Automatización

Para los griegos y los árabes (entre el 300  a. C. y el 1200  d. C. aproximadamente) era una preocupación constante llevar un registro preciso del tiempo. En el Egipto ptolemaico , alrededor del 270  a. C., Ctesibio describió un regulador de flotador para un reloj de agua , un dispositivo similar al sistema de válvula de un inodoro moderno. Este fue el primer mecanismo de control por retroalimentación. ^{[ 13 ]} La aparición del reloj mecánico en el siglo XIV dejó obsoletos al reloj de agua y su sistema de control por retroalimentación.

Los hermanos persas Banū Mūsā , en su Libro de Dispositivos Ingeniosos (850  d. C.), describieron varios controles automáticos. ^{[ 14 ]} Los controles de nivel de dos etapas para fluidos, una forma de controles de estructura variable discontinua , fueron desarrollados por los hermanos Banu Musa. ^{[ 15 ]} También describieron un controlador de retroalimentación . ^{[ 16 ] [ 17 ]} El diseño de sistemas de control de retroalimentación hasta la Revolución Industrial se basaba en el método de ensayo y error, junto con una gran dosis de intuición ingenieril. No fue hasta mediados del siglo XIX que se analizó la estabilidad de los sistemas de control de retroalimentación utilizando las matemáticas, el lenguaje formal de la teoría del control automático. ^{[ 18 ]}

El regulador centrífugo fue inventado por Christiaan Huygens en el siglo XVII y se utilizaba para ajustar la distancia entre las piedras de molino . ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}

La introducción de máquinas motrices , o autopropulsadas, impulsó el desarrollo de molinos de grano, hornos, calderas y la máquina de vapor, creando una nueva necesidad de sistemas de control automático, incluyendo reguladores de temperatura (inventados en 1624; véase Cornelius Drebbel ), reguladores de presión (1681), reguladores de flotador (1700) y dispositivos de control de velocidad . Otro mecanismo de control se utilizaba para tensar las aspas de los molinos de viento. Fue patentado por Edmund Lee en 1745. ^{[ 22 ]} También en 1745, Jacques de Vaucanson inventó el primer telar automatizado. Alrededor de 1800, Joseph Marie Jacquard creó un sistema de tarjetas perforadas para programar telares. ^{[ 23 ]}

En 1771, Richard Arkwright inventó la primera hilandería totalmente automatizada impulsada por energía hidráulica, conocida en aquel entonces como máquina de hilar hidráulica . ^{[ 24 ]} Oliver Evans desarrolló un molino de harina automático en 1785, convirtiéndose así en el primer proceso industrial completamente automatizado. ^{[ 25 ] [ 26 ]}

El Sr. Bunce de Inglaterra utilizó un regulador centrífugo en 1784 como parte de una grúa de vapor modelo . ^{[ 27 ] [ 28 ]} James Watt adoptó el regulador centrífugo para su uso en una máquina de vapor en 1788 después de que su socio Boulton viera uno en un molino harinero que Boulton & Watt estaban construyendo. ^{[ 22 ]} El regulador no podía mantener una velocidad fija; la máquina adoptaba una nueva velocidad constante en respuesta a los cambios de carga. El regulador podía manejar variaciones menores, como las causadas por la fluctuación de la carga térmica en la caldera. Además, existía una tendencia a la oscilación cada vez que había un cambio de velocidad. En consecuencia, las máquinas equipadas con este regulador no eran adecuadas para operaciones que requerían velocidad constante, como el hilado de algodón. ^{[ 22 ]}

Varias mejoras en el regulador, junto con mejoras en la sincronización del corte de válvulas en la máquina de vapor, hicieron que la máquina fuera apta para la mayoría de los usos industriales antes de finales del siglo XIX. Los avances en la máquina de vapor se mantuvieron muy por delante de la ciencia, tanto de la termodinámica como de la teoría de control. ^{[ 22 ]} El regulador recibió relativamente poca atención científica hasta que James Clerk Maxwell publicó un artículo que estableció el comienzo de una base teórica para la comprensión de la teoría de control.

La lógica de relés se introdujo con la electrificación de las fábricas , que experimentó una rápida adaptación desde 1900 hasta la década de 1920. Las centrales eléctricas también experimentaron un rápido crecimiento y el funcionamiento de nuevas calderas de alta presión, turbinas de vapor y subestaciones eléctricas generó una gran demanda de instrumentos y controles. Las salas de control centralizadas se hicieron comunes en la década de 1920, pero incluso a principios de la década de 1930, la mayoría de los controles de proceso eran de encendido/apagado. Los operadores generalmente monitoreaban gráficos generados por registradores que representaban datos de los instrumentos. Para realizar correcciones, los operadores abrían o cerraban manualmente válvulas o encendían o apagaban interruptores. Las salas de control también utilizaban luces codificadas por colores para enviar señales a los trabajadores de la planta para que realizaran manualmente ciertos cambios. ^{[ 29 ]}

