Automatización industrial y la conectividad: impacto en la producción
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Siguiendo el lema de aumentar la productividad, Henry Ford (1863-1947) idealizó la llamada “cadena de montaje”, que fue el verdadero detonante del inicio de la producción en serie. En los años posteriores a la muerte de Ford, General Motors y otras industrias ya tenían máquinas de relés automatizadas. Sin embargo, debido a su compleja programación, en 1968 se contrató a la empresa BedFord Associates para desarrollar lo que sería el primer Controlador Lógico Programable (PLC).
Con procesos cada vez más complejos y descentralizados, era necesario encontrar una forma de facilitar el control de las plantas industriales. Se crearon estandarizaciones de las instrumentaciones más inteligentes, para que su mantenimiento fuera de bajo costo y fácilmente difundible. Así es como surgieron las redes y los estándares de comunicación industrial.
Esto es importante para la interoperabilidad, es decir, la capacidad de diferentes sistemas, dispositivos y software para comunicarse e intercambiar información de manera efectiva. La estandarización garantiza la coherencia en esta comunicación, ya que garantiza que los sistemas se desarrollen dentro de prácticas reconocidas.
Estándares de automatización industrial
Los estándares de automatización industrial son conjuntos de estándares que establecen procedimientos para la integración, operación y mantenimiento de sistemas de automatización en la industria. Van desde la comunicación entre dispositivos hasta la interfaz hombre-máquina (HMI), pasando por el control de procesos y los métodos de monitorización. En el marco de HMI, los estándares establecen reglas para el diseño, la funcionalidad y el funcionamiento de las interfaces. Incluyen directrices sobre la presentación de la información, la navegación por la pantalla, el uso de gráficos y colores, y la gestión de alarmas y notificaciones.
El objetivo principal de estas normas es mejorar la integración entre los operadores y los sistemas de automatización, garantizando que las interfaces sean comprensibles y fáciles de usar. Cuando se vinculan con el análisis de datos, son obligatorios en el proceso de análisis de calidad, ya que minimizan los errores operativos.
En definitiva, contribuyen a:
- Usabilidad: las interfaces estandarizadas son más intuitivas y fáciles de usar, lo que reduce la curva de aprendizaje de los operadores;
- Seguridad: las normas garantizan que las interfaces presenten la información de forma clara y coherente, evitando lecturas erróneas;
- Consistencia: la estandarización garantiza que todas las interfaces sigan las mismas directrices, facilitando la integración de nuevos sistemas y el mantenimiento de los existentes;
- Calidad: las interfaces claras y bien organizadas mejoran la estabilidad de la línea, mejorando la calidad del proceso de producción;
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ML Pack
Entre los muchos ejemplos de estándares técnicos de automatización se encuentra PackML, creado por la Organización de Automatización y Control de Máquinas (OMAC) a principios de la década de 2000. El objetivo principal de su desarrollo fue estandarizar y generar consistencia para todas las máquinas que componen una línea de envasado (u otros procesos discretos). La necesidad de regulación surgió del hecho de que las máquinas utilizaban interfaces y métodos de control propietarios. Esto dificultó la integración y el funcionamiento eficiente de líneas de producción compuestas por equipos de diferentes proveedores.
Se crearon tres categorías para sistematizar la producción de esta maquinaria. PackSoft se centró en el lenguaje de programación, PackConnect para los protocolos de comunicación y PackML para unir los dos anteriores. Esto significa que PackML proporciona una rápida integración de la línea de producción, sin tener que preocuparse por qué protocolo de comunicación se encargará de transmitir los datos entre las máquinas.
Para ello, este patrón incluye plantillas de estado como “Detenido”, “En ejecución” y “En mantenimiento”, lo que facilita la comunicación y el control. También tiene los llamados Packtags, que son un conjunto de etiquetas estandarizadas para los datos incluidos en el estado de la máquina. Se utilizan en la comunicación M2M (máquina a máquina), por ejemplo, entre una llenadora y una etiquetadora. Por último, contribuyen a los cálculos de OEE (Overall Equipment Effectiveness) indicando los parámetros de rendimiento. Luego de pasar por varias versiones, el documento oficial que recoge los lineamientos fue implementado en el informe “ANSI/ISA-TR88.00.02-2008 Machine and Unit States: An Implementation Example of ISA-88”.
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Normas Weihenstephan (WS)
Los Estándares Weihenstephan fueron desarrollados bajo la dirección de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) por el curso de Tecnología de Envasado de Alimentos en la década de 2000. El grupo responsable estaba compuesto por fabricantes de máquinas, gerentes de planta, desarrolladores de sistemas informáticos, tecnólogos, entre otros.
