Automática CIENCIA

Categoria:

Ciencia

Definición. Ciencia que trata de los métodos y procedimientos cuya finalidad es la sustitución del operador humano por un operador artificial en la ejecución de una tarea física o mental previamente programada. La "automatización" se puede considerar como la aplicación de aquélla a los procesos industriales, administrativos, etc. Este mismo significado se debe dar al vocablo "automación", que deriva del anglosajón automation que, a su vez, es una contracción de automatización, aunque algunos opinan que su origen debe buscarse en otras dos palabras, automatics y produccion.

Principios básicos. Mecanización y automatización son conceptos distintos. La primera se refiere a la sustitución de la energía física del hombre por la de una máquina; el trabajo del hombre no se halla totalmente eliminado del proceso de producción, pero su intervención queda reducida a dirigir los materiales y a regular las máquinas, que ejecutan sin flexibilidad alguna, ciegamente, el programa que previamente se ha fijado. La automatización difiere esencialmente de aquélla en que el operador humano se sustituye por un sistema de realimentación. En estos sistemas, la diferencia entre el valor real de la variable que se está regulando (salida del sistema) y el valor deseado de la misma, es decir, el error, se utiliza para regular el propio sistema. Esta diferencia se mide en un órgano detector de error y, una vez amplificada, actúa sobre los mecanismos de gobierno. En la fig. 1 se muestra esquemáticamente un sistema sencillo de control automático (o regulación automática, como también se denomina) en el que se utiliza este proceso de realimentación. En el detector de error se obtiene automáticamente la diferencia, e=ab, entre la señal de entrada o de referencia, a, y la variable que se está regulando, b. Si a > b, error positivo, ha de entenderse que la salida es menor que la deseada y entonces el órgano de control tiene que actuar sobre el proceso que se está controlando, de forma que aumente el valor de la variable regulada. En caso contrario, a < b, error negativo, los elementos de control actúan disminuyendo la variable regulada. No siempre ésta se compara directamente con la señal de entrada. En general, las variables que se comparan son señales elaboradas a partir de las variables reales de entrada y salida. En algunos casos, incluso, las magnitudes físicas que llegan al detector de error son de distinta clase de las que constituyen la entrada y salida del sistema. Así, p. ej., se pueden utilizar magnitudes eléctricas para representar magnitudes mecánicas. En la fig. 2 se muestra un esquema de control más completo, teniendo presentes estas circunstancias. Así, la entrada real se transforma en la entrada de referencia que representa a aquélla y, análogamente, la salida se elabora mediante los elementos de realimentación que la convierten en la que llega al detector de error. Es decir, que en éste se comparan las variables elaboradas con las de entrada y salida (v. SERVOMECANISMOS). Por este procedimiento, cualquier perturbación que se produzca en el proceso que se está regulando, debida a causas exteriores, o a variaciones imprevistas en su funcionamiento, se compensa automáticamente mediante el sistema de realimentación. De esta forma se logran sistemas complejos que regulan su propio comportamiento, realizando el proceso deseado (de fabricación o de otro tipo) sin intervención humana. La automatización no es, pues, un perfeccionamiento de la mecanización, sino que se basa en un Rrincipio distinto, en el que se trata de eliminar el "eslabón" hombre en el proceso de producción.

Antecedentes y evolución. Sin embargo, este principio de realimentación no es un concepto nuevo, sino que se conocía y aplicaba hace ya muchos años. Basta recordar el regulador de fuerza centrífuga inventado por Watt en 1788. Ahora bien, el desarrollo tecnológico durante la II Guerra mundial, con la revolución de la Electrónica, impulsó las investigaciones, edificándose una ciencia coherente basada en el fenómeno de la realimentación, que ya se había utilizado en la regulación de motores, en reguladores de tensión, en amplificadores electrónicos, etcétera, pero los estudios en cada uno de estos campos se habían realizado independientemente, ignorando los principios comunes a todos ellos. El conocimiento de esta base común permitió su estudio e investigación matemática de forma general. Los primeros trabajos que inician el estudio analítico de estos sistemas (concretamente de los servomecanismos, que podemos considerar como sistemas de realimentación donde la variable regulada es una posición mecánica). fueron publicados por Hazen e Ivanoff en 1934. Durante la II Guerra mundial, estos estudios se desarrollaron extraordinariamente, publicándose en la posguerra la información obtenida, en forma de libros y artículos de revistas.

