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EVOLUCIÓN DE UN SISTEMA DE MANUFACTURA FLEXIBLE (FMS) A UN SISTEMA DE MANUFACTURA INTEGRADA POR COMPUTADOR (CIM)
EVOLUCI”N DE UN SISTEMA DE MANUFACTURA
FLEXIBLE (FMS) A UN SISTEMA DE MANUFACTURA
INTEGRADA POR COMPUTADOR (CIM)*
MIGRATING FROM FLEXIBLE MANUFACTURING S YSTEM (FMS) TO
COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING CENTER (CIM)
Carlos Eduardo Fúquene Retamoso** Santiago Aguirre Mayorga*** Nazly Bibiana Córdoba Pinzón**** Resumen: el desarrollo de las máquinas herramientas, los ele- mentos del control de la producción, los robots, computadores y las redes de comunicación han transformado los medios de manufactu- ra existentes en sistemas de manufactura integrados y versátiles. Aquellas industrias que deseen mantenerse competitivamente en la era de la información y la globalización actual están obligadas a introducir tecnologías avanzadas de producción, orientadas a siste- mas de manufactura flexible capaces de manejar los procesos em- presariales de manera transversal. Este artículo plasma la evolución de un sistema de manufactura flexible (FMS) hacia un sistema de manufactura integrada por computador (CIM) a través de la integra- ción de los procesos de planeación de la producción desarrollados en
* (^) Fecha de recepción: 28 de noviembre de 2006. Fecha de aceptación para publicación: 18 de diciembre de 2006. Este artículo es derivado del proyecto de investigación denominado “Integración del sistema de planeación de recursos empresariales (ERP) de SAP con el sistema de manufactura integrada por computador (CIM), en el Centro Tecnológico de Automatización Industrial de la Facultad de Ingeniería”, financiado por la Pontificia Universidad Javeriana. ** (^) Ingeniero Industrial, Pontificia Universidad Javeriana. Magíster en Gestión Ambiental, Portland State University (Oregon, USA). Profesor asistente, Departamento de Procesos Productivos, Pontificia Universidad Javeriana. Bogotá, Colombia. Correo electrónico: cfuquene@javeriana.edu.co *** (^) Ingeniero Industrial, Pontificia Universidad Javeriana. Magíster en Ingeniería Industrial, Universidad de los Andes. Profesor asistente, Departamento de Procesos Productivos, Pontificia Universidad Javeriana. Bogotá, Colombia. Correo electrónico: saguirre@javeriana.edu.co **** (^) Ingeniero Industrial, Pontificia Universidad Javeriana. Joven investigadora Grupo Zentech, Departamento de Procesos Productivos, Pontificia Universidad Javeriana. Bogotá, Colombia. Correo electrónico: nazly.cordoba@javeriana.edu.co
CARLOS EDUARDO FÚQUENE RETAMOSO, SANTIAGO AGUIRRE MAYORGA, NAZLY BIBIANA CÓRDOBA PINZÓN
un sistema de planeación de recursos empresariales (ERP) con la fabricación y control de la producción desarrollados en un FMS, por medio de una interfaz de capa media, con el fin de automatizar pro- cesos de envío y recibo de información de producción, para garanti- zar la transparencia de los datos y la optimización de los procesos. Palabras clave: planeación de recursos empresariales, sistemas de manufactura integrada por computador, administración de la pro- ducción, sistemas flexibles de manufactura. Abstract: the development of machines tools, elements for process control, robots, computers and communications networks have trans- formed existing ways of manufacturing into integrated and versatile manufacturing systems. Those industries that need to maintain their position in a competitive level, at the currently information and trade globalization era, are being forced to introduce advanced production technologies achieving flexible manufacturing systems capable of managing transversals company’s processes. This paper shapes the evolution of a Flexible Manufacturing System (FMS) towards a Compu- ter Integrated Manufacturing System (CIM) trough the integration process of two systems, a FMS and an Enterprise Resource Planning (ERP), using a middle tear interface with the purpose of automating the process of sending and receiving production information, to guarantee transparency of data and achieve processes improvement. Key words: Enterprise Resource Planning, Computer Integrated Manufacturing Systems, Production Management, Flexible Manufacturing Systems.