The development of the electronic amplifier during the 1920s, which was important for long-distance telephony, required a higher signal-to-noise ratio, which was solved by negative feedback noise cancellation. This and other telephony applications contributed to the control theory. In the 1940s and 1950s, German mathematician Irmgard Flügge-Lotz developed the theory of discontinuous automatic controls, which found military applications during the Second World War to fire control systems and aircraft navigation systems.^[6]

Controllers, which were able to make calculated changes in response to deviations from a set point rather than on-off control, began being introduced in the 1930s. Controllers allowed manufacturing to continue showing productivity gains to offset the declining influence of factory electrification.^[30]

Factory productivity was greatly increased by electrification in the 1920s. U.S. manufacturing productivity growth fell from 5.2%/yr 1919–29 to 2.76%/yr 1929–41. Alexander Field notes that spending on non-medical instruments increased significantly from 1929 to 1933 and remained strong thereafter.^[30]

The First and Second World Wars saw major advancements in the field of mass communication and signal processing. Other key advances in automatic controls include differential equations, stability theory and system theory (1938), frequency domain analysis (1940), ship control (1950), and stochastic analysis (1941).

A partir de 1958, surgieron varios sistemas basados ​​en módulos de lógica digital de estado sólido ^{[ 31 ] [ 32 ]} para controladores lógicos programables cableados (los predecesores de los controladores lógicos programables [PLC]) para reemplazar la lógica de relés electromecánicos en sistemas de control industrial para control de procesos y automatización, incluyendo los primeros sistemas Telefunken / AEG Logistat , Siemens Simatic , Philips / Mullard / Valvo Norbit , BBC Sigmatronic , ACEC Logacec , Akkord Estacord , Krone Mibakron, Bistat, Datapac, Norlog, SSR o Procontic. ^{[ 31 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}

En 1959, la refinería Port Arthur de Texaco se convirtió en la primera planta química en utilizar el control digital . ^{[ 38 ]} La conversión de fábricas al control digital comenzó a extenderse rápidamente en la década de 1970 a medida que bajaba el precio del hardware informático .

La centralita telefónica automática se introdujo en 1892 junto con los teléfonos de disco. Para 1929, el 31,9 % del sistema Bell era automático. ^{[ 39 ] : 158} La conmutación telefónica automática originalmente utilizaba amplificadores de tubos de vacío e interruptores electromecánicos, que consumían una gran cantidad de electricidad. El volumen de llamadas creció tan rápidamente que se temió que el sistema telefónico consumiera toda la producción de electricidad, lo que impulsó a Bell Labs a comenzar la investigación sobre el transistor . ^{[ 40 ]}

La lógica de los relés de conmutación telefónica sirvió de inspiración para la computadora digital. La primera máquina de soplado de botellas de vidrio de éxito comercial fue un modelo automático presentado en 1905. ^{[ 41 ]} La máquina, operada por un equipo de dos personas que trabajaban turnos de 12 horas, podía producir 17 280 botellas en 24 horas, en comparación con las 2880 botellas que fabricaba un equipo de seis hombres y muchachos que trabajaban en un taller durante un día. El costo de fabricar botellas a máquina era de 10 a 12 centavos por gruesa, en comparación con los 1,80 dólares por gruesa que cobraban los sopladores de vidrio y sus ayudantes de forma manual.

Los accionamientos eléctricos seccionales se desarrollaron utilizando la teoría de control. Estos accionamientos se emplean en diferentes secciones de una máquina donde se debe mantener una diferencia precisa entre ellas. En el laminado de acero, el metal se alarga al pasar por pares de rodillos, que deben girar a velocidades cada vez mayores. En la fabricación de papel, la hoja se contrae al pasar por zonas de secado calentadas por vapor, dispuestas en grupos, que deben girar a velocidades cada vez menores. La primera aplicación de un accionamiento eléctrico seccional se realizó en una máquina de papel en 1919. ^{[ 42 ]} Uno de los avances más importantes en la industria siderúrgica durante el siglo XX fue el laminado continuo de banda ancha, desarrollado por Armco en 1928. ^{[ 43 ]}

Antes de la automatización, muchos productos químicos se fabricaban por lotes. En 1930, con el uso generalizado de instrumentos y el uso emergente de controladores, el fundador de Dow Chemical Co. abogaba por la producción continua . ^{[ 44 ]}

James Nasmyth desarrolló en la década de 1840 máquinas herramienta automáticas que reemplazaban la destreza manual, permitiendo así que niños y trabajadores no cualificados pudieran operarlas . ^{[ 45 ]} En la década de 1950, las máquinas herramienta se automatizaron mediante control numérico (CNC) utilizando cinta de papel perforada. Esto pronto evolucionó hacia el control numérico computarizado (CNC).

