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Modularidad en la industria de procesos con I4.0 (Parte 2)


Segunda parte de la crónica que recoge las conclusiones de un documento publicado por la ZVEI sobre la posibilidad de crear entornos modularizados para impulsar la automatización 4.0 en la industria de procesos.

Modularidad en la industria de procesos con I4.0 (Parte 2)

Ya lo adelantábamos en la primera parte de este artículo: la industria de procesos se enfrenta a una dura competencia global. "Algunos competidores internacionales tienen estructuras de costos favorables y están alcanzando el nivel tecnológico", explica Felix Seibl, director de Tecnología de Medición y Automatización de Procesos con la Asociación de Fabricantes Eléctricos y Electrónicos (ZVEI). Un dato reseñable: la industria química alemana es la primera exportadora del mundo, pero la capacidad de producción de productos químicos finos y especiales, así como la industria farmacéutica, está creciendo significativamente en los mercados emergentes. Además, los ciclos de vida del producto y los tiempos de ejecución de la instalación están disminuyendo constantemente. Por lo tanto, la industria de procesos alemana está buscando nuevas maneras de desarrollar productos específicos del cliente y pequeñas series de lotes más rápidamente. "Los productos deben llegar al mercado más rápido y tenemos que producirlos de manera muy eficiente", dice Seibl.

Para este fin, la industria química y farmacéutica está desarrollando conceptos modulares flexibles para sus plantas. Como consecuencia de la aplicación de los principio de la Industria 4.0, los módulos reutilizables encapsulados en el proceso, ofrecen un tiempo de comercialización más rápido de hasta 40%, un 30% de ahorro de energía, 20% de costos operativos más bajos y 40% menos de inversión. "Sin embargo, el mayor valor generado viene por la flexibilidad ganada", remarca Seibl. Las adaptaciones de productos específicas del cliente pueden realizarse de forma rápida y flexible intercambiando módulos individuales. "El tamaño del lote de uno que cuesta lo mismo que los productos producidos en masa, tan frecuentemente mencionado en relación con Industria 4.0, está por lo tanto al alcance de la industria de proceso también", apunta.

"La producción modular simplificará la ingeniería, flexibilizará la producción, reducirá el tiempo de comercialización, aumentará la eficiencia de la planta y mejorará la competitividad general". Sin embargo, la ingeniería de automatización aún no proporciona "soporte técnico adecuado para plantas de tecnología de procesos modulares". Varios estudios de caso, como uno para el proyecto de investigación F3-Factory, determinaron que la modularización es posible y rentable para la industria de procesos, pero que en el área de la automatización hay una seria necesidad de actuar. "El objetivo de los desarrollos futuros es lograr la capacidad plug & produce necesaria para crear modularización flexible y rentable en contenedores y módulos", según las indicaciones recogidas en el de la VDI respecto a las Innovaciones y Avances en la Eficiencia en la Industria Química (Efectos y Desafíos de Industria 4.0) publicado en 2014. Sin embargo, "las normas y los acuerdos sobre las interfaces para integrar módulos en los sistemas de control de procesos se están desarrollando".

Para obtener el reconocimiento de la nueva norma del MTP es necesaria la cooperación entre empresas y sectores. "La ingeniería de procesos, la construcción de plantas, la automatización, la tecnología de sensores y los elementos de accionamiento necesitan trabajar juntos ahora", concluye Seibl. Según el director de la ZVEI, Koschnick, "la tecnología de la automatización se está desarrollando cada vez más en la dirección de proporcionar el soporte técnico apropiado para el equipo modular de la ingeniería de proceso".

Autores como Leon Urbas, del Instituto de Automatización de la Universidad de Dresden propone un caso de uso para describir sistemas modulares de proceso (Figura 7).

 

Figura 7. Diagrama de un sistema modular de proceso modelado con MTP (Fuente Namur)

El caso de uso presentado se basa en el estándar AutomationML para la especificación del manifest y OPC-UA (Open Process Communication – Unified Architecture), especificado en la IEC 62541 destinado a la implementación de la Administration Shell en el documento “Transformation of the NAMUR MTP to OPC UA to allow Plug and Produce for Modular Process Automation”. AutomationML es un estándar que estructura toda la información de los elementos de fabricación (Figura 8).

 


Figura 8. AutomationML está especificado en la IEC 62714 (Fuente www.automationml.org)


Por otra parte, OPC-UA es un estándar diseñado para utilizar técnicas de orientación a objetos para definir modelos de datos, de modo que el mapeo de AutomationML a OPC-UA se puede realizar formalmente tal y como muestra este caso de estudio. A su vez, OPC-UA ofrece un estándar para publicar y suscribir servicios mediante APIs así como garantizar comunicaciones seguras mediante certificados digitales (Figura 9).

 


Figura 9. OPC-UA permite implementar Administration Shells

Conclusiones

Del estudio de la ZVEI y NAMUR se desprende que los conceptos modulares para la automatización están en fase de investigación precompetitiva. El documento presentado por ambas asociaciones ofrece un concepto para el desarrollo de sistemas modulares para la industria de procesos de acuerdo con el NE 148. Los resultados obtenidos indican que la automatización modular es posible.

Un factor esencial para ello es que los módulos se definan con un modelo abstracto con técnicas de orientación a objetos y enfoques de software que encapsulen datos y permitan la integración sin costuras a diferentes niveles.

Se hace referencia a la relación entre ingeniería de módulos y la ingeniería de los sistemas de control. El papel decisivo de la las fases tempranas de la ingeniería también son analizadas. La automatización modular y la Industria 4.0 favorecen la reducción de costes.

Si los enfoques descritos se aplican en planificación de planta, ingeniería y automatización de sistemas, existe la oportunidad de aprovechar los potenciales identificados por NAMUR. La aceleración del uso de la ingeniería modular de la necesita superar una masa crìtica para que sea un cambio de paradigma exitoso. Hasta ello se seguirá un proceso paso a paso mediante proyectos piloto.