Información General de la Ponencia

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1 Información General de la Ponencia IDENTIFICACIÓN DEL PONENTE Nombre completo del Juan Carlos Mantilla Saavedra ponente: Nº de documento de País donde reside: Colombia identidad: Universidad: Universidad Pontificia Bolivariana Seccional Bucaramanga Teléfono de contacto: Ext DATOS DE LA PONENCIA Título Autor principal (Nombre completo) Co-autores (Nombre completo) Eje temático en el que se inscribe Integración de facultades de ingeniería de la Universidad Pontificia Bolivariana Seccional Bucaramanga en torno a la automatización de procesos industriales. Juan Carlos Mantilla Saavedra Leidy Johanna Olarte Silva y Alba Soraya Aguilar Jiménez Educación y Pedagogía RESUMEN DEL PERFIL DEL AUTOR PRINCIPAL Ingeniero Electrónico de la Universidad Pontificia Bolivariana, Especialista en Control e Instrumentación Industrial, Coordinador y Docente de la Especialización en Control e Instrumentación Industrial de la UPB Seccional Bucaramanga desde Docente de Planta de pregrado para las facultades de Ingeniería Electrónica e Ingeniería Industrial de la UPB desde el año Área de Trabajo: Instrumentación Industrial. Experiencia Sector Industrial: ECOPETROL, LECHESAN, AMB, GPI, INDETEC. Integrante del grupo de investigación en Control Industrial de la facultad de Ingeniería Electrónica.

2 Integración de facultades de ingeniería de la Universidad Pontificia Bolivariana Seccional Bucaramanga en torno a la automatización de procesos industriales. Leidy Johanna Olarte Silva 1, Juan Carlos Mantilla Saavedra 2, Alba Soraya Aguilar Jimenez 3 1 Facultad de Ingeniería Industrial, Universidad Pontificia Bolivariana, Seccional Bucaramanga, Edificio K, Km 7 Vía Piedecuesta, leidy.olarte@upb.edu.co 2 Facultad de Ingeniería Electrónica, Universidad Pontificia Bolivariana, Seccional Bucaramanga, Edificio K, Km 7 Vía Piedecuesta. juan.mantilla@upb.edu.co 3 Facultad de Ingeniería Industrial, Universidad Pontificia Bolivariana, Seccional Bucaramanga, Edificio K, Km 7 Vía Piedecuesta. alba.aguilar@upb.edu.co Resumen Dada la tendencia mundial en la integración de los procesos productivos con los administrativos en las organizaciones, buscando la optimización de las operaciones de producción y contemplando las nuevas competencias que demandan los profesionales que trabajan en el área, este documento presenta la experiencia en la conceptualización, diseño e implementación de una línea de profundización disciplinar en el área de automatización integrada de procesos para las Facultades de Ingeniería Industrial, Mecánica y Electrónica de la Universidad Pontificia Bolivariana seccional Bucaramanga. La experiencia presentada muestra el proceso de maduración del proyecto de ingeniería, así como los resultados obtenidos en términos académicos y tecnológicos que se materializan en un Laboratorio de Automatización de Procesos Industriales adscrito a las tres facultades involucradas. Palabras clave: Automatización, CIM, Integración de Laboratorios, Manufactura Integrada por Computador. Abstract. Given the global trend in the integration of production processes in administrative organizations, seeking to optimize production operations and contemplating the new skills demanded by professionals working in the area, this paper presents the experience in conceptualizing, design and implementation of a deeper line discipline in the area of integrated process automation for the Schools of Industrial Engineering, Mechanical and Electronics of the Universidad Pontificia Bolivariana - Sectional Bucaramanga. The experience presented shows the maturation process of the engineering project and the results of academic and technological terms that materialize into a "Laboratory Automation Process" attached to the three faculties involved. Keywords: Automation, Computer Integrated Manufacturing, CIM, Integration Laboratories.

