Libro blanco La integracin de funciones permite ganar tiempo en todas las reas

Si separsemos por ejemplo los subsistemas elctrico y neumtico, montar instalaciones relativamente sencillas a menudo nos exigira dedicar ms tiempo a la construccin, las compras, la logstica, el montaje, y la puesta en funcionamiento. Las consecuencias: posibles retrasos e insatisfaccin del cliente. Integrar funciones pone remedio a la situacin implantando una elevada funcionalidad y seguridad, interfaces reducidas y ahorrando tiempo en toda la cadena de valores. La empresa entera experimenta un aumento de la eficiencia y de la productividad.

El presente Libro blanco le informa acerca de:

La propensin a integrar funciones en la ingeniera de instalaciones y la ingeniera mecnica Los conflictos de las interfaces y las exigencias en el da a da de los proyectos Las ventajas de los terminales de vlvulas en la eliminacin de los conflictos de las interfaces La integracin de funciones mediante un ejemplo de aplicacin La posible reduccin de los gastos totales (TCO, Total Cost of Ownership) procedente del

ejemplo de aplicacin Los factores clave en la eleccin de una plataforma de automatizacin integrada

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La propensin a integrar funciones

En la ingeniera mecnica, las dimensiones absolutas y tecnolgicas de los sistemas automatizados son cada vez mayores. Las tecnologas de accionamiento y control, tanto elctricas como neumticas, la inteligencia descentralizada, as como las funciones especiales de seguridad y de diagnstico, se mezclan entre s y se emplean en las construcciones siempre a ttulo individual.

En el caso de llegar a una buena solucin, se origina una mayor necesidad de sintonizacin con el correspondiente consumo de tiempo. En ocasiones, el agobio adicional en las tareas del da a da estropea innecesariamente las relaciones entre compaeros de trabajo. Existe, en consecuencia, una demanda de soluciones integradas que sean, adems, ms eficientes. Sin embargo, a veces basta efectuar pequeas modificaciones en el punto inicial de una tarea para que se le simplifique el desarrollo a todos aquellos implicados de las reas subordinadas.

Una metdica integracin de funciones y la experiencia necesaria son, por ello, cada vez ms importantes. Conjugar perfectamente todas las tecnologas de las que se hace uso requiere dominar tanto los planteamientos multidisciplinares como la flexibilidad. Ambos resultan clave para incrementar la eficiencia y la productividad. Constituyen etapas fundamentales en el camino que conduce a la industria 4.0

Una buena gestin de proyectos evita los conflictos de las interfaces y optimiza los propios procesos

En la gestin de proyectos para una mquina o instalacin participan los departamentos ms diversos, tales como, entre otros, los encargados de la construccin, compras, almacenamiento, montaje o puesta en funcionamiento. Debido al aumento de la competitividad global, a un proyecto se le atribuyen cada vez menos horas cuando se presupuesta. Es una medida que afecta tanto a proyectistas como a montadores o a tcnicos de puesta en funcionamiento. En parte, el clculo da lugar adems a unos presupuestos totales altos, ya que la complejidad en la gestin de las compras y en la facturacin o el almacenamiento aumenta. Los precios de mquinas e instalaciones son costes encubiertos que siguen apuntando alto y dificultan la adquisicin.

Nuevas leyes como la Directiva de mquinas MRL 2006/42/EG y la norma EN ISO 13849-1, que guarda relacin con la primera, exigen asimismo enfoques multidisciplinares, ya que se requiere certificar la inspeccin de una situacin de emergencia en su totalidad (p. ej. evitar de forma segura movimientos incontrolados por medios elctricos y

neumticos, establecer sistemas de diagnstico, programacin).

Introducir el producto en el mercado de la forma ms breve posible (time to market) y obtener al mismo tiempo una mayor flexibilizacin e individualizacin representan ms retos que van de la mano de otras tendencias en difusin como, p. ej., la de interpretar la informacin del entorno de manera ms inteligente o la de la eficiencia energtica.