Hoy en día, la automatización a gran escala se practica en prácticamente todos los tipos de procesos de fabricación y ensamblaje. Algunos de los procesos más importantes incluyen la generación de energía eléctrica, el refinado de petróleo, la industria química, las acerías, la industria del plástico, las plantas de cemento, las plantas de fertilizantes, las fábricas de pulpa y papel, el ensamblaje de automóviles y camiones, la producción de aeronaves, la fabricación de vidrio, las plantas de separación de gas natural, el procesamiento de alimentos y bebidas, el enlatado y embotellado, y la fabricación de diversos tipos de piezas. Los robots son especialmente útiles en aplicaciones peligrosas como la pintura en aerosol de automóviles. También se utilizan para ensamblar placas de circuitos electrónicos. La soldadura automotriz se realiza con robots y las soldadoras automáticas se utilizan en aplicaciones como las tuberías.

Con el advenimiento de la era espacial en 1957, el diseño de sistemas de control, particularmente en Estados Unidos, se alejó de las técnicas en el dominio de la frecuencia de la teoría de control clásica y volvió a las técnicas de ecuaciones diferenciales de finales del siglo XIX, formuladas en el dominio del tiempo. Durante las décadas de 1940 y 1950, la matemática alemana Irmgard Flugge-Lotz desarrolló la teoría del control automático discontinuo, que se popularizó en sistemas de control de histéresis como sistemas de navegación , sistemas de control de incendios y electrónica . Gracias a Flugge-Lotz y otros, la era moderna vio el diseño en el dominio del tiempo para sistemas no lineales (1961), navegación (1960), teoría de control óptimo y estimación (1962), teoría de control no lineal (1969), teoría de control digital y filtrado (1974) y la computadora personal (1983).

La paradoja de la automatización afirma que cuanto más eficiente es el sistema automatizado, más crucial resulta la contribución humana de los operadores. La participación humana disminuye, pero su intervención se vuelve más crítica. Lisanne Bainbridge , psicóloga cognitiva, identificó estos problemas de manera destacada en su artículo ampliamente citado « Ironías de la automatización ». ^{[ 51 ]} Si un sistema automatizado presenta un error, lo multiplicará hasta que se corrija o se apague. Es aquí donde entran en juego los operadores humanos. ^{[ 52 ]} Un ejemplo fatal de esto fue el vuelo 447 de Air France , donde un fallo de la automatización puso a los pilotos en una situación manual para la que no estaban preparados. ^{[ 53 ]}

• La tecnología actual no permite automatizar todas las tareas deseadas.
• Muchas operaciones que utilizan automatización cuentan con grandes cantidades de capital invertido y producen altos volúmenes de productos, lo que hace que las averías sean extremadamente costosas y potencialmente peligrosas. Por lo tanto, se necesita personal para garantizar que todo el sistema funcione correctamente y que se mantengan la seguridad y la calidad del producto. ^{[ 54 ]}
• A medida que un proceso se automatiza cada vez más, se ahorra menos mano de obra y se obtiene menos mejora en la calidad. Este es un ejemplo tanto de rendimientos decrecientes como de la función logística .
• A medida que se automatizan más y más procesos, quedan menos procesos no automatizados. Esto es un ejemplo del agotamiento de las oportunidades. Sin embargo, los nuevos paradigmas tecnológicos pueden establecer nuevos límites que superen los anteriores.

El aumento de la automatización suele generar ansiedad entre los trabajadores ante la posibilidad de perder sus empleos, ya que la tecnología hace que sus habilidades o experiencia sean innecesarias. Al comienzo de la Revolución Industrial , cuando inventos como la máquina de vapor hacían que algunas categorías laborales fueran prescindibles, los trabajadores se resistieron enérgicamente a estos cambios. Los luditas , por ejemplo, eran trabajadores textiles ingleses que protestaron contra la introducción de las máquinas de tejer destruyéndolas. ^{[ 58 ]} Más recientemente, algunos residentes de Chandler, Arizona , pincharon neumáticos y arrojaron piedras a un coche autónomo , en protesta por la amenaza que, según ellos, representan para la seguridad humana y las perspectivas laborales. ^{[ 59 ]}

La relativa ansiedad respecto a la automatización, reflejada en las encuestas de opinión, parece correlacionarse estrechamente con la fuerza del sindicalismo en esa región o nación. Por ejemplo, mientras que un estudio del Pew Research Center indicó que el 72 % de los estadounidenses están preocupados por el aumento de la automatización en el lugar de trabajo, el 80 % de los suecos ven la automatización y la inteligencia artificial (IA) como algo positivo, debido a los sindicatos aún poderosos del país y a una red de seguridad social nacional más sólida . ^{[ 60 ]}