Sistemas en bucle abierto. Es interesante observar que el proceso de realimentación se cumple también, en cierto modo, en los sistemas de regulación en bucle abierto (open loop), que, por su principio de funcionamiento, no son sistemas de realimentación desde el punto de vista automático. En efecto, en ellos el bucle de realimentación se cierra a través del operador humano, el cual observa las desviaciones del comportamiento real del sistema respecto del deseado y aplica las correcciones convenientes; es decir, el hombre actúa de detector de error y órgano regulador. Ahora bien, se ha puesto de’ manifiesto que en procesos complejos, el operador humano se adapta mal a esta función reguladora y es preciso sustituir el eslabón humano en el bucle de realimentación por aparatos sensibles que cumplen mejor su tarea. Esto muestra las dos vertientes de la automatización. Por un lado lleva consigo la liberación del operador humano de los trabajos rutinarios (aspecto muy importante desde el punto de vista social), pero, por otro, las máquinas también quedan liberadas de las restricciones impuestas por la limitación de las facultades del hombre.

Incidentalmente hay que hacer notar que el fenómeno de la realimentación, así como las posibles oscilaciones que le acompañan, tienen lugar en campos muy diversos y alejados de los problemas de la regulación automática que estamos tratando. Así, se presenta en los sistemas económicos: las fluctuaciones periódicas de la actividad económica, con épocas de prosperidad y depresión, estudiadas hace pocos años por Keynes, son un ejemplo de oscilaciones producidas en un sistema de realimentación. Se podrían citar otros ejemplos, pero acaso el más interesante es el que se refiere al hombre y a los animales, analizado por Wiener (v.). La coordinación de los movimientos en el hombre es debida a un fenómeno de realimentación. El hecho simple de mover la mano para coger un objeto que está en la mesa se realiza por un procedimiento de realimentación visual, observando la posición de la mano y corrigiéndola continuamente hasta alcanzar su objetivo. Los ojos envían la información al cerebro, indicando la forma como se está realizando la operación y el cerebro, de acuerdo con esta información, transmite las instrucciones precisas para modificar convenientemente la acción de los músculos hasta que la mano logra coger el objeto. Wiener analiza algunas enfermedades, como la ataxia locomotriz, en la que las sensaciones que experimentan las piernas del paciente no se transmiten al cerebro, es decir, se ha roto este circuito de realimentación. En estas condiciones, el enfermo debe mirar siempre a las piernas cuando anda, con objeto de vigilar sus movimientos, lo cual no es necesario en las personas normales (v. CIBERNÉTICA).

Las máquinas calculadoras. Las calculadoras (v.) electrónicas (u ordenadores electrónicos) constituyen los cerebros de los sistemas de control. Su función puede tener distintos grados de complejidad. La forma más sencilla consiste en operar, partiendo de un programa perfectamente definido en la entrada. La información obtenida en la salida de la calculadora constituye el programa seguido por el sistema de realimentación. Pero puede también ejercer funciones más flexibles, como ocurre, p. ej., si se trata de obtener un producto de calidad determinada. Para ello se introducen en la calculadora los resultados del análisis del producto inicial y las condiciones de funcionamiento del proceso de producción; entonces la información de la salida indica las variaciones necesarias en el comportamiento del sistema para lograr el producto deseado. Una de las aplicaciones más interesantes de los ordenadores se halla en los llamados sistemas de optimización. Se trata de lograr las condiciones óptimas de funcionamiento de un proceso de producción, desde un punto de vista determinado, p. ej., el que se refiere a la utilización del material, precio de coste, productividad, etc. Lo que caracteriza a estos sistemas de automatización es que la propia calculadora, partiendo del criterio de optimización que se desea, elabora el programa que debe seguir el sisteina. Según los resultados obtenidos en el; proceso, se modifican las variables de entrada, observándose nuevamente el comportamiento del proceso y así sucesivamente. Es decir, que no existe programa impuesto por el hombre, sino que la calculadora lo va elaborando durante el proceso de producción.

La automatización se desarrolla principalmente en las industrias donde la producción es continua, como, p. ej., la industria química, la del petróleo, la de producción de energía, la siderúrgica, etc. Las industrias que producen en serie también son susceptibles de ser automatizadas, como p. ej., la del automóvil, la de fabricación de material eléctrico, etc. Existen, sin embargo, procesos industriales que por su índole no exigen la presencia de máquinás calculadoras. Así ocurre en los procesos de fabricación simples, que siguen un programa fijo, donde el ciclo operativo es siempre el mismo; en ellos basta con asegurarse de que las diversas operaciones se verifican en el orden y con la duración previamente establecidos. Son procesos en bucle abierto, en los cuales no existe realimentación y se usan, p. ej., eri la industria de la alimentación, en embalajes, etc.

El objetivo de la automatización es cada vez más ambicioso y amplia sus límites a la organización completa de las empresas. Según estas perspectivas, el proceso de la producción estaría gobernado por un sistema de realimentación, que, a su vez, formaría parte de un sistema más complejo, constituido por varios bucles de realimentación. El correspondiente al proceso de producción tendría, por variables de entrada, órdenes de la dirección, de las investigaciones sobre mercados, del departamento de ingeniería, etc., que indicarían la cantidad de productos a fabricar.

