Simulación de procesos: ¿Qué puede hacer un gemelo digital?

Simulación de procesos: ¿Qué puede hacer un gemelo digital?

Tecnologías basadas en modelos facilitan la optimización continua de procesos y una operación eficiente de la planta.

Imagínese que uno pudiera ver el futuro al operar su planta. No con una bola de cristal o cartas, sino con absoluta certeza. La clave para conseguirlo reside en simulaciones muy cercanas a la realidad.

En un modelo como podría ser un gemelo digital, la realidad, que en este caso comprende todos los componentes de la planta junto a sus características y funcionalidades, se describe mediante ecuaciones matemáticas. Además, el gemelo digital puede mapear no sólo la realidad, sino también escenarios hipotéticos para elaborar predicciones confiables del futuro comportamiento de una planta.

Esto se logra gracias a un modelo que no está sujeto a los límites técnicos de un dispositivo ni tampoco a restricciones de seguridad y, por lo tanto, el trabajo de optimización del proceso se puede completar en un entorno virtual seguro. Además, teniendo en cuenta que las simulaciones no tienen límites de tiempo, conseguir predicciones exactas del comportamiento de la planta ya no es una quimera.

En un escenario ideal, tres gemelos digitales ‘independientes’ colaboran en una planta de proceso: el gemelo digital del producto, la imagen virtual de la planta de producción y el modelado digital del desempeño del producto y de la producción.

Para comprender el concepto de ‘gemelo digital’ es importante recordar que la profundidad de los detalles, o sea la exactitud del gemelo, depende en gran medida del propósito buscado. Por ejemplo, en función de la tarea específica, se requieren y son de utilidad modelos de mayor o menor exactitud en relación a simulación de la producción, optimización del proceso de producción o resolución de problemas económicos.

Dentro de este contexto, van surgiendo ahora nuevas perspectivas a partir de la capacidad de integrar modelos individuales y herramientas de software dentro de un sistema consistente y semánticamente vinculado durante todo el ciclo de vida de una planta. Obviamente, se requiere una gran cantidad de experticia en ingeniería de procesos, combinada con varios sistemas de software, para producir este tipo de sistemas y modelos.

En consecuencia, es posible aprovechar el conocimiento existente del sistema y la más reciente información para producir un gemelo digital inicial del proceso utilizando software de simulación. Esto se puede utilizar para diseñar la planta y sus componentes, el así llamado ‘diseño conceptual’.

En esta fase, todo el conocimiento fluye en un diagrama de flujo de proceso (PFD según sus siglas en inglés), que es la base del gemelo digital del proceso. En la siguiente fase de ingeniería, el gemelo digital del proceso es transferido a la herramienta de planificación del sistema para conformar la base del gemelo digital de la planta. Luego, esto se puede extender secuencialmente por medio de elementos adicionales específicos al sistema. De esta forma se consigue crear fácilmente la estructura básica del gemelo digital de la planta utilizando herramientas de ingeniería de planta.

Una vez completada la ingeniería de proceso, toda la información requerida es transferida al sistema de ingeniería en un sistema de control de proceso. Además, se mapea el nivel de campo en una plataforma de simulación para que se pueda realizar virtualmente el comisionamiento del software de automatización. Este comisionamiento virtual tiene muchos beneficios: por un lado, todas las funciones de automatización se pueden probar a fondo con anticipación, mientras la simulación se puede usar también para preparar y entrenar a los operadores de planta, particularmente en caso de escenarios críticos que puedan desarrollarse en el entorno virtual sin riesgo para la planta real. Se consigue así entrenamiento tanto para la operación estándar como para el comportamiento de la planta en caso de una interrupción.

Los sensores soft son una aplicación importante del gemelo digital en la fase operativa. Pueden estimar las variables de proceso que no están realmente disponibles utilizando un modelo de proceso destinado a optimizar el control de proceso según necesidad. Idealmente, este modelo es el gemelo digital existente de la planta. La experiencia previa ha mostrado que las tecnologías basadas en modelos son clave para simulaciones, optimización de proceso e incluso para predicciones exactas.

El uso consistente de los tres gemelos digitales mencionados anteriormente maximiza los beneficios económicos durante todo el ciclo de vida de una planta de proceso. Y estos beneficios podrán crecer considerablemente si los modelos de simulación dejan de recrearse en cada etapa y se los interconectan o transfieren uno con otro.

 

Preparado en base a una presentacíon de Eckard Eberle, CEO de Siemens Process Automation.

Modificado por última vez en Miércoles, 14 Abril 2021 18:02
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