Según una estimación, el 47% de todos los empleos actuales en EE. UU. tienen el potencial de ser automatizados por completo para 2033. ^{[ 61 ]} Además, los salarios y el nivel educativo parecen estar fuertemente correlacionados negativamente con el riesgo de automatización de una ocupación. ^{[ 61 ]} Erik Brynjolfsson y Andrew McAfee argumentan que "nunca ha habido un mejor momento para ser un trabajador con habilidades especiales o la educación adecuada, porque estas personas pueden usar la tecnología para crear y capturar valor. Sin embargo, nunca ha habido un peor momento para ser un trabajador con solo habilidades y capacidades 'ordinarias' para ofrecer, porque las computadoras, los robots y otras tecnologías digitales están adquiriendo estas habilidades y capacidades a un ritmo extraordinario". ^{[ 62 ]} Otros, sin embargo, argumentan que los trabajos profesionales altamente calificados como abogado , médico , ingeniero , periodista también están en riesgo de automatización. ^{[ 63 ]}

Según un estudio de 2020 publicado en el Journal of Political Economy , la automatización tiene fuertes efectos negativos sobre el empleo y los salarios: "Un robot más por cada mil trabajadores reduce la tasa de empleo en 0,2 puntos porcentuales y los salarios en 0,42 %". ^{[ 64 ]} Un estudio de 2025 publicado en el American Economic Journal encontró que la introducción de robots industriales redujo el empleo de hombres y mujeres en 1993 y 2014 en 3,7 y 1,6 puntos porcentuales, respectivamente. ^{[ 65 ]}

Una investigación realizada por Carl Benedikt Frey y Michael Osborne de la Oxford Martin School argumentó que los empleados que realizan "tareas siguiendo procedimientos bien definidos que pueden ser ejecutadas fácilmente por algoritmos sofisticados" corren el riesgo de ser desplazados, y el 47% de los empleos en EE. UU. estaban en riesgo. El estudio, publicado como documento de trabajo en 2013 y publicado en 2017, predijo que la automatización pondría en mayor riesgo a las ocupaciones físicas mal remuneradas, mediante una encuesta a un grupo de colegas sobre sus opiniones. ^{[ 66 ]} Sin embargo, según un estudio publicado en McKinsey Quarterly ^{[ 67 ]} en 2015, el impacto de la informatización en la mayoría de los casos no es el reemplazo de empleados, sino la automatización de partes de las tareas que realizan. ^{[ 68 ]} La metodología del estudio de McKinsey ha sido duramente criticada por ser poco transparente y basarse en evaluaciones subjetivas. ^{[ 69 ]} La metodología de Frey y Osborne ha sido objeto de críticas por carecer de evidencia, conocimiento histórico o metodología creíble. ^{[ 70 ] [ 71 ]} Además, la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos ( OCDE ) encontró que en los 21 países de la OCDE, el 9% de los empleos son automatizables. ^{[ 72 ]}

Según una fórmula de Gilles Saint-Paul , economista de la Universidad de Toulouse 1 , la demanda de capital humano no cualificado disminuye a un ritmo menor que el aumento de la demanda de capital humano cualificado. ^{[ 73 ]} A largo plazo y para la sociedad en su conjunto, esto ha dado lugar a productos más baratos, jornadas laborales más cortas y la formación de nuevas industrias (por ejemplo, robótica, informática y diseño). Estas nuevas industrias proporcionan a la economía numerosos empleos cualificados bien remunerados. Para 2030, entre el 3 y el 14 por ciento de la fuerza laboral mundial se verá obligada a cambiar de categoría laboral debido a la automatización que elimina puestos de trabajo en un sector entero. Si bien el número de empleos perdidos por la automatización suele compensarse con los empleos creados gracias a los avances tecnológicos, el tipo de pérdida de empleo no es el mismo que el que se reemplaza, lo que provoca un aumento del desempleo en la clase media baja. Esto ocurre principalmente en Estados Unidos y en los países desarrollados, donde los avances tecnológicos contribuyen a una mayor demanda de mano de obra altamente cualificada, pero la demanda de mano de obra con salarios medios sigue disminuyendo. Los economistas denominan a esta tendencia "polarización de ingresos", donde los salarios de los trabajadores no cualificados disminuyen y los de los trabajadores cualificados aumentan, y se prevé que continúe en las economías desarrolladas. ^{[ 74 ]}

El diseño asistido por computadora (CAD) con inteligencia artificial puede utilizar conversión de texto a 3D, de imagen a 3D y de video a 3D para automatizar el modelado 3D . ^{[ 87 ]} También se podrían desarrollar bibliotecas de CAD con IA utilizando datos abiertos enlazados de esquemas y diagramas . ^{[ 88 ]} Los asistentes de CAD con IA se utilizan como herramientas para ayudar a optimizar el flujo de trabajo. ^{[ 89 ]}

Tecnologías como los paneles solares , las turbinas eólicas y otras fuentes de energía renovable , junto con las redes inteligentes , las microrredes y el almacenamiento de baterías , pueden automatizar la producción de energía.

