Digitalización aplicada a los sectores productivos (Ciclo Medio) – Sesión 7 y 8

Sesión 7 (Semana 7): Introducción a los Sistemas Ciberfísicos (CPS)

1. ¿Qué son los Sistemas Ciberfísicos?

• Definición:
  • Los sistemas ciberfísicos (CPS) son integraciones de procesos físicos y computacionales, donde los elementos computacionales y de red controlan y monitorean los procesos físicos a través de bucles de retroalimentación.
• Componentes de los CPS:
  • Sensores: Dispositivos que recogen datos del entorno físico.
  • Actuadores: Elementos que ejecutan acciones físicas basadas en las decisiones computacionales.
  • Controladores: Unidades de procesamiento que analizan los datos y toman decisiones.
  • Redes de comunicación: Sistemas que permiten la transferencia de datos entre los componentes.

2. Ejemplos de Sistemas Ciberfísicos en la Industria

• Fabricación Inteligente:
  • Descripción: Uso de CPS para monitorear y controlar procesos de producción en tiempo real.
  • Beneficios: Aumento de la eficiencia, reducción de desperdicios, mejora en la calidad del producto.
  • Ejemplo: Líneas de ensamblaje automatizadas en la industria automotriz.
• Agricultura de Precisión:
  • Descripción: Implementación de CPS para gestionar cultivos y recursos agrícolas de manera precisa.
  • Beneficios: Optimización del uso de agua y fertilizantes, aumento de la productividad, reducción del impacto ambiental.
  • Ejemplo: Sensores de humedad del suelo y sistemas de riego automatizados.

3. Ejemplos de Sistemas Ciberfísicos en Jardinería

• Riego Inteligente:
  • Descripción: Sistemas que utilizan sensores de humedad del suelo para ajustar automáticamente el riego de plantas.
  • Beneficios: Ahorro de agua, mejora en la salud de las plantas, reducción del tiempo y esfuerzo manual.
• Monitoreo de Plantas:
  • Descripción: Uso de sensores para monitorear la salud de las plantas, incluyendo humedad, temperatura y luz.
  • Beneficios: Detección temprana de problemas, optimización de las condiciones de crecimiento, reducción del uso de recursos.

Actividad para la Semana 7

• Demostración Práctica:
  • Objetivo: Mostrar cómo funcionan los sistemas ciberfísicos en jardinería.
  • Materiales Necesarios: Sensores de humedad, actuadores de riego, controladores básicos (como Arduino o Raspberry Pi), plantas en macetas.
  • Proceso:
    1. Instalación de Sensores: Colocar los sensores de humedad en las macetas.
    2. Conexión de Actuadores: Conectar los actuadores de riego a los controladores.
    3. Programación Básica: Configurar el controlador para que ajuste el riego según los datos de los sensores.
    4. Prueba del Sistema: Demostrar cómo el sistema ajusta el riego automáticamente.

Sesión 8 (Semana 8): Evolución de los Sistemas Automatizados

1. Las Cuatro Revoluciones Industriales

• Primera Revolución Industrial:
  • Descripción: Introducción de la mecanización a través de máquinas de vapor y sistemas hidráulicos.
  • Impacto: Transformación de la producción manual a la mecanizada, aumento de la capacidad de producción.
• Segunda Revolución Industrial:
  • Descripción: Uso de la electricidad para la producción en masa y la creación de la cadena de montaje.
  • Impacto: Incremento de la eficiencia y reducción de costos de producción, surgimiento de grandes fábricas.
• Tercera Revolución Industrial:
  • Descripción: Digitalización y automatización de los procesos de producción mediante electrónica y tecnología de la información (TI).
  • Impacto: Mejora en la precisión y control de los procesos, reducción de errores humanos.
• Cuarta Revolución Industrial:
  • Descripción: Fusión de tecnologías físicas, digitales y biológicas, y el uso de sistemas ciberfísicos.
  • Impacto: Creación de fábricas inteligentes, personalización masiva de productos, optimización de recursos en tiempo real.

2. Cambios Producidos en los Sistemas Automatizados

• Integración de IoT (Internet de las Cosas):
  • Descripción: Conexión de dispositivos y máquinas a internet para intercambio de datos.
  • Beneficios: Monitoreo y control remoto, mantenimiento predictivo, análisis de datos en tiempo real.
• Inteligencia Artificial (IA) y Machine Learning (ML):
  • Descripción: Uso de algoritmos para analizar datos y tomar decisiones autónomas.
  • Beneficios: Mejora en la toma de decisiones, optimización de procesos, personalización de productos y servicios.
• Robótica Colaborativa:
  • Descripción: Robots que trabajan junto a los humanos en tareas compartidas.
  • Beneficios: Aumento de la eficiencia y seguridad, realización de tareas repetitivas y peligrosas.

Actividad para la Semana 8

• Discusión en Clase:
  • Objetivo: Debatir sobre los cambios en los sistemas automatizados a lo largo de las revoluciones industriales.
  • Proceso:
    1. Formación de Grupos: Dividir a los alumnos en grupos pequeños.
    2. Asignación de Revoluciones: Asignar a cada grupo una de las cuatro revoluciones industriales.
    3. Investigación y Presentación: Cada grupo investigará su revolución asignada y presentará los cambios clave y su impacto en la industria.
    4. Debate Comparativo: Comparar y contrastar las diferentes revoluciones y discutir cómo han llevado a la creación de los sistemas ciberfísicos actuales.

Resumen de las Semanas 7-8

• Conceptos Clave:
  • Definición y componentes de los sistemas ciberfísicos.
  • Ejemplos de CPS en la industria y jardinería.
  • Evolución de los sistemas automatizados a lo largo de las revoluciones industriales.
• Objetivo:
  • Comprender cómo los sistemas ciberfísicos están transformando la industria y la jardinería, y cómo se han desarrollado a través de las revoluciones industriales.

Recursos Adicionales

Vídeos educativos:

Explicación de los sistemas ciberfísicos y su aplicación en diferentes sectores.

Historia de las revoluciones industriales y su impacto en la producción.

Lecturas:

• Artículos sobre la evolución de la automatización industrial.
• Casos de estudio de aplicaciones de CPS en la agricultura y la jardinería.