3 Introducción La evolución de la sociedad a nivel mundial ha venido motivando cambios asociados a las exigencias en la formación profesional, lo que ha llevado a las universidades a desarrollar estrategias novedosas que les permitan responder de manera asertiva a las necesidades de formación que el entorno demanda. El compromiso de la Universidad con procesos formativos de calidad incluye generar espacios propicios para cumplir con los requerimientos formativos de los futuros profesionales, cambios que en gran medida han estado condicionados y estrechamente unidos a la tecnología. Dada la tendencia mundial hacia la integración de procesos productivos con los administrativos en las organizaciones buscando la optimización de las operaciones de producción, se busca que el futuro profesional tenga contacto directo con procesos automatizados desde la universidad, ya que serán este tipo de procesos los que muy probablemente encontrará en su práctica laboral. En este sentido, el documento presenta la experiencia en la conceptualización, diseño e implementación de una línea de profundización disciplinar en el área de automatización integrada de procesos para las Facultades de Ingeniería Industrial, Mecánica y Electrónica de la Universidad Pontificia Bolivariana seccional Bucaramanga. La experiencia presentada muestra el proceso de maduración del proyecto de ingeniería, así como los resultados obtenidos en términos académicos y tecnológicos que se materializan en un "Laboratorio de Automatización de procesos industriales" adscrito a las tres facultades involucradas. 1. Marco teórico 1.1. Automatización Se entiende por Automatización la ejecución automática de trabajos industriales, administrativos o científicos sin interacción humana. (Larousse, 2008) El principal objetivo de la automatización es producir el mejor producto a costo más bajo exigiendo que las distintas funciones de una planta trabajen juntas como si fueran una entidad (Piedrafita, 2001). La pirámide de automatización está soportada en el modelo de Manufactura Integrada por Computador (CIM - Computer Integrated Manufacturing), la cual, según el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST National Institute of Standards and Technology), enlaza los procesos de producción (diseño, ingeniería y fabricación), con los de gestión de la empresa (planeación y administración), mediante un nivel conocido como Sistema de Ejecución de Manufactura (MES - Manufacturing Execution System), que tiene como objetivo contribuir a ejecutar eficientemente el plan operativo de la empresa. (Navarro, 2010 y Armesto, 2008) El modelo CIM es la estructura base de la automatización integrada. Conceptualmente es único y como se aprecia en la Figura 1, su estructura piramidal jerarquizada es fácilmente identificable, aunque sus niveles varíen en nombre y número de pisos dependiendo de la

4 organización que los propone, del grado de especificación que se le quiere dar, de la arquitectura tecnológica ofrecida comercialmente como solución integral de automatización, o simplemente por el proceso de adaptación a una estructura organizacional específica. (Navarro, 2010 y Armesto, 2008) Figura 1. Modelo CIM según NIST El modelo CIM está constituido por cinco niveles a saber: Nivel de Proceso e Instrumentación. Comprende el conjunto de subprocesos, instrumentos y maquinaria en general, con que se realizan las operaciones de producción en la empresa. En este nivel se adquieren las variables del proceso mediante sensores situados en él, y se actúa sobre elementos finales de control. (Navarro, 2010)

5 1.1.2 Nivel Sistema de Control. En este nivel se encuentran los Controladores Lógicos Programables (PLC`s), Unidades Terminales Remotas (RTU s), Sistemas de Control Distribuido (DCS) y demás dispositivos electrónicos de control. En suma, constituyen los elementos de mando y control de la maquinaria del nivel de proceso e instrumentación. (Rodríguez, 2007 y García, 2001) Nivel Sistema SCADA (Supervisory Control and Data Adquisition). Es el nivel de supervisión y control. En este nivel, bien por medios humanos o informáticos, se realizan las siguientes tareas: Adquisición y tratamiento de datos, supervisión del control del proceso, control de obra en curso y gestión de alarmas y asistencias, entre otras. Dependiendo de la filosofía de control de la empresa, este nivel emite órdenes de ejecución al nivel sistema de control y recibe situaciones de estado de dicho nivel. Igualmente recibe los programas de producción, calidad, mantenimiento, etc., del nivel superior (MES) y realimenta dicho nivel con las incidencias (estado de órdenes de trabajo, situación de máquinas, estado de la obra en curso, etc.) ocurridas en planta. (Rodríguez, 2007) Nivel Sistema MES. Los sistemas MES (Manufacturing Execution Systems) o Sistemas de Ejecución de Manufactura, son principalmente sistemas informáticos en línea que proporcionan herramientas para llevar a cabo las distintas actividades de la administración de la producción. Gráficamente se describe como se aprecia en la Figura 2. Figura 2. Modelo del Sistema MES según MESA International

