Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimientos de materias primas dentro de un almacén.

UNIVERSIDAD DE VALLADOLID ESCUELA DE INGENIERIAS INDUSTRIALES Grado en Ingeniería en Organización Industrial Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimientos de materias primas dentro de un almacén. Autor: de la Fuente Poveda, Pablo Tutor: del Valle González, María Isabel Dpto. Tecnología Electrónica Valladolid, junio 2022. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 3 |P á g i n a A María Isabel y Oliver Vicente por su apoyo, tiempo, ayuda y trabajo para la consecución de este trabajo de fin de grado Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 4 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 5 |P á g i n a Resumen La gestión de un almacén es una tarea compleja y tediosa si se realiza de forma tradicional, es decir, mediante un conteo manual con apuntes en papel o digitalmente. El manejo correcto de un almacén de materias primas es fundamental para que el departamento de logística funcione y sea capaz de realizar tareas como son el control de stocks, el aprovisionamiento y el abastecimiento de la planta. Este trabajo presenta un modelo nuevo que pretende facilitar las labores que realizan tanto los operarios de almacén, como las de aquellos encargados de su control, dentro de grandes o medianas empresas que no estén dispuestas a realizar una gran inversión en un modelo mucho más automatizado. La principal ventaja de este modelo es el ahorro de tiempo y la eliminación de errores humanos en la logística gracias a la utilización de sensores fotoeléctricos conectados a un FIFO-LIFO digital. Palabras Clave: Logística, VBA, Arduino, FIFO-LIFO, Automatización Abstract Driving a warehouse is a tough task if it is done in a traditional way using human counting on paper or computer. The correct management of a raw material warehouse is a key point in the performance of the logistic department to make it able to run tasks such as stocks controlling, goods reception and plant supplying. This work shows a new model that pretends to make warehouse’s workers and managers controlling tasks easer in big and medium companies that are not willing to make a great investment in a model with a greater level of automatization. The main advantage of this model is the time saving and human failures elimination in logistic thanks to photoelectric switches implantation connected with a digital FIFO-LIFO. Key Words: Logistic, VBA, Arduino, FIFO-LIFO, Automation Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 6 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 7 |P á g i n a Índice Resumen ................................................................................................................. 5 Abstract ................................................................................................................... 5 Índice....................................................................................................................... 7 Índice de Figuras .................................................................................................... 9 1. Introducción .................................................................................................. 13 1.1. Introducción y motivación ..................................................................... 13 1.2. Objetivos ................................................................................................ 14 1.3. Estructura del documento .................................................................... 15 2. Estado del Arte .............................................................................................. 17 2.1. Introducción a los almacenes y metodologías de almacenaje .......... 17 2.2. Movimientos de los materiales ............................................................ 17 2.3. Métodos FIFO y LIFO .............................................................................. 18 2.4. Tipos de Estantes .................................................................................. 19 2.4.1. Estante Selectivo ............................................................................ 19 2.4.2. Estante Acumulativo ...................................................................... 20 2.5. Almacenes Automatizados.................................................................... 21 2.5.1. Robots AGV ..................................................................................... 21 2.5.2. Transelevadores ............................................................................. 23 2.5.3. Paletizadora Industrial ................................................................... 24 2.5.4. ERP en Logística ............................................................................. 25 2.5.5. Lectores de Códigos de Barras y Cintas transportadoras ........... 26 3. FIFO/LIFO DIGITAL ........................................................................................ 29 3.1. Guía de Uso ............................................................................................ 29 3.1.1. Hoja Recepcionar ........................................................................... 30 3.1.2. Hoja Abastecer ............................................................................... 31 3.1.3. Hoja Recepciones .......................................................................... 32 3.1.4. Hoja Estanterías ............................................................................. 34 3.1.5. Hoja 1 .............................................................................................. 34 3.2. Programación ......................................................................................... 35 3.2.1. Función Lista_Nueva1 ................................................................... 36 3.2.2. Función Comparalistas_XXXX ........................................................ 38 3.2.3. Función Copiar_tablaantigua ........................................................ 40 Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 8 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e 3.2.4. Función AbastecerXX_XX ............................................................... 41 3.2.5. Función día_nuevo ......................................................................... 43 3.2.6. Funciones Arranque y Borrar ......................................................... 46 4. Diseño del Hardware .................................................................................... 49 4.1. Sensores Fotoeléctricos Retro-reflexivos ............................................. 49 4.2. Arduino Nano ......................................................................................... 54 4.3. Placa Base Central ................................................................................ 59 4.3.1. Decodificador 74LS154 ................................................................ 60 4.3.2. Inversor 74LS04 ............................................................................ 63 4.3.3. Cabezal de Pines M20-9980545 ................................................. 64 4.4. Placa Base Estanterías ......................................................................... 65 4.4.1. Optoacoplador 4N33 ..................................................................... 68 4.4.2. Terminales TBLOCK-I2 ................................................................... 69 4.4.3. Fuente de Alimentación ................................................................. 70 5. Estudio Económico ....................................................................................... 73 5.1. Introducción ........................................................................................... 73 5.2. Presupuesto Económico ....................................................................... 73 6. Conclusiones ................................................................................................. 81 7. Bibliografía .................................................................................................... 85 Anexos: .................................................................................................................. 89 Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 9 |P á g i n a Índice de Figuras Figura 1 Almacén con estantes selectivos ......................................................... 20 Figura 2 Estante Acumulativo ............................................................................. 