Dichas exigencias y tendencias nicamente se implementan de un modo idneo cuando todos los departamentos implicados entienden los contextos de los sistemas y los optimizan integralmente. Los terminales de vlvulas con funciones y mdulos de seguridad integrados e inteligentes, tanto elctricos como neumticos, contribuyen a no pensar aislada ni exclusivamente en sistemas parciales o en componentes individuales.

Teniendo en cuenta la visin de una industria 4.0 productiva, extremadamente flexible y dotada de autocontrol1 (Integrated Industries), se necesitan muchos ms procesos y modelos ms inteligentes, estrechamente ligados entre s y con una conexin unificada. Apostar hoy por las plataformas inteligentes modulares constituye una ventaja que deja abiertas todas las opciones para maana y para el futuro. Para ello, las empresas de ingeniera mecnica e ingeniera de instalaciones debern superar el pensamiento compartimentado, p. ej. con paquetes de productos y soluciones que representan un enfoque resolutivo integral.

Los terminales de vlvulas con integracin de funciones e inteligencia descentralizada contribuyen a este enfoque multidisciplinar, integrando, adems de la tcnica, a los trabajadores de una forma cooperativa y aportando todas las opciones para la industria 4.0. El siguiente apartado y el ejemplo ilustrado en detalle le indican cmo hacerlo.

En la siguiente tabla se enumeran problemas y conflictos habituales en el da a da de los proyectos en relacin con la ingeniera de instalaciones y la ingeniera mecnica y se indica, de esta forma, el camino para mejorar los proyectos de una manera sostenible.

1 Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Wolfgang Wahlster en "trends in automation" 2/2012

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Tabla 1: problemas y conflictos habituales en la gestin de proyectos de empresas de ingeniera de instalaciones e ingeniera mecnica.

Etapa del proceso

Problemas y conflictos habituales

Construccin mecnica + elctrica

La ausencia de comunicacin entre los ingenieros mecnicos y elctricos provocaque la integracin elctrica de las funciones sea menos consolidada o msdescuidada.

Observar las tareas aisladamente tiene como consecuencia que los componentes sepidan por separado. No se aprovechan los posibles efectos sinergticos cuando seefecta el pedido ni en la subsiguiente cadena de suministros.

Configurar, descargar e integrar muchos de los componentes individuales en CAD(diseo asistido por computadora) lleva mucho tiempo.

Los diferentes programas de configuracin y parametrizacin elctrica que seaplican a cada componente individual multiplican el gasto en asistencia y diseo deproyectos.

Se sobredimensionan las soluciones acumulando reservas de potencia y seguridad.

Exigencias legales de seguridad

El clculo del nivel de rendimiento se ve dificultado por componentes de diferentesfabricantes con diferente grado de complejidad en su documentacin.

Se requiere un mayor esfuerzo de sintonizacin entre los departamentos y diferentesproveedores con la finalidad de obtener la seguridad exigida por ley.

Adquisicin Se procesan separadamente los pedido de numerosos componentes, hecho queentraa un mayor gasto como, p. ej., la inclusin y la certificacin de nuevosproveedores.

Los gastos mnimos de pedido son ms porque los proveedores son diferentes. La influencia a la hora de negociar un descuento es menor debido a que existen

mltiples componentes de diferentes fabricantes.

Recepcin de material

Los gastos adicionales son considerables, ya que por cada componente se ejecutantodos los procesos logsticos: control de mercancas, desembalaje, orden de pedido,registro en el sistema, almacenamiento.

Montaje Cuando falta la planificacin se hace necesario improvisar en las propiasinstalaciones, p. ej., si faltasen los taladros de montaje.

Se requiere ms trabajo para el montaje de los componentes y para el cableadoporque la integracin de funciones no se ha producido.

Se producen tiempos de espera/tiempos muertos porque no se han entregadoalgunos de los componentes.

Los gastos de identificacin y etiquetado son ms cuantiosos sin la integracin defunciones. Es necesario efectuar ms conexiones elctricas y de aire comprimido.