Muchas operaciones agrícolas se automatizan con maquinaria y equipos para mejorar su diagnóstico, toma de decisiones y/o rendimiento. La automatización agrícola puede aliviar la monotonía del trabajo agrícola, mejorar la puntualidad y precisión de las operaciones agrícolas, aumentar la productividad y la eficiencia en el uso de los recursos, fortalecer la resiliencia y mejorar la calidad e inocuidad de los alimentos. ^{[ 90 ]} El aumento de la productividad puede liberar mano de obra, permitiendo a las familias agrícolas dedicar más tiempo a otras actividades. ^{[ 91 ]}

La evolución tecnológica en la agricultura ha dado lugar a cambios progresivos hacia equipos digitales y robótica. ^{[ 90 ]} La mecanización motorizada mediante energía de motor automatiza la realización de operaciones agrícolas como el arado y el ordeño. ^{[ 92 ]} Con las tecnologías de automatización digital, también es posible automatizar el diagnóstico y la toma de decisiones en las operaciones agrícolas. ^{[ 90 ]} Por ejemplo, los robots agrícolas autónomos pueden cosechar y sembrar cultivos, mientras que los drones pueden recopilar información para ayudar a automatizar la aplicación de insumos. ^{[ 91 ]} La agricultura de precisión a menudo emplea dichas tecnologías de automatización . ^{[ 91 ]}

La mecanización motorizada ha aumentado en general en los últimos años. ^{[ 93 ]} África subsahariana es la única región donde la adopción de la mecanización motorizada se ha estancado en las últimas décadas. ^{[ 94 ] [ 91 ]}

Las tecnologías de automatización se utilizan cada vez más para la gestión del ganado, aunque faltan datos sobre su adopción. Es probable que la adopción se dé principalmente en el norte de Europa, ^{[ 95 ]} y que sea prácticamente inexistente en los países de ingresos bajos y medios. ^{[ 96 ] [ 91 ]} También existen máquinas de alimentación automatizadas para vacas y aves de corral, pero los datos y la evidencia sobre las tendencias y los factores que impulsan su adopción son igualmente escasos. ^{[ 91 ] [ 93 ]}

Muchos supermercados e incluso tiendas más pequeñas están implementando rápidamente sistemas de autopago, lo que reduce la necesidad de contratar cajeros. En Estados Unidos, el sector minorista empleaba a 15,9 millones de personas en 2017 (aproximadamente 1 de cada 9 estadounidenses en la fuerza laboral). A nivel mundial, se estima que 192 millones de trabajadores podrían verse afectados por la automatización, según una investigación de Eurasia Group . ^{[ 97 ]}

Las compras en línea podrían considerarse una forma de comercio minorista automatizado, ya que el pago y la finalización de la compra se realizan a través de un sistema automatizado de procesamiento de transacciones en línea , con una participación del comercio minorista en línea que aumentó del 5,1 % en 2011 al 8,3 % en 2016. Sin embargo, dos tercios de los libros, la música y las películas se compran ahora en línea. Además, la automatización y las compras en línea podrían reducir la demanda de centros comerciales y propiedades comerciales, que en Estados Unidos se estima que actualmente representan el 31 % de todas las propiedades comerciales o alrededor de 7 mil millones de pies cuadrados (650 millones de metros cuadrados) . Amazon ha obtenido gran parte del crecimiento en los últimos años para las compras en línea, representando la mitad del crecimiento del comercio minorista en línea en 2016. ^{[ 97 ]} Otras formas de automatización también pueden ser una parte integral de las compras en línea, por ejemplo, el despliegue de robótica de almacén automatizada como la aplicada por Amazon utilizando Kiva Systems .  

La industria de venta minorista de alimentos ha comenzado a aplicar la automatización al proceso de pedidos; McDonald's ha introducido sistemas de pedidos y pagos con pantalla táctil en muchos de sus restaurantes, reduciendo la necesidad de tantos empleados cajeros. ^{[ 98 ]} La Universidad de Texas en Austin ha introducido cafeterías minoristas totalmente automatizadas. ^{[ 99 ]} Algunas cafeterías y restaurantes han utilizado aplicaciones móviles y para tabletas para hacer que el proceso de pedidos sea más eficiente, permitiendo a los clientes realizar pedidos y pagar desde sus dispositivos. ^{[ 100 ]} Algunos restaurantes han automatizado la entrega de comida a las mesas de los clientes mediante un sistema de cinta transportadora . El uso de robots se emplea a veces para reemplazar al personal de servicio . ^{[ 101 ]}

La automatización en la construcción es la combinación de métodos, procesos y sistemas que permiten una mayor autonomía de las máquinas en las actividades constructivas. La automatización en la construcción puede tener múltiples objetivos, entre los que se incluyen, pero no se limitan a, la reducción de lesiones en la obra , la disminución de los tiempos de finalización de las actividades y la asistencia en el control y la garantía de calidad . ^{[ 102 ]}

La minería automatizada implica la eliminación del trabajo humano del proceso minero . ^{[ 103 ]} La industria minera se encuentra actualmente en transición hacia la automatización. Actualmente, aún puede requerir una gran cantidad de capital humano , particularmente en el tercer mundo , donde los costos laborales son bajos, por lo que hay menos incentivos para aumentar la eficiencia mediante la automatización.

