esta forma de operación es la falta de
una pantalla de monitoreo en la propia área de producción que le pueda decir a los trabajadores
cuando es que hay que agregar las materias primas que aún se dosifican manualmente o bien
cuando a ocurrido algún problema con el resto del sistema, por ejemplo falla en alguna válvula o
motor utilizada en la dosificación y que obliguen a tomar alguna acción correctiva. Si vamos
sumarizando los tiempos que tarda un operador en ir desde su equipo asignado hasta el cuarto de
control y solicitar el avance de la secuencia, podremos llegar a una cifra significativa de tiempo.
Adicionalmente la dependencia de la producción en los operadores limita la ocupación de todos
78
los equipos disponibles en ampliado y dispersión. Por lo que la utilización simultánea de por
ejemplo, las 7 líneas de ampliado sólo puede observarse en los períodos de alta producción en la
que se cuenta con más personal en dicha área.
La propuesta a este problema será adicionar los recursos necesarios ( computadoras y programas
principalmente) para lograr que el sistema de control distribuido realice realmente el trabajo de la
forma en que fue originalmente planeado, tratando de minimizar la intervención del operador en
el avance de las etapas de dosificación y mezclado de los componentes dentro de las fases de
dispersión y ampliado. Ayudando además a permitir la utilización de todos los tanques
disponibles en forma simultánea aunque siempre en forma escalonada.
5.2.2. RETRABAJO DE LOS LOTES PRODUCIDOS.
Considerando las cifras de producción de el año 1997, encontramos que el 30% de los lotes
producidos por la división necesitan de cierto grado de retrabajo para cumplir con las normas de
calidad de la planta. De estos un 3% no se puede recuperar, por lo que al final son reprocesados
al dosificarlos en nuevos lotes de producto. Los factores que definen la necesidad de retrabajo
son indicadores de calidad no alcanzados y los cuales pueden tener causas variadas. Dentro de
ellas podemos encontrar mala calidad de la materia prima, método de dosificación de la materia
prima inadecuado, tiempo de mezclado insuficiente o en demasía, algunos factores ambientales y
algunos otros no identificados con exactitud.
En cuanto a la calidad de las materias, siempre se realiza un análisis de muestras de los materiales
cuando ingresan a la planta, sin embargo en ocasiones es aceptada una materia prima que se
encuentra fuera de especificaciones ya sea por necesidad urgente del material, por algún acuerdo
con el proveedor o simplemente por que solo existe un proveedor de dicho material.
Por medio de los resultados de las pruebas de control de calidad de las materias primas, sobre
todo las de los materiales que no han cumplido con todos los requerimientos de la planta, el área
responsable puede detectar en la actualidad las causas por las que un lote que necesita retrabajo
llegó a esta condición. Definiendo además las acciones a tomar para corregir al producto.
En lugar de tener un esquema correctivo de calidad, proponemos un esquema proactivo en el cual
cuando se vaya a utilizar una materia prima que no cumple con las especificaciones de calidad, se
defina antes de iniciar la fabricación una modificación en la receta o en los tiempos de
fabricación que se utilizarán. Lo anterior sería posible, ya que conociendo a priori los efectos que
79
se pueden esperar del material defectuoso, es posible que las acciones correctivas que hoy en día
se realizan después del proceso normal de producción, se integren al proceso mismo. De esta
forma, el margen de 30% de lotes que necesitan retrabajo hoy en día podría reducirse en lo
referente a calidad de las materias primas. En consecuencia el tiempo que se pierde al realizar un
primer análisis del producto, determinar las acciones correctivas, realizar la corrección y volver a
realizar el análisis se reduciría a sólo el primer análisis antes de autorizar la siguiente etapa del
proceso. Esto no sólo disminuiría el tiempo necesario para la producción de un producto, sino que
el tanque en que debe esperar y ser retrabajado, así como el personal encargado de esta área se
liberaría más rápidamente permitiendo el inicio de la producción de otro lote.
Existen otros aspectos para los cuales podría proponerse meJoras en los procedimientos que
actualmente se llevan a cabo en división, sin embargo los más relacionados con los objetivos de
este trabajo y que un sistema de integración de información podría ayudar a implantar y a la vez
permitir una justificación convincente son los que hasta ahora se han mencionado.
•
6. ASPECTOS INCLUÍDOS EN EL SISTEMA DE INTEGRACIÓN.
80
En el capítulo anterior se mencionaron algunos aspectos que se proponen como prospectos de
mejora de los procedimientos que actualmente se llevan a cabo en la división. Haremos ahora un
análisis de cuales de ellos pueden ser llevados a cabo con la ayuda de un sistema integrado de la
información del proceso de manufactura y mencionaremos algunos otros procedimientos que al
parecer se llevan a cabo adecuadamente, pero que se verían beneficiados de la automatización.
6.1. AREA DE PROGRAMACION DE LA PRODUCCIÓN.
Como se mencionó anteriormente, la implantación de los módulos de control de piso de
producción del sistema MRP II que la planta adquirió requieren basar la planeación en valores de
tiempo y costo estándares. Los primeros para definir adecuadamente la capacidad de producción
de los recursos materiales y humanos, mientras que los costos estándar permitirán llevar un
control exacto de la productividad de los elementos participantes en el proceso productivo; y por
lo tanto mostrando las áreas que requieren de mejora, mayor control o inclusive incentivos por
alta productividad.
El proyecto de integración podrá entonces ayudar a que los sistemas de control funcionen
adecuadamente al permitir obtener los tiempos utilizados por el operador o el control distribuido
( dependiendo de la forma automática o manual en que el proceso se lleve a cabo) para realizar las
distintas etapas de producción e inspección. No obstante el sistema será dependiente, al igual que
el sistema MRP II, de los valores de tiempos y costos estándar que se obtengan después de un
estudio detallado de tiempos y movimientos de la producción. Es entonces necesario obtener
81
información desde el sistema Fisher-Rosemount de control distribuido y desde los controladores
programables encargados de los equipos de envase del producto terminado. La enumeración y
estudio de los datos específicos que de cada uno de los equipos deberán tomarse será el objetivo
del cap. 7 de este trabajo.
En forma adicional, el estado de cada uno de los tanques, los tiempos que estará fuera de servicio
por mantenimiento o préstamo a otra área, la etapa del proceso productivo que se lleva a cabo en
él, la orden de producción asignada e incluso el tiempo que dicha orden a estado en un
determinado tanque, es información que el área de planeación de la producción debe considerar
para definir alguna modificación al plan actual o redefinir los equipos en que una cierta orden
deberá ser procesada. De esta forma controlando la ejecución del plan de producción y
reflejándolo en el sistema MRP II. De otra forma los ajustes que se llevaran a cabo por los
propios operadores no podrían ser seguidos por el sistema de manufactura y por lo tanto los
indicadores de costo y productividad se perderían al igual que el control.
6.2. PROCESO PRODUCTIVO.
Es notorio que más que un simple aspecto de planeación de la producción, en er párrafo anterior
se trato un aspecto de la relación entre la planeación, la producción y el control de la producción.
Por lo que debería podría pensarse que el tema debería ser tratado en este punto. No obstante, se
ha dejado en el segmento anterior con la idea de realizar este planteamiento en el mismo orden en
que se trato el capítulo anterior. De esta forma ahora se discutirán los aspectos de la operación
manual del proceso y de las necesidades de información relacionadas con la disminución del
retrabajo de los lotes producidos en la división.
6.2.1. OPERACIÓN SEMIAUTOMÁTICA EN AMPLIADO Y DISPERSIÓN.
Como se mencionó anteriormente, todas las funcionalidades del control distribuido con el que se
cuenta para las etapas de dispersión y ampliado, no son utilizadas por falta de una ventana de
monitoreo de la secuencia de dosificación y mezclado en un sitio cercano a los propios tanques.
Esto es principalmente provocado por la conceptualización inicial de la estructura del proceso en
82
que se pensó en la existencia de dicha ventana para garantizar la adición de ciertos materiales en
momentos precisos del proceso. Ante el poco éxito del sistema de integración que se descartó
hace un año y que nunca logró ser realmente operativo, la operación manual ha sido hasta ahora
la práctica diaria del sistema de producción. Para lograr la operación automática del proceso,
estas ventanas o pantallas deberán poder mostrar el estado del proceso de producción de todos los
tanques y en algunos casos mostrar los estados anormales que se puedan presentar en alguno de
los equipos en particular. Adicionalmente el operador deberá poder seleccionar desde ella la
orden de producción que se desee iniciar a producir y con ello la formulación asociada será
seleccionada automáticamente en el control distribuido de forma que las cantidades a dosificar
automáticamente se tomen desde recetas predefinidas. Como requisito para el control de los
recursos y cálculo de productividad, los operadores deberán identificarse en el sistema, por lo que
se registrará a los responsables de cada etapa de la orden de producción. Esta información y la de
toma de tiempos de cada una de las etapas del proceso productivo podrán ser consultadas por el
supervisor de producción y otros responsables superiores del proceso.
6.2.2. RETRABAJO DE LOS LOTES PRODUCIDOS.
La disponibilidad de información necesaria para llevar a cabo la mejora planteada para la
disminución del retrabajo en los lotes debido a materias primas fuera de especificación que se
planteó en el capítulo anterior, nos lleva a las funciones desarrolladas en el bloque de manejo de
inventarios y en particular al bloque de verificación de calidad (MFG/A44). En la actualidad
muestras de todos los lotes de materia primas se analizan y los resultados son reportados de
acuerdo a los procedimientos marcados por la norma ISO 9000, sin embargo toda esta
información es manejada en forma manual y capturada a fin de emitir los reportes que serán
enviados a las distintas áreas interesadas de la empresa. Sin embargo la utilización de estos datos
es realizada después de que se han obtenido efectos negativos sobre la producción y sólo en
ocasiones se puede apreciar una advertencia o prohibición de utilizar un cierto material en la
fabricación de ciertos productos finales de alta calidad. El planteamiento de un control previo al
proceso de producción implica el tener los resultados de todos los análisis de las materias primas
disponibles. De esta forma los responsables de la calidad de la producción podrán tomar medidas
adelantadas para evitar el retrabajo de los lotes donde materiales específicos serán utilizados.
Inclusive puede generarse un mecanismo donde automáticamente se genere una advertencia sobre
83
la utilización de materiales con ciertas características en la fabricación de algunos productos
importantes. La complejidad y utilidad de las funciones que un sistema de este tipo puede lograr
es sólo función del grado de conocimiento de los efectos que pueden los componentes tener en el
producto final a fabricar.
6.2.3. OTRAS ÁREAS DE OPORTUNIDAD.
En forma adicional existen datos que podrían ser obtenidos por medio de un sistema integrado y
que pueden ayudar en la disminución del volumen de documentación que actualmente se utiliza
para su registro y distribución. No obstante la justificación de su inclusión será un poco más
problemática de demostrar.
Entre ellos tenemos, el área de manejo de inventarios donde será posible disminuir el número de
documentos que actualmente se utilizan para controlar la entrada de materia prima a la planta, el
registro de la cantidad de material recibido y la identificación de los sacos que llegan al almacén.
Además mediante la integración de los equipos medidores de nivel de los tanques de
almacenamiento de materias primas al sistema, todas las áreas que utilizan estos datos podrían
tenerla directamente en su computadora sin necesidad del envío de reportes como se realiza
actualmente.
En los capítulos que siguen se realizará el planteamiento detallado de la estructura de la
información que es necesario intercambiar entre los sistemas, así como una solución a los
requerimientos de comunicación que de este intercambio de datos se desprende.
84
7. ESTRUCTURA DE INFORMACIÓN.
El objetivo del presente capítulo es definir la estructura de los datos más relevantes que es
necesario considerar para lograr la integración de los sistemas existentes en la fábrica que es
motivo de este estudio. Como se mencionó en la sección 3.1.1.3, una herramienta que permite
crear modelos que representen la estructura de la información que se maneja dentro de una
empresa es la IDEFlX.
Para el desarrollo de este modelo seguiremos la metodología planteada en la propia norma y que
consta de 5 fases P 71:
• Fase O. Definición del contexto del modelo a construir: definición del proyecto.
• Fase 1. Definición de entidades en base ala información recolectada.
• Fase 2. Identificación y definición de relaciones entre entidades.
• Fase 3. Identificación y definición de llaves o atributos primarios, así como la eliminación de
relaciones no específicas.
• Fase 4. Identificación y definición de los atributos no primarios.