21 Figura 3 Modelo de Robot AGV ........................................................................... 22 Figura 4 Modelo de Transelevador de 1 o 2 columnas ..................................... 24 Figura 5 Modelo de Robot de Paletizado ........................................................... 25 Figura 6 Empresas líder en ERP.......................................................................... 26 Figura 7 Activar Transmisor de datos y Programador ....................................... 29 Figura 8 Hoja Recepcionar .................................................................................. 30 Figura 9 Hoja Abastecer ...................................................................................... 32 Figura 10 Hoja 1 .................................................................................................. 32 Figura 11 Hoja Recepciones ............................................................................... 33 Figura 12 Hoja Estantería .................................................................................... 34 Figura 13 Código de un botón de la Hoja "Recepcionar" .................................. 36 Figura 14 Código de la función Lista_Nueva1 ................................................... 36 Figura 15 Listas 1 y 2 de la “Hoja1” ................................................................... 37 Figura 16 Código de la función "Comparalistas" ............................................... 38 Figura 17 Código de la función "Comparalistas" ............................................... 39 Figura 18 Código de la función Copiar_tablaantigua ........................................ 40 Figura 19 Código de la función AbastecerXX_XX ............................................... 42 Figura 20 Código de la función día_nuevo ......................................................... 44 Figura 21 Código del botón Reset ...................................................................... 45 Figura 22 Código de la función Arranque ........................................................... 46 Figura 23 Código de la función Borrar ................................................................ 47 Figura 24 Métodos de Funcionamiento de los sensores fotoeléctricos .......... 50 Figura 25 Esquema del sensor G18-3B2PC ...................................................... 51 Figura 26 Sensor Fotoeléctrico G18-3B2PC ...................................................... 52 Figura 27 Conector divisor de cableado ............................................................. 53 Figura 28 Arduino Nano ....................................................................................... 54 Figura 29 Configuración de la Aplicación de Arduino ........................................ 55 Figura 30 Configuración del Pin 12 y 13 en Pull Up .......................................... 57 Figura 31 Código del Arduino Nano .................................................................... 58 Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 10 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e Figura 32 Placa Base Central .............................................................................. 59 Figura 33 Esquemático de la Placa Base Central ............................................. 60 Figura 34 Tabla de Funcionamiento del 74LS154 ............................................ 61 Figura 35 Esquema del decodificador 74LS154 ............................................... 62 Figura 36 Esquema del inversor 74LS04 .......................................................... 63 Figura 37 Cabezal de pines M20-9980545 ...................................................... 64 Figura 38 Hembra-Macho de 10 cables ............................................................. 65 Figura 39 Esquemático de la Placa Base Estanterías....................................... 65 Figura 40 Placa Base Estanterías ....................................................................... 66 Figura 41 cabezal de pines M20-7830546 ....................................................... 67 Figura 42 Esquema de un optoacoplador .......................................................... 68 Figura 43 Terminales de tornillo de 2 pines TBLOCK-I2 ................................... 69 Figura 44 ATX 24 pines para conectar fuente de alimentación ....................... 70 Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 17 |P á g i n a 2. Estado del Arte 2.1. Introducción a los almacenes y metodologías de almacenaje Debido al natural desequilibrio que existe en los ritmos en los que se producen el aprovisionamiento, la producción y la distribución; se hace completamente necesario el uso de almacenes. Según Eduardo A.Arbones Malisani en su libro Logística empresarial de 1990 [1] existen tres tipos distintos de almacenes: • Almacenes industriales Engloba al conjunto de almacenes industriales destinados a albergar materia prima y producto terminado. Sin embargo, dependiendo del tipo de producto que se almacene podemos distinguir entre almacenes de productos semielaborados, de piezas separadas, de recambio, de materias primas, de herramientas y utillaje, de aprovisionamiento general y de productos terminados. • Almacenes de distribución Los almacenes de distribución no solo tienen el cometido de guardar materiales, sino que también tienen el objetivo de vender productos y mercancías a disposición del consumidor. • Depósitos Los depósitos se conciben como un lugar donde se colocan mercancías por acuerdo entre el depositante y el depositario. 2.2. Movimientos de los materiales Es importante poner en contexto donde y por qué se producen los movimientos de materiales no solo dentro de un almacén, sino en todos los procesos que implica la logística en una planta industrial. Existen distintos tipos de movimientos de materiales de dentro de una planta industrial que podemos clasificarlos como (A.Arbones Malisani 1990) [1]: Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 18 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e • Movimientos de trabajo Son aquellos pequeños desplazamientos que sufren los materiales, que habitualmente no necesitan de maquinaria, dentro de un puesto de trabajo durante las operaciones de transformación de estos. • Movimientos de manutención Este tipo de movimientos se refiere a aquellos movimientos moderados entre los distintos puestos de trabajo. Se pueden usar cintas transportadoras u otros sistemas que permitan un flujo continuo de material entre los puestos de transformación. • Movimientos de transporte interior Se refiere a aquellos movimientos de materiales que se producen entre diferentes áreas o naves de una planta industrial, moviéndose volúmenes medianamente grandes de material. • Movimientos de transporte exterior Son los movimientos de material relacionado con el aprovisionamiento o la expedición de productos terminados y suele llevar asociado una cantidad de volumen de carga mucho mayor, aunque más intermitente. 2.3. Métodos FIFO y LIFO Para el manejo de los almacenes existen diversos métodos de gestión de las materias que allí se guardan, aunque sin duda los más conocidos y utilizados son los métodos FIFO y LIFO. (FIFO Y LIFO: TÉCNICAS DE GESTIÓN DE LA CARGA 2017) [11]. • Método FIFO El método FIFO en la valoración de stocks en un almacén supone una de las metodologías más utilizadas en la gestión y control de almacenes. Su nombre viene las siglas en inglés “FIRST IN FIRST OUT” que quiere decir el primero en entrar, el primero en salir. Es un método que lo utilizan todas las empresas que tengan productos perecederos como el Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 19 |P á g i n a sector alimentario u otros sectores donde exista cierta necesidad de renovar el stock continuamente. Es uno de los métodos existentes más populares debido a que minimiza la pérdida de valor del producto mientras está almacenado y por tanto reporta un beneficio económico para la empresa. • Método LIFO El método LIFO, de sus siglas en inglés “LAST IN FIRST OUT” es un sistema mucho menos utilizado pero que puede ser utilizado en empresas con productos que no sean perecederos o no pierdan valor rápidamente. Una de las ventajas que tiene con respecto al FIFO es que, en algún caso, según el modo del almacenaje podría darse la situación de que fuese necesario mover los últimos productos en llegar para coger los más antiguos. Esto sería una pérdida de tiempo en almacenes de materia prima con gran volumen de movimiento y productos imperecederos. 