6 1.1.5 Nivel Sistema ERP. En este nivel se lleva a cabo la gestión e integración de los niveles inferiores; considerando principalmente los aspectos de la empresa desde el punto de vista de su gestión global, tales como compras, ventas, comercialización, objetivos estratégicos, planificación a mediano y largo plazo, investigación, etc. El sistema ERP (Enterprise Resource Planning), ó sistema de Planeación de Recursos Empresariales, hace parte de los niveles de gestión empresarial, donde además también se encuentran aplicaciones de negocio conocidas como: CRM (Customer Relationship Management) o Administración de las Relaciones con el Cliente, PLM (Product Lifecycle Management) o Administración del Ciclo de Vida del Producto y SCM (Supply Chain Management) o Administración de la Cadena de Suministros. La tendencia mundial en la optimización de las operaciones y recursos de una organización está orientada hacia los conceptos de automatización integrada, que se plasman en la norma ANSI/ISA 95. Dicha norma plantea la integración entre los niveles operativos de una organización (Fabricación+Ingeniería) con los niveles de gestión (Planeación de la Producción y Recursos Empresariales). A su vez y de acuerdo a los axiomas del NIST (Instituto Nacional de Estándares y Tecnologías), un modelo de automatización integrada debe plantearse desde el nivel gerencial hasta el nivel operativo, pero debe implementarse desde el nivel operativo hacia el nivel gerencial, basado en modelos de gestión de proyectos que permitan un desarrollo sincronizado y coherente entre cada uno de los niveles de la pirámide de automatización. Se recomienda utilizar este mismo documento para elaborar la ponencia. Se trata de una plantilla en la que se han definido estilos que facilitan la tarea de dar formato al documento. 2. Implementación del modelo CIM en laboratorios integrados de la escuela de ingenierías de la UPB Seccional Bucaramanga A partir del año 2006 la Universidad Pontificia Bolivariana Seccional Bucaramanga, plantea una nueva etapa en el desarrollo de infraestructura para la docencia y la investigación, y es así como la Facultad de Ingeniería Industrial junto con las Facultades de Ingeniería Electrónica e Ingeniería Mecánica abordan el reto de diseñar y desarrollar infraestructura con un alto componente tecnológico. El alcance de este objetivo concibe la creación de un Laboratorio de Automatización de Procesos Industriales, el cual opera dentro de una red integrada compuesta por los laboratorios de Plantas Térmicas, Automatización de Procesos Agroindustriales, Instrumentación, Control de Procesos y Robótica Industrial, Vibraciones y Aire Acondicionado, Máquinas Eléctricas y Redes de Computadores, en donde se busca interconectar los diferentes laboratorios de las facultades y unir esfuerzos para que desde diferentes ópticas de ingeniería se utilicen los recursos de una manera óptima. Esta red fue concebida en sus inicios como se muestra en la Figura 3.