La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa ( DARPA ) inició la investigación y el desarrollo del programa de vigilancia y monitoreo visual automatizado (VSAM) entre 1997 y 1999, y los programas de videovigilancia aérea (AVS) entre 1998 y 2002. Actualmente, existe un importante esfuerzo en la comunidad de visión artificial para desarrollar un sistema de vigilancia de seguimiento totalmente automatizado . La videovigilancia automatizada monitorea personas y vehículos en tiempo real en un entorno concurrido. Los sistemas de vigilancia automatizada existentes se basan en el entorno que están diseñados principalmente para observar (interior, exterior o aéreo), la cantidad de sensores que puede manejar el sistema automatizado y la movilidad de los sensores (cámara fija frente a cámara móvil). El propósito de un sistema de vigilancia es registrar las propiedades y trayectorias de los objetos en un área determinada, generar alertas o notificar a las autoridades designadas en caso de que ocurran eventos específicos. ^{[ 104 ]}

A medida que han aumentado las demandas de seguridad y movilidad y se han multiplicado las posibilidades tecnológicas, ha crecido el interés por la automatización. Con el fin de acelerar el desarrollo y la introducción de vehículos y autopistas totalmente automatizados, el Congreso de los Estados Unidos autorizó más de 650 millones de dólares durante seis años para sistemas de transporte inteligentes (ITS) y proyectos de demostración en la Ley de Eficiencia del Transporte Intermodal de Superficie (ISTEA) de 1991. El Congreso legisló en la ISTEA que: ^{[ 105 ]}

El Secretario de Transporte desarrollará un prototipo de autopista y vehículo automatizado a partir del cual se podrán desarrollar futuros sistemas inteligentes de autopista totalmente automatizados. Dicho desarrollo incluirá investigación sobre factores humanos para garantizar el éxito de la relación hombre-máquina. El objetivo de este programa es que la primera autopista totalmente automatizada o una pista de pruebas automatizada esté en funcionamiento para 1997. Este sistema permitirá la instalación de equipos en vehículos nuevos y existentes.

La automatización completa se define comúnmente como aquella que no requiere control o requiere un control muy limitado por parte del conductor; dicha automatización se lograría mediante una combinación de sensores, sistemas informáticos y de comunicación en los vehículos y a lo largo de la carretera. En teoría, la conducción totalmente automatizada permitiría una menor distancia entre vehículos y mayores velocidades, lo que podría aumentar la capacidad de tráfico en lugares donde la construcción de carreteras adicionales es físicamente imposible, políticamente inaceptable o prohibitivamente costosa. Los controles automatizados también podrían mejorar la seguridad vial al reducir la posibilidad de errores del conductor, que causan una gran parte de los accidentes de tráfico. Otros beneficios potenciales incluyen una mejor calidad del aire (como resultado de flujos de tráfico más eficientes), un mayor ahorro de combustible y tecnologías derivadas generadas durante la investigación y el desarrollo relacionados con los sistemas de autopistas automatizadas. ^{[ 106 ]}

Los camiones automatizados de recolección de residuos evitan la necesidad de tantos trabajadores y facilitan el nivel de mano de obra requerido para prestar el servicio. ^{[ 107 ]}

La automatización de procesos de negocio (BPA) es la automatización, habilitada por la tecnología, de procesos de negocio complejos . ^{[ 108 ]} Puede ayudar a optimizar un negocio para simplificarlo, lograr la transformación digital , aumentar la calidad del servicio , mejorar la prestación del servicio o contener los costos. La BPA consiste en integrar aplicaciones, reestructurar los recursos laborales y utilizar aplicaciones de software en toda la organización. La automatización robótica de procesos (RPA; o RPAAI para RPA 2.0 autoguiada) es un campo emergente dentro de la BPA y utiliza IA. Las BPA se pueden implementar en varias áreas de negocio, incluidas la contratación, el marketing, las ventas y el flujo de trabajo.

La automatización del hogar (también llamada domótica ) designa una práctica emergente de mayor automatización de electrodomésticos y funciones en viviendas residenciales, particularmente a través de medios electrónicos que permiten realizar tareas impracticables, excesivamente costosas o simplemente imposibles en las últimas décadas. El aumento en el uso de soluciones de automatización del hogar ha dado un giro que refleja la creciente dependencia de las personas hacia dichas soluciones. Sin embargo, el mayor confort que brindan estas soluciones de automatización es notable. ^{[ 109 ]}

La automatización es esencial para muchas aplicaciones científicas y clínicas. ^{[ 110 ]} Por lo tanto, la automatización se ha empleado ampliamente en laboratorios. Desde 1980, ya funcionaban laboratorios totalmente automatizados. ^{[ 111 ]} Sin embargo, la automatización no se ha generalizado en los laboratorios debido a su alto costo. Esto podría cambiar con la capacidad de integrar dispositivos de bajo costo con equipos de laboratorio estándar. ^{[ 112 ] [ 113 ]} Los automuestreadores son dispositivos comunes utilizados en la automatización de laboratorios.

