El viaje hacia la autonomía industrial

Eliminar operadores humanos no es el objetivo principal. Lo importante es tomar mejores decisiones.

 

El viaje hacia la autonomía industrial
Figura 1. Kairos Mining de Chile ha recorrido mucho camino en su viaje hacia autonomía, habiendo pasado de operaciones manuales a controladas y optimizadas, a inteligentes, y luego a remotas. Este viaje hacia autonomía es clave para alcanzar un desempeño de cuartil superior junto a eficiencia del personal.

 

La tecnología de automatización tiene y tendrá un rol clave en la industria al permitir que procesos complejos operen de manera más segura y eficiente con menos personal en el sitio. Al mismo tiempo, las soluciones de control de procesos facilitarán el monitoreo y el control desde ubicaciones remotas.

 

Evolución de la tecnología de control

En muchas industrias, que van desde refinación y petroquímica hasta minería y farmacéutica, las plantas de procesamiento han ido evolucionando al mismo ritmo de la tecnología de automatización.

El viaje hacia autonomía se inició en los años ‘50 con la introducción de los controladores PID, que producen una señal de control para reaccionar al error ya producido de manera proporcional (P), integral (I) y derivativa (D).

El control experto aparece en los años ‘70 para llenar un vacío en control de procesos. Los sistemas expertos trataban de imitar el comportamiento de los operadores humanos usando reglas. Desafortunadamente, por lo general se requerían demasiadas reglas y el desempeño de estos sistemas no podía ir más allá del desempeño del operador humano.

En los años ’80, la industria se movió de controles de panel a sistemas de control digital, por lo que los operadores de planta pudieron expandir de manera segura el alcance de la responsabilidad de un operador incluso hasta tres veces más. Este desarrollo no sólo mejoró el desempeño operativo, sino que también aportó una mejor visualización y control del proceso.

Una vez que los fabricantes comenzaron a cambiar de paradigma utilizando cada vez más datos en sus sistemas de producción, pudieron incorporar esos datos en el análisis experto del proceso. Esto se tradujo en límites de control mejorados y una reducción de varianza y número de defectos de calidad. Sin embargo, complicó las tareas de los operadores, ya que necesitaban mantener manualmente el proceso dentro de límites de control finitos.

El siguiente nivel de mejora fue introducir cambios adaptativos tan rápidamente como sea posible, con una comprensión del sistema desde el comienzo al fin.

La actual generación de tecnología de automatización y soluciones de software continúa mejorando los sistemas de proceso centralizando la recolección de datos y el monitoreo, lo que permite a las empresas enfocarse en la optimización del sistema de control (figura 2).

Gracias al uso de software, incluyendo control avanzado y gestión de alarmas, los operadores de planta lograron mejoras en la seguridad de proceso (figura 3). También alcanzaron una mayor visibilidad en el riesgo del proceso. Y lo que es más importante aún, el control avanzado definió límites óptimos y controles rigurosamente ejecutados para mantener esos límites.

La mejora de la tecnología de control ha permitido que las instalaciones industriales operen con mejores niveles de producción y calidad, y también con mayor confiabilidad y eficiencia. Además, con las instalaciones corriendo más cerca de límites óptimos durante períodos de tiempo más prolongados, los datos sugieren una considerable mejora en la seguridad general.

Sin embargo, el cambio a un uso más eficiente de materiales y mano de obra requiere que la tecnología subyacente siga evolucionando rápidamente.

 

El viaje hacia la autonomía industrial
Figura 2. La actual generación de tecnología de automatización sigue mejorando los sistemas mediante la centralización de la recolección de datos y monitoreo, lo que permite a las empresas enfocarse en la optimización del sistema de control.

 

Viaje hacia la autonomía industrial

Como se puede ver en todo el mundo, las organizaciones industriales podrán superar las presiones competitivas y las condiciones inciertas del mercado acercándose a la autonomía industrial. De hecho, para lograrla, algunas organizaciones tan sólo necesitarán acelerar el viaje en el que ya están involucrados.

Según un reciente estudio de LNS Research, aproximadamente el 50% de los líderes en transformación industrial tienen formalizada una iniciativa de planta autónoma y un 41% de estos líderes están acelerando la implementación de una planta autónoma.

Cada vez más, las plantas buscan soluciones que vayan más allá de la automatización básica. Necesitan sistemas flexibles capaces de auto-optimizar el desempeño en una red más amplia, aprender de las nuevas condiciones en tiempo real o casi real y correr de manera autónoma procesos de producción completos. Estos sistemas podrán operar dentro de las cuatro paredes de la planta, como así también conectarse a una red global de activos similares e incluso a la red de suministro digital.

Está claro entonces que la transición de automatización a autonomía afectará a múltiples actividades en una organización industrial, incluyendo control de proceso, ingeniería, operaciones de campo y mantenimiento.

El mundo de la autonomía industrial es un capítulo clave en la 4ta revolución industrial, también conocida como Industria 4.0, incorporando activos y operaciones con capacidades adaptativas robustas. Los sistemas de control autónomos responderán sin interacción  con el operador a situaciones dentro de un esquema seguro y acotado no pre-programado o anticipado en el diseño del sistema.