Consecuencias sociológicas de la automatización. El desarrollo de la automatización da lugar a una liberación de mano de obra, pero al propio tiempo promueve la creación de nuevos empleos; aparecen nuevas industrias que absorben la mano de obra liberada. Esto es lo que ha ocurrido en EE. UU. y otros países adelantados en la a. Los pronósticos pesimistas sobre el posible paro obrero que podría provocar la automatización, no se han cumplido, felizmente, debido en parte a que su desarrollo se está produciendo (incluso en EE. UU.) más lentamente de lo que algunas opiniones sostenían. Existen factores, muchos de ellos económicos, que, en la mayoría de los países, aconsejan la implantación gradual de la automatización. Sin embargo, es de esperar que en el futuro este desarrollo se hará a ritmo más acelerado y superará incluso los vaticinios más optimistas de la primera época.

Un aspecto muy importante de la automatización es la sustitución del obrero en los trabajos rutinarios. Desligado de esta servidumbre el hombre podrá dedicar sus actividades a una labor creadora y que exija iniciativa. Se necesitará, de todas maneras en las fábricas, incluso completamente ’automatizadas, personal, pero su trabajo será de otro tipo: de supervisión y mantenimiento por un lado y de programación de la labor a realizar, por otro. El mayor número de horas libres es de esperar que produzca un mayor nivel educativo de las gentes, mayor cultura, así como también aumentará el tiempo dedicado a deportes, viajes, espectáculos, etc. Las nuevas técnicas se aplicarán a la traducción de lenguas, enseñanza, recuperación de la información, diagnósticos médicos, control de tráfico, investigación criminal, etc.

Organizaciones, congresos y revistas. Las organizaciones más importantes en este campo son la Internacional Federation for Information Processing (IFIP) y la International Federation of Automatic Control (IFAC). Cada tres años organizan Congresos internacionales en sus respectivos campos. El primero de la IFAC tuvo lugar en Moscú en 1960 y el primero de la IFIP en 1962 en Munich aunque, realmente, el primero sobre Tratamiento de la información se reunió en París en 1959 y en dicha ocasión se creó la Federación correspondiente. En ambas Federaciones está representada España. Uno de los primeros Congreso internacionales de a. celebrados en el mundo, unos años antes de crearse la IFIP, tuvo lugar en Madrid, en 1958, organizado por el Inst. de Electricidad y A. y patrocinado por el INI y empresas industriales, nacionales y extranjeras.

En España existen actualmente varias organizaciones en este campo: la Asociación Española de A. (sede: Facultad de Ciencias, Madrid); la Comisión Española de la IFAC (sede: Asoc. de Ingenieros Industriales, Barcelona) y la Comisión Española de la IFIP (sede: CSIC).

Además, existen otras asociaciones específicas sobre usuarios de ordenadores electrónicos.

Entre las revistas internacionales hay que citar: "IEE Transactions on Computers", "Transactions on Automatic Control" e "Information and Control" (EE. UU.); "Automatisme" (Francia); "Automazione e Automatismo" (Italia); "Automática" (órgano de la IFAC) y "Control" (Inglaterra); "Automática y Telemecánica" (en ruso, Rusia). En España se publican: "Revista de Automática" y "Proceso de Datos" (Madrid) y "Regulación y Mando Automático" (Barcelona).

V. t.: CALCULADORAS, MÁQUINAS;CIBERNÉTICA;INFORMÁTICA; PROGRAMACIÓN LINEAL.

J. GARCÍA SANTESMASES.

BIBL.: I. GARCÍA SANTESMASES, Las máquinas calculadoras modernas y la nuera Automática, "Arbor" no 102, Madrid 1954; J. G. TRUXAL, Automatic Feedback Control System Synthesis, Nueva York 1955; J. DIEBOLD, Automación, Barcelona 1956; E. M. GRABBE, Automation in Business and Industry, Londres 1957; J. G. TRÜxAL, Control Engineer’s Handbook, Nueva York 1958; E. M. GRABBE, S. RAMO y D. E. WOOLDRIDGE, Handbook of Automation, Computation and Control, Nueva York 1958; J. GARCÍA SANTESMASES, Automática, Cibernética y Automatización, ed. Real Acad. de Ciencias, Madrid 1961; I. GARCÍA SANTESMASES, Quelques aspects des incidences de l’Automation, "Impact" (ed. UNEsco), 2, 1961; B. C. Kuo, Automatic Control Systems, Englewood Cliffs (N. J.) 1964; T. BOOTH, Sequential Machines and Automata Theory, Nueva York 1967; H. HELLERMAN, Digital Computer Systems Principles, Nueva York 1967.