La automatización logística consiste en la aplicación de software o maquinaria automatizada para mejorar la eficiencia de las operaciones logísticas . Normalmente, esto se refiere a las operaciones dentro de un almacén o centro de distribución , mientras que las tareas más amplias las realizan los sistemas de ingeniería de la cadena de suministro y los sistemas de planificación de recursos empresariales .

La automatización industrial se ocupa principalmente de la automatización de los procesos de fabricación , control de calidad y manipulación de materiales . Los controladores de propósito general para procesos industriales incluyen controladores lógicos programables , módulos de E/S independientes y computadoras. La automatización industrial busca reemplazar la acción humana y las actividades manuales de comando-respuesta con el uso de equipos mecanizados y comandos de programación lógica. Una tendencia es el uso creciente de la visión artificial ^{[ 114 ]} para proporcionar funciones de inspección automática y guiado de robots; otra es el continuo aumento en el uso de robots. La automatización industrial es simplemente necesaria en las industrias.

Robótica industrial

La robótica industrial es una subrama de la automatización industrial que ayuda en diversos procesos de fabricación. Estos procesos incluyen mecanizado, soldadura, pintura, ensamblaje y manipulación de materiales, entre otros. ^{[ 118 ]} Los robots industriales utilizan diversos sistemas mecánicos, eléctricos y de software para lograr una alta precisión, exactitud y velocidad que superan con creces el desempeño humano. El nacimiento de los robots industriales se produjo poco después de la Segunda Guerra Mundial, cuando Estados Unidos vio la necesidad de una forma más rápida de producir bienes industriales y de consumo. ^{[ 119 ]} Los servomotores, la lógica digital y la electrónica de estado sólido permitieron a los ingenieros construir sistemas mejores y más rápidos, y con el tiempo estos sistemas se mejoraron y revisaron hasta el punto en que un solo robot es capaz de funcionar las 24 horas del día con poco o ningún mantenimiento. En 1997, había 700.000 robots industriales en uso; la cifra aumentó a 1,8 millones en 2017 ^{[ 120 ].} En los últimos años, la IA con robótica también se utiliza para crear una solución de etiquetado automático, empleando brazos robóticos como aplicadores automáticos de etiquetas e IA para aprender y detectar los productos que se van a etiquetar ^{[ 121 ] .}

Uno de los tipos de control más sencillos es el de encendido/apagado . Un ejemplo es el termostato que se usa en los electrodomésticos, el cual abre o cierra un contacto eléctrico. (Los termostatos se desarrollaron originalmente como verdaderos mecanismos de control por retroalimentación, en lugar del termostato común de encendido/apagado que se usa en los electrodomésticos).

El control secuencial consiste en la ejecución de una secuencia programada de operaciones discretas , a menudo basada en la lógica del sistema que involucra estados del mismo. Un sistema de control de ascensores es un ejemplo de control secuencial.

Un controlador proporcional-integral-derivativo (controlador PID) es un mecanismo de retroalimentación de bucle de control ( controlador ) ampliamente utilizado en sistemas de control industrial .

En un bucle PID, el controlador calcula continuamente un valor de error.${\displaystyle e(t)}$como la diferencia entre un punto de ajuste deseado y una variable de proceso medida y aplica una corrección basada en términos proporcionales , integrales y derivativos , respectivamente (a veces denotados P , I y D ) que dan nombre al tipo de controlador.

La comprensión teórica y la aplicación de estos principios datan de la década de 1920, y se implementan en casi todos los sistemas de control analógicos; originalmente en controladores mecánicos, luego utilizando electrónica discreta y, más recientemente, en computadoras de procesos industriales.

El control secuencial puede basarse en una secuencia fija o en una lógica que ejecuta diferentes acciones según el estado del sistema. Un ejemplo de secuencia ajustable, pero fija, es el temporizador de un aspersor de césped.

Los estados se refieren a las diversas condiciones que pueden ocurrir en un escenario de uso o secuencia del sistema. Un ejemplo es un ascensor, que utiliza lógica basada en el estado del sistema para realizar ciertas acciones en respuesta a su estado y a la entrada del operador. Por ejemplo, si el operador presiona el botón del piso n, el sistema responderá dependiendo de si el ascensor está detenido o en movimiento, subiendo o bajando, o si la puerta está abierta o cerrada, entre otras condiciones. ^{[ 126 ]}

El desarrollo inicial del control secuencial se basó en la lógica de relés , mediante la cual los relés eléctricos activan contactos eléctricos que inician o interrumpen la alimentación de un dispositivo. Los relés se utilizaron por primera vez en redes telegráficas antes de desarrollarse para controlar otros dispositivos, como el arranque y la parada de motores eléctricos industriales o la apertura y el cierre de electroválvulas . El uso de relés para el control permitió el control basado en eventos, donde las acciones podían activarse fuera de secuencia, en respuesta a eventos externos. Estos sistemas eran más flexibles en su respuesta que los rígidos temporizadores de leva de secuencia única . Ejemplos más complejos incluían el mantenimiento de secuencias seguras para dispositivos como los controles de puentes levadizos, donde era necesario desbloquear un pestillo antes de que el puente pudiera moverse, y este no podía liberarse hasta que las puertas de seguridad ya estuvieran cerradas.