7.1. CONTEXTO DEL MODELO A CONSTRUIR.
El modelo de información que se plantea a continuación será valido para definir la estructura de
los datos que deben considerarse para la implantación de las mejoras propuestas en el capítulo 6,
por medio de un sistema de integración y en utilización de las diferentes áreas productivas
involucradas en el proceso de fabricación. Es decir que el modelo no representará a la operación
actual, sino será el modelo para un sistema modificado que permita operar de acuerdo a las
mejoras planteadas para el proceso. Las estructuras que definen muchos de los datos integrados a
85
este modelo no son incluidas en él por considerarse como elementos que no requieren ser
intercambiados entre los sistemas. Por ejemplo las órdenes de producción serán siempre
generadas por un pedido. Sin embargo la información importante en este modelo será siempre la
orden de producción y no el pedido.
La documentación utilizada para definir los requerimientos de información de cada sistema
variarán en función a la mejora considerada y al sistema solicitante de la información.
De esta forma para los requerimientos planteados por las diferentes mejoras que se plantean,
tenemos tres fuentes principales:
La pantalla del sistema lMRP II dedicada a la alimentación de tiempos y recursos utilizados en las
diferentes etapas de la producción, así como el número o cantidad de producto fabricado en cada
etapa. Estos datos serán utilizados para el cálculo de los costos de producción, índices de
productividad de equipo y operadores, etc. Esta pantalla y la relación de los campos que se
encuentran en ella se muestra en el Apéndice B.
Requerimientos planteados por personal de área de programación de producción y producción en
función de la operación del proceso productivo y la información que es requerida para la
operación. Equipo (tanque de dispersión, ampliado, línea de envasado), estado (asignado, no
asignado, en operación, mantenimiento, prestamo, etc) , duración del estado.
Requerimientos del personal de producción con re.specto a las necesidades de información para
operar en automático el sistema de control distribuido.
86
7.2. IDENTIFICACIÓN Y DEFINICIÓN DE ENTIDADES.
La siguiente es una tabla de las entidades identificadas dentro de los requerimientos de
información planteados para la implantación de las mejoras propuestas en el capítulo anterior:
Número Nombre de la Entidad
El Orden de producción
E2 Operación
E3 Producto
E4 Equipos
E5 Operadores
E6 Recetas
E7 Material
E8 Variable
E9 Proveedor
Tabla 7.1. Entidades identificadas inicialmente.
Los factores que indican la necesidad de consideración de estas entidades se discuten en el
siguiente punto al igual que las relaciones existentes entre ellas.
7.3. IDENTIFICACIÓN Y DEFINICIÓN DE RELACIONES ENTRE
ENTIDADES.
Las entidades anteriormente definidas tienen ciertas relaciones entre si, las cuales vienen
definidas por la estructura del proceso de producción, por los recursos humanos y materiales
utilizados en él, etc. Para definir cada una de las relaciones retomaremos los aspectos de mejora
87
En primer lugar, las órdenes de producción que el área de programación emite son función de los
pedidos que se reciben en la planta. Cada una de estas órdenes es especificada para sólo un
producto final, por lo que se plantea la siguiente relación entre entidades:
Fig. 7.1. Relación entre par inicial de entidades del modelo.
Producto
B 1
1
Se ordena en
~ Orden_Producción
1 1
Cada orden de producción emitida será realizada por el área de producción en una secuencia de
operaciones predefinidas, donde cada una de estas operaciones se llevará a cabo en un equipo
definido por el área de programación. Asimismo cada operación tendrá un responsable, que
también será designado desde la etapa de programación. Tendremos entonces nuevas entidades y
relaciones entre ellas como lo muestra la Fig. 7.2.
Fig. 7.2. Diagrama considerando las entidades de operador, equipo y operación.
Producto
y Se ordena en
~ Orden_Producción
1
1
1
Es realizada en
• Operador Operación Equipo
1 r--Lleva a cabo I , r--
____ Se lleva_a cabo en_!_ _____ ,
1
---·-· Es asignado a ...... Es asignado a
De las operaciones posibles a llevar a cabo, las de ampliado y dispersión, tienen como objetivo la
mezcla de materias primas sólidas y líquidas definidas en una receta que establece cantidades y
características. Esta variará en función del producto, el volumen especificado en la orden de
producción y la operación que se está llevando a cabo. La operación de envasado cuenta también
d8
con una especificación de materiales a utilizar (envases) que podemos considerar como una
receta, sin embargo las operaciones de inspección y pesado de materiales no tienen asociada una
receta. Por lo anterior se plantea una relación entre categorías de entidades, donde la entidad
genérica será la operación como lo muestra la Fig. 7.3.
Producto
s Se orden• en • Orden_Produccion
s Es realizada en
• Operador Operación Equipo
1 Es asignado a Es asignado a ~······'-.·-'······~····~"-'-'"'·····1
1
( 1 Oper_Productiva Oper_lnspeccJón
s B Se especifica por
• Receta
B Fig. 7.3. Diagrama con relación de categoría para las operaciones.
Como se mencionó en los planteamientos de mejora del proceso productivo, es necesano identificar plenamente los materiales que son asignados para surtir la receta de
Proveedor
Suministra
~ Receta Material
L Define/ J 1--~~~----,Í~ Espartede=------"l~~~~~~
Fig. 7.4. Diagrama con nuevas entidades: Proveedor y Material.
89
conjunto de variables a analizar para determinar la calidad del producto terminado. Adicionando
estas tendremos el modelo mostrado en la Fig. 7.5.
Proveedor
~ Suministra
~ Receta Material
1
¡.-- Define I ~ Es parte de , 1
Fig. 7.4. Diagrama con nuevas entidades: Proveedor y Material.
Operador
~
--~·· lleva acabo/ . ! Es asignado a
Proveedor
Suministra •
Producto
Se ordena en • Orden_Producci6n
Es realizada en
• Operación Equipo
Se lleva a cabo en I .J,-----,1 ·· Es asignado a l .
-~_1_ ~---=x:-~~
Oper _Productiva Oper _lnspecci6n
~ Se especifica por
9 Se realiza en base a • Material Receta s,~:;:.,~-~, Variable_PT
Se auloriza mediante
• Vanable_MP
Fig. 7.5. Diagrama de relaciones a nivel entidad del modelo del sistema.
90
7.4. IDENTIFICACIÓN Y DEFINICIÓN DE ATRIBUTOS LLAVE Y
ELIMINACION DE RELACIONES NO ESPECÍFICAS.
Dentro del modelo desarrollado hasta este punto, se encuentran tres relaciones no específicas que
es necesario eliminar a fin de continuar con este proceso. Operador-Operación, Equipo-
Operación y Receta - Material. A fin de eliminar estas relaciones dejando en su lugar solo
relaciones padre - hijo entre las entidades, es necesario definir tres entidades nuevas que nos
asocien a las entidades que hasta este punto han tenido sólo una relación no específica. Estas
nuevas entidades y su relación con las anteriores se muestra en las Fig. 7.6 (a) a la (c).
Operador Operación Operación Equipo
~ ~ B 1
Trabaja en base a Ejecutada según I Realizar segúnl
• º""'~ • • 1 •
Asignación_ Operador Asignación_ Equipo
Fig. 7.6 (a) Fig. 7.6 (b)
Material Receta
~-¡ I Surtir según ---'
• Asignación_lnventario
1
Fig. 7.6 (e)
Fig. 7.6. Sustitución de relaciones no específicas del modelo por específicas.
Una vez realizada esta substitución es posible definir los atributos llave que se definirán para
cada una de las entidades existentes en el modelo, así como los atributos externos que se
transmitirán por medio de las relaciones de identificación entre entidades. Todas las llaves que
91
serán utilizadas son parámetros ya conocidos y utilizados dentro de los procesos actuales de
programación y de producción, por lo que no se espera ningún conflicto de la implantación de
este modelo en la planta. Los atributos llave, así como las relaciones de identificación y las
identidades hijo son representados en la Fig. 7.7.
Operador
~ Trabaja en base a
l Asignación_ Operador
No_Operador (FK) No_Operacion (FK) No_Orden_Prod (FK) No_Producto (FK)
Proveedor
No_Proveedor
Suministra
Maten al
No_Matenal No_Lote No_Proveedor (FK)
E¡ecutada según
Producto
No_ Producto
Se ordena en
• Orden_Producc,ón
No_Orden_Prod No_Producto (FK)
Es realizada en
• Operación
No_ Operacion No_Orden_Prod (FK) No_Producto (FK)
1
Equipo
I , .. _ ... ,~
1
1
1
Utilizar según
1 • ~---Realizar según----1
Oper _Productiva
No_Operacion (FK) No_Orden_Prod (FK) No_Producto (FK)
Se especifica por
• Receta
No Receta No=Operacion (FK) No_Orden_Prod (FK) No_Producto (FK)
Surtir según
Oper_tnspección
No_Operac,on (FK) No_ Orden _Prod ( F K) No_Producto (FK)
Es definida por
• Variabte_lns
ariable_lns No_Operac,on (FK) No_Orden_Prod (FK) No_Producto (FK)
• Asignación_Equipo
Cve Equipo (FK) No_Operac,on (FK) No_Orden_Prod (FK) No_Producto (FK)
- Se surte según--¡ ¡
Vanable_MP
Var_MP _lnspec No_Material (FK) No_Lote (FK) No_Proveedor (FK)
As,gnación_lnventario
No_Material (FK) No_Lote (FK) No_Proveedor (FK) No_Receta (FK) No_Operacion (FK) No_Orden_Prod (FK) No_Producto (FK)
Fig.7.7. Diagrama entidad relación nivel 3. Incluye atributos llave de entidades.
9~
7.5. IDENTIFICACIÓN Y DEFINICIÓN DE ATRIBUTOS LLAVE Y
ELIMINACION DE RELACIONES NO ESPECÍFICAS.
A fin de definir totalmente el modelo del sistema es necesario agregar los atributos faltante a cada
una de las entidades definidas anteriormente. Cada uno de estos atributos son datos que las
funciones de producción y planeación de la producción necesitan para desarrollar su labor de
acuerdo a los procedimientos planteados de mejora. En la Tabla 7.1 podemos ver la matriz de
entidad/ atributo considerando todos los atributos para este modelo así como su relación con las
entidades definidas en el modelo de la Fig. 7. 7.
Los códigos utilizados en esta matriz son los siguientes:
l) "O" = Indica que la entidad es dueña del atributo
2) '·K" = Indica que se refiere a un atributo llave
3) "M" = Es un atributo migrado o externo proveniente de otra entidad.
El uso de este tipo de matriz y su actualización conforme se va desarrollando y modificando el
modelo permite mantener una continuidad en el estudio.
A fin de complementar este modelo, en la Tabla 7.2. se incluye la descripción del dominio de
cada una de las entidades utilizadas en este modelo [ZSI; es decir el conjunto de todos los tipos de
dato y el rango de los valores que los atributos pueden tener. La notación que se utiliza en la
columna denominada "Atributo de Dato" es la siguiente:
1) "N" = Numérico
2) '·A"= Alfanumérico
Por otro lado en la columna denominada "longitud" para los valores decimales de la forma "n,d"
indica una cantidad de punto flotante con "n" digitos totales en la cantidad, y "d" decimales
después del punto decimal.
El modelo entidad relación (o IDEFlX) detallado se muestra en la Fig. 7.8. con todos los
atributos que se integran a '.a Tabla 7.1. y 7.2.
93
:s .g &. "O " al
e ::: .5 ¡j ·::; 8.. -¿; ·¡; ] cr- :::, 8. ¡_,_¡ e
"ª "'
c. e 1 1
"' ..5 1 :E e e c. ..5 .a ... ci ·o •O ·O 1 1
"O o c. ·¡; ·5 ,, ¡; -; o .. '§ . ¡; "O
" 1 "O 8. " " :E " ~ ,, :E "O ¡j e e ._I 1 ·e:
"ª &i &i 8. " .; cb .. ~ -~ ·:: "2 B. ·::; B.. B.. . e: <.) '" = cr- ~
·¡¡; CI ,, ":ii e " ¡.¡ c. o o ¡_,_¡ e < o o > :X < :E c.. > Atributo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 INo Producto 1 OK M M M M M M M M M
Marca 2 o Color 3 o Descrip Prod 4 o !No Operador 5 OK M Nom Operador 6 o Clave 7 o No Operación 8 OK M M M M M M M Descrip Opera 9 o Tiemoo Operador 10 o Tiemoo Prepara 11 o Tiempo Máquina 12 o Cant Prod Generad 13 o Merma 14 o Estado Opera 15 o fecha Opera 16 o Variable !ns 17 OK Lim Máx OP 18 o Lim Min OP 19 o Resultado OP 20 o Estado OP 21 o No Orden Prod 22 OK M M M M M M M M Rendimiento 23 o Cantidad Ordenada 24 o Presentación 25 o Prioridad 26 o Fecha OP 27 o Estado OP 28 o No Material 29 OK M Material 30 o No Lote 31 o Fecha Recep 32 o Var MP lnspec 33 OK
Lim Máx MP 34 o Lim Min MP 35 o Resultado MP 36 o Estado MP 37 o Cve Equipo 38 OK M Estado 39 o No Recela 40 OK M Material Rec 41 o Cantidad Rec 42 o No Proveedor 43 M M OK M
Nom Pro\·cedor 44 o
Tabla 7.2. Matriz entidad/ atributo del modelo desarrollado.