1. DESCRIPCI”N DEL PROBLEMA
Durante el proceso de toma de decisiones de las organizaciones se requiere cantidad y calidad de la información de manera continua. Las exigencias cada vez mayores de un mercado con mejores habilidades de negociación obligan a los administradores de procesos a actuar con flexibilidad y a que estos procesos se adapten a los cambios que ocu- rren en el mercado. Gran parte de las organizaciones cuentan con sis- temas productivos y áreas funcionales que no son vistos de manera global y sistémica y que, por lo tanto, se convierten en fuentes de reproceso y retrabajo que afectan el desempeño de la organización. La comunicación oportuna con el cliente y la logística de información entre los diferentes procesos de una empresa, se convierten en uno de los retos por afrontar en la actualidad. Como respuesta a ello, las orga- nizaciones buscan la manera de incrementar sus índices de producti- vidad y de mejorar la atención a sus clientes, mediante la recepción y tratamiento de la información de manera confiable. Para ello han desa- rrollado sistemas de manufactura que han evolucionado desde el dise- ño y manufactura asistida por computador hasta los sistemas de manufactura integrada por computador, así como sistemas de informa- ción que capturan y hacen seguimiento a la información del cliente.
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conocimiento de lo que ocurre en los procesos por parte de todas las áreas de la organización. Es por ello que la integración inexistente en- tre los sistemas de información y los sistemas de manufactura se ha convertido en una necesidad por cubrir de parte de las organizaciones. El propósito del presente artículo es mostrar una solución a esta pro- blemática por medio del desarrollo de un sistema de capa media que permite el intercambio de datos de dos sistemas completamente inde- pendientes: el Cosimir Control® (SCADA por sus siglas en inglés “Supervisory Control And Data Adquisition”), encargado de la función de producción del FMS, y el sistema de planeación de recursos empresa- riales (ERP, por sus iniciales en inglés) SAP R/, con el objeto de minimi- zar tiempos en actividades de transmisión de datos por medio de la automatización del proceso.
2. EVOLUCI”N DE UN SISTEMA FMS A UN CIM
2.1 D ESCRIPCI”N DEL SISTEMA FLEXIBLE DE MANUFACTURA DE LA P ONTIFICIA
UNIVERSIDAD JAVERIANA
El Centro Tecnológico de Automatización Industrial de la Pontificia Universidad Javeriana amplió, a principios del año 2004, el sistema de manufactura flexible mediante la incorporación de nuevas estacio- nes integradas con el objetivo de desarrollar proyectos de investiga- ción y generar nuevos conocimientos en los temas relacionados con la manufactura de producto en ambientes automatizados. En el FMS se pueden simular y realizar operaciones de manufactu- ra que involucran procesos de almacenamiento, distribución y meca- nizado de materiales. Para ello se cuenta con una estación de mecanizado, una estación para almacenamiento y recuperación de estibas, un sistema de transporte con vehículos transportadores de piezas y una estación central para programación, dirección y control de las demás estaciones y del flujo de materiales. La estación de me- canizado cuenta con dos máquinas de control numérico y un robot manipulador con seis grados de libertad que se encuentra posicionado sobre un eje lineal. La estación para almacenamiento y recuperación cuenta con un almacén con capacidad para cuarenta estibas y un ro- bot cartesiano con tres grados de libertad (Figura 1).
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Figura. 1. Sistema de Manufactura Flexible del Centro Tecnológico de Automatiza- ción Industrial de la Pontificia Universidad Javeriana
a) Almacén b) Banda transportadora y Centro de mecanizado
Fuente: presentación propia de los autores.
La estación central realiza la administración del sistema para la fabricación de producto desde el controlador programable o SCADA Cosimir Control® por medio de una red local (LAN). En la red local se realiza la comunicación vía Ethernet y RS232 para los equipos que con- forman el sistema de manufactura. Cada uno de los equipos que forma parte del sistema de manufactura cuenta con su respectiva dirección IP a través de la cual se realiza la transmisión de la información.
2.2 D ISE—O DEL SISTEMA PRODUCTIVO EN UN FMS
El diseño de un sistema productivo a ejecutarse en el FMS debe ser planeado con anterioridad para definir la secuencia de cada una de las actividades productivas. De acuerdo con lo anterior y lo definido en el diseño de producto, la secuencia de las tareas de producción en una fábrica modelo son las siguientes:
- Selección de materia prima
- Elección del producto a fabricar
- Transporte al centro de mecanizado
- Fabricación del producto
- Almacenamiento
Una vez definida la secuencia de producción, se realizó la progra- mación en el Cosimir Control®; este tipo de controlador programable permite en un proceso de producción, entre otros:
- Monitoreo y control de datos
- Visualización de procesos de producción
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mérico; Matflow para el sistema de transporte; Simula para visuali- zar estaciones virtuales; ProcVis para las ventanas de visualización; y ODBC_SQL para el manejo de base de datos.