2.4. Tipos de Estantes El almacenaje es una parte fundamental de la logística que engloba todas aquellas actividades que se dan en el almacén. Su principal labor es la de custodiar que los elementos necesarios para el funcionamiento de las plantas industriales estén cerca de ellas en el momento preciso. Debido a la necesidad de aprovechar el espacio se usan estructuras metálicas verticales, estas estructuras verticales, también se conocen como estantes, son muy habituales en el mundo industrial y existen distintos tipos según el método o las necesidades del almacenaje. 2.4.1. Estante Selectivo Este tipo de estantería de un solo hueco de profundidad permite cargar o descargar cualquier pallet sin mover ningún otro de forma previa, haciéndolo perfecto para un sistema FIFO y permitiendo a los operarios encargados del manejo de carretillas elevadoras, poder acceder a la carga de forma inmediata. Normalmente se suelen poner dos estantes juntos y a ambos lados pasillos como se muestra en la imagen. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 20 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e Figura 1 Almacén con estantes selectivos 2.4.2. Estante Acumulativo Este tipo de estante, al que se le conoce también con el nombre inglés “drivein”, es un tipo de estante que se usa con la metodología LIFO. Se utiliza cuando tenemos que acumular una gran cantidad de productos del mismo tipo e imperecederos. El operario que maneja la carretilla elevadora, al colocar un nuevo pallet desplaza los que hubiese ya colocados anteriormente hacia atrás como se muestra en la imagen. Por lógica cuando se necesite sacar material del estante, se extraerá el más accesible. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 21 |P á g i n a Figura 2 Estante Acumulativo 2.5. Almacenes Automatizados Muchas empresas e ingenieros han trabajado desde hace muchos años en la automatización de los almacenes y del área de logística. Muchos de estos avances han permitido mejorar enormemente la eficiencia las labores de almacenaje, llegando al punto de casi una automatización del 100% del proceso. Existen distintas alternativas para la mejora en el departamento de logística que ofrecen diferentes soluciones con ventajas y desventajas asociadas. 2.5.1. Robots AGV También llamados vehículos de guiado automático inteligente; definición que engloba a una serie de robots que son capaces de circular sin conductor por rutas o caminos anteriormente definidos. Existen distintos modelos de robot AGV de distinto grado de sofisticación. Los robots AGV conforman una gran herramienta en la eliminación de accidentes dentro de los procesos que engloba la logística ya que evita errores humanos con las carretillas que puedan acarrear daños físicos para cualquier trabajador de la planta industrial. La forma más habitual de transporte de la carga es levantándola levemente y transportado el carro o el pallet sin tocar el suelo. De todas las maneras, hay Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 22 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e muchos tipos de AGV y existen diversas modalidades de transportar la mercancía. Figura 3 Modelo de Robot AGV Además, gracias al movimiento que conlleva la industria 4.0 cada vez está más presente en esta forma de automatización del almacén los AGV personalizables, programables y en algunos casos pueden ser controlados online. Debido a todas estas ventajas, a pesar de la fuerte inversión inicial acaba redundado en una reducción de costes del proceso. Como ya se había dicho existen distintos tipos según su guiado y sofisticación. Los AGV pueden ir guiados por un carril o cable eléctrico, que este pegado a la superficie del suelo de la planta industrial ligeramente enterrado. Estos AGV tienen un sistema que funciona por inducción magnética y gracias a los sensores nunca se sale de su recorrido llevando carga siempre de un origen a un destino fijo. La única desventaja de usar este método es la poca adaptabilidad a los cambios, ya que suele conllevar un mayor esfuerzo modificar el layout de recorridos y rutas a ejecutar por el AGV. Otra forma de guiar los AGV es mediante tiras de espejo o mediante bandas magnéticas que se adhieren al suelo. Este método utiliza sensores ópticos o magnéticos que permiten seguir el recorrido al robot. La ventaja es una mayor capacidad de cambio del diseño de las rutas dentro del almacén y la planta. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 23 |P á g i n a Mediante el avance de la tecnología han aparecido otros métodos para controlar el funcionamiento de los AGV. La aparición de mapeos los 2D y 3D permite que los robots se muevan de forma autónoma mediante rutas que tengan guardados en su memoria interna acompañados de sensores que eviten colisiones con objetos o personas. 2.5.2. Transelevadores Los transelevadores son elementos que se usan en el almacén con el fin de conseguir un almacenaje automatizado reduciendo errores humanos, mejorando la productividad y disponiendo de un inventario permanente. Alguna de las ventajas que tienen los transelevadores es el maximizar la eficiencia del espacio, optimización de tiempos, reducción del personal necesario de almacenaje y el aumento de la capacidad de almacenaje. Normalmente los transelevadores son sistemas complejos y están compuestos por un elevado número de componentes y subsistemas. La “Cuna de elevación” es un bastidor móvil que sirve para la elevación de cargas en vertical con el fin de realizar las funciones de depositar y recoger la carga situada en las estanterías mediante un sistema de horquillas extensibles. La “Cuna de elevación” de los transelevadores funciona gracias a un mecanismo de elevación que impulsa el bastidor verticalmente gracias a la acción de un motor que habitualmente es de corriente alterna (Transelevadores para palets s.f.) [19]. Debido a que la “Cuna de elevación” puede llegar a soportar mucho peso, se sirve de una o dos columnas con chapas de acero de alta resistencia, que tienen en su interior carriles verticales atornillados para guiar la “Cuna de elevación”. Ambas columnas cuentan con testero superior e inferior que permiten a ambas columnas desplazarse longitudinalmente a través de los pasillos en virtud de lo cual pueden moverse por todo el pasillo hasta la posición deseada. Este desplazamiento se produce por la acción de una rueda motriz y una rueda guía que están junto al testero que consiguen un movimiento sobre raíles. Además, los transelevadores habitualmente cuentan con un sistema de extracción, cintas transportadoras, un armario eléctrico y un sistema de transmisión de datos para garantizar el funcionamiento. Es necesario recalcar, que existen diversos modelos en el mercado de almacenes automatizados con transelevadores y no todos cuenta con los mismos elementos. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 24 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e Figura 4 Modelo de Transelevador de 1 o 2 columnas Los transelevadores suele ser sistemas que requieren una elevada inversión inicial y conviene hacer un estudio económico previo, así como un análisis de las necesidades del almacén. No siempre es necesario o posible contar con un sistema de estas características y al realizar una inversión siempre se debe estar seguro del retorno económico. 2.5.3. Paletizadora Industrial Se trata de un robot o brazo robótico que normalmente se suele encontrar al final de la línea de producción pero que, a pesar de estar en el área de producción, hace funciones de logística ya que sirve para apilar el material que sale de la línea. Estos robots sustituyen el trabajo de apilar que antes solía realizar un operario de forma manual. También se pueden utilizar para desapilar al principio de la línea de producción e ir alimentando esta con material. Estos brazos robóticos normalmente suelen ser de 4 o 6 ejes y habitualmente cuentan con unas servopinzas que le permiten manipular un elevado peso de carga. Una de sus ventajas es su gran velocidad de ciclo y la capacidad de ser programados para realizar ciclos mixtos de carga. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 25 |P á g i n a Figura 5 Modelo de Robot de Paletizado Debido a la existencia de diferentes modelos conviene analizar diversos factores como la carga de trabajo requerida, el espacio necesario o el alcance. Puesto que es necesario realizar una gran inversión conviene analizar los distintos modelos existentes en el mercado, así como las diversas alternativas a este tipo de robots. 