Proveedor
No_ Proveedor
Nom_Proveedor
• Malenal
No_Malenal No_Lole No_ Proveedor (FK)
Malenal Fecha_ Recep
Operador
No_ Operador
Nom _ Operador Clave
1 Trabaja en base a
As,gnación _ Operador
No_ Operador (FK) No_ Operac,on (FK) No_Orden_Prod (FK) No_Producto (FK)
Producto
No_Producto
Marca Color Desaip _ Prod
1
Se ordena en
• Orden_Producaón
/"No Qnjen Prod '1 No=Producto (FK)
Rendimienlo PresentaClón Prtondad Fecha OP EsladO OP Cantidad_ Ordenada
\..
Es realizada en
• Operación
No_ Operecion No Orden Prod (FK) No=Producto (FK)
Desclip_ Openl nempo _ Operador Tiempo_Prepara Tiempo_Méqu,na Canl_Prod_Generado Merma Eslado_Opera Fecha_ Opera
Equipo
Cva_Equipo
Eslado
1
Utilizar sagün
1
1
Ejecutada segün
' 1
i Reahza;~ún ------. •
L __
í Oper_Producliva
!No_ Operacion (FK) ' No_Orden_Prod (FK) No_Produclo (FK)
Se especifica por
• Receta
/"No Receta " No=Operac.on (FK) No_Orden_Prod (FK) No_Produclo (FK)
Matertal Rec Canlidad_Rec
' 1
~------J As,gnaa6n_Equ1po
Oper _ lnspecc,ón
No_Operacion (FK) No_Orden_Prod (FK) No_Produda (FK)
Es definida por
• Vanable_lns
Vanable lns , No_Operacion (FK) No_Orden_Prod (FK) No_Produc:to (FK)
L,m_M .. _OP Lim Min OP Resullado _ OP Eslado_OP
'-
Cve_Equ,po (FK) No_Operacion (FK) No Orden Prod (FK) No=Produdo (FK)
• Vanable_MP
~----Se surte según --i Surtir según
~ Var_MP _lnspec No_Malertal (FK) No_Lole (FK) No_Proveedor (FK)
l.Jm Ma• MP Um-Min -MP Resullado_MP Estado_MP
Asignación_lnventafio
No_Malenal (FK) No Lole (FK) No:Proveedor (FK) No_ Receta (FK) No_Operacion (FK) No_Orden_Prod (FK) No_Produdo (FK)
Fig. 7.8. Modelo IDEFlX detallado de sistema estudiado.
94
IArributo
No Producto Marca !Color Dcscri11 l'rod No ÜJ)Crador Nom Oocrador !Clave No Oricración
Descrip 011crn Tiemoo Operador Tiempo Preoara Ticmoo Máquina ~ant Prod Generado Merma
Estado Opera Fecha Oocra Variable Ins ~,im Máx OP Lim Min OP Resultado OP
Estado OP No Orden Prod Rendimiento !Cantidad Ordenada Presentación Prioridad Fecha OP
Tabla 7.3. Descripción del dominio de cada una de los atributos de las entidades del modelo desarrollado
Si~nilicado Tino di." Dato Lonl!;itud Ran20
I Codiu.o del oroducto Decimal 8.0 0-100000 2 ) ,inca de producto a la uuc pertenece Carácter JO ---) Dcscri()Ción del Color Carácter 5 --4 Dcscririción del Producto Carácter :20 ---5 Clavc del Empicado Carácter JO ---6 Nomhre del Emolcado Carácter 30 ---7 Clave de Acceso a Sistema Conmuto Carácter JO ---8 Clave de la o()Cración eme se lleva a cabo Decimal 3 IU-999
Pesado M.P.
Dispersión Inspección
1 Ampliado
Inspección 2 Envasado
9 Dcscririción de la ooeración Carácter 20 Inspección F
10 Tiempo de operador asi1mado a oocración Tienmo 0:00 --11 Ticmoo de orcoaración de oocración Tiempo 0:00 ---12 Tiempo de utilización de eauioo Tiemoo 0:00 --13 Cantidad de oroducto obtenido en la oDCración Decimal 8.0 O - 1000000
14 Cantidad de merma de la oocraeión Decimal 8.0 1 - 1000000 l~lll ordenes
Orden en proceso
Orden Assignada
Adicionando Líquidos
15 Est11do de la opcración Carácter 20 Adicionando Solidos
16 Fecha de ciccución de la oneración Fecha
17 Característica a Inspeccionar en la prueba de CC Carácter 20 ... 18 Límite Máximo de la Caraderística Carácter 9 ---19 Límitc Mínimo de la Característica Carácler 9 ---20 Resultado del análisis de insDCcción Carácter 10 ---
Conforme No conforme
21 Eslado del material desoués de la orueba Carácter 11 Consecionado
22 Número de la orden de oroducción Decimal JO.O 0-10000000
23 Cantidad de material a fabricar Decimal 15.4 9000 - 36000 Cantidad ordenada de producto Decimal 15.2 9001 - 36000
24 Rccioicnte en el aue el oroducto se envasará Carácter 20 ---25 Prioridad de la orden de producción Carácter 1 ··-26 Fecha de lihcraación de la orden de nroducción Fecha
Atributo dl" Dato
N A A A A A A N
A T T T N N
A N A A A A
A N N N A A N
'O V,
Atribulo
l·: stado OP No Material Material No l .otc Fecha Recc!l ....._____ Yar ivil' Insncc Lirn Máx MP Lim Min MI' Resultado MP
Estado MJ> K:ve EquiJJO
Estado No Receta Material Ree :=antidad Rec No Proveedor Nom Proveedor
Tabla 7.3. Descripción del dominio de cada una de los atributos de las entidades del modelo desarrollado
Sienificado Tino de Dato Longitud Rango
Asignada No Asignada Dispersión Ampliado Envasado Terminada
'27 Estado actual di: la orden de producción Carácter 20 Rctrahaio 28 Clave de Materia Prima a utilizar Decimal !O.O O- 1 0000000 29 Nombre de la materia !lrima Carácter 30 ---30 No de lote de mali:ria prima seg(m nroveedor Carácter 10 ---31 Fecha de rcceoción de lote de materia !lrima Fecha 32 Característica a Inspeccionar en materia prima Carácter 20 ---.B Límite Máximo de la Característica Carácter 9 ---
34 Límite Mínimo de la Característica Carácter 9 ---
35 Resultado del análisis de ins!lección Carácter 10 ---Confonnc
No conforme
36 Estado de la materia prima despues de insnccción Carácter 11 Consccionado
37 Número de euuino de !lroducción o envase Carácter 4 ---Desocupado
Procesando
38 Estado del caui!lo de oroducción o envase Carácter 11 Asignado
39 Clave de la receta a usar parn el producto Carácter 9 ---
40 Materia nrima utilizada en la recela Carácter 30 ---41 Cantidad a agregar de la materia prima Decimal 12.3 0-1 0000000 42 Número de nrovcedor asiunado oor comnras Decimal 6 0-100000 43 Razón social del proveedor Carácter 30 ---
Atributo de Dalo
A N A A N A A A A
A A
A A A N N A
\O
°'
97
Adicionalmente se considerará un conjunto de datos los cuales o se encuentran relacionados con
las entidades y los atributos del modelo. Son datos aislados que nos permitirán conocer el estado
de dispositivos de proceso de las líneas de dispersión y ampliado, y que apoyarán a la tarea de
monitoreo del proceso. No obstante no se integrarán al modelo desarrollado. Sólo se agregan a la
lista de atributos como variables numeradas a fin de considerarlas en la evaluación de los
requerimientos de comunicación.
98
8. PROPUESTA DE IMPLANTACIÓN DEL SISTEMA
Una vez que se han detectado las posibles áreas de mejora en los procedimientos de la empresa,
que se han definido las necesidades generales de intercambio de información a considerar para
poder llevar a cabo los planteamientos de mejora y que se ha desarrollado un modelo de la
estructura de esta información, nos encontramos ante la necesidad de definir las técnicas que
deberán de utilizarse para implantar las funciones que se han propuesto para el nuevo sistema y
de cómo llevar los datos que los diversos _sistemas utilizan desde el sitio en que estos se originan.
8.1. PROPUESTA DE ESTRUCTURA DE SISTEMAS.
En los análisis anteriores se han venido discutiendo algunas de las nuevas funciones y
necesidades de intercambio de información que se consideran como necesarios para llevar a cabo
las mejoras planteadas para las actividades productivas de la división recubre de la planta
estudiada. Hasta este punto se ha hablado de la existencia del sistema de control distribuido, del
sistema MRP II trabajando sobre un minicomputador IBM AS/400 y de un conjunto de PLC e
instrumentos de campo. No obstante algunas de las nuevas funciones no pueden ser llevadas a
cabo por ninguno de estos sistemas sin una modificación considerable a su programación. Por
ejemplo la obtención de los tiempos de duración de cada una de las operaciones que se llevan a
cabo durante la producción (Tiempo_Operador, Tiempo_Prepara y Tiempo_Máquina) requerirá
99
obtener estas informaciones directamente del sistema de control distribuido hacia el sistema MRP
II para las operaciones de dispersión y ampliado, mientras que los PLC darán la información de la
operación de envasado. Esto requeriría de una interfaz directa entre los sistemas, la cual no existe
en la actualidad y como se comentará más adelante, no es una solución técnica o
económicamente viable. Otro factor a considerar es que no existe la programación en los sistemas
_ que permitan obtener directamente estos tiempos.
SISTEMA DE CONTROL
DISTRIBUIDO (SCD)
SISTEMA MRP II 1 (MRP)
SISTEMA PROPUESTO DE
MONITOREO, ADQUISICIÓN DE
DATOS E INTEGRACIÓN
(SP)
SISTEMA DE CONTROLADORES
DE ENVASE (PLC)
Fig. 8.1. Estructura propuesta de sistemas
Por esta y otras razones se genera la necesidad de considerar un nuevo sistema que desarrolle de
ser posible, todas las tareas adicionales que la propuesta que se ha planteado hasta este punto
requiere. Entre las funciones más importantes que este sistema deberá realizar son:
1. Interfaz de monitoreo del estado de los equipos de producción.
2. Interfaz de control supervisorio del sistema de control distribuido que permita la operación en
automático de este.
100
3. Registro y consulta de características de lotes específicos de materias primas relacionados con
los lotes de producción que se están realizando o que se realizarán.
4. Interfaz de comunicación entre los sistemas existentes, desarrollando funciones de
adquisición de datos de algunos de ellos.
5. Procesamiento de datos proveniente de los sistemas a fin de generar la información requerida
por el mismo u otros sistemas.
6. Permitir la integración de otros sistemas que sean requeridos por la planta, aún cuando estos
sean propietarios en sus comunicaciones y arquitectura.
De esta forma la arquitectura del sistema que se plantea en la presente propuesta la podemos
apreciar en la Fig. 8.1. En ella este nuevo sistema propuesto se encuentra al centro de los que
existen actualmente y recibe el nombre de Sistema Propuesto de Monitoreo, Adquisición de
Datos e Integración.
8.2. IDENTIFICACIÓN DE FLUJO DE INFORMACIÓN Y VOLUMEN DE
TRANSACCIONES.
Ahora que se han identificado los subsistemas que conforman al sistema propuesto y que
conocemos la estructura de los datos de la información que se requiere intercambiar, es necesario
evaluar cual es la trayectoria de flujo de cada atributo entre los sistemas y definir el número de
veces que se realizarán estos intercambios o transacciones. Antes de ello se deberá además
identificar en cada subsistema si los atributos que se supone se generan en ellos, existen ya en su
programación o base de datos; o bien si será necesario modificar la programación existente a fin
de generar esta información a partir de los datos existentes.
Para ejemplificar este análisis tomaremos los atributos 1 O al 12 de la Tabla 7.1, que forman parte
de la entidad Operación:
En primer término identificamos a estos atributos como los datos que el sistema MRP utilizará
para generar la información sobre costo de producción, productividad, etc. Para cada una de las
operaciones que se realizan en el proceso de producción, los tiempos utilizados en la preparación
101
de las actividades, el tiempo tomado por el operador y tiempo de utilización del equipo deberán
ser registrados por alguno de los sistemas para después ser enviados al sistema :MRP II.
Analizando las operaciones de dispersión y ampliado, sabemos que estos datos deberán provenir
del sistema de control distribuido. Sin embargo este sistema no cuenta en su programación con
las facilidades de obtener directamente los datos requeridos, por lo que se tiene la opción de
modificar la programación del SCD para obtenerlo o que el nuevo sistema realice el monitoreo de
algunas variables del SCD que permitan determinar los inicios y finalizaciones de las diferentes
fases de las operaciones.