También conocidas como WS, son interfaces de comunicación estandarizadas para recopilar datos de máquinas en la industria. Estas normas definen la transmisión uniforme de datos de las máquinas a los sistemas informáticos, como Supervisión, Control y Adquisición de Datos (SCADA) e Historian. Esto se hace especificando la interfaz física, su contenido y las recomendaciones para las evaluaciones de datos y la generación de informes.
La interfaz física tiene la función de especificar cómo se transmiten físicamente los datos entre dispositivos. Esta interfaz está equipada con contenido que define qué datos deben transmitirse y cómo deben estructurarse. Esto incluye pautas sobre cómo se deben analizar y reportar los datos para mejorar la toma de decisiones.
La estandarización de datos se realiza a través de etiquetas que especifican diferentes estados y modos de operación de las máquinas, estas son:
- WS_state: indica el estado actual de la máquina (por ejemplo, en funcionamiento, parado, en mantenimiento);
- WS_Mode: especifica el modo de funcionamiento de la máquina (por ejemplo, automático, manual);
- WS_Prog: identifica el programa o proceso activo (por ejemplo, ciclo de producción, ciclo de limpieza);
Los estándares de Weihenstephan permiten consolidar varios puntos de datos, como los estados de funcionamiento y los códigos de error, en un único estado de máquina. También contribuyen a la interoperabilidad y a la eficiencia operativa. Esta característica facilita el monitoreo en tiempo real y la toma de decisiones informadas.
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Tecnologías que mejoran la automatización industrial
Las llamadas industrias conectadas, o industrias inteligentes, cuentan con varias tecnologías que complementan y mejoran la automatización industrial.
Uno de ellos es el llamado Internet de las Cosas (IoT ), que acelera la adopción de tecnologías conectadas a Internet entre las industrias. El IoT se compone de protocolos de Internet (IP) y protocolos de control de transmisión (TCP). Estos parámetros forman los sensores, dispositivos y sistemas que permiten que estos dispositivos inteligentes se comuniquen entre sí y con otros dispositivos habilitados para Internet. La conectividad que proporcionan los sensores instalados en la planta industrial permite la recogida continua de datos operativos. Esta constancia en la recolección es esencial para monitorear y controlar los procesos de acuerdo con los estándares Weihenstephan y PackML. Además, la comunicación entre diferentes máquinas garantiza una información integrada que permite una mejor comprensión.
El sistema Historian, por otro lado, es un tipo de base de datos especializada en recopilar, almacenar y analizar simultáneamente grandes volúmenes de datos de procesos industriales. En él se registran datos como temperaturas, presión, velocidad, entre otros, a lo largo del tiempo. Este sistema proporciona un seguimiento continuo de los procesos industriales, incluyendo el uso de los estándares Weihenstephan y PackML para unificar la forma de visualizar y comprender el funcionamiento de las máquinas a lo largo del tiempo. Además, tener un historial de datos también es fundamental a la hora del análisis, ya que ayuda a entender las tendencias según los patrones encontrados.
Por último, la ciencia de datos es un área del conocimiento que engloba la recopilación e interpretación de grandes volúmenes de datos generados durante el funcionamiento de las líneas. Está intrínsecamente ligado a las tecnologías IoT y a la visualización intuitiva de la información. La estandarización de la información con PackML y WS da como resultado un análisis con menos errores y que proporciona información valiosa para reducir costos, aumentar la productividad y optimizar la producción. Además, una interfaz intuitiva con señales bien definidas ayuda en el mantenimiento, al detectar rápidamente las anomalías.
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Aplicación de las normas en la industria
Los estándares de automatización industrial, como los estándares Weihenstephan y PackML, se aplican en los sectores más diversos de la industria y ofrecen varios beneficios:
- Análisis de rendimiento: Los WS se utilizan para conectar máquinas de diferentes fabricantes, lo que permite la recopilación y el análisis de datos de producción. Por ejemplo, una cervecería puede usar WS para monitorear el rendimiento de las líneas de llenado e identificar cuellos de botella en la producción;
- Monitoreo de calidad: WS ayuda a garantizar la consistencia y la calidad del producto final al monitorear parámetros críticos durante el proceso de producción, como la temperatura y la presión;
- Optimización del proceso: En la industria de la panadería, WS se puede utilizar para ajustar automáticamente los tiempos de fermentación en función de la humedad y la temperatura ambiente. Esto se traduce en un mejor control de calidad y eficiencia operativa.
- Integración de máquinas: PackML estandariza la interfaz de comunicación entre las máquinas y las líneas de producción, facilitando la integración de nuevos equipos. Por ejemplo, una fábrica de alimentos puede usarlo para integrar una nueva máquina de envasado con el sistema existente, reduciendo el tiempo de inactividad y mejorando la eficiencia;
- Control de procesos: El estándar PackML permite la supervisión y el control continuos de los procesos de producción, como el envasado y el etiquetado. Esto ayuda a garantizar la consistencia del producto y el cumplimiento de las normas de seguridad alimentaria;