La autonomía industrial permite que una planta pueda aprovechar el poder de las nuevas tecnologías digitales para concretar una transformación verdaderamente sísmica de beneficios operativos. Dado que la transformación digital no es un proceso de un solo paso, comprender las capacidades de una instalación, la madurez digital y el estado de las operaciones es clave para identificar los próximos pasos en la evolución industrial.

La tendencia hacia la autonomía industrial puede ser relacionada con los coches autónomos. Se pronostica que los coches autónomos se convertirán en el principal método de transporte personal y de negocio en los próximos 25 años. Algunos también estiman que, en 2040, aproximadamente el 75% de los vehículos en ruta serán totalmente autónomos.

Es importante comprender que el propósito de los vehículos autónomos no es sólo eliminar al conductor. Más bien, se trata de eliminar las más de 30.000 muertes en rutas cada año y reducir los varios millones de personas por año con lesiones relacionadas con el automóvil, además de ahorrar unos 190 mil millones de dólares por año en costos médicos y daños a la propiedad.

Se espera que los vehículos autónomos conduzcan mejor que los humanos. En definitiva, conducir es un desafío para los humanos por la enorme cantidad de información que hay que analizar. Con todos esos datos, los humanos cometen errores, pierden el foco, responden al estímulo equivocado o incluso pueden entrar en pánico. Los coches autónomos no tienen pánico, sino que toman metódicamente decisiones óptimas en base a los datos disponibles.

Los vehículos autónomos significarán el comienzo de una nueva generación de seguridad, confiabilidad y eficiencia en el transporte, y lo harán a un menor costo. Y es allí donde aparece una intersección con las instalaciones industriales. ¿Las plantas de procesos industriales podrán avanzar hacia una autonomía industrial y lograr una mejora similar en cuanto a beneficios incorporando la nueva tecnología?

 

El viaje hacia la autonomía industrial
Figura 3. A medida que la industria vaya mejorando los niveles de eficiencia operativa, productividad y seguridad, la consolidación de la sala de control, como soporte de operaciones centralizadas, se convierte en un requerimiento crítico.

 

Operaciones autónomas

En una instalación de manufactura típica, la autonomía industrial significa aprovechar lo último en tecnología para alcanzar una mejor percepción situacional. Significa permitir que un sistema realice una acción óptima para alcanzar el resultado deseado de la mejor manera posible. Esos resultados deseados pueden incluir una mayor producción, una calidad mejorada, una operación más confiable y una fuerza laboral mucho más eficiente.

La autonomía industrial contribuye a automatizar tareas de producción y garantizar que esas tareas se lleven a cabo sin inconvenientes y de manera consistente. Pero de ninguna manera implica la ausencia de humanos, sino que el personal simplemente pasa a tareas de orden superior asociadas con una mejora continua del negocio.

Para avanzar hacia autonomía en procesos industriales, es necesario disecar y analizar qué se puede automatizar totalmente, qué elementos requieren supervisión humana y qué áreas seguirán siendo manuales. Una vez establecido este panorama, es posible trazar un camino hacia autonomía pasando por seis niveles progresivos:

  1. Operaciones manuales o semi-manuales;
  2. Operaciones controladas y optimizadas;
  3. Operaciones inteligentes;
  4. Operaciones remotas;
  5. Operaciones resilientes;
  6. Operaciones autónomas.

Si bien el modelo de madurez de la autonomía industrial tiene una secuencia y evolución natural, muchas instalaciones mostrarán un grado variable de capacidad en cada nivel. Una planta podría emplear procedimientos manuales para algunas operaciones y tener equipos que operan en gran medida de manera autónoma. Las empresas deberán evaluar sus capacidades existentes en cada nivel.

El objetivo de la autonomía industrial es eliminar pasos manuales automatizándolos. A medida que el usuario avance hacia autonomía, es importante tomarse el tiempo para comprender qué procesos son todavía manuales o semi-manuales y evaluar cuáles dependen del conocimiento y la habilidad de una persona para llevarlos a cabo de manera eficaz. Estas operaciones manuales pueden variar desde personal de campo que toma lecturas manuales de medidores hasta personal de control que realiza una transición de producto en base a su experiencia y un procedimiento escrito.

La autonomía industrial permite a las empresas alcanzar sus objetivos de monitorear activos de manera centralizada y, en algunos casos, llevar a cabo operaciones remotas sin atención humana, algo particularmente atractivo en entornos complejos, remotos o peligrosos.

Los sistemas autónomos también irán más allá del mantenimiento predictivo tradicional. Dispositivos como válvulas de control con sensores embebidos de temperatura, presión y sonido serán capaces de operar de manera autónoma, determinar sus necesidades de mantenimiento y coordinar requerimientos de servicio para minimizar interrupciones en la producción.

 

Conclusión

Las industrias de procesos se han beneficiado de la automatización industrial y lo serán aún más con autonomía industrial. La velocidad de esta transición está creciendo con el avance de tecnologías como inteligencia artificial, machine learning y deep learning, computación de nube y de borde, sensores wireless y mejores comunicaciones y redes.

La autonomía industrial no queda definida únicamente por menos personas. Más bien, tiene que ver con la manera en que se utiliza control, sensado y conocimiento donde cada paso a lo largo de este viaje conducirá a importantes beneficios.

 

Preparado en base a una presentación de Jason Urso, de Honeywell Process Solutions.

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