2.5.4. ERP en Logística Los ERP del inglés “Enterprise Resource Planning”, son software de Planificación de Recursos Empresariales que ayudan en la gestión del departamento de logística y en general, de una empresa. Son sistemas de gestión documental cuyas características integran, controlan y automatizan los procesos relacionados con el funcionamiento de una planta industrial, almacén de logística u otro tipo de actividades (Murray 2016) [15]. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 26 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e Figura 6 Empresas líder en ERP Un ERP, enfocándolo desde la logística, está diseñado para ayudar en las labores de este departamento, que se encarga del control de las tareas repetitivas y mejora la eficiencia. Interviene en procesos como; compras, contabilidad, ventas, control de KPIs. Permiten extraer información presente e histórica de forma rápida, comunicación con clientes y proveedores mediante datos estandarizados, mejoran la flexibilidad y la escalabilidad del sistema. Desde hace un tiempo este tipo de software se ha hecho totalmente imprescindible para el desarrollo de las actividades laborales de cualquier empresa del sector industrial y de otros sectores. 2.5.5. Lectores de Códigos de Barras y Cintas transportadoras En muchos almacenes automatizados se ha optado por la instalación de un sistema combinado que usa un programa inteligente basado en la toma de decisiones a través de la lectura de código de barras. El sistema inteligente toma la decisión de que ruta de cintas transportadoras debe se seguir el material. Es muy útil en una empresa cuya logística requiera una alta velocidad de proceso, una elevada carga de trabajo y una diversidad alta de productos y rutas. También, se suele emplear de manera individual los lectores de código de barras para digitalizar el control de movimientos del material entrante y saliente, algo indispensable hoy en día para la logística de cualquier empresa. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 33 |P á g i n a escribirá sobre la hoja “Recepciones” la hora y la cantidad real que se ha almacenado. En caso de no coincidir lo planificado y la realidad tornará la casilla en color rojo. En la parte inferior hay una celda en la que está escrito “Movimiento Neto”, en la que se puede ver cuánto ha entrado y salido de un cierto producto a lo largo del día tanto en cantidad absoluta como monetaria y en función de si es positivo, negativo o cero, la celda se pondrá verde, rojo o gris respectivamente. Al finalizar el día el encargado del almacén debe pulsar sobre el botón “Nuevo día” que se encuentra en la esquina superior izquierda para que se envíe un correo con el resumen del día de recepciones y se guarde un documento .pdf del día. Además, automáticamente el FIFO/LIFO Digital reinicia la página “Recepciones”. Figura 11 Hoja Recepciones Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 34 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e 3.1.4. Hoja Estanterías Esta hoja del FIFO/LIFO Digital tiene como principal función dar una imagen rápida a los operarios de carretillas y encargados de almacén del estado de una estantería. Mediante la pestaña que se encuentra en la parte superior se selecciona la estantería que quieren ver para así de un vistazo rápido ver la disponibilidad de una zona del almacén. Así el operario de carretilla puede acercarse al monitor del FIFO/LIFO Digital antes de comenzar a colocar los pallets en la estantería y no perder tiempo buscando huecos en los diferentes pasillos. Las posiciones de las estanterías ya ocupadas están con un fondo sombreado mientras que las que aún están vacías no tienen nada. Esta hoja del Excel no sirve para guardar información, solo pretende ser una ayuda en la optimización de tiempos. Figura 12 Hoja Estantería 3.1.5. Hoja 1 La Hoja 1 tiene el botón RESET, el cual permite al usuario reiniciar el FIFO/LIFO Digital eliminando todos los valores después de haber realizado una copia de seguridad en fichero pdf. También cuenta con un espacio reservado para que el usuario especifique la dirección de correo a la que deben ser enviadas las alertas y mensajes que genera el FIFO/LIFO Digital. Además, cuenta con las Listas 1 y 2 que posteriormente se explicará su propósito dentro del funcionamiento del programa. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 35 |P á g i n a 3.2. Programación La programación utilizada en este modelo está hecha con Visual Basic. Este lenguaje de programación creado por Alan Cooper en 1991 es un dialecto de BASIC creado con la intención de simplificar la programación creando un ambiente de desarrollo y se utiliza para las macros en las aplicaciones de Microsoft entre las que se está Excel. En este proyecto el programa se divide en diversos módulos con, a su vez, múltiples funciones en su interior. Además, se ha programado para que cada uno de los botones del FIFO/LIFO Digital ejecute las funciones necesarias para la correcta gestión y control del almacén en sus diversas tareas de la forma más automatizada posible. Uno de los objetivos del programa es que el usuario pueda utilizar el FIFO/LIFO Digital pulsando el menor número de botones y evitando así la perdida de tiempo en el monitor. Cada una de las hojas contiene botones que son capaces de ejecutar diferentes macros. De forma ordenada por hojas se expondrá cómo funcionan y el propósito de las distintas funciones en las que se apoyan las macros. La programación utilizada en los distintos botones de Hoja Recepcionar tiene un funcionamiento similar entre sí pues siguen una estructura idéntica, con la excepción de que actúan sobre celdas distintas del Excel. Al pulsar cualquier botón de esta página, se ejecuta una macro individual para cada botón, pero como se ha dicho antes con funcionamiento similar entre sí. Lo primero que sucede, es que el código generará un mensaje de aviso que aparece en pantalla en el que se pide confirmación para continuar con la recepción de la referencia ligada al botón y en caso positivo seguir con la ejecución del código. En la parte superior del mensaje advierte de que tarda en ejecutarse un minuto (el minuto se debe a la velocidad a la que se puede transmitir los datos de forma segura). Pasado este tiempo, comenzará a ejecutarse el código de la macro, que a su vez tiene que ejecutar en orden cronológico las funciones Lista_Nueva1, Comparalistas_XXXX y Copiar_tablaantigua. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 36 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e Figura 13 Código de un botón de la Hoja "Recepcionar" 3.2.1. Función Lista_Nueva1 La función Lista_Nueva1, como se ve en la figura 13, es la primera de las tres funciones que se ejecutan cuando se pulsa en algún botón de la Hoja Recepcionar. Esta función sirve para actualizar la lista 2, que está en la Hoja1 del Excel. Figura 14 Código de la función Lista_Nueva1 Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 37 |P á g i n a El código de esta función se encarga de extraer la información que llega a la página de Entrada de datos donde se escriben los datos continuamente que llegan al Excel por el puerto Serie desde el Arduino Nano. Debido a que, los datos por seguridad se envían con un intervalo de tiempo entre datos de 150 ms, se debe esperar un minuto a que se hayan transmitido todos los datos antes de ejecutar esta función. Una vez transcurrido el minuto, se copian las celdas de la Hoja Entrada de datos y se pegan en la Lista 2 de la Hoja1. Después, el programa ordenará de menor a mayor la Lista 2 para su posterior comparación. Esto es necesario debido a la aleatoriedad del momento en el que el operario pulsa un botón para Recepcionar. Para poder comparar las listas más tarde, debemos primero hacer que las listas sean equivalentes, es decir, que el dato correspondiente a la posición cero de las estanterías del almacén ocupe la primera posición de la lista, la posición uno el segundo y así consecutivamente como se ve en la figura 15. Por ello ordenamos de manera ascendente de menor a mayor. LISTA 1 LISTA 2 Figura 15 Listas 1 y 2 de la “Hoja1” Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 38 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e 3.2.2. Función Comparalistas_XXXX La función compara listas es la única función que es diferente y específica para cada referencia que hay en la Hoja Recepcionar ya que cada botón actúa sobre unas celdas diferentes en el Excel. Sin embargo, todas las funciones tienen un modo de trabajo idéntico entre sí. El cometido de esta función es, primero