- Tareas: función definida previamente en el Cosimir Control® o que es desarrollada por el programador para llevar a cabo una actividad.
2.3. INCLUSI”N DEL SISTEMA FLEXIBLE DE MANUFACTURA
EN LA RED DEL CAMPUS UNIVERSITARIO
En relación con las restricciones del sistema de manufactura se tie- ne que, aunque éste funcionaba como una fábrica productiva modelo, carecía de los procesos administrativos con los que cuenta toda organi- zación. Con miras a realizar procesos de simulación y de manufactura de producto que reflejaran los procesos administrativos de una organi- zación, se configuraron los procesos de planificación de la producción, gestión de materiales y ventas para la fábrica modelo en el sistema de información SAP R/3. Teniendo en cuenta que los procesos de manu- factura y de manejo de información para la fábrica modelo no interac- tuaban entre sí, se buscó a través del proyecto de investigación encontrar la manera de comunicar los sistemas de manufactura y de informa- ción, y lograr una fábrica modelo completamente automatizada.
Como primer paso en la integración fue necesario incluir el FMS dentro de la red del campus de la Universidad, ya que el sistema de información SAP R/3 así se encontraba configurado y, por ello, la red se constituía en el mejor medio para establecer la comunicación en- tre los dos sistemas.
Para incluir el sistema de manufactura en la red del campus de la Universidad Javeriana se realizó la conexión física del CIM a la red de la institución y se asignaron nuevas direcciones IP de carácter fijo para cada uno de los equipos que forman parte del sistema de manufactura.
La asignación de nuevas direcciones IP implicó modificar la estructu- ra interna de los controladores con respecto a la dirección asignada para comunicación. Por ejemplo, para los controladores lógicos programables (PLC, por sus iniciales en inglés) de la banda transportadora, del alma- cén y de la fresadora, se modificó la configuración original a través del software FST-4® con la nueva dirección IP asignada. Para el caso del robot, la dirección IP se modificó y actualizó a través del software Cosimir Professional®. Con respecto a los computadores utilizados en el sistema, se modificó en cada uno de ellos la configuración de la dirección por medio de cada una de sus tarjetas de red. Finalmente, desde la estación de programación y control por medio del programa IPC DATA SERVER , se actualizaron las direcciones que ya habían sido cargadas en cada uno de los PLC con el fin de permitir la comunica- ción y transferencia de tareas desde el Cosimir Control® a cada uno de los dispositivos. El programa IPC DATA SERVER es una interfaz de software para enlazar un PLC con el Cosimir Control® a través del controlador DDE propio de la estación de programación y control.
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Cuando se iniciaron las pruebas de verificación de la inclusión del sistema de manufactura en la red, se pudo evidenciar que la banda transportadora se detenía a intervalos de tiempo aleatorios. Esto de- mostró que aparentemente el intercambio de tramas en la comunica- ción con la banda transportadora es sensible al tráfico adicional o extraño con respecto al generado en la red interna del FMS, lo cual significa que cuando a la banda transportadora le llega una trama di- ferente a las generadas por el FMS, ésta no es desechada sino que se procesa como si fuera una orden de detención. Se tomó entonces la decisión de conectar a la red únicamente el equipo de programación y control del FMS, y que éste sirviera de enlace entre el sistema de información y los componentes del sistema de ma- nufactura. Para ello, se configuraron dos tarjetas de red en el computa- dor maestro (estación de programación y control) del sistema de manufactura. Una de las tarjetas de red fue configurada para estable- cer la comunicación entre la red LAN del sistema de manufactura y el computador maestro. La segunda tarjeta de red se utilizó para instau- rar la comunicación entre el computador de programación y control y los computadores del campus de la Universidad, con el objeto de que cualquier computador que contara con la aplicación SAP R/3 pudiera acceder al medio de integración a utilizar en la estación de programa- ción y control. Para iniciar el sistema de manera integrada, se estable- ció primero la conexión de la IP del equipo maestro con los demás componentes del sistema FMS a través de la asociación de los controladores del software Cosimir Professional® con cada uno de los dispositivos que componían el sistema de manufactura. Después de ello se procedió a habilitar la segunda tarjeta IP del equipo maestro para que ésta pudiera ser visualizada desde cualquier otro equipo de la red y, de esta forma, se pudiera tener acceso al equipo maestro (Figura 3).