Una primer acercamiento a esta opción puede indicar una equivalencia entre las alternativas, ya
que lo que en la primera opción se reprograme dentro del SCD, en el segundo caso se programará
en el nuevo sistema. Sin embargo, la complejidad de la programación del SCD y la falta de
recursos humanos capacitados en esta área dentro de la empresa pueden incrementar
sustancialmente el costo de esta opción; comparada con una programación de un lenguaje
estándar o inclusive un lenguaje gráfico que el nuevo sistema pudiera tener. Aún considerando
que se deberán desarrollar recursos humanos para este nuevo sistema.
Debe aclararse que hasta este punto no se ha definido cual será el nuevo sistema, y que mediante
este análisis se intentan mostrar las características que este deberá cumplir y que posteriormente
servirán de base para buscar en las opciones que el mercado actual ofrece.
Considerando entonces el monitoreo de cuatro variables del tipo entero de 8 bits de longitud
existentes actualmente en el SCD, y cuya variación definen los inicios y finales de las
operaciones, podremos obtener los tiempos de duración de estas mediante una función simple de
temporización. Sabiendo que la requisición de información al SCD debe ser iniciada desde un
sistema externo a este ( el nuevo sistema por ejemplo), sin la posibilidad que el propio SCD envíe
una señal cada vez que las variables que nos interesan sufran alguna variación, surge la
necesidad de depender de un ciclo predefinido de envío de información. Podemos plantear una
lectura a estas variables cada 30 seg. o inclusive más largo, ya que las operaciones de dispersión
y ampliado pueden durar entre 100 a 200 min.
En lo que respecta a la operación de envasado, para cada una de las 7 líneas existentes que
realizan esta operación y que son controladas por PLC es necesario modificar su programación si
es que se desea que los datos de tiempo buscados sean obtenidos directamente de estos equipos.
Al igual que con el SCD, será necesario recurrir a los proveedores de los equipos para modificar
esta programación; sin embargo al existir 2 tipos de PLC diferentes en esta área, los costos se
duplican. En el caso de desear crear recursos propios para desarrollar estas actividades, el tiempo
102
requerido será mucho mayor ya que se necesita la especialización en dos lenguajes diferentes de
programación. En comparación a esta opción, si se monitorea desde el nuevo sistema planteado
las variables que nos indican el inicio y fin de las operaciones, la programación sólo sería
necesaria en el nuevo sistema y por lo tanto la creación de recursos humanos capacitados sería
más rápida y menos costosa. Considerando esta opción, los datos actuales del PLC podrían
utilizarse para generar la información necesaria en la base de datos del nuevo sistema. Las
condiciones de inicio de la operación deberán ser definidas por la asignación de la orden de
producción a una línea de envasado en particular y el inicio del funcionamiento de las llenadoras.
Este último dato puede ser dado por un conjunto de 4 variables digitales que indican la operación
del equipo. Al ser permitido el inicio de la comunicación a un sistema externo, el tiempo de ciclo
de lectura de estas variables podrá ser establecido en valores de alrededor de 30 seg. o inclusive
mayores, considerando que el envasado de un lote completo puede durar hasta un tumo completo.
En el caso de las operaciones de inspección, el sistema podrá considerar las finalizaciones de las
etapas de dispersión y ampliado como el inicio, y la captura de los resultados de los análisis de
control de calidad como la tenninación de estas operaciones. Esta captura de información, esta
considerada se lleve acabo en el nuevo sistema, por lo que la definición de los tiempos de
duración serán fácilmente obtenibles, ya que no se requiere monitorear algún otro sistema.
Una vez obtenido los datos buscados de tiempo de duración, y encontrándose estos.en la base de
datos del nuevo sistema, sólo será necesario enviarlo al sistema MRP II para su registro cada vez
que se termine de producir una orden de producción específica. Al contar con la misma
estructura de atributos en la base de datos de el sistema MRP TI y el nuevo sistema, la transmisión
de información se facilitará . Los mecanismos que serán utilizados para la interfaz entre estos
sistemas serán comentados más adelante en este capítulo.
En resumen, en la Tabla 8.1 se muestra el sistema origen, destino, el número de transacciones, el
tipo de dato intercambiado para los atributos comentados en este ejemplo, así como todos los
atributos que fueron definidos previamente en la Tabla 7 .1., para cada una de las operaciones.
Si realizamos un cálculo con los datos mostrados en la Tabla 8.1. con respecto al número de
transacciones que es necesario llevar a cabo entre los elementos que conforman el sistema global
de la propuesta, encontraremos los siguientes valores:
Atributo !No Producto Marca Color Descrío Prod No Ooerador Nom Ooerador Clave No Operación Descrip Ooera Tiempo Ooerador Tiempo Ooerador Tiempo Ooerador Tiempo Ooerador Tiempo Ooerador Tiempo Ooerador Tiempo Prepara Tiempo Prepara Tiempo Prepara Tiempo Prepara Tiempo Prepara Tiempo Prepara Tiempo Máquina Tiempo Máquina Tiempo Máquina Tiempo Máquina Tiempo Máquina Tiempo Máquina Cant Prod Generado Merma Estado Ooera Estado Ooera !Estado Opera !Estado Ooera Estado Ooera Estado Ooera Fecha Ooera Variable Ins Lim Máx OP Lim Min OP Resultado OP Estado OP No Orden Prod Rendimiento Cantidad Ordenada Presentación Prioridad Fecha OP Estado OP !No Material Material !No Lote Fecha Recep V ar MP lnspec Lim Máx MP Lim Min MP
Tabla 8.1. Matriz de definición de flujo de información
2 3 4 5 6 7 8 9
10 Pesado Dispersión Inspección Ampliado Inspección Envasado
11 Pesado Dispersión Inspección Ampliado Inspección Envasado
12 Pesado Dispersión Inspección Ampliado Inspección Envasado
13 -14 15 Pesado
Dispersión Inspección Ampliado Inspección Envasado
16 -17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
eea = ~
~ t)A) -·-"' ... ri5 o MRP MRP MRP MRP SP MRP SP SP SP SP seo SP seo SP Ple SP seo SP seo SP Ple SP seo SP seo SP Ple SP SP SP seo SP seo SP Ple SP SP SP SP SP SP MRP MRP MRP MRP MRP MRP SP SP SP SP SP SP SP SP
SP s 28 1 POR O.P. SP s 108 1 POR O.P. SP s 58 1 POR O.P. SP s 208 1 POR O.P. MRP s 108 5 POR O.P. SP s 308 1 POR DIA
s 108 MRP s 28 5 POR O.P. MRP s 208 5 POR O.P. MRP s 68 1 POR O.P. MRP N 68 1 POR O.P. MRP s 68 1 POR O.P. MRP N 68 1 POR O.P. MRP s 68 1 POR O.P. MRP N 68 1 POR O.P. MRP s 68 1 POR O.P. MRP N 68 1 POR O.P. MRP s 68 1 POR O.P. MRP N 68 1 POR O.P. MRP s 68 1 POR O.P. MRP N 68 1 POR O.P. MRP s 68 1 POR O.P. MRP N 68 1 POR O.P. MRP s 68 1 POR O.P. MRP N 68 1 POR O.P. MRP s 68 1 POR O.P. MRP· N 68 1 POR O.P. MRP s 48 5 POR O.P. MRP s 48 5 POR O.P.
s 28 SP N 28 2 POR MIN
s 28 SP N 28 2 POR MIN
s 28 SP N 28 1 POR MIN MRP s 38 1 POR O.P.
s 208 s 98 s 98 s 108 s 118
SP s 28 1 POR O.P. seo N 48 1 POR O.P. seo N 48 1 POR O.P. SP s 208 1 POR O.P. SP s 18 1 POR MIN SP s 38 1 POR O.P.
s 28 s 28 s 308 s 108 s 38 s 208 s 98 s 98
103
SP 4x28 2 PORMIN
SP 4x28 2 PORMIN
SP 4 X 28 2 PORMIN
SP 4 X 28 2 PORMIN
SP 4 X 28 2 PORMIN
SP 4x28 2 PORMIN
SP 4x28 2 PORMIN
SP 4x28 2 PORMIN
SP 4x28 2 PORMIN
SP 48 1 POR O.P. SP 48 1 POR O.P.
104
Tabla 8.1. Matiiz de definición de flujo de información
! Q 11,1 Q ~ - e - e e ~ 11,1 Q .2 ~ ~ Q
Q "Q ·- Q "Q ·-•O e c., "Q c., "¡j ~ ~ = 11,1 11,1 e c.,
~ ~ 11,1 Q c.,
~ e e - e e -= ~ e e -::::: ,_ ~
11,1 e·- 11,1 11,1 ~ "' 4J "' ,_ 11,1 ~ ~ - - ~ $! e e 11,1
,_ g_ e e 11,1 "' """ -·- - "' ]~ ~ - ~ ~ "' ,_ ~~ ~ ·= ,_ "' - ·= Atributo 5 éi5 o ·- e ¡: ,_
z ~"' CIJ - z~ ,.,., Resultado MP 36 -- SP --- s 108 Estado MP 37 -- SP --- s 118 C\'e Equipo 38 -- SP --- s 48 Estado 39 -- SP --- s 118 No Receta 40 -- MRP seo s 98 1 POR O.P. SP 1 X 108 1 POR O.P. Material Rec 41 -- MRP seo s 308 1 POR O.P. SP 30 X 308 1 POR O.P. Cantidad Rec 42 - MRP seo s 48 1 POR O.P. SP 30 X 48 1 POR O.P. No Proveedor 43 -- MRP SP s 28 1 POR ANALISIS INom Proveedor 44 -- MRP SP s 308 2 POR ANALISIS Var1 45 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var2 46 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var3 47 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var4 48 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var5 49 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var6 50 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var7 51 -- seo SP s 48 30 POR MIN ~ara 52 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var9 53 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var10 54 - seo SP s 48 30 POR MIN Var11 55 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var12 56 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var13 57 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var14 58 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var15 59 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var16 60 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var17 61 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var18 62 -- seo SP. s 48 30 POR MIN Var19 63 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var20 64 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var21 65 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var22 66 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var23 67 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var24 68 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var25 69 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var26 70 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var27 71 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var28 72 -- seo SP s 48 30 POR MIN Var29 73 -- seo SP s 28 30 POR MIN Var30 74 -- seo SP s 28 30 POR MIN Var31 75 -- seo SP s 28 30 POR MIN Var32 76 -- seo SP s 28 30 POR MIN Var33 77 -- seo SP s 28 30 POR MIN Var34 78 -- seo SP s 28 30 POR MIN Var35 79 -- seo SP s 28 30 POR MIN Var36 80 -- seo SP s 28 30 POR MIN Var37 81 -- seo SP s 28 30 POR MIN Var38 82 - seo SP s 28 30 POR MIN Var39 83 -- seo SP s 28 30 POR MIN Var40 84 -- seo SP s 28 30 POR MIN Var41 85 -- seo SP s 28 30 POR MIN Var42 86 -- seo SP s 28 30 POR MIN Var43 87 -- seo SP s 28 30 POR MIN Var44 88 - seo SP s 28 30 POR MIN Var45 89 -- seo SP s 28 30 POR MIN Var46 90 -- seo SP s 28 30 POR MIN
105
Tabla 8.1. Matriz de definición de flujo de infonnación
o ~ o ~ ... e ... = e el ~ o o el ~ o •O e Q ,:, "y ;a Q ,:, "y "y ('; = eQ o ~ ~ o u eQ ~ ~ o u eQ e ~ ! ] ~ = ,:, 1,, eQ e e ,:, 1,, eQ
1,, ... ~ ~ "' ~ "' ~ ~ t:lJI "' t:lJI o e = ~ 1,, o e ~ ... ·- ... "' ~ ;§ c. ' (';
... ~ c. Atributo t "' 1,, ¡;; ~ ¡:: .:. t:. ·~ "' ... ¡::
,:::, 1,,
éii o ¡.¡¡ ..5 z ¡;;...¡"' 1Var47 91 - seo SP s 28 30 PORMIN 1Var48 92 - seo SP s 28 30 PORMIN 1Var49 93 - seo SP s 28 30 PORMIN 1Var50 94 - seo SP s 28 30 POR MIN 1Var51 95 - seo SP s 28 30 PORMIN 1Var52 96 - seo SP s 28 30 PORMIN 1Var53 97 - seo SP s 28 30 PORMIN Var54 98 - seo SP s 28 30 POR MIN 1Var55 99 - seo SP s 28 30 PORMIN Var56 100 - seo SP s 28 30 PORMIN Var57 101 - seo SP s 18 30 PORMIN 1Var58 102 - seo SP s 18 30 PORMIN 1Var59 103 - seo SP s 18 30 PORMIN 1Var60 104 - seo SP s 18 30 PORMIN 1Var61 105 - seo SP s 18 30 PORMIN 1Var62 106 - seo SP s 18 30 PORMIN 1Var63 107 - seo SP s 18 30 POR MIN 1Var64 108 - seo SP s 18 30 POR MIN 1Var65 109 - seo SP · s 18 30 PORMIN Var66 110 - seo SP s 18 30 PORMIN Var67 111 - seo SP s 18 30 PORMIN rl/ar68 112 - seo SP s 18 30 PORMIN rv'ar69 113 - seo SP s 18 30 PORMIN 1Var70 114 - seo SP s 18 30 POR MIN Var71 115 - seo SP s 18 30 POR MIN Var72 116 - seo SP s 18 30 PORMIN Var73 117 - seo SP s 18 30 POR MIN Var74 118 - seo SP s 18 30 POR MIN Var75 119 - seo SP s 18 30 POR MIN Var76 120 - seo SP s 18 30 POR MIN Var77 121 -- seo SP s 18 30 POR MIN rvar78 122 - seo SP s 18 30 PORMIN 1Var79 123 - seo SP s 18 30 PORMIN
1Var80 124 - seo SP s 18 30 PORMIN
1Var81 125 - seo SP s 18 30 PORMIN
Var82 126 - seo SP s 18 30 PORMIN
Var83 127 - seo SP s 18 30 PORMIN
rvar84 128 -- seo SP s 18 30 PORMIN
106
Sistema A Sistema B Capacidad Requerida
l\1RP SP 0.6 bps
PLC SP 12 bps
SCD SP 2 Kbps
Tabla 8.2. Requerimientos de comunicación entre sistemas.
