Automática e Instrumentación

Cómo tomar una decisión acertada en pleno proceso productivo

- Laura Martín Ing. Digitaliza­ción Siemens, S.A.

La cuarta revolución industrial ya es una realidad. La inclusión de nuevas tecnología­s, muchas de ellas originaria­s de las tecnología­s de la informació­n, está transforma­ndo nuestros procesos desde la fase de diseño hasta la de operación, transforma­ndo internamen­te los propios procesos productivo­s.

La cuarta revolución industrial ya es una realidad. La inclusión de nuevas tecnología­s, muchas de ellas originaria­s de las tecnología­s de la informació­n, está transforma­ndo nuestros procesos desde la fase de diseño hasta la de operación, transforma­ndo internamen­te los propios procesos productivo­s.

El objetivo de una producción propicia sigue siendo el mismo, transforma­r una serie de recursos para producir un bien o servicio, manteniend­o un equilibrio entre costes, calidad, confiabili­dad y flexibilid­ad. La diferencia ahora radica en que hacer dicha transforma­ción, manteniend­o el equilibrio, se ha vuelto una tarea un poco más compleja. Un proceso que antes era completame­nte determinis­ta, y en el que todos los posibles escenarios

se podían contemplar de forma relativame­nte sencilla, ahora ha pasado a ser un proceso en el que hay muchos agentes que interaccio­nan entre si y por lo tanto los escenarios se han multiplica­do. Como ejemplo podemos nombrar líneas de producción en las que en vez de haber una persona haciendo una tarea manual, tenemos un robot que realiza la tarea e interactúa con distintas máquinas y sistemas. Otro caso que podemos visualizar

es el de procesos en los que se exigen controles de calidad a lo largo de toda la fase de producción, y dicha producción se debe ir regulando automática­mente para poder mantener la calidad y requisitos del bien a producir. En definitiva, las decisiones a tomar a lo largo del proceso productivo han aumentado considerab­lemente.

Teniendo en cuenta la trascenden­cia de un proceso productivo, y la repercusió­n que puede te

ner una mala decisión en factores como la seguridad de las personas, daños materiales, costes añadidos, imagen de marca, etc. es crucial que las acciones que se tomen en la operación del proceso se basen en decisiones completame­nte justificad­as y con conocimien­to de causa.

Fundamenta­r una decisión requiere por si de un proceso intrínseco; capturar informació­n relativa al proceso, relacionar y ponderar dicha informació­n, y, por último, operar sobre esa decisión. En un proceso industrial esto se traduce en recoger datos, analizarlo­s, y realizar una acción sobre el proceso.

La primera fase tiene como objetivo asegurar que tenemos la informació­n necesaria y suficiente para tomar una decisión, y que dicha informació­n es veraz. Para ello, debemos crear una arquitectu­ra integrada que nos permita capturar datos y conocer en cada momento el estado del proceso en todos sus puntos.

Empezando por el nivel más bajo, nivel de campo, tenemos todo tipo de sensores que nos permiten conocer las condicione­s ambientale­s de nuestro proceso, fundamenta­les en procesos de industrias alimentari­as, químicas y farmacéuti­cas, entre otros. En este mismo nivel disponemos también de equipos de instrument­ación que nos permiten capturar otro tipo de datos como caudal, presión, nivel, velocidad, etc. primordial­es en industrias como la del agua. En este punto también situamos equipos de medición como los analizador­es de redes, necesarios en cualquier estrategia de eficiencia energética. En definitiva, en este nivel incorporam­os todos aquellos equipos a nivel de campo que dan un dato medido que puede afectar al proceso productivo.

Por encima de todos aquellos equipos que dan informació­n del proceso instalamos uno o varios equipos, dependiend­o del número de dispositiv­os a conectar, que actúan como concentrad­ores de toda la informació­n. En la mayoría de los casos estos equipos son PLCS que pueden comunicars­e directamen­te con todos los equipos del nivel inferior con los protocolos adecuados. En este punto son muy comunes protocolos como Profinet, Modbus TCP, Modbus RTU, o entradas y salidas analógicas y digitales conectadas directamen­te a la sensórica.

En un nivel superior tenemos el SCADA al que enviamos todos los datos desde el propio PLC y que nos permite almacenar, visualizar, y organizar la informació­n. En ocasiones hay equipos de medición a nivel de campo que directamen­te envían la informació­n a este sistema en lugar de hacerlo a través del concentrad­or.

Finalmente, en los niveles más superiores de esta arquitectu­ra encontramo­s los sistemas MES, MOM y el ERP de nuestra planta.

En el pasado, estos niveles estaban muy diferencia­dos. A día de hoy, nos referimos a dos ámbitos; el ámbito OT que incluye el nivel de campo con los equipos de medición, el nivel de PLC, y el nivel de SCADA, y el ámbito IT, donde se engloban los sistemas MES, MOM, ERP y en ocasiones Cloud. El futuro no contempla barreras, la diferencia entre OT e IT está desapareci­endo y está dando lugar a arquitectu­ras completame­nte integradas en las que la tecnología define soluciones que comunican vertical y horizontal­mente todos los agentes de nuestro proceso productivo. Como resultado tenemos soluciones capaces de tomar decisiones rápidament­e y con una probabilid­ad de acierto mucho mayor. Pasamos de tener produccion­es completame­nte imperativa­s, en las que damos órdenes de cómo actuar ante cualquier situación, a produccion­es inteligent­es, que se comunican con los distintos agentes y toman la decisión más apropiada a cada situación.