Figura 3. Distribución del sistema de comunicaciones
Fuente : presentación propia de los autores.
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Tabla 1. Datos de una orden de producción
Datos orden de producción Variables Número de la orden Numero_Orden Tipo de producto Producto Cantidad de producto a fabricar Cantidad Fecha de inicio de la producción Fecha_Inicio Hora de inicio de la producción Hora_Inicio Número de productos fabricados Terminado
Los anteriores datos son parámetros de entrada de trabajo que el plan de procesos convierte en variables globales en el programa de la operación en el Cosimir Control® con las que se deben trabajar para dar inicio a la producción. Este plan de proceso permite analizar y establecer tres estados de la orden de producción como atrasada, coincidente y futura, al compa- rar la variable “Fecha_Inicio de programación” con la fecha actual, para que mientras la variable de “Fecha_Inicio de programación” sea una fecha mayor a la actual (futura) el programa descarte esa orden y comience nuevamente a leer la tabla de origen hasta que exista una orden que coincida con la fecha actual. El otro estado se presenta cuan- do la fecha es atrasada o menor a la actual, caso en el cual se produ- cen inmediatamente las piezas ordenadas. El último estado se presenta cuando la fecha coincide con la actual, para lo cual el programa com- para la hora de producción con la hora actual y, si ésta es mayor, vuel- ve a la tabla de valores hasta encontrar una coincidente para iniciar de manera puntual el proceso productivo. Una vez inicia el proceso productivo en el FMS, el plan tiene un contador en el que revisa y compara la cantidad de piezas producidas con el número solicitado de productos, el cual va disminuyendo hasta tomar el valor cero y así dar por finalizado el proceso productivo.
- Escribe SAP: mediante la función ExecSQL, este plan de procesos escribe en la tabla de la base de datos llamada Respuestas_CIM la información correspondiente a las órdenes de producción finaliza- das en el sistema de manufactura. Las variables de este plan de proceso se obtienen del proceso de producción en el FMS para cada una de las órdenes (Tabla 2).
Fuente: presentación propia de los autores.
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Tabla 2. Variables del plan de proceso Escribe SAP
Datos orden de producción Variables Número de la orden Numero_Orden Cantidad de producto a fabricar Cantidad Fecha de inicio de la producción Fecha_Inicio Hora de inicio de la producción Hora_Inicio Fecha de finalización de la producción Fecha_Final Hora de finalización de la producción Hora_Final
- Terminado SAP: almacena en la variable #RESPUESTAS.IL el nú- mero de orden de producción que ha sido finalizado con la siguien- te información: cantidad, fecha de inicio, hora de inicio, fecha final y hora final. Estos datos son enviados a una ventana de visualiza- ción para que el administrador del CIM pueda visualizar desde la pantalla del Cosimir Control® si las órdenes de producción han sido finalizadas.
- Time SAP: almacena en las variables # DATE y #TIME la fecha y hora actuales para luego utilizar en la interfaz de visualización, de forma tal que el administrador de la estación de programación y control pueda conocer por observación de la pantalla estos datos.
3. ALCANCE DE LA INTEGRACI”N
El medio de integración desarrollado permitió automatizar el proce- so de envío de órdenes de producción generadas a partir de un ciclo de negocio en SAP R/3 de una fábrica modelo hacia el sistema de manu- factura flexible, al igual que la confirmación de órdenes terminadas en el sistema de manufactura hacia la fábrica modelo diseñada en el sistema ERP. Este desarrollo implica ahorros de tiempo y de documen- tos en el trámite de la información, disminuyendo los errores de digitación al evitar procesos manuales de ingreso de información. Al haber incluido el computador maestro que maneja el FMS a la red de la Universidad, se pueden enviar órdenes de producción desde cual- quier equipo de dicha red que cuente con la instalación de SAP R/3.
A continuación se enumeran los resultados específicos alcanzados con este proyecto:
- Desarrollo de un sistema de capa intermedia para integrar de manera exitosa el sistema de manufactura flexible con un siste- ma de información SAP R/3 ®.
- Fabricación de un producto en un ambiente completamente auto- matizado mediante el uso de FMS y ERP.
- Ampliación y consolidación de la funcionalidad del CIM al lograr la integración del FMS existente con un ERP. Este desarrollo permitió
Fuente : presentación propia de los autores.
EVOLUCIÓN DE UN SISTEMA DE MANUFACTURA FLEXIBLE (FMS) A UN SISTEMA DE MANUFACTURA INTEGRADA POR COMPUTADOR (CIM)
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