8.3. IMPLANTACIÓN DE COMUNICACIONES ENTRE LOS SISTEMAS.
Conociendo las capacidades de comunicación requeridas entre los elementos del sistema, es
ahora necesario establecer cuáles son las técnicas que se deben utilizar para implantar estos
canales. Es decir, es necesario definir la forma de alcanzar el Nivel II de la Integración de los
Sistemas de Manufactura como se muestra en la Fig. 3.2. Para ello se considerarán primero las
capas inferiores de comunicación y posteriormente las superiores.
8.3.1. PROPUESTA DE ENLACE DE CAPAS INFERIORES.
Como se mencionó en 3.1.2., al hablar de sistemas de comunicación abiertos es necesario
considerar las varias capas que conforman el Modelo ISO-OSI. Y evaluar para cada una de ellas
la compatibilidad a fin de garantizar que la comunicación entre sistemas sea confiable. De esta
forma a continuación se evaluarán las opciones de interconexión de los diferentes sistemas que en
párrafos anteriores se determinó necesario integrar. Antes de discutir cada caso, es necesario
tener en mente que la solución de integración a considerar entre los distintos sistemas deberá
finalmente permitir que si a futuro se adicionan más equipos de los cuales se deba extraer
información para integrar al sistema general, esto se realice de la forma más transparente y con la
menor inversión posible.
ce E:5B E5[j\
TermlNII TermlNII IBM ÁS/400
w 1-----l-n:J_r1~Es i~sc,¡;1
uk:iJJHa RUl<I-
D [g ~ RELAY
E::ID IE:fil 'Pb69""-......... 1s.: .. --······ --~------\ ......... ~~•_m'":"........ _'~'""' ...... .
00 TRANSMISOR
·3
DE BASCULA
TRANSMISOR DE BASCULA
TRANSMISOR DE NIVEL SILOS
~ I LINEA DEI I EMP'AQUE! L_.__.J
E/5 Rernotm ca E/S R•mota1
CD E/S RefflCllm --E/S Rernatm
2
' i
• Flah•r..A.Memou,1 Mlc:ro~OVOJI.
,'---fEiil I E/S Rerncit.
~ I E/S Remotm
r-tíiiiil I E/SRomo.
E/S Remotm
Fig. 8.2. Infraestructura de Comunicaciones de la División Recubre.
107
Con esto en mente se ha eliminado la opción de enlazar a los equipos de control (SCD, PLC, etc.)
directamente al sistema AS/400 por medio de enlaces de transmisión serial. Esto en base a la
inexistencia de programas de adquisición de datos directamente para el sistema AS/400 y por lo
tanto requiriendo el desarrollo una interfaz de comunicaciones para cada uno de los equipos con
los que se quiera intercambiar información. Esto último implica el desarrollo de un nuevo
programa de interfaz cada vez que se agregue un equipo más.
8.3.1.1. Enlace de los sistemas AS/400 - SCD.
Observando nuevamente la situación de los sistemas existentes en la división por medio de la
Fig. 8.2. podemos apreciar que para nuestro primer requerimiento ( enlace de AS/400 y SCD)
ambos equipos ya se encuentran en una red: AS/400 en una red Ethernet que cumple con la
norma IEEE 802.3 y el SCD en una red de protocolo propietario conocido como Provox Data
Highway. Dada la característica propietaria de la red de comunicación del SCD, no es posible
evaluar capa por capa una compatibilidad, por lo que es necesaria una interfaz entre ambos
108
sistemas para realizar una tarea de traducción entre ambos tipos de red. Esta interfaz se puede
implantar considerando una vez más el nuevo sistema propuesto (Fig. 8.1.). Por lo que en
realidad deberemos buscar dos enlaces en lugar de uno sólo; es decir, MRP-SP y SP- SCD en
vez de sólo MRP-SCD.
Como se mencionó en 4.2.2., existen actualmente dos formas de explotar la información desde el
controlador Fisher hacia una red de tipo Ethernet:
l. Utilizando un puerto serial de la interfaz externa del controlador, modelo CL6921. A partir de
él se puede establecer una comunicación con un protocolo propietario hacia una computadora
(SP), a través de un puerto serial EIA-RS232, la cual a su vez puede contar con dispositivo de
acceso a la red Ethernet (Fig. 8.3.). Esta opción, no obstante plantea la limitación de que la
velocidad con la que puede obtenerse datos por el puerto serial, es máximo de 19 .2 Kbps.
Además, para obtener información de ambos controladores se deberá conectar un puerto
serial por cada uno.
o - ~ o:
Computadora Personal
Enlace entre SCD y red Ethernet a través de computadora.
Enlace Serial a 19.2Kbps
Fisher·Rousemount MicroPROVOX
Fig. 8.3. Esquema de enlace de SCD vía puertos seriales.
De esta forma se tendrán dos interfaces funcionando simultáneamente. No obstante al
verificar el requerimiento establecido para este canal de comunicación, observamos (Tabla
8.2.) que el requerimiento de 2 Kbps se cumple sobradamente, por lo que esta opción es
adecuada para el sistema propuesto.
109
2. Utilizando una interfaz entre la red Provox Data Highway y la red Ethernet. Este equipo
funcionará como el puerto de enlace o "gateway" del que se habló en el ejemplo de la Fig.
3.1 O. Convirtiendo los paquetes de información de formato propietario al formato TCPIIP. En
este esquema se tiene la ventaja de realizar la comunicación a la misma velocidad de la red
propietaria. 2.1 MBps. Fig. 8.4. Además por confiabilidad del sistema al tener sólo un enlace
se disminuye la probabilidad de falla total del sistema de integración. Este equipo es
fabricado también por Fisher y es conocido como DH6032 Highway Data Link. La red Data
Highway utiliza un cable coaxial como medio fisico de transmisión, por lo que se tienen dos
puertos coaxiales para esta red en el puerto de enlace. Para la red Ethernet el equipo cuenta
también con dos conectores coaxiales para un tipo de red que utilice cable coaxial como
medio de transmisión. De esta forma podrá pensarse en una tarjeta de red Ethernet para la
computadora personal que cuente con un puerto coaxial. A pesar de ser esta la opción más
recomendable ya que permitirá un crecimiento de la cantidad de información intercambiada
entre los sistemas, también es la más cara de implantar; ya que presenta un incremento de
costo aproximado de $3000 Dlls con respecto a la opción anterior. Por lo que no es la opción
más justificable. La estructura de este equipo la podemos observar en el Apéndice A.
Considerando ahora el enlace entre el sistema propuesto y el AS/400, el enlace físico se logrará
mediante interfaces de red Ethernet 802.3 para ambos equipos. Para las capas 3 y 4 el AS/400
utiliza en la actualidad el protocolo TCPIIP para comunicarse con la red de computadoras
personales, por lo que un nuevo requisito para el sistema planteado será que pueda manejar este
protocolo. Evaluando el requerimiento de capacidad de comunicación (Tabla 8.2.) para estos dos
sistemas, el requisito de 0.6 bps queda perfectamente cubierto por un enlace de 1 O Mb de las
tarjetas Ethernet del sistema AS/400 o la computadora personal.
Ethernet TCP/IP
P FIOVOX H~l"'IIV Da9 Lllk
P IIOVOX Da9 H l.,
Fig. 8.4. Esquema de enlace de SCD vía puerto de enlace.
8.3.1.2. Enlace de los PLC del área de envasado y el sistema AS/400.
110
Al igual que en el punto anterior, dado el esquema propuesto para este sistema (Fig. 8.1.) en
lugar de sólo considerar el enlace MRP-PLC, consideraremos los enlaces MRP-SP y SP-PLC,
utilizando al sistema propuesto como interfaz entre los dos sistemas originales.
Como se mencionó en el apartado 4.2.3, se tienen actualmente,los PLC del área de envasado sin
conexión a ningún tipo de red. Por lo que habrá que evaluar las posibles opciones de enlace entre
el sistema propuesto y cada uno de los diferentes PLC.
Se tienen en total 7 líneas de envasado en donde, podemos encontrar 4 tipos diferentes de PLC
provenientes de 2 fabricantes:
a) Enlace de PLC SLC-500 de Allen Bradley.
Como se mencionó en el capítulo 4, se cuentan con dos tipos diferentes de esta línea de PLC: un
SLC-500 de arquitectura fija y dos SLCS/02. Este último modelo presenta buenas características
de comunicación ya que es posible escoger entre tres diferentes protocolos (DH+, DH-485 y
Serial RS-232) e incluso puede utilizar la red estándar DEVICENET mediante la adición de una
tarjeta de comunicaciones; el SLCSOO sin embargo, sólo puede comunicarse a través de una red
del tipo DH-485 con otros dispositivos. Por lo tanto podemos pensar en nuestro requerimiento de
comunicación hacia una computadora donde residirá el sistema propuesto como un esquema
similar al planteado en el ejemplo de la Fig. 3.10, para el caso de una red del tipo MiniMAP. Es
decir que habrá una red de dispositivos similares, utilizando un puente o bridge para lograr la
conectividad hacia una red como la Ethernet. Para el caso no se tendrá la red MiniMAP, sino la
111
DH-485, que es básicamente una red RS-485, pero la señalización entre los miembros de la red
esta definida por un conjunto de reglas del fabricante; es decir, un protocolo propietario. Como
muchos otros tipos de red, se a querido plantear el DH-485 como un protocolo estándar, pero en
realidad su difusión es muy limitada fuera de su fabricante original. Esta red puede ser conectada
a una computadora personal mediante un dispositivo de acceso especial también fabricado por
Allen Bradley. Y por otro lado se tendrá un segundo dispositivo de acceso a red pero ahora para
una red Ethernet. De esta forma la computadora (y el sistema propuesto) servirá como puente o
"bridge" entre la red DH-485 y la red Ethernet. Se ha tomado la opción de enlazar los tres PLC
en una sola red DH-485 para minimizar el costo del cableado y por ser necesaria únicamente la
adquisición de una tarjeta 1784-KTx para la computadora, además de un convertidor de interfaz
modelo 1747-AIC para cada uno de los PLC.
DH-4115 Communication
SLC 5'02,
1N7·C11 1N7·C11
Fig. 8.5. Esquema de Red DH-485 para de PLC Allen Bradley
En la Fig. 8.5. podemos observar la arquitectura de la red de comunicación y su enlace hacia la
computadora personal. Las variables que se deseen enviar de cada uno de los PLC hacia la
computadora, y posteriormente a través de la red Ethernet se deberán definir en la configuración
en una tabla de comunicaciones de donde el PLC tomará periódicamente los valores para
enviarlos hacia la red DH-485. Es necesario considerar que dado el requerimiento tan pequeño de
capacidad de comunicación en esta interfaz (12 bps), aún la velocidad más baja posible en este
canal 200bps, será suficiente para satisfacer este requerimiento. Las características de la tarjeta
1784-KTx y los convertidores, así como el tipo de cableado que deberá utilizarse para implantar
esta red pueden consultarse en el Apéndice A de este trabajo.