7 2.1. Fases del proyecto Figura 3. Red Integrada de Laboratorios El proyecto ha consistido en el diseño, montaje, mantenimiento y mejora continua de la línea de automatización para la Facultad de Ingeniería Industrial en asocio con la facultades de Ingeniería Mecánica y Electrónica, desarrollado por los grupos de investigación de las tres facultades, el cual se planificó con cuatro fases: En la fase 1, de gestión ( ) se conceptualiza la línea de automatización. En la fase 2, se diseña una propuesta académica a partir de asignaturas Optativas para la Facultad de Ingeniería Industrial ( ), que soportará el desarrollo de competencias en automatización integrada, en los estudiantes de la facultad de ingeniería industrial. En la fase 3, se inicia el diseño y desarrollo del espacio para el laboratorio, así como de prototipos de procesos semiautomáticos con la conformación de un equipo interdisciplinario de las tres ingenierías involucradas ( ). La fase 4 corresponde a la puesta en operación, desarrollo y ampliación de Tecnologías del Laboratorio Integrado de Automatización de procesos industriales para las facultades de ing. Industrial, Mecánica y Electrónica. ( ).

8 La ejecución de estas fases ha implicado el análisis, planeación e implementación de los niveles del modelo CIM: 1) Implementación de procesos, 2) Implementación de sistemas de control, 3) Implementación parcial del sistemas SCADA, 4) Implementación parcial de sistemas de Gestión MES. Si bien no se ha llegado a la cima de la pirámide, sí se está trabajando en proyectos piloto para el mejoramiento continuo de estos sistemas y la implementación del nivel ERP Resultados del proceso Los resultados del proyecto de implementación del Laboratorio de Automatización se pueden agrupar en resultados a nivel tecnológico y a nivel académico. A nivel tecnológico se desarrollaron: Prototipos de procesos secuenciales a escala que se encuentran instrumentados y manejados con sistemas de control básicos de proceso (BCPS) de distintas tecnologías utilizadas a nivel comercial. Proyectos de instrumentación de plantas piloto, laboratorios y prototipos con sensores analógicos y digitales con tecnología de punta. Laboratorios móviles basados en módulos didácticos con controladores e instrumentación para entrenamiento. Gabinetes de control que albergan los BPCS de proceso para prototipos, laboratorios y plantas piloto, los que a su vez. Sistemas SCADA y MES que se han implementado de acuerdo a las normas internacionales y soportadas por software comercial. Estos resultados se pueden observar en la Figura 4, donde se muestra el centro de control y el área de prototipos del laboratorio, así como los gabinetes de control, módulos didácticos y aplicaciones SCADA.

9 Figura 4. Aplicaciones a Nivel Tecnológico A nivel académico y a partir de 2009, se han desarrollado las siguientes acciones: Prácticas de laboratorio soportadas por guías para asignaturas de las facultades involucradas en el proyecto de integración. Proyectos y prácticas de pregrado y posgrado. Pasantías internacionales con estudiantes del Instituto Tecnológico Superior de Tantoyuca y el Instituto Tecnológico Superior de Poza Rica de México y the University of Erlangen-Nuremberg de Alemania. Todas estas actividades han sido ejecutadas por las facultades involucradas, en las cuales se ha hecho uso de los resultados tecnológicos y académicos para las asignaturas descritas en la Tabla 1.

10 Tabla 1. Estadísticas del uso del Laboratorio de Automatización de Procesos de la UPB FACULTAD Ingeniería Industrial Ingeniería Electrónica Ingeniería Mecánica ASIGNATURAS PREGRADO Y POSGRADO o Introducción a la Ingeniería Industrial. o Automatización de Procesos de Producción. o Planeación y Control de la Producción. o Fundamentos para la Instrumentación y Control Industrial. o Automatización de Procesos de Producción. o Gerencia de Proyectos de Automatización Industrial. o Instrumentación Electrónica. o Automatización de Procesos Industriales. o Redes Industriales. o Autómatas programables. NÚMERO DE DOCENTES NÚMERO DE ESTUDIANTES APROXIMADOS o Autómatas programables Lecciones aprendidas y buenas prácticas Un proyecto de automatización integrada debe plantearse desde el nivel gerencial hasta el nivel operativo, pero debe implementarse desde el nivel operativo hacia el nivel gerencial, de acuerdo al NIST, basado en modelos de maduración de proyectos que involucran etapas de gestación, ejecución y gestión de proyectos. El proceso de desarrollo de prototipos a través de proyectos de grado requiere de un apoyo de proveedores tecnológicos expertos en la etapa de construcción que garanticen acabados, robustez e instalaciones adecuadas, con los requerimientos de instalación, operación y seguridad planteados durante la etapa de diseño, ejecutada por estudiantes de tesis bajo la supervisión de docentes. El diseño de una buena ingeniería conceptual, básica y de detalle disminuye los costos y tiempos de ejecución del proyecto.