En algunas fábricas, el número total de relés y temporizadores de leva puede ascender a cientos o incluso miles. Para gestionar estos sistemas, se necesitaban técnicas y lenguajes de programación primitivos , siendo uno de los primeros la lógica de escalera , donde los diagramas de los relés interconectados se asemejaban a los peldaños de una escalera. Posteriormente, se diseñaron ordenadores especiales, denominados controladores lógicos programables, para sustituir estos conjuntos de hardware por una única unidad más fácil de reprogramar.

En un circuito típico de arranque y parada de motor cableado (denominado circuito de control ), el motor se arranca pulsando un botón de "Arranque" o "Funcionamiento" que activa un par de relés eléctricos. El relé de bloqueo mantiene conectados los contactos que mantienen el circuito de control energizado al soltar el botón. (El botón de arranque es un contacto normalmente abierto y el de parada, un contacto normalmente cerrado). Otro relé energiza un interruptor que alimenta el dispositivo que acciona el interruptor de arranque del motor (tres conjuntos de contactos para alimentación industrial trifásica) en el circuito de alimentación principal. Los motores grandes utilizan alto voltaje y experimentan una alta corriente de arranque, por lo que la velocidad de conexión y desconexión es crucial. Esto puede ser peligroso para el personal y la propiedad con interruptores manuales. Los contactos de bloqueo en el circuito de arranque y los contactos de alimentación principal del motor se mantienen conectados mediante sus respectivos electroimanes hasta que se pulsa un botón de "Parada" o "Apagado", lo que desactiva el relé de bloqueo. ^{[ 127 ]}

Es común añadir enclavamientos a un circuito de control. Por ejemplo, si el motor alimenta una maquinaria que requiere lubricación urgente, se podría añadir un enclavamiento para asegurar que la bomba de aceite esté funcionando antes de que arranque el motor. Los temporizadores, los interruptores de límite y los sensores fotoeléctricos son otros elementos comunes en los circuitos de control.

Las electroválvulas se utilizan ampliamente en aire comprimido o fluido hidráulico para accionar actuadores en componentes mecánicos . Si bien los motores se emplean para proporcionar movimiento rotatorio continuo , los actuadores suelen ser una mejor opción para generar intermitentemente un rango de movimiento limitado en un componente mecánico, como el movimiento de diversos brazos mecánicos, la apertura o el cierre de válvulas , el levantamiento de rodillos de prensa pesados ​​o la aplicación de presión a las prensas.

Los ordenadores pueden realizar tanto control secuencial como control por retroalimentación, y normalmente un solo ordenador realiza ambos en una aplicación industrial. Los controladores lógicos programables (PLC) son un tipo de microprocesador de propósito especial que ha sustituido a muchos componentes de hardware, como temporizadores y secuenciadores de tambor, utilizados en sistemas de lógica de relés. Los ordenadores de control de procesos de propósito general han sustituido cada vez más a los controladores independientes, y un solo ordenador puede realizar las operaciones de cientos de controladores. Los ordenadores de control de procesos pueden procesar datos de una red de PLC, instrumentos y controladores para implementar el control típico (como PID) de muchas variables individuales o, en algunos casos, para implementar algoritmos de control complejos utilizando múltiples entradas y manipulaciones matemáticas. También pueden analizar datos y crear visualizaciones gráficas en tiempo real para los operadores, así como generar informes para operadores, ingenieros y la dirección.

El control de un cajero automático (ATM) es un ejemplo de proceso interactivo en el que un ordenador ejecuta una respuesta lógica a la selección del usuario, basándose en información obtenida de una base de datos en red. El proceso del cajero automático presenta similitudes con otros procesos de transacciones en línea. Las diferentes respuestas lógicas se denominan escenarios . Estos procesos suelen diseñarse con la ayuda de casos de uso y diagramas de flujo , que guían la escritura del código del software. El primer mecanismo de control por retroalimentación fue el reloj de agua inventado por el ingeniero griego Ctesibio (285-222 a. C.).

•  Este artículo incorpora texto de una obra de contenido libre . Licencia CC BY-SA 3.0 ( declaración de licencia/permiso ). Texto tomado de «En resumen sobre el estado de la alimentación y la agricultura 2022: Aprovechar la automatización en la agricultura para transformar los sistemas agroalimentarios» , FAO .