112
b) Enlace de PLC SIMATIC TI 505 Y TI 405 de Siemens.
En otras de las líneas de envasado se utilizan 4 PLC modulares TI 405 con procesador 425 y 3
PLC modulares TI 505 con procesador modelo 545. Como se mencionó en el capítulo 4, estos
PLC Tl·505
PLC Tl-505
Computadora Personal
7 Puertos RS-422 utilizados para enlace con PLC TI 405 y 505.
PLC Tl-405
PLC Tl-405
PLC Tl-405
Fig. 8.6. Esquema de enlace de PLC TI-405 y 505 mediante puertos seriales RS-422.
equipos cuentan con dos puertos de comunicación incluidos dentro de las tarjetas procesadoras.
un RS-232 y un RS-422. En ambos casos la velocidad máxima de comunicación será de 19.2
Kbps, y sólo se puede establecer la comunicación entre un par de dispositivos. Esto significa que
no es posible utilizar un esquema como el planteado para los PLC Allen Bradley. En este caso se
debe conectar un puerto serial del PLC directamente a un puerto serial (preferentemente el RS-
422) de una computadora personal que realice las funciones de puente hacia la red Ethernet. Por
lo que se requerirán 7 puertos seriales en la computadora (uno por cada PLC), además de un
cableado independiente para cada PLC. Un esquema de esta solución lo tenemos en la Fig. 8.6.
Refiriéndonos nuevamente a la Tabla 8.2, observamos que el requerimiento de capacidad en los
enlaces de comunicación es de 12 bps, lo cual puede cumplirse aún con la velocidad más baja de
enlace entre los sistemas de 200 bps. La forma de implantar este esquema nos obliga a instalar
113
una tarjeta de comwiicaciones multipuerto RS-422, que permita la comwiicación con los 7 PLC
al mismo tiempo hacia la misma comp,,tadora personal.
Existe además la posibilidad de hac~r wia red de estos PLC a fin de reducir los gastos de
cableado y sólo utilizar wi puerto en la computadora. Sin embargo esto requiere la adición de
tarjetas de protocolo Profibus a los 7 PLC, lo cual generaría wi costo muy elevado comparado a
la opción dada anteriormente. Además al ser muy pequeño el requerimiento de intercambio de
información entre los PLC y el nuevo sistema propuesto, no se justifica la adopción de wia
solución, que awique con mayor capacidad será más costoso.
8.3.2. PROPUESTA DE ENLACE DE CAPAS SUPERIORES.
Una vez que se ha logrado establecer Wl medio físico de enlace entre los sistemas a integrar, se
debe considerar también que los datos a intercambiar se lleven correctamente de Wl extremo a
otro del enlace. Recordando el modelo ISO-OSI, esto correspondería a las capas superiores del
esquema con las funcionalidades que se muestran en la Tabla 3.4. Nuevamente se analizarán los
diferentes enlaces que es necesario establecer entre los sistemas del esquema 8.1.
8.3.2.1. Enlace de los sistemas SP - SCD.
Al ser el SCD Wl sistema propietario en su arquitectura y comwiicaciones, no es posible evaluar
capa por capa la interfaz que se desarrolle entre estos sistemas, por lo que se considerarán los
requerimientos que el SCD plantea para sus comwiicaciones.
Independientemente de la interfaz física que se adopte; ya sea el enlace por canal serial o a través
de una red Ethernet 802.3, el sistema propuesto que opera sobre wia computadora personal,
deberá de tener wia base de datos con las características propietarias del sistema microProvox.
Esta estará formada de wia imagen de todas aquellas variables que se deseen enviar o recibir del
SCD hacia el sistema propuesto y viceversa. Esta base de datos, también de características
propietarias es llamada por el fabricante CHIP. El programa para crear esta base de datos es
vendido por el fabricante del SCD y por algwias otras compañías.
114
8.3.2.2. Enlace de los sistemas SP - PLC.
Al igual que el caso del SCD, los PLC con los que se necesita establecer comunicación son de
tipo propietario en su arquitectura, por lo que adicional a la interfaz física necesaria explicada en
los puntos anteriores, el sistema propuesto que operará en una o varias computadoras personales
deberá manejar el protocolo de comunicaciones de cada uno de los PLC. Para este caso en
particular existen módulos de programación llamados "Servidores de Comunicación", los cuales
realizan el control de la comunicación con los PLC a través de interfaces seriales y permiten a
algún programa de ambiente Windows explotar la información que este programa obtiene de los
dispositivos conectados a él. Estos programas pueden ser obtenidos de fabricantes de programas
de adquisición de datos o de firmas de consultoría dedicadas a este tipo de proyectos de
comunicación.
8.3.2.3. Enlace de los sistemas l\1RP - SP.
La integración de estos dos sistemas nos conduce a considerar lo mencionado en el punto
3.1.2.5. Sabiendo que el sistema l\1RP II que opera en el sistema AS/400 trabaja sobre una base
de datos con un administrador de bases 4e datos que puede permitir la utilización de consultas
desde sistemas externos por medio del lenguaje estándar SQL (adicionando un módulo extra).
Para poder realizar el intercambio de información entre los dos sistemas será necesario entonces
que el sistema propuesto se apegue también a los estándares de comunicación de bases de datos y
que sea una base de datos relacional. El esquema en esta comunicación será cliente-servidor
dond~ el módulo extra adicionado al sistema AS/400 actuará como servidor y el sistema
propuesto como cliente.
8.4. DEFINICIÓN DE NUEVO SISTEMA PROPUESTO
En todos los puntos que se han analizado en este capítulo se aprecia un conjunto de
requerimientos que el nuevo sistema planteado en el centro de la Fig. 8.1.debe de cumplir.
Replanteando los requisitos generales que se plantearon en 8.1:
115
1. Interfaz de monitoreo del estado de los equipos de producción.
2. Interfaz de control supervisorio del sistema de control distribuido que permita la operación en
automático de este.
3. Registro y consulta de características de lotes específicos de materias primas relacionados con
los lotes de producción que se están realizando o que se realizarán.
4. Interfaz de comunicación entre los sistemas existentes, desarrollando funciones de
adquisición de datos de algunos de ellos.
5. Procesamiento de datos proveniente de los sistemas a fin de generar la información requerida
por el mismo u otros sistemas.
6. Permitir la integración de otros sistemas que sean requeridos por la planta, aún cuando estos
sean propietarios en sus comunicaciones y arquitectura.
Tenemos además los requisitos técnicos que fueron planteados durante el análisis desarrollado en
este capítulo:
1. Interfaz con otros sistemas que puedan agregarse a futuro para explotación de información
2. Enlace serial con sistema Fisher MicroPROVOX mediante puerto RS-232 a 19200 bps.
3. Operación en red tipo Ethernet 802.3 por medio de protocolo TCP/IP.
4. Operación con tarjeta 1784-KTx para conexión a red DH-485 de Allen Bradley.
5. Operación con tarjeta multipuerto RS-422 para conexión a 7 PLC Simatic TI.
6. Operación con base de datos CHIP para intercambio de información con SCD
7. Operación de "Servidores de comunicación" con los protocolos DH-485, Tl405 Serial y
TI505 Serial para intercambio de información con los PLC del área de envasado.
8. Operación en una base de datos relacional que cumpla con el estándar SQL, operando en
ambiente cliente-servidor.
Existen en el mercado actualmente sistemas llamados de Control Supervisorio y Adquisición de
Datos (SCADA) que presentan muchas de las características que estamos solicitando para esta
aplicación, sin embargo conforme se van acumulando los requerimientos se van eiiminando
opciones de este conjunto. Finalmente, de entre los productos investigados aparecen dos que por
sus características parecen ser capaces de cumplir con las funciones solicitadas. Ellos son el
conjunto de aplicaciones Factory Suite de Wonderware y FIX de Intellution.
116
De los factores que pueden definir una selección entre estas opciones, sin considerar el aspecto
económico en donde son muy similares, son que Factory Suite integra directamente una Base de
Datos (Microsoft SQL Server) al sistema, mientras que FIX no lo integra, pero puede ser
adicionado por el usuario. Otro aspecto es la aparente mayor facilidad de desarrollo de
aplicaciones en Factory Suite, por su interfaz gráfica amigable de desarrollo y operación. Estas
opiniones fueron recabadas en el foro de discusión de automatización de Control Technology en
el periodo Diciembre 97 - Enero 98 de ingenieros usuarios de estos sistemas en Estados Unidos y
Europa principalmente. Adicionalmente al evaluar el soporte técnico a nivel local de estos
productos se ve una gran penetración de Factory Suite comparado con FIX. Existe un factor más
que será explicado más adelante.
Por estas razones esta propuesta recomienda la utilización de algunos de los componentes del
software Factory Suite de Wonderware y en función de esto se plantea la arquitectura que se
muestra en la Fig. 8.7. A partir de este diagrama a continuación se dará una descripción de los
componentes de cada una de las estaciones mostradas:
8.4.1. ESTACIÓN l. PROGRAMACIÓN DE PRODUCCIÓN.
Máquina computadora personal con los siguientes elementos:
1 . . Interfaz de Acceso a la Red Ethernet
2. Sistema operativo Microsoft Windows NT 4.0.
3. Programa InTouch de FactoryLink para permitir la supervisión del estado de los equipos de
las líneas de producción de acuerdo a la información existente en el servidor de la base de
datos central. En ella se deberán programar interfaces gráficas dinámicas mostrando el estado
de los dispositivos miembros de los sistemas de producción.
4. Programa InTrack para la supervisión y el seguimiento de las órdenes de producción
existentes.
8.4.2. ESTACIÓN 2. AMPLIADO.
Máquina computadora personal con los siguientes elementos:
1. Interfaz de Acceso a la Red Ethernet
2. Sistema operativo Microsoft Windows NT V 4.0.
[gJ e ~~,?~j\
1 /f~~j\
1
º~º - = =
ºCJal p 1a º=º ~
º=o¡ r=o º c::=::::=:JD º=O
IBM ,d,S/400 o P.rogr• .!::;;'~,:..""; .'.' ';::::: ~ (\ , 0 -~ - 5, • l , ,,_,, IEEE 802,3 l
. , , • ? ., .!.>•'· ·, Ethernet . ·. . . , 1 ' : ' 1 ¡ : : ~ .~· F"· ' ' - · • • .a ., . .. , J ··- •• • •• 1 'if 11.j¡-----~
Estación 6 Lab. ce Materia Prima
D 2.....::..:..5º
Estación 4 Dispersión
.---------i D ~~
DH-485 ner:worlt .-----_,
17'17·C11 17'17-CII
.::::::=::::. ,e:=:ru\ Estación 5 Envasado
SLC 5'02,
'"-"'' .F,~ ¡, ·, ·¡;:Ht 11111
11 '1 \ ·~1fil:·.rn1:,11 : " 1 1 ' 1 ill" !1 •· "1 ,fil ' 11! 1 ! , '""'. l<.:_ .. ,'ir\:!._._,
PLC Tl-405
D ~e:
Estación 3 Lab ce Prod . Terminado
Fig. 8.7. Arquitectura propuesta de sistema de integrado de información
Enlace Serial¡ a 19.2Kbps
Fisher-Rousemount MicroPROVOX
-J
118
3. Programa InTouch de FactoryLink para permitir el monitoreo del desarrollo de la operación
de ampliado, y enviar señales para el inicio y paro del proceso. A fin de que el operador
pueda realizar estas acciones deberá utilizar una clave de acceso al sistema a fin de llevar un
registro de los responsables de las operaciones realizadas.
4. Programa InTrack para la supervisión y el seguimiento de las órdenes de producción
existentes. En ella se deberán programar interfaces gráficas dinámicas mostrando el estado de
las órdenes de producción y sus características (material y volwnen a agregar en esta etapa,
etc.).
8.4.3. ESTACIÓN 3. LABORATORIO DE CONTROL DE CALIDAD DE PRODUCTO
TERMINADO.
Máquina computadora personal con los siguientes elementos:
1. Interfaz de Acceso a la Red Ethernet
2. Sistema operativo Microsoft Windows NT V 4.0.
3. Cable serial entre estación y puerto serial DB-25 de SCD.
4. Servidor DDE para Fisher Rosemount MicroPROVOX fabricado por Standard Automation,
para desarrollar la comunicación entre esta estación y el SCD. En él deberá definirse las
variables que se van a monitorear y modificar en el SCD a partir de las interfaces gráficas del
usuano.
5. Programa InTouch de FactoryLink para permitir el envío de los datos provenientes del SCD
hacia la base de datos central del sistema. Permitirá asimismo el monitoreo del desarrollo de
las operaciones de la planta y observar el estado de los equipos de producción.