Puesta en funcionamiento y diagnstico

Configurar las instalaciones y los componentes lleva ms tiempo por los diferentesprogramas de parametrizacin o por la falta de componentes de software.

Para muchos componentes independientes se llevan a cabo accionesredundantes y que suponen un consumo de tiempo, como p. ej. montarvarios mdulos E/S con su propio sistema de bus.

Se ven dificultadas las posibilidades de diagnstico en componentes que no seadaptan los unos a los otros.

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Ventajas de los terminales de vlvulas Los terminales de vlvulas son asequibles y requieren menos gastos de automatizacin. Presentan gran adaptabilidad mecnica, neumtica y elctrica. La configuracin del terminal de vlvulas podr coordinarse exactamente con la aplicacin gracias a las posibilidades individuales de combinacin que ofrecen las diferentes funciones en la isla. Estas soluciones integrales reducen a un mnimo los

gastos de adquisicin, la recepcin de mercancas y el control. Se simplifica el montaje, la configuracin y la puesta en funcionamiento. Se reduce el gasto de mantenimiento y de asistencia. Se reduce la proporcin de errores gracias al uso de unidades premontadas preparadas y probadas. Queda certificado y documentado que, gracias a los terminales de vlvulas, los tiempos de instalacin se reducen hasta el 60 %.

Mejores prcticas. Ejemplo de aplicacin de un terminal de vlvulas con integracin de funciones El siguiente terminal de vlvulas se implementa en un equipo perteneciente a una automatizacin para fabricar pilas de combustible. Adopta funciones de control y regulacin de diferentes cilindros de sujecin y transferencia, de la prensa de palanca articulada, de la unidad de aspiracin para la rejilla estampada, as como de dos motores de aire comprimido. Durante la colaboracin con su compaero, un ingeniero elctrico, el proyectista responsable estableci las funciones necesarias del terminal de vlvulas de la figura e integr todas las exigencias relativas a la seguridad, la neumtica y el sistema elctrico con ayuda de su asesor tcnico:

En el terminal de vlvulas se integran las siguientes funciones, anteriormente individuales e implementadas por separado:

Una interfaz de bus de campo [1]Los sistemas de bus ofrecen ventajas de tiempoen el cableado, la puesta en funcionamiento y lalocalizacin de errores. La interfaz AIDA*-Push-Pull para cable de fibra ptica contribuye a esteprincipio y ofrece una mayor seguridad en latransferencia de datos, ya que las cargas ydescargas electrostticas no influyen en laconexin por fibra de vidrio.*(Automation of German Domestic AutomobileManufacturers)

Un mdulo de entrada para la tcnica desensores [2] Gracias al procesamiento directo de losdetectores de posicin situados en sus

proximidades no ser necesario efectuar el pedido por separado ni el cableado de la caja de sensores/actuadores. La localizacin de errores se simplifica mediante las posibilidades de diagnstico de este mdulo. Se reducen los gastos de pedido y todos los procesos subsiguientes.

Un componente de seguridad electrnico [3]Para cambiar el material, la cuchillaperforadora y para el subsiguiente arranque,resulta en parte necesario intervenir en lamquina. Ser de aplicacin el nivel derendimiento e (PLe), que se obtiene integrandoy combinando un mdulo de desconexin

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PROFIsafe con un bloque de control de seguridad de la prensa.

La ventaja para el proyectista y el ingeniero elctrico es que el nivel de rendimiento se determina fcilmente, ya que todos los componentes individuales proceden de un mismo proveedor y estn probados y certificados. Mediante una segunda salida PROFIsafe podr direccionarse adems una vlvula de arranque progresivo y de escape. Esto conlleva un mayor aumento de la seguridad en el resto de funciones de la vlvula.

Una vlvula de arranque progresivo y deescape [4]Para minimizar el riesgo de daos o accidentestras una parada indefinida (parada deemergencia) es importante que el movimientodel actuador desde su estado inicial seproduzca despacio y de una forma regulada.Una vlvula de arranque progresivo y deescape lleva a cabo esta tarea con unrendimiento de escape maximizado para que laparada de la mquina sea lo ms rpida posibleen caso de emergencia.