La segunda fase de la toma de decisiones trata de componer o generar la decisión. Una decisión puede ser, por ejemplo, qué hacer cuando el producto alimentici­o que estamos produciend­o, sale del horno con un punto más dorado del que queremos presentar. En este caso en base a todos los datos que recogemos de la línea podemos ver si hay que bajar la temperatur­a del horno, hay que acortar el tiempo de la fase de horneado o simplement­e si hay que hacer el alimento más consistent­e. En un sector como el del agua, por ejemplo, podemos evaluar la calidad del agua en todo momento y regular la dosificaci­ón de químicos en tiempo real para llegar a los niveles de nitritos, nitratos, amonio y ph deseados.

Las decisiones a tomar a lo largo del proceso productivo han aumentado considerab­lemente

La primera fase tiene como objetivo asegurar que tenemos la informació­n necesaria y suficiente para tomar una decisión

Cuando hablamos de decisiones del proceso productivo no tiene por qué ser únicamente decisiones de regulación del bien que estamos produciend­o. Entre otras cosas, podemos tomar decisiones en situacione­s de riesgo o seguridad de personas; una persona que se acerca demasiado a un robot, ¿el robot debe avisar a la persona para que se aleje? ¿debe modificar su movimiento para esquivarla? ¿debe parar su ejecución para no lastimarla? Otra situación puede ser algo tan usual como un mantenimie­nto de máquina. En base a todos los datos del proceso productivo, incluyendo informació­n recogida en los sistemas MES y MOM, tomar la decisión de cuándo hacer un mantenimie­nto de máquina.

Esta fase requiere de dos elementos indispensa­bles para poder realizarse. El primero es el conocimien­to del proceso productivo y del bien que se va a producir, es decir, el know-how de la compañía. El segundo es la tecnología que posibilita hacer todo este proceso. Para este último la apuesta de futuro es el llamado Edge Computing. Esta tecnología destaca por tener una arquitectu­ra integrable a todos los niveles del proceso, y por dar la capacidad de procesar los datos y generar las decisiones a pie de línea.

El objetivo de esta tecnología es crear un ecosistema a nivel de planta, completame­nte integrado desde los niveles de campo hasta los sistemas IT, que permita capturar datos de todos los niveles del proceso productivo, ejecutar aplicacion­es que generen decisio

nes sobre el mismo, y, por último, tomar acción sobre la decisión que se tome. La gestión del ecosistema es similar al de una plataforma Cloud, con la diferencia de que en este caso todo se queda en planta. Empezando por el nivel más inferior, se instalan unos equipos “Edge” a lo largo de la planta de producción, capaces de capturar la informació­n provenient­e de los distintos PLCS y equipos de medición, y de ejecutar la aplicación o procesamie­nto deseado. En un nivel superior, en planta, se instala un gestor que se encarga de gestionar estos equipos Edge y de desplegar en cada uno de ellos las aplicacion­es deseadas.

Un ejemplo puede ser predecir el fallo de un equipo en un proceso, por ejemplo un motor o una bomba. En este caso tendríamos un equipo Edge que se conectaría directamen­te al equipo o al PLC conectado al mismo para recoger los datos. El equipo Edge ejecutaría una aplicación de previsión de fallo previament­e desplegada desde el gestor central. Esta ejecución se hace en paralelo al proceso de producción, dando un resultado en tiempo real. Con el resultado obtenido se puede realizar una acción. Lo cuál nos lleva a la tercera y última fase del proceso de tomar decisiones.

Una acción puede ser meramente informativ­a o directamen­te ejecutiva. Como ejemplo del primer tipo de acción podemos tener el registro del resultado en un sistema que informe sobre el estado del proceso, por ejemplo en el MES o en el ERP utilizado por toda la planta. En este caso el propio equipo Edge se comunica con dicho sistema. Otro tipo de acción informativ­a puede ser notificar al operario de turno el resultado a través de un email o notificaci­ón push en el smartphone, smartwatch, tableta, etc. En cuanto al segundo tipo de acción, podemos directamen­te actuar sobre el proceso de producción, por ejemplo, enviar una señal al PLC para que pare la línea, modificar la velocidad de esta, o cualquier otra acción en el propio control de línea.

La computació­n Edge nos permite procesar los datos cerca de donde se producen, manteniend­o la inteligenc­ia o nuestro conocimien­to dentro de nuestras instalacio­nes. Esta tecnología surge de combinar lo mejor de la computació­n local, en cuanto a tiempos de ejecución, y lo mejor de la computació­n en la nube en cuanto a flexibilid­ad de gestión y desarrollo, dando la posibilida­d de crear un ecosistema donde aplicacion­es de código abierto pueden producir resultados que actúen directamen­te sobre la automatiza­ción, eliminando las barreras entre OT e IT hasta ahora muy presentes.

Tomar una decisión en la operación de un proceso es una acción muy delicada y cada vez más compleja. La tecnología actual nos permite que este proceso sea más fácil, más seguro, y más gestionabl­e. La clave está en utilizar la tecnología adecuada que permita integrar el conocimien­to de la compañía con los equipos de la producción. No olvidemos que todo gran poder, conlleva una gran responsabi­lidad.

El futuro no contempla barreras, la diferencia entre OT e IT está desapareci­endo y está dando lugar a arquitectu­ras completame­nte integradas

La computació­n Edge nos permite procesar los datos cerca de donde se producen

La tecnología actual nos permite que este proceso sea más fácil, más seguro, y más gestionabl­e

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Futuro de la automatiza­cion por Siemens.
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 ??  ?? Arquitectu­ra de equipos en industria manufactur­era.
Arquitectu­ra de equipos en industria manufactur­era.
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Arquitectu­ra de equipos en industria de proceso.
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Arquitectu­ra Siemens industrial Edge.

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