6. Programa InTrack para la supervisión y el seguimiento de las órdenes de producción
existentes. Consultar los resultados de los análisis de control de calidad de las materias primas
utilizadas en un lote de producto en particular y registrar los resultados de los análisis
elaborados. Podrá además imprimir etiquetas de identificación de las muestras de material
analizado.
7. Servidor Industrial SQL en el cual se almacenará la información proveniente de las otras
estaciones del sistema estableciendo registro histórico para algunas variables ( como los
resultados de los análisis de control de calidad). Además de ser el sistema DBMS en el cual
se implantará el diseño entidad - relación obtenido en el capítulo 7. Mediante este módulo se
119
realizarán las consultas y envío de información hacia el sistema MRP II utilizando los el
lenguaje estándar SQL.
8.4.4. ESTACIÓN 4. DISPERSIÓN.
1. Interfaz de Acceso a la Red Ethernet
2. Sistema operativo Microsoft Windows NT V 4.0
3. Programa InTouch de FactoryLink para permitir el monitoreo del desarrollo de la operación
de dispersión, y enviar señales para el inicio y paro del proceso. A fin de que el operador
pueda realizar estas acciones deberá utilizar una clave de acceso al sistema a fin de llevar un
registro de los responsables de las operaciones realizadas.
4. Programa InTrack para la supervisión y el seguimiento de las órdenes de producción
existentes. En ella se deberán programar interfaces gráficas dinámicas mostrando el estado de
las órdenes de producción y sus características (material y volwnen a agregar en esta etapa,
etc.).
8.4.5. ESTACIÓN 5. ENVASADO.
Máquina computadora personal con los siguientes elementos:
l. Interfaz de Acceso a la Red Ethernet
2. Sistema operativo Microsoft Windows NT V 4.0
3. Tarjeta Multipuerto Serial RS-422 fabricada por Digiboard.
4. Tarjeta de comunicaciones 1784-KTx para conexión a red DH-485 fabricada por Allen
Bradley.
5. Cableado entre PLC Allen Bradley con cable tipo Belden 9842 con un máximo de longitud de
4000 pies (1220 m).
6. Cableado individual hacia cada uno de los PLC Simatic TI 405 y 505 con conector DB-9
macho en el extremo de la conexión. Se utilizará cable tipo Belden 9842 con una distancia
máxima de 1000 pies (305 m.)
7. Servidor DDE para DH-485 fabricado por Wonderware, para desarrollar la comunicación
entre esta estación y los PLC de la red DH-485. En él deberá definirse las variables que se
van a monitorear en el PLC a partir de las interfaces gráficas del usuario.
120
8. Servidor DDE para Simatic 505 y Simatic 405 fabricado por KEPware, para desarrollar la
comunicación entre esta estación y los PLC Simatic. En él deberá definirse las variables que
se van a monitorear en el PLC a partir de las interfaces gráficas del usuario.
9. Programa InTouch de FactoryLink para permitir el envío de los datos provenientes de los
PLC hacia la base de datos central del sistema. Permitirá así mismo el monitoreo del
desarrollo de las operaciones de la planta y observar el estado de los equipos de producción.
1 O. Programa InTrack para la supervisión y el seguimiento de las órdenes de producción
existentes. Se registrarán también las órdenes de producción que se envasarán identificando
las órdenes con las líneas existentes.
8.4.6. ESTACIÓN 6. LABORA TORIO DE CONTROL DE CALIDAD DE MATERIA
PRIMA
Máquina computadora personal con los siguientes elementos:
1. Interfaz de Acceso a la Red Ethernet
2. Sistema operativo Microsoft Windows 95.
3. Programa InTrack para el registro de los lotes de materia prima que llegan a la planta, así
como los resultados de los análisis de control de calidad. Estos se enviarán al servidor de
base de datos del sistema de forma que esta información pueda compartirse con las demás
estaciones del sistema. Adicionalmente podrá imprimir etiquetas de código de barras para la
identificación de las muestras de material (Necesario InTouch adicionalmente).
8.4.7. ESTACIÓN 7. DESARROLLO
Máquina computadora personal con los siguientes elementos:
1. Interfaz de Acceso a la Red Ethernet
2. Sistema operativo Microsoft Windows NT V 4.0
3. Conjunto de programas Factory Suite para desarrollo de las aplicaciones de cada una de las
estaciones mencionadas anteriormente.
121
8.5. EVALUACIÓN DE COSTOS
La Tabla 8.3. nos muestra los costos estimados de equipo y programas que deberán adquirirse a
fin de poder implantar el sistema propuesto, adicionalmente se consideran los gastos de la
ingeniería necesaria para desarrollar las aplicaciones descritas en este trabajo, así como la
implantación del modelo de datos y la creación de las interfaces de operación para las seis
estaciones consideradas en el modelo. La capacitación en los programas propuestos se incluye
también en esta estimación.
Los gastos de ingeniería consideran la dedicación de dos ingenieros durante tres meses ala
capacitación y desarrollo del proyecto, así como los honorarios estimados de la asesoría de los
fabricantes de algunos de los equipos incluidos en el sistema.
Se considera como existente la infraestructura de una red local de comunicaciones Ethernet 802.3
en los lugares en que se instalarán las computadoras personales que harán las funciones de
interfaces de consulta y operación.
a a va uac1on e costos T bl 8 3 E 1 .. d d e propuesta. Costo
Estimado Estación Elemento Dlls.
l. PROGRAMAC!ON DE PRODUCCIÓN. Computadora $ 1 ,800.00
Interfaz Red $25.00 Pro¡¡;rama In Touch/ Industrial SQL Cliente $2,300.00 Programa InTrack Runtime $3,000.00
2. Al'vfPLIADO. Computadora $1,500.00 Interfaz Red $25.00 Programa In Touch/ Industrial SQL Cliente $2,300.00 Programa InTrack Runtime $3,000.00
3. LAB. CONTROL DE CALIDAD DE PRODUCTO TERMINADO. Computadora $1,800.00
Interfaz Red $25.00 Programa In Touch/ Industrial SQL Cliente $3,100.00 Programa InTrack Runtime $3,000.00 Senidor de comunicación SCD MicroProvox $3,000.00 Sen·idor Industrial SQL 5000 Ta¡¡;s $7,500.00
4. DrSPERSION. Computadora $1,800.00
Interfaz Red $25.00
Pro¡¡;rama In Touch/ Industrial SQL Cliente $2,300.00 Programa InTrack Runtirne $3,000.00
5. ENVASADO. Computadora $1,800.00 Interfaz Red $25.00 Tarjeta Serial Multipuerto RS-422 Digi $150.00 Tarjeta Allen Bradley 1784-KTx $1,200.00 Programa In Touch/ Industrial SQL Cliente $2,300.00 Acopladores 17 4 7-AIC $400.00 Cableado DH-485 $600.00
Sen·idor de comunicación Simatic TI $695.00
Cableado RS-422 $2,000.00 Programa InTrack Runtirne $3,000.00
6. LAR CONTROL DE CALIDAD DE MATERIA PRIMA Computadora $1,800.00
Interfaz Red $25.00 Programa In Touch/ Industrial SQL Cliente $2,300.00
Programa InTrack Runtime $3,000.00
7. DESARROLLO Computadora $4,500.00 Interfaz Red $25.00
Programa Factory· Suite $10,000.00
Programa Factorv Suite Toolkit $995.00
TOTAL EQUIPO Y PROGRAMAS $74,315.00
Costos de capacitación $7,500.00 Costos estimados de ingeniería de desarrollo $20,000.00
TOTAL SlOl,815.00
Nota 1. Se consideran Paquetes "Runtime" de In touch sin "1/0 server'' con cliente de acceso a servidor SQ para las estaciones 1,2.4 y 5.
Nota 2. Se consideran Paquetes "Runtime" de In touch con"l/0 server" de 256 Tags con cliente de acceso a servidor SOL la estaciones 3.
Nota 3. Todas las computadoras deberán ser Pentium 166 MHz con 40 MB de RAM.
123
9. CONCLUSIONES
Al igual que muchas empresas en México, la fábrica que fue objeto de investigación para este
trabajo está realizando esfuerzos de modernización y mejoramiento que le permitan incrementar
su competitividad tanto en mercados nacionales como de exportación. Dentro de este conjunto de
esfuerzos existe un proyecto de reingeniería considerado a nivel corporativo para todas las áreas
de las empresas del grupo, que busca un cambio radical en el funcionamiento de las plantas al
tener como objetivo un incremento de productividad a través de un aprovechamiento total de los
recursos existentes. A partir de este esfuerzo corporativo el desprendimiento de una multitud
proyectos más pequeños en las diferentes plantas productivas será próximamente una realidad.
Como parte del inicio de este programa, el proyecto de adquisición de datos, monitoreo, control
y automatización que está siendo planeado para la división estudiada, fue el punto de partida para
el desarrollo del presente trabajo. Como resultado de él, se definen las bases (Capítulos 7 y 8)
para la creación de una infraestructura que permita alcanzar el objetivo inicial planteado para el
proyecto por la empresa (Capítulo l ), y del cual se desprendió directamente el objetivo de este
trabajo (Capítulo 2).
En base a lo anterior la justificación económica, o un estudio de retomo de inversión de este
proyecto en forma aislada, sería dificil de realizar en este momento. El por qué de su realización
deberá buscarse en un contexto más general, es decir en el conjunto de medidas que el proyecto
de reingeniería corporativo implica para la planta.
Es necesario aclarar que los elementos que se consideraron para la realización de la integración
de información en este trabajo no son todos los existentes en la división. No obstante, la
124
definición de un alcance más reducido al proyecto se debió a que los resultados del estudio
realizado en la primera parte del trabajo (Capítulo 4) mostraron que la potencial reducción de los
problemas más importantes del área productiva se lograría integrando sólo los sistemas
considerados (Capítulo 5). No obstante, los elementos no integrados generan comparativamente
una menor cantidad de información, y por lo tanto su integración, de ser necesaria, requerirá sólo
de pequeñas modificaciones a la propuesta que este documento plantea. Además, mediante la
aplicación de la metodología utilizada en este trabajo, no sólo los elementos no considerados en
el desarrollo de esta propuesta pueden ser fácilmente integrados; podrán además integrarse
nuevos sistemas que la planta requiera para su operación en un futuro. Aún más, esta metodología
podrá servir como fundamento para proyectos similares que esta empresa lleve a cabo en el resto
de sus plantas productivas.
Si bien es cierto que la metodología utilizada en este trabajo no es un desarrollo original, esta fue
el resultado de la utilización lógica y sistemática de procedimientos, normas y estándares
planteadas en forma aislada por diversos autores y organizaciones. No es por lo tanto una
solución particular para esta empresa y su problemática. Esto nos permite considerar esta
metodología como viable de ser aplicada para el desarrollo de proyectos similares para otras
empresas, aún con procesos de producción y sistemas de operación distintos al de la planta
estudiada. Este factor es de particular importancia, ya que este tipo de proyectos es en la
actualidad un requerimiento creciente en las empresas que han aplicado tecnología de
automatización en Méxicor321.
Como una consideración final, es importante que para la adquisición de cualquier nuevo sistema
con componentes computarizados que la planta realice para el área productiva, se aplique un
nuevo criterio de selección sumado a los que se venían utilizando: el cumplimiento con
estándares de comunicación de sistemas abiertos, como la norma ISO 7498. Lo anterior para
garantizar que la integración sea realizada lo más rápida y transparentemente posible con el
sistema que se implante como resultado del presente trabajo.
125
9.1. PROYECTOS A FUTURO
Durante el desarrollo de este proyecto se han descubierto diferentes áreas dentro de la misma
empresa que justificarían llevar a cabo nuevos estudios que podrían ser complementarios o
independientes del presente. Dentro de ellos podemos hablar de un estudio de factores que
generan el alto porcentaje de retrabajo en los lotes producidos, a fin de plantear propuestas de
mejora a este problema. Adicionalmente un estudio de tiempos y costos estándar del proceso
productivo se ha planteado como un requisito para poder implantar algunos de los módulos del
sistema l\1RP. Asimismo, el grado de mejora que puede ser obtenido por medio las soluciones
planteadas en este trabajo, y por lo tanto un estudio de retomo de inversión de la presente
propuesta, puede ser evaluado por medio de una simulación del modelo desarrollado (Capítulo 4
y 5), siendo para ello necesario utilizar los resultados del estudio de tiempos, o por lo menos
estimaciones de tiempos de operación. Otro grupo de proyectos puede ser desarrollado en la otra
división productiva de la planta, la cual no cuenta con sistemas automatizados de producción ni
con la certificación ISO 9001.
126
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Standards. 1990. Conference on Computer Integrated Manufacturing.
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standard. IEEE Computer Magazine. Diciembre 1991. p.74-78.
128
APENDICE A. ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS DE
MONITOREO Y CONTROL DE PROCESO.
Área: Báscula de Líquidos Producción.