11 No hay nada tan práctico en el mundo de la automatización como una buena fundamentación teórica. Conclusiones El proyecto de desarrollo de infraestructura e integración mejora la gestión de los recursos de las facultades, incrementa la flexibilidad de los planes de estudio, impulsa el avance, pertinencia y actualización de los currículos, propende por el fortalecimiento de las líneas de profundización disciplinares y grupos de investigación, y por último robustece la articulación con los programas de especialización y maestría. Tales resultados posibilitan una visión global de la automatización para las tres ingenierías involucradas, fomentando el desarrollo de competencias tecnológicas requeridas por estudiantes y egresados para la integración de procesos productivos y de gestión que está enfrentando el sector industrial colombiano. La automatización de procesos industriales plantea la integración de los diferentes campos operativos y administrativos de una organización, lo que genera como consecuencia la integración de tres ramas de la ingeniería encargadas de brindar soporte a dichos campos (Ingeniería Mecánica, Ingeniería Electrónica e Ingeniería Industrial). Desde esta perspectiva se diseñó y construyó el Laboratorio de Automatización de Procesos concebido a partir del modelo CIM (proceso e instrumentación, control, SCADA, MES y ERP), con el fin de propiciar espacios para que los estudiantes tengan contacto directo con procesos automatizados reales que les permitan el desarrollo de competencias profesionales que satisfagan las necesidades de la industria moderna. El Laboratorio de Automatización de Procesos cuenta actualmente con prototipos automatizados, laboratorios en red, prácticas de laboratorio estructuradas bajo una guía, software que han facilitado el desarrollo de prácticas académicas tales como proyectos de grado, prácticas de clase e incluso la realización de proyectos de investigación y pasantías internacionales y nacionales, permitiendo el logro de objetivos institucionales de alto impacto. Referencias Armesto Quiroga J.I. (2008). Memorias del Curso - Orientación Autómatas Programables. Equipos para la Automatización Industrial. Universidad de Vigo, E.T.S. ( García Moreno, E. (2001). Automatización de procesos industriales. México: Alfaomega grupo editorial.

12 Lara Vargas, F. A., & Mantilla Saavedra, J. C. (2013). Ingeniería conceptual para la implementación del modelo de manufactura integrada por computador en las plantas de tratamiento de agua por osmosis inversa modelo Clearwater. Larousse. (2008). El Pequeño Larousse Ilustrado (The Small Illustrated Larousse). 15th ed. Barcelona. 1824p. MESA International. Manufacturing Enterprise Solutions Association. ( Navarro Guarin, C.A. (2010). Sistemas de Ejecución de Manufactura en la Fabricación Integrada por Computador y Prácticas de Laboratorio de Sistemas SCADA. Proyecto de Grado. Facultad de Ingeniería Electrónica. Universidad Pontificia Bolivariana. Opto 22 (2009). Networking the Real World. Información Técnica de la Arquitectura de Automatización OPTO22 en CD. Temecula, USA. Piedrafita Moreno, R. (2001). Ingeniería de la Automatización Industrial. SA de CV México. Rodríguez Penin, A. (2007). Sistemas SCADA. Segunda Edición. Editorial Alfaomega Marcombo. ISBN