Una vlvula de 5/2 vas con regulador depresin, manmetro y estrangulacin deescape [5] Comprimen y tensan la membrana durante elcorte. De seis componentes individuales existeuno que el proyectista tendr que fijar.

Tambin se ahorra los taladros de montaje de la mquina (y del CAD).

Dos vlvulas de 3/2 vas con placa de cierre depresin [6] Las vlvulas se necesitan para conmutar dosmotores neumticos que tiran de la rejillaestampada hacia delante y la mantienen entensin.Ya que los motores neumticos se conectan yse desconectan con mucha frecuencia, esnecesario asumir un gran desgaste o una rpidaavera de la vlvula. Llegados a este punto, laplaca de cierre de presin evita que debadespresurizarse toda la instalacin cuando hayque cambiar la vlvula. La ventaja es que loscilindros con bloqueo de posicin mantienen suposicin y que el compensador mantiene latensin establecida previamente al punzonadocuando se cambia la vlvula. Se evita consumirinnecesariamente el costoso material demembrana cuando se para y se vuelve aarrancar.

Clase de proteccin IP65Durante el proceso de punzonado se originanpartculas finas que ensucian la instalacin yque pueden mermar su fiabilidad funcional. Espor ello que se recomienda seleccionar unterminal de vlvulas como el VTSA con terminalelctrico CPX modelo metlico que satisfaga laclase de proteccin IP65/67 y goce de granproteccin antipolvo.

Consideracin del TCO (Total Cost of Ownership) Ahorro de 825 minutos En los ejemplos de aplicacin anteriormente indicados se ahorran casi 14 horas en el desarrollo total del proyecto gracias a la elevada integracin de funciones. Como el terminal de vlvulas se gestiona con tan solo un nmero de artculo, por tratarse tan solo de una pieza, se permite un diseo de proyectos rpido y unitario. Contribuye a reducir los costes menos evidentes.

El proyectista podr configurar todos los componentes del mdulo del terminal de vlvulas sencilla y rpidamente. Si lo desea, recibir apoyo adicional del servicio tcnico del fabricante. A continuacin puede descargar el modelo generado y la correspondiente lista de piezas en PDF en cuestin de minutos y emplearlos en su mdulo estableciendo pocas relaciones CAD. El total del tiempo empleado en esta solucin es de aprox. 30 minutos. Si no contsemos con la integracin de funciones como planteamiento resolutivo en las tres reas de la neumtica, los sistemas elctricos y la seguridad, dicho tiempo se multiplicara, ya que todos los componentes tendran que gestionarse individualmente. En su caso, sera necesario instalar y gestionar individualmente en el CAD 28 componentes:

bloque de seguridad de la prensa, vlvula de arranque progresivo y de escape, 15 componentes individuales diferentes para la visualizacin del funcionamiento y 13 componentes adicionales ms tales como racores rpidos roscados, ngulos de fijacin, silenciadores o conectores de vlvulas. Las muchas medidas individuales como la bsqueda y configuracin, la descarga, la creacin del patrn de taladros, el montaje del modelo CAD en el mdulo CAD, la aplicacin y la activacin de los modelos CAD en el sistema PLM, as como el hecho de tener que agregar la documentacin necesaria para cada componente, implican una prdida de tiempo considerable para el proyectista. El potencial de ahorro para estas acciones es de ms de 460 minutos. Pueden

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ahorrarse otros 70 minutos realizando el circuito neumtico p. ej. con Fluid-Draw y planteando el esquema del circuito elctrico mediante el bus de campo que se usa.

En total, el gasto de diseo de proyectos podra reducirse en 530 minutos.