Equipo: UMC 444
Marca: UMC
Interfaz: Serial RS-232/ Current Loop 20mA.
Definición de Interfaz: Jurnper S3
Tipo de Puertos: ASCII
Velocidad: 300/600/1200/2400/4800/9600 Baud
Parámetros: 1 Bit Inicio
7 Bit Datos
1 Bit Paridad (ODD)
1 Bit Paridad.
Conexión de interface Serial.
Conectado a : Computadora de Oficina Almacén Materia Prima
Distancia entre computadora y display.
2 a 4 mts.
Modos de Operación.
1 "Demand" Mode. ( Utilizado para Impresoras).
2. "Continuous" Mode. (Utilizado para interfaz con computadoras o dispositivos remotos.)
En RS/232 la transmisión ocurre al finalizar la actualización de datos del display con el formato:
<STX> <POL> <DATA> <L/K> <GIN> <STAT> <CR>
128
129
donde:
<STX> = Carácter "Start of Text". (ASCII 02H)
<POL> = Signo de polaridad. "Espacio" (ASCII 20H) para datos positivos. "Menos" ( - ) (ASCII
2DH) para datos negativos.
<DATA> = Campo de datos numéricos de 7 digitos incluyendo punto decimal o zero fijo cuando
este es seleccionado.
<L/K> = Campo de 1 dato carácter que identifica las unidades de peso utilizadas en modo
continuo.
Peso en "lb" = <L>
Peso en "kg" = <K>
<GIN> = Campo de 1 dato carácter que identifica la forma de modo de pesado en modo
continuo:
Modo "Gross" = <G>
Modo "Net" = <N>
<STA T> = Campo de 1 dato carácter que identifica el estatus del display. Considerando
prioridad de los mensajes, se tiene:
<D> = Calibración Digital
<A> = Modo de Caibración Analógico
<1> = Datos Inválidos
<O> = Sobre/ Bajo Rango
<M> = Báscula en movimiento
<Z> = Tare Recall Data on Display
<X> = Setpoint # 1 en el display
<Y> = Setpoint # 1 en el display
<SP> = Display en condición Normal
<CR> = Terminador de Mensaje.
Datos a Obtener
Dato Tipo Tamaño
Peso Numérico 7 digitos
Periodo Histórico
Muestreo
10 / seg No
129
Área: Báscula de 80 TON/ 3 TON Almacén M.P. / 3 TON Polvos Producción
Equipo: UMC 600
Marca: UMC
Interfaz: Serial RS-232/RS-485 Current Loop 20mA.
Defición de Interfaz: DipSwitch S 1 (ver pag 7-6)
Tipo de Puertos: ASCII
Velocidad: 300/600/l 200/2400/4800/9600 Baud
Parámetros: l Bit Inicio
7 Bit Datos
1 Bit Paridad
1 Bit Paridad.
Conexión de interfaz Serial.
Conectado a : Puerto serial de computadora.
Distancia entre computadora y display.
80 TON y 3 TON Polvos 2 a 4 mts
3 TON Almacén M.P.
Modos de Operación.
20-25 mts.
1 "Demand" Mode. ( Utilizado para Impresoras ).
2. "Continuous" Mode. (Utilizado para interfaz con computadoras o dispositivos remotos.)
130
En RS/232 la transmisión ocurre al finalizar la actualización de datos del display con el formato:
<STX> <POL> <DATA> <L/K> <GIN> <STAT> <CR>
donde:
<STX> = Carácter "Start of Text".
<POL> = Signo de polaridad. "Espacio" para datos positivos. "Menos" ( - ) para datos
negativos.
<DATA> = Campo de datos numéricos de 7 digitos incluyendo punto decimal o zero fijo cuando
este es seleccionado.
<L/K> = Campo de 1 dato carácter que identifica las unidades de peso utilizadas en modo
continuo.
Peso en "lb" = <L>
Peso en "kg" = <K>
130
<GIN> = Campo de 1 dato carácter que identifica la forma de modo de pesado en modo
continuo:
Modo "Gross" = <G>
Modo "Net" = <N>
<STA T> = Campo de 1 dato carácter que identifica el estatus del display. Considerando
prioridad de los mensajes, se tiene:
<D> = Calibración Digital
<A> = Modo de Caibración Analógico
<I> = Datos Inválidos
<O> = Sobre/ Bajo Rango
<M> = Báscula en movimiento
<Z> = Tare Recall Data on Display
<X> = Setpoint # 1 en el display
<Y> = Setpoint # 1 en el display
<SP> = Display en condición Normal
<CR> = Terminador de Mensaje.
3. Modo "Poli" en RS/485.
Utilizado para interfaz con computadoras o dispositivos remotos.
El maestro de la comunicación enviará al indicador la cadena "Poli" siguiente:
<*><DD><OO><P><CR>
a lo que el indicador enviará la respuesta:
<:><OO><DD><P><POL><DA TA><L/K> <GIN> <STA T> <CR>
donde:
<*> = Indica mensaje del maestro
<DO> = Indica dirección destino del mensaje.
<00> = Dirección del Origen del mensaje
<P> = Comando de impresión
<:>=Mensaje del esclavo.
Datos a Obtener
Dato Tipo Tamaño
Peso Numérico 7 dígitos
Periodo Histórico
.Muestreo
10 / seg No
131
131
Area: Almacén de Materia Prima
Equipo: Multi-Vessel System.
Marca: Kistler-Morse
Interfaz: Serial RS-232/RS-422
Defición de Interfaz: DipSwitch DS 1,DS3, DS4, DS5.
Tipo de Puertos: ASCII
Velocidad: 300/ 1200/2400/4800/9600/ 19 .2K Baud
Parámetros: Bit Inicio ( 1)
Bit Datos (7 / 8)
Bit Paridad (None/Even/Odd)
Bit Paro. ( 1 I 2)
Conexión de interfaz Serial.
Conectado a : Computadora en Oficina Almacén
Distancia entre computadora y display.
1 mt.
Modos de Operación.
1 "Master" Mode.
2. "Slave" Mode.
Es necesario definir una dirección al equipo a fin de poder enviar y recibir información de el.
<STX> = Carácter "Start of Text".
<POL> = Signo de polaridad. "Espacio" para datos positivos. "Menos" ( - ) para datos
negativos.
132
<DATA> = Campo de datos numéricos de 7 digitos incluyendo punto decimal o zero fijo cuando
este es seleccionado.
<L/K> = Campo de 1 dato carácter que identifica las unidades de peso utilizadas en modo
continuo.
Peso en "lb" = <L>
Peso en "kg" = <K>
<GIN> = Campo de l dato carácter que identifica la forma de modo de pesado en modo
continuo:
Modo "Gross" = <G>
Modo "Net" = <N>
132
<STA T> = Campo de 1 dato carácter que identifica el estatus del display. Considerando
prioridad de los mensajes, se tiene:
<D> = Calibración Digital
<A> = Modo de Caibración Analógico
<I> = Datos Inválidos
<O> = Sobre/ Bajo Rango
<M> = Báscula en movimiento
<Z> = Tare Recall Data on Display
<X>= Setpoint #1 en el display
<Y> = Setpoint # 1 en el display
<SP> = Display en condición Normal
<CR> = Terminador de Mensaje.
3. Modo "Poll" en RS/485.
Utilizado para interfaz con computadoras o dispositivos remotos.
El maestro de la comunicación enviará al indicador la cadena "Poll" siguiente:
<*><DD><OO><P><CR>
a lo que el indicador enviará la respuesta:
<:><OO><DD><P><POL><DA T A><L/K> <GIN> <STA T> <CR>
donde:
<*> = Indica mensaje del maestro
<DD> = Indica dirección destino del mensaje.
<00> = Dirección del Origen del mensaje
<P> = Comando de impresión
<: > = Mensaje del esclavo.
Datos a Obtener
Dato Tipo Tamaño
Peso Numérico 7 dígitos
Periodo Histórico
Muestreo
10 I seg No
133
133
Area: Dispersión y Ampliado
Equipo: Controlador Micro PROVOX Series CL5621 (dos unidades)
Marca: Fisher-Rosemount
Interfaz: Serial RS-232
Tipo de Puertos: ASCII
Velocidad: Hasta l 9.2K Baud
Parámetros: Configurable
Modos de Operación.
134
El protocolo de comunicación utilizado para el enlace con el controlador MicroPROVOX es
propietario y no descrito por el fabricante en sus manuales. Solo se da referencia de un programa
que puede instalarse en la computadora personal para realizar la comunicación con el
controlador.
134
Area: Envasado
Equipo: Controlador Lógico Programable 545.
l\1arca: Sll\1ATICTI
135
El Controlador Lógico Programable 545 es un sistema controlado por computadora que es capaz
de controlar sistemas de manufactura complejos. El sistema puede ejecutar las mismas funciones
que sistemas de relevadores. Puede detectar el cambio en el estado de sus señales de entrada
conectadas a dispositivos como botones, sensores límite, y sensores analógicos. En base a esta
información y a la ejecución de lógica de diagramas escalera almacenado en su memoria, puede
producir señales de salida para accionar arrancadores de motores, solenoides, luces piloto,
válvulas de control analógico, etc.
Cuenta con un puerto serial de comunicaciones de un máximo de 19200 baud para enlace con
equipo de computo o interfaces de operador. Tiene un período de sean de lms por cada K word
de programa.
Modelos de equipo:
505-6504 de 4 Solts
505-6508 de 8 slots
505-6516 de 16 slots.
545 tiene dos puertos de comunicación configurados como DTE.
Rs232 (9 pin macho) utilizado para programación del PLC con una computadora IBM compatible
con programa TISOFT, un modem o una interfaz de operador que utilice el RS232. Distancia
máxima de 50 ft (15 m) En este puerto puede también conectarse una impresora.
RS-422 (9- pin hembra) utilizado para conectar con otra interfaz de operador. Distancia máxima
de 1000 ft (305 m).
Configuración de dip switch
La configuración de los puertos de comunicación es por medio de dip switch colocado al frente
de la tarjeta principal del PLC. La máxima velocidad de transmisión (19200) se logra con los tres
interruptores en posición ON.
135
~ _,,.. ... ....,, CD (J) @ @ (]) (l) (1) (1) (]l) s· .. ~tern 505 t.llDEL 545
o
0 [§]]
=~:acro I· ·· 11· 1·. 1· 11·· 1·· • IA TT 11000 . , . .· . .
. . . . . . .
---
- - - ~ íl ! - ;n ' ¡ ! 1 ,,
i ' ' 1 ' 1 1
i
1
Figura A.1. Programador Lógico Programable Simatic TI 545.
136
136
lJ I
APENDICE B. REQUERIMIENTOS DE INFORMACIÓN DE SISTEMA MRP 11 l271 PARA CONTROL DE PISO.
Order Number
ltem Number
El'lp loyee I Ope r li ¡1
1 1 Nu~ber H
6001 113 3 l'lü,e. Do l lars
Reason Code 6001 20 1
Mise. Dollars Reason Code
6001 30 3 Mise . Do llars
AeaMn Code 6001 40 1
Mise . Dollars Reason Code
!1211119
. Til'le Card. 1
Hours Be gin 1 Ending
3. 39 E l'lp loyee Ra te Explanation
.27 EMployee Rate Explana tion
3.39 E l'lp loyee Ra te Explanation
.27 E Mp loyee Ra te E xp laná t ion
1
Batch Number
WorkDate
1,722
1132126/96
Quanti ty ¡uM ¡st j E"'P. Nal'le
5792 ' ' . Equip1'1ent Ra~e '
5792 EquipMent Ra te
5792 Equipl'lent Ra te
5792 EquipMent Rate
Fig. B.1. Pantalla de captura de datos de modulo de controlde piso de sistema MRP II.
Los parámetros mostrados en la figura se explican a continuación:
Employee Number: Numero de Empleado.
Oper #: Parámetro utilizado para secuenciar la fabricación de un producto. De esta
fonna pueden rastrearse costos y cargar tiempos efectivos por cada operación. Ejemplo:
1 O Pesado de M.P.
20 Dispersión
30 Inspección
40 Ampliado
50 Inspección.
TH: Utilizado para indicar el tipo de tiempo alimentado de acuerdo a la siguiente tabla:
Tiempo de operadores utilizado.
2 Tiempo de preparación (setup).
3 Tiempo máquina.
4 Cantidad de producto completada en la operación.
5 Cantidad de merma de la operación.
Hours: Cantidad de tiempo asociado a cada transacción.
Quantity: Unidades de producto fabricado en la operación
Equipment/ Employee Rate. Valores de costo asociado al equipo o empleado que
desarrolla la producción. Estos parámetros afectarán directamente a los costos
resultantes de la producción, cuya base serán los costos estándar del proceso.
Reason Code: Parámetro codificado de las razones de la generación de merma.