comparar las listas 1 y 2 de la Hoja1, segundo escribir en la Hoja Recepcionar aquellas posiciones que pasen de estar vacías a llenas y, por último, actualizar los valores internos de funcionamiento del FIFO/LIFO Digital. Figura 16 Código de la función "Comparalistas" Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 39 |P á g i n a Figura 17 Código de la función "Comparalistas" Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 40 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e La Lista 2 representan los datos entrantes, mientras que la Lista 1 los antiguos. Gracias a esta función podremos saber dónde pasa de haber una posición del almacén vacía a llena. Esto se hace recorriendo de arriba abajo ambas listas a la vez, es decir, compara el estado de la posición 0 de la Lista 1 con el 0 de la Lista 2. Si en la Lista 2 contiene un 1 en una posición donde hay un 0 en la Lista 1, entonces el sistema entiende que esa posición de las estanterías ha sido ocupada por los operarios de almacén, y por tanto la función guardará esa posición en la Hoja Recepcionar en la referencia pertinente. Además, esta función se encarga de actualizar ciertos valores, dentro del FIFO/LIFO. Dentro de la Hoja Recepcionar actualiza el valor de la cantidad de productos que hay de cada referencia y en la Hoja Recepciones actualiza la cantidad de producto entrante durante un día y apunta sobre el tablero la cantidad y la hora a la que se produjo la recepción de una referencia. 3.2.3. Función Copiar_tablaantigua Dentro del código que contienen los botones de la Hoja Recepcionar, se llama a la función Copiar_tablaantigua, tras la finalización de las dos anteriores. Esta función copia la Lista 2 en las celdas que ocupan las posiciones de la Lista 1. Esto se hace para actualizar la Lista 1 para próximas recepciones. Además, al actualizar la Lista 1 también se actualiza la Hoja Estanterías. Figura 18 Código de la función Copiar_tablaantigua Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 41 |P á g i n a El código de un botón cualquiera de la Hoja Abastecer tiene cierta similitud con el código de Comparalistas, ya que ambos funcionan igual para todas las referencias, pero utilizando distintas celdas del Excel sobre las que actuar. 3.2.4. Función AbastecerXX_XX El código de la función Abastecer, implementado en todos los botones de la Hoja Abastecer, funciona diferente según el método, FIFO o LIFO, seleccionado ya que cada uno selecciona una posición diferente del almacén que se debe abastecer y esta se muestra a través de un mensaje de advertencia que aparece en pantalla una vez se pulsa el botón. En el caso del FIFO, el código buscará cual fue la primera posición del almacén en ser ocupada y en el caso del LIFO la última para la referencia que se desee abastecer. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 42 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e Figura 19 Código de la función AbastecerXX_XX Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 49 |P á g i n a 4. Diseño del Hardware 4.1. Sensores Fotoeléctricos Retro-reflexivos Los sensores fotoeléctricos son muy comunes en la industria, con múltiples aplicaciones, modelos, capacidades y formas de uso. Se suelen usar para labores de conteo de partes, conveyors, detección de vidrio, detección de personas y control de compuertas, aunque en realidad se pueden usar en infinidad de aplicaciones. Los sensores fotoeléctricos retro-reflexivos, son un tipo de sensores fotoeléctricos con la característica de contar un emisor y un receptor de luz que están juntos en la misma carcasa. La base del funcionamiento de estos sensores está en que el haz de luz que emana del emisor debe ser detectado por el receptor, el cual detecta si ha habido algún objeto o perturbación cerca del sensor que haya desviado o modificado el haz de luz (Manesis y Nikolakopuolos 2020)[13]. Existen otros sensores utilizados en la industria que son capaces de detectar la presencia de objetos y que fueron objeto de estudio como alternativa para este proyecto. Se estudiaron las características de cada una de las opciones y su coste. El sensor capacitivo es un sensor cuya tecnología se basa en el acoplamiento capacitivo (Baxter 1996)[8]. Funciona mediante la comparación de la capacidad conductiva o el dieléctrico de un material frente al del aire. Existen muchos tipos de sensores capacitivos, con distintas funciones, como medir proximidad, presión, posición, desplazamiento, humedad, nivel de un líquido y fuerza. También se usan en aplicaciones táctiles como móviles, Tablet e interfaces táctiles. Una desventaja frente a los sensores fotoeléctricos es el rango de distancia de detección del material. Normalmente se necesita una distancia muy pequeña para que el sensor capacitivo sea capaz de detectar cierto material y es este factor el que hace que sea muy complicado su uso en un almacén industrial. Otra opción que se tuvo en cuenta en la realización de este proyecto fue el uso de pulsadores. Un pulsador es un elemento que permite el paso de electricidad cuando algo o alguien lo pulsa, y deja de conducir cuando se deja de apretar ya que vuelve a su posición inicial gracias un muelle. Es muy similar a un interruptor común y son muy habituales en la industria. El problema que Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 50 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e acarreaba su uso en este proyecto era un problema de desgaste. El movimiento de los pallets por las carretillas elevadoras en las estanterías dañaría el pulsador debido a las fuerzas y pesos que se manejan. Los sensores fotoeléctricos parecen la mejor opción para este proyecto, ya que cumplen con los requisitos necesarios de funcionamiento. Normalmente se clasifican en tres modos de detección que tienen los sensores fotoeléctricos para su funcionamiento. La detección difusa se produce cuando un haz de luz que es emitido desde el emisor se refleja parcialmente en el objeto que se quiere detectar y por tanto una cierta cantidad de luz, la suficiente como para ser detectada, llega al receptor. En la detección con reflexión, se utiliza un reflector o cinta reflectante colocada en frente del sensor para hacer que el haz luz que sale del emisor, que puede ser infrarrojo o laser, vuelva reflejado al sensor. Cunado un objeto se interpone entre el espejo y el sensor, el receptor detecta la ausencia de luz reflejada. El tercer método de detección es el conocido como modo barrera. Se utilizan dos sensores fotoeléctricos enfrentados entre sí creando una barrera en la que un sensor hace de emisor y el otro de receptor. Cuando un objeto te interpone entre ambos sensores y la luz no llega al receptor, se produce la conmutación. Figura 24 Métodos de Funcionamiento de los sensores fotoeléctricos El haz de luz que emite el sensor es normalmente luz polarizada que se refleja en un reflector espacial, por lo que el receptor solo detectará la luz en caso de que reciba luz de este tipo. La luz que nos llega del sol es luz no polarizada y por tanto no sería detectada por el sensor. Para este proyecto se ha utilizado un sensor de fotocélula infrarroja con reflector de espejo, tipo retrorreflectante. Concretamente se ha utilizado un modelo G18-3B2PC, con una capacidad de distancia de detección de hasta 2 Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 51 |P á g i n a metros. El sensor tiene un modo de funcionamiento interno PNP NC+NO, es decir, que funciona como un fototransistor PNP y que se puede conectar la salida en un circuito eléctrico en modo Normalmente Abierto y también en Normalmente Cerrado. Algunos de sus datos técnicos son: • Carcasa de plástico cilíndrica de 18 mm de diámetro y 76 mm de longitud. • Capacidad para detectar objetos metálicos, no metálicos, transparentes y opacos a 2 metros de distancia. • Tensión de alimentación en corriente continua de 10-30 V y en corriente alterna de 90-250 V. • Un consumo en continua inferior a los 15 mA y en alterna de 10 mA. • Una velocidad de respuesta de 2 ms en continua y 20 ms en alterna. • Grado de protección IP66. • Temperaturas de trabajo de -25ºC a 55ºC. Figura 25 Esquema del sensor G18-3B2PC Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 52 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e Como se ve en el esquema superior el sensor tiene cuatro cables que lo conectan con el circuito eléctrico. El cable marrón se debe conectar a fase y el cable azul a neutro. Además, dispone de otros dos cables, el cable blanco se usa si funciona en modo normalmente cerrado y el negro si es normalmente abierto. Para este proyecto se conecta el cable negro, ya que se trabaja con normalmente abierto y el marrón se conecta a una fuente de 12 V en corriente continua. Figura 26 Sensor Fotoeléctrico G18-3B2PC En las estanterías los sensores fotoeléctricos se dispondrán en un circuito eléctrico en el que estarán conectados en paralelo entre sí, estando todos conectados a la misma fuente de tensión y a la misma tierra mediante el uso de conectores divisores de cableado. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 53 |P á g i n a Figura 27 Conector divisor de cableado Además, la disposición de los sensores dentro de cada una de las celdas de las estanterías debe responder al criterio de buscar una posición en la que se esté seguro de que no vaya a ser golpeado por el movimiento de pallets de materias primas y que tenga la capacidad de detectar la presencia de cualquier objeto que se introduzca en el estante. La elección final de este tipo de sensor a utilizar en este proyecto no solo se realizó en base a criterios técnicos, valorando las distintas alternativas existentes en la industria; sino que también tiene mucha importancia los factores económicos. Debido a que cada posición del almacén debe ser monitorizada con un sensor, es necesario la utilización de tantos sensores como posiciones tenga el almacén. Es por ello, que se deben tener en cuenta aspectos como el precio de compra del producto o el consumo energético. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 54 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e 4.2. Arduino Nano Arduino es una plataforma electrónica de acceso libre que se dedica a la realización de software y hardware libres. Esta compañía diseña y manufactura placas de desarrollo hardware para la realización de dispositivos digitales. Uno de los productos de Arduino es el Arduino Nano, que es una placa de desarrollo de tamaño compacto, compatible con protoboards y basada en un microcontrolador. Figura 28 Arduino Nano El microchip en el que se basa el Arduino Nano es el ATmega168 o el ATmega328P. En este proyecto se usa el ATmega168, que es un microcontrolador de la familia megaAVR fabricado por la compañía ATmel, la cual fue absorbida desde 2016 por la multinacional Microchip Technology Incorporated. Este es un microcontrolador con una CPU tipo RISC, de 8 bits y arquitectura tipo Harvard. Algunas de las características técnicas de este microcontrolador son: • Encapsulado cuadrado de 32 pines • Dispone de una memoraría Flash programable de 16 KB con la capacidad read-while-write • Una memoria EEPROM de 512B de capacidad • 23 líneas de propósito general de Entrada/Salida • 32 registros de propósito general • Watchdog con temporizador programable. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 55 |P á g i n a Como se ve en la imagen, el microcontrolador es núcleo central del Arduino Nano aportándole capacidad de procesamiento. La placa de Arduino se conecta con el resto de los elementos mediante los 22 pines de Entrada/Salida digital (de los cuales 6 ser usados como PWM), un conector Mini-USB, terminales para conexión ICSP y 6 entradas analógicas. Hay que añadir, que el Arduino Nano dispone de un cristal de cuarzo 16 MHz, un botón de RESET y 4 leds. Tiene unas dimensiones de 18x45mm, consume 19 mA, debe ser alimentado con un voltaje de 7 a 12V y tiene la capacidad de dar en corriente continua un máximo de 40 mA por cada pin de entrada/salida y su suma total de 200 mA máx. El Arduino Nano, debido a la capacidad del ATmega168, es un dispositivo programable y para ello cuenta con un programa para PC. Este programa es IDE (Entorno Integrado de Desarrollo) que nos permite acceder a todas las herramientas de desarrollo del microcontrolador: editor de textos, compilador y programador. Para este proyecto se configuran en la zona de “Herramientas” el tipo de placa base (Arduino Nano), el puerto y el procesador a utilizar (ATmega168). Figura 29 Configuración de la Aplicación de Arduino Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 56 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e El lenguaje que se utiliza para programar el Arduino es un C++ con adaptaciones que proveniente de avr-libc que provee de una librería de C de alta calidad para usar con GCC en los microcontroladores AVR de Atmel y muchas funciones específicas para los MCU AVR de Atmel. El programa tiene la capacidad de transformar lenguaje de alto nivel (C++ que utiliza el usuario en la App de Arduino para programar) en lenguaje máquina mediante el uso de un programa compilador. El lenguaje maquina son un conjunto de instrucciones en lenguaje binario, que son capaces de ser ejecutadas por un microcontrolador. Una vez el programa de Arduino ha compilado y transformado en lenguaje máquina, se generan el fichero del código máquina que es transmitido desde un PC al Arduino mediante el Mini- USB para grabar la memoria del microcontrolador. Para este proyecto se buscaba generar una serie de señales de salida que realicen un barrido digital de todas las posiciones del almacén, para lo cual se debe programar los pines digitales del microprocesador necesarios como modo salida. El conjunto de pines destinados a salida genera una señal de 10 bits, por lo que nos da la posibilidad de chequear posiciones desde la 0 hasta la 1023. Igual que un profesor pasa lista a los alumnos en clase para comprobar su asistencia, el programa “pregunta” a cada una de las posiciones del almacén si su estado es lleno o vacío. Siguiendo con la analogía del profesor y la clase, el programa del Arduino necesita un canal de respuesta y por ello se codifican dos pines digitales como entrada. Para facilitar al usuario la comprensión de la lectura de las posiciones que están ocupadas se ha decido que el 1 representa ocupado y el 0 vacío. Nótese en la figura 31 que ambos pines de entrada están programados como entrada digital INPUT_PULLUP y esto va a suponer que posteriormente se tengan que invertir las lecturas de los pines de entrada, es decir, que la recepción de un 0 se transforme en un 1 y viceversa debido a la configuración del resto del circuito que hará que cuando se lea una posición llena se transmita un 0. Más adelante se explicará la razón del uso de la configuración PULLUP cuyo esquema se muestra en la figura inferior. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 57 |P á g i n a Figura 30 Configuración del Pin 12 y 13 en Pull Up Una vez ya finalizada la configuración del estado de los pines se crea un bucle sin salida void loop() donde se escribe el programa que se va a ejecutar de forma continua. En su interior, para chequear todas las posiciones, se utilizan tantos bucles anidados como bits tenga la señal de salida, en este caso 10 bucles for(). Para el funcionamiento de los bucles se debe introducir un contador que nos permita salir de los mismos (Monk s.f.)[14]. Mediante la función de la librería “Serial” que permite la comunicación del Arduino Nano a través de un “Puerto Serial” con otros dispositivos, vamos a poder leer en una pantalla de ordenador el valor de los pines de entrada, utilizando la instrucción Serial.print(). De un vistazo estaremos viendo la posición de la estantería que el Arduino está leyendo y a la vez, el estado (lleno/vacío) en el que se encuentra (Aliverti 2019)[3]. Antes de transmitir la información, hay que inicializar la comunicación y configurar los baudios con el comando Serial.begin(). Hay que asegurarse de que la interfaz con la que se quiere comunicar vaya a tener la misma capacidad de recibir de información por segundo que la que es transmitida a través de la de comunicación con el “Puerto Serial” para evitar errores. También es importante configurar una velocidad compatible con la de trabajo del propio microprocesador. En caso de que un almacén no necesitase chequear 1024 posiciones ya que sus dimensiones sean más pequeñas, tan solo será necesario realizar unas pequeñas modificaciones en el código, como reducir el número de pines digitales designados como de salida, aunque en caso de que no se modificase nada tampoco habría ningún problema en el funcionamiento general del sistema. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 58 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e Figura 31 Código del Arduino Nano Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 65 |P á g i n a Figura 38 Hembra-Macho de 10 cables 4.4. Placa Base Estanterías Una Placa Base Estantería tiene una capacidad de controlar una estantería con 64 sensores fotoeléctricos, aunque realmente se pueden utilizar en una estantería de un almacén cualquier tamaño, siempre que sea inferior. La Placa Base Estanterías cuenta con elementos electrónicos, algunos ya expuestos anteriormente, como son cuatro decodificadores 75LS154, un cabezal de 10 pines M20-7830546, una conexión para fuente de alimentación ATX 24 pines, 64 optoacopladores 4N33 y bloques de terminales de tornillo de 2 pines, todos ellos conectados entre sí como se muestra en la siguiente imagen. Figura 39 Esquemático de la Placa Base Estanterías Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 66 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e La Placa Base Estanterías es controlada desde la Placa Base Central a través del cabezal de 10 pines, que transmite la información de sensor que se debe leer la información. El cabezal de pines se sitúa en el centro de la placa y los TBLOCK-I2 donde se conectan los sensores en los bordes de la placa. En la siguiente imagen se muestra el aspecto real que tiene la Placa Base Estanterías. Figura 40 Placa Base Estanterías Se había expuesto anteriormente que los 74LS154 tienen 2 pines de habilitación y 4 donde reciben la información de que pin se activa. La información que necesita la Placa Base Estanterías y los decodificadores la recibe a través del cabezal de pines M20-7830546. Este cabezal de 10 pines hembra está unido con los decodificadores que hay en la PCB, los cuales van activando sus salidas en función de la señal que les llegue. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 67 |P á g i n a Figura 41 cabezal de pines M20-7830546 Como ya se había expuesto anteriormente, los decodificadores tienen su salida activa en nivel bajo, mientras que las salidas inactivas mantienen un nivel alto. Sin embargo, es necesario que suceda lo contrario para que funcione correctamente el sistema. Puesto que se ha diseñado este proyecto para que los sensores envíen una señal de su estado, de forma individual, necesitamos que solo uno de los pines del decodificador este esté activo y el resto inactivos. Por tanto, se invierte la señal con un 74LS04 de la salida de los decodificadores 74LS154. Sin embargo, se necesita un elemento más para poder recibir la señal de los sensores. Como no se puede estar activando y desactivando continuamente los sensores fotoeléctricos; ya que estos funcionan dentro de un circuito eléctrico con voltajes de trabajo muy elevados, que no se utilizan en un circuito de electrónica; es necesario utilizar algún elemento de unión entre ambos circuitos. Esto se debe a que, tanto el voltaje de alimentación de los sensores del modelo G18-3B2PC como su amperaje de salida tiene unos valores muy elevados para los componentes de la PCB. Así pues, surge la necesidad de buscar un elemento que nos ayude a unir dos circuitos. Existía la opción de utilizar elementos mecánicos como relés, pero resultó no ser una buena opción debido a su baja velocidad de trabajo y otros factores que hacen que no sea la opción elegida. Es por ello por lo que en este proyecto se utilizan optoacopladores. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 68 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e 4.4.1. Optoacoplador 4N33 Los optoacopladores son componentes electrónicos, que se encapsulan en un chip de 6 terminales. Son dispositivos de emisión-recepción con dos circuitos electrónicos en su interior en el que uno hace de interruptor del otro. Figura 42 Esquema de un optoacoplador Los optoacopladores tienen un LED en su interior que emite luz cuando circula una corriente a través suyo y un fototransistor, el cual satura cuando recibe luz. Normalmente, los optoacopladores sirven para proteger un circuito de excesos de corriente. Como se ve en el esquema de la Figura 42 no hay contacto entre ambos circuitos, es decir, que no circula electricidad de uno a otro. Simplemente, el optoacoplador actúa de interruptor para el circuito que pasa por el colector y emisor, es decir, entre los terminales 5 y 4. Como ya se explicó en el apartado 6.2 sobre la configuración de los pines de Arduino, los pines de entrada 12 y 13, destinados a la recepción de información, están configurados como INPUT_PULLUP. Estos pines se conectan con el terminal 5 del optoacoplador, es decir, el colector. El terminal 1 del optoacoplador está conectado a los sensores fotoeléctricos y en caso de que este no detecté un objeto, no circulará corriente por el LED y el fototransistor está en corte. Por tanto, siempre que no detecte un objeto el sensor tendremos 5V en el terminal 5 y también el pin 12 o 13, es decir, un 1 lógico. En el caso de que sí que se esté detectando un objeto, existen dos posibilidades. Una es que el optoacoplador reciba 5V en el emisor y también en el colector, puesto que el decodificador tiene sus salidas inactivas en nivel alto. La otra posibilidad, es que debido al barrido digital el decodificador active la Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 69 |P á g i n a salida correspondiente (en nivel bajo con 0V) que está conectada al emisor del optoacoplador y, por tanto, como el fototransistor estaba en estado de saturación, ya que ahora circulaba corriente por el LED, tendremos un 0 lógico en el emisor, colector y en los pines 12 y 13. El modelo de optoacoplador que se ha utilizado en este proyecto es el 4N33. Alguna de las características técnicas de este chip son el uso ,como es habitual en los optoacopladores, de un compacto de 6 pines y un foto transistor Darlington. 4.4.2. Terminales TBLOCK-I2 Los terminales TBLOCK-I2 tienen la función de conectar una PCB con los cables de elementos externos. La conexión se realiza introduciendo un cable en el espacio que hay en la parte frontal del terminal y luego con un tornillo que hay su parte superior se cierra el espacio para que las pletinas hagan contacto. En este proyecto los terminales TBLOCK-I2 tendrán la utilidad de conectar los sensores fotoeléctricos a la Placa Base Estanterías, la cual cuenta con 48 de estos terminales. Figura 43 Terminales de tornillo de 2 pines TBLOCK-I2 Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 70 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e 4.4.3. Fuente de Alimentación Toda PCB o dispositivo electrónico debe tener alguna fuente de alimentación que se encarga de proporcionar la alimentación a todos los integrados de la Placa Base Estanterías. La fuente de alimentación se encarga de gestionar la entrada de energía procedente de la red eléctrica (230 V en corriente alterna 50 Hz) para darle energía al dispositivo. Debido a que los dispositivos electrónicos funcionan con voltajes mucho menores (12V, 5V o 3,3V) y en corriente continua, se hace imprescindible que se adapte la energía de entrada en la PCB. Para alimentar las PCB de este proyecto se ha utilizado dos métodos. En la Placa Base Central se utiliza una alimentación mediante cable USB que se conecta al Arduino Nano y además de permitir la comunicación con otros dispositivos con puerto USB, proporciona una alimentación de 5V en continua. Por otro lado, la Placa Base Estanterías tiene una alimentación un cable ATX 24 pines. La fuente de alimentación que se ha usado es una CV serie CV450 Corsair de 450 vatios y certificación 80 PLUS Bronce con un 88% de eficiencia, que genera menos calor y reduce el coste energético al adaptar la energía. Esta fuente de alimentación se conecta con la PCB mediante un cable de 24 pines, el ATX 24 pines, que proporciona pines de 3,3V, 5V y 12V; además de pines destinados al neutro, el PS_ON destinado al arranque, etc. Figura 44 ATX 24 pines para conectar fuente de alimentación Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 71 |P á g i n a 5 ESTUDIO ECONÓMICO Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 72 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 73 |P á g i n a 5. Estudio Económico 5.1. Introducción Este proyecto busca crear una alternativa viable que pueda competir en el mercado con otros modelos de automatización logística que ya existen en el mercado. Como ya se avanzó en los capítulos iniciales, este modelo novedoso de automatización del almacén no pretende competir en nivel de sofisticación y tecnología, sino que pretende dar una solución económica para empresas que no estén dispuestas a realizar una inversión tan elevada como suponen otros modelos. La necesidad de realizar un estudio económico que nos permita evaluar los costes de la consecución de este proyecto para poder así dar una respuesta a la pregunta de la viabilidad de este proyecto. A continuación, se expondrán los costes que tendría que afrontar una empresa que desee contar con este modelo de logística para almacenes. Además, se valorarán otros aspectos como una estimación del coste frente a beneficio obtenido tras la inversión. 