Los compradores y almaceneros ahorran del mismo modo mucho tiempo por la fuerte reduccin del nmero de materiales a 28. Con la solucin del terminal de vlvulas, las etapas del proceso como, por ejemplo, el pedido, la gestin de la facturacin, la recepcin de la mercanca, el control de entrada de la mercanca, los registros del sistema y la ubicacin en el lugar de almacenamiento tendrn lugar nicamente una vez. Para ello, el tiempo de nuestra solucin es de aprox. 10 minutos. Para la solucin de componentes individuales los compradores y almaceneros necesitan, por el contrario, multiplicar este tiempo llegando aprox. a 180 minutos. El ahorro es de 170 minutos.

Incluso el montador reduce en gran medida el tiempo de montaje mecnico y elctrico, si lo comparamos con un montaje individual, gracias al terminal de vlvulas. En contraposicin a la solucin de componentes nicos, podr ahorrar un total de 90 minutos por montaje. El cableado individual necesita, debido a los muchos componentes que tendran que conectarse elctrica y neumticamente entre s, multiplicar el tiempo hasta alcanzar aprox. 100 minutos. En total se produce un ahorro de tiempo de 190 minutos para el montador.

Con la posibilidad de un rpido diagnstico de error, el tcnico de puesta en funcionamiento ahorra igualmente 10 minutos de tiempo de trabajo, partiendo de una proporcin de errores del 3 % y un mayor tiempo dedicado a la bsqueda, el cual asciende a 5 minutos por cada error.

Para este proyecto, el clculo de tiempo TCO supone para la empresa un ahorro total de ms de 825 minutos.

Funcin / etapa del proceso Terminal de vlvulas con integracin de funciones

Solucin de componentes individuales

Ahorros de tiempo

[minutos] [minutos] [minutos]

Diseo e ingeniera de proyectos [CAD, etc.]

60 530 470

Compra y logstica de almacenamiento

10 180 170

Montaje y puesta en funcionamiento

15 190 175

Localizacin de errores - 10 10 Total 85 910 825 min aprox. 14 h

Tabla 2: comparativa del consumo de tiempo con y sin integracin de funciones

Un principio que merece la pena: el terminal de vlvulas En la prctica, el ahorro de tiempo vara, ya que depende de muchos factores individuales desde el nivel de formacin de los tcnicos y de su rapidez hasta la complejidad del sistema. No obstante, merece la pena en prcticamente todos los casos apostar por los terminales de vlvulas, ya que el ahorro de tiempo en los puntos expuestos compensa claramente los mismos. No menos relevante es el aspecto de la seguridad operacional al reducir fallos en el manejo, mantenimiento, montaje o reparacin, ya que el montaje es ms fcil y ms claro.

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>>Siempre al da, siempre actualizados. Vea muchos otros ejemplos expuestos en detalle.

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Aprovechar los potenciales de automatizacin El mercado de hoy y del futuro requiere productos de confianza en los sistemas neumticos y elctricos para todas las variantes de la comunicacin industrial. Los factores esenciales para el xito son las soluciones integrales y los conceptos de sistemas universales, as como un asesoramiento de calidad.

Con la ayuda de terminales de vlvulas de gran integridad de funciones elctrica y neumtica, las empresas de ingeniera mecnica e ingeniera de instalaciones podrn ahorrar un preciado tiempo a la hora de construir, en la adquisicin, al efectuar el montaje o en la puesta en funcionamiento. La integracin de funciones en las plataformas de automatizacin reduce considerablemente las interfaces. Lo que ayer

era un simple grupo de terminales de vlvulas es hoy un control descentralizado con capacidad para automatizar mquinas completas incluyendo Motion Control. Ahorrar tiempo supone ahorrar dinero. Los pioneros en todos los sectores de la industria ya han detectado e implementado este potencial teniendo en cuenta tambin a la industria 4.0.

Las plataformas de automatizacin como los terminales de vlvulas con CPX se usan como estndar normalizado tanto en aplicaciones de automatizacin de procesos, como en automatizacin industrial. Gracias a su gran modularidad y a la amplitud del programa, podrn disearse y adaptarse de forma individualizada para cada aplicacin.

Editor/autor: Festo AG & Co. KG Sr. Philipp Wahl Marketing Concepts Correo electrnico: pwhl@de.festo.com

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