5.2. Presupuesto Económico A continuación, se va a elaborar un supuesto de un presupuesto para una nave con 1024 posiciones, que es la máxima capacidad de sensores que puede albergar el modelo. Los sensores se situarán en estantes selectivos con 64 posiciones cada uno, es decir, que el supuesto de almacén contará con 16 estantes en total. Las estanterías se unen de dos en dos, por lo que hay 8 pasillos por los que los operarios pueden moverse con las carretillas elevadoras y acceder a los pallets. Para este supuesto, se estiman unas medidas del espacio destinado al almacenaje de al menos 900𝑚2 (45m x 20m) sumando tanto las estanterías como los pasillos. En este supuesto se desglosan todas las partidas del proyecto, con una estimación de los precios en los que se no incluyen IVA. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 74 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e La primera partida corresponde a la del cableado que será necesaria para la instalación eléctrica y para la conexión entre elementos del proyecto. Presupuesto: 1.Cableado Código Unidades Resumen Precio Ud. Cantidad Precio T. 1.1 Mts. Cable de aluminio unipolar 1x16𝑚𝑚2 1000V 0,53€ 29200 15.476€ 1.2 Mts. Cable de unión Dupont entre PCB macho-hembra de 10 bits o similar 0,85€ 710 610,24€ 1.3 Ud. Conectores de unión entre cables 2,01€ 16 32,16€ 1.4 Ud. Fuente de alimentación CV serie CV450 Corsair de 450 vatios, certificación 80 PLUS Bronce o similar 16,52€ 16 264,32€ Total 16382,7€ La siguiente partida describe los costes que supondrían la fabricación de las PCB y los componentes necesarios para su funcionamiento: Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 81 |P á g i n a 6. Conclusiones Como ya se ha hecho referencia anteriormente en este documento, el modelo que se ha descrito en este trabajo pretende convertirse en una herramienta para el mundo industrial en el área de logística de empresas grandes y medianas. Sabiendo que, por lo general los camiones que transportan materia prima normalmente vienen cargados con un número pequeño de tipos de materia prima haciendo posible guardar en el sistema varías decenas o centenas de pallets de un solo material con solo pulsar un botón. En el caso contrario de que los camiones llevasen una gran diversidad de productos y al no contar con un sistema de lectura de código de barras, con este método no se produciría ninguna ventaja, ya que los operarios se verían obligados a acudir continuamente al monitor del FIFO/LIFO Digital para ir introduciendo el tipo de materia prima, lo que conlleva una pérdida de tiempo. Este es el caso de empresas con productos muy perecederos como supermercados y almacenes que reciban lotes muy pequeños de un material. Dejando claro que no se pretende competir con modelos de alto grado de automatización, ni almacenes donde lleguen camiones con un amplio mosaico de referencias ni tampoco con almacenes a granel, de líquidos o gases, ya que no serían compatibles con el funcionamiento del programa. Ahora podremos examinar las conclusiones del proyecto, sabiendo cuales son los detalles de su funcionamiento, su diseño, los costes y por supuesto el nicho de mercado al que está enfocado. Parece evidente que con el estudio económico realizado se puede afirmar que es un modelo de bajo coste, asumible para una empresa mediana o grande. También, se puede decir que se ha conseguido el objetivo de crear un modelo funcional que supusiera una herramienta de ayuda a los operarios de logística en el control de un gran almacén. Mediante la construcción de un modelo, que servirá de presentación, se ha comprobado que el diseño del hardware es correcto y además escalable para controlar un almacén de grandes dimensiones. El FIFO/LIFO Digital consigue dar una información detallada de los movimientos de productos en las estanterías de un almacén, aportando una valiosa información, con avisos directos al correo, a los lideres del área de logística. Aunque a falta de más estudios que aporten una fuente de datos fiables para corroborar que realmente supone un ahorro de tiempo para los operarios en la labor de Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 82 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e recepcionar las materias primas, si se puede afirmar que supondría una ayuda en sus labores tanto en control del almacén día a día como a la hora de la elaboración del inventario de fin de año. Para terminar, quiero añadir que se ha conseguido el objetivo de que el diseño FIFO/LIFO Digital sea fácil de utilizar, para que el usuario de forma intuitiva pueda operar con el sin apenas necesidad de formación previa para su uso. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 83 |P á g i n a 7 Bibliografía: Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 84 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 85 |P á g i n a 7. Bibliografía 1. A.Arbones Malisani, Eduardo. Logística empresarial. Barcelona: MARCOMBO, 1990. 2. Alexander, Charles, y Matthew N. O. Sadiku. Fundamentals of Electric Circuits. McGraw-Hill, 1 de diciembre de 1999. 3. Aliverti, Paolo. Arduino. Trucos y secretos. MARCOMBO, 2019. 4. Amelot, Michele. VBA Excel (versiones 2019 y Office 365). Barcelona: ENI, 2019. 5. Arrebola Pérez, Fabián, Juan Pedro Bandera Rubio, José Manuel Cano García, José Carlos Del Toro Lasanta, Luis Molina Tanco, y Francisco Javier Vizcaíno Martín. Teoría y Diseño con Microcontroladores de Freescale. McGraw-Hill, 2008. 6. Arroz, Guiherme, Jose Monteiro, y Arlindo Oliveira. Computer Architecture: Digital Circuits To Microprocessors. World Scientific, 23 agosto 2018. 7. Banzi, Massimo, y Michael Shiloh. Introducción a Arduino. ANAYA, 2016. 8. Baxter, Larry K. Capacitive Sensors: Design and Applications. Vol. Capítulo 3. Wiley-IEEE Press, 1996. 9. Cos, Jordi Pau i, y Ricardo de Navascués. Manual de Logística Integral. Madrid: Ediciones Díaz de Santos, S.A., 1998. 10. Errasti, Ander. Logística de almacenaje. Diseño y gestión de almacenes y plataformas logísticas world class warehousing. PIRAMIDE, 19 de septiembre de 2011. 11. «FIFO Y LIFO: TÉCNICAS DE GESTIÓN DE LA CARGA.» NOEGA SYSTEMS. 27 de junio de 2017. https://www.noegasystems.com/blog/logistica/fifo-y-lifo- tecnicas-de- almacenaje#:~:text=El%20m%C3%A9todo%20FIFO%20en%20contabilidad,vendi das%20y%20el%20inventario%20final. (último acceso: junio de 2022). 12. Floyd, Thomas L. Fundamentos de sistemas digitales. Vol. 11ª Edición. PEARSON, 2016. 13. Manesis, Stamatios, y George Nikolakopuolos. Introduction to Industrial Automation. CRC Press, 2020. 14. Monk, Simon. Programación de Arduino. Introducción a Sketches. Vol. 2ª Ed. ANAYA, s.f. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 86 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e 15. Murray, Martin J. Warehouse management with SAP ERP. Functionality and technical configuration. SAP PRESS, 2016. 16. Portero, M. Torres. Microprocesadores y Microcontroladores aplicados a la industria. Paraninfo, s.f. 17. Stallings, William. Organización y arquitectura de computadores. Vol. 7ª Edición. PRENTICE-HALL, 2006. 18. Taub, H. Digital Circuits and Microprocessors. McGraw-Hill, 1 de junio de 1981. 19. «Transelevadores para palets.» MECALUX. s.f. https://www.mecalux.es/almacenes-automaticos/almacenes-automaticos- palets/transelevadorespalets?src=gg¶m1=g¶m2=dynamic_search_ads¶m3=¶m4=c ¶m5=&utm_source=google&utm_medium=cpc&gclid=Cj0KCQjw1ZeUBhDy ARIsAOzAqQJlWqVebCYqi2Gsc0_cwQDWM79b (último acceso: Mayo de 2022). 20. Valdés-Miranda, Claudia. Excel 2019. ANAYA, 2019. 21. Van Buren, Christopher. The first book of Excel. Madrid: ANAYA, 1993. Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 87 |P á g i n a Anexos: Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. 88 | P á g i n a P a b l o d e l a F u e n t e Diseño e implantación de un sistema digital para el control de movimiento de materias primas dentro de un almacén. P a b l o d e l a F u e n t e 89 |P á g i n a Anexos: Índice Anexos: 1. Esquemático Placa Base Central 2. PCB Central 3. PCB Central Botton Copper 4. PCB Central Top Copper 5. PCB Central Presentación 6. Esquemático Placa Base Estanterías 7. PCB Estanterías 8. PCB Estanterías Botton Copper 9. PCB Estanterías Top Copper 10. PCB Estanterías Presentación 11. Ficha técnica sensor fotoeléctrico