AEI 515 - El DCS y su Gemelo Digital

En la actualidad, la industria española representa el 13% del valor añadido del país y emplea al 11% de la población ocupada, siendo la principal contribuidora a la balanza comercial positiva. La digitalización de la sociedad y de la industria plantea retos y genera oportunidades para el sector industrial que deberá adaptar sus procesos, productos y modelos de negocio. En el presente artículo trataremos de mostrar cómo elementos claves de esta revolución digital como es el Gemelo Digital se aplican a tecnologías maduras como el DCS y le ayudan a evolucionar a nuevos entornos productivos.

Gracias a la hiperconectividad, los clientes están hoy más informados y tienen acceso inmediato a la oferta de empresas industriales de todo el mundo. Se trata de un entorno muy competitivo, pero con muchas oportunidades para las empresas españolas. Afrontar estos desafíos con éxito permitirá generar un nuevo modelo industrial en el que la innovación sea colaborativa, los medios productivos estén conectados y sean completamente flexibles, las cadenas de suministro estén integradas y los canales de distribución y atención al cliente sean digitales.

La era de la digitalización

Actualmente el estado del arte de los DCS ofrece soluciones para la automatización de los procesos productivos en las fábricas, instrumentalizándolas, diseñando las correctas redes de comunicación, instalando los sistemas de supervisión e ingeniería totalmente informatizados y abriendo esa información a los siguientes niveles de la empresa con el objetivo de transformar los procesos productivos y hacerlos más eficientes.

Las características y los criterios de diseño típicos de los actuales sistemas de control podríamos resumirlas en las siguientes:

• Sistemas E/S: variedad, robustez, inteligencia integrada, sistemas de disminución de cableado, diagnósticos.
• Instrumentos y dispositivos: uso Hart y buses de campo, integración equipos eléctricos, sistemas de gestión de activos.
• Buses/redes de campo: flexibilidad, distribución señales, variedad en arquitecturas, maximizar la inteligencia del campo.
• Operación: ergonomía, simplicidad operativa, eficiencia alarmas y eventos, operación estándar y personalizada a la industria.
• Ingeniería: desarrollos topdown, estandarización del control, robustez frente a los cambios.
• Conexión al negocio: sistemas abiertos, enlace sistemas de gestión, monitorización externa.
• Escalabilidad: en hardware y software, integración de unidades paquetes.
• Safety: flexibilidad en la aproximación. Separado, integrado o común.
• Security: implementación de estándares en el diseño.

No podemos quedarnos aquí. Durante los tiempos de la industrialización desde finales de 1700 siempre hemos tenido pasos disruptivos (llamados revoluciones) con grandes saltos en la productividad. Solo las empresas que pudieron adaptarse rápidamente a las nuevas circunstancias lograron sobrevivir. Actualmente nadie niega que estamos empezando una nueva revolución. La cuarta revolución industrial es provocada por las tecnologías digitales que tendrán un impacto disruptivo en los modelos de negocios de las empresas, donde:

1. Sistemas, dispositivos y humanos estarán conectados a lo largo de toda la cadena de valor.
2. Toda la información relevante estará disponible en tiempo real de suministradores, fabricantes y clientes.
3. Partes de la cadena de valor pueden ser constantemente optimizadas con respecto a diferentes criterios, coste, recursos y/o necesidades del cliente.

La digitalización es el siguiente nivel para aumentar la productividad en la industria de proceso. En este sentido la clave para convertirse en una empresa digital es crecer en integración analizando todo el ciclo de vida.

Para la industria de proceso vemos dos vías

Por un lado, vemos la integración horizontal a lo largo del ciclo de vida de la planta desde la ingeniería hasta la operación. Esto comienza desde los estudios de viabilidad, ingeniería básica y de detalle, seguido por las pruebas de aceptación en taller y fábrica hasta las operaciones de la planta y el mantenimiento y servicios relacionados. Con la creación de un modelo de datos consistente y común esta integración provoca una reducción de los tiempos de construcción de las plantas. Este modelo de datos es el Gemelo Digital de la ingeniería que me permitirá optimizar mis decisiones y trabajos de ingeniería a lo largo de todo el ciclo de vida de la planta.

Por otro lado, vemos una integración vertical de las operaciones. La integración de todos los niveles desde el campo, sistema de control, gestión hasta la nube optimiza las operaciones aumentando la flexibilidad y la productividad. Aprovechando el modelo de datos creado en ingeniería las operaciones se ven beneficiadas creando así el Gemelo Digital de la operación.

Para la industria de proceso el Gemelo Digital de la ingeniería y operación es la respuesta a las demandas y requerimientos de esta nueva era. Gracias a la creación de una planta virtual, podremos acortar los tiempos de suministro de una planta, optimizar los procesos de ingeniería, evaluar lecciones aprendidas, aprovechar el modelo de datos para crear directamente la base de datos de control, entrenar a los operadores en nuestras plantas con una información más consistente, operar nuestras plantas absolutamente integradas con los sistemas de gestión, implementar cambios, estrategias de optimización en nuestros procesos virtuales antes que en el real, mantener con menos coste nuestras instalaciones, y establecer mejores canales de comunicación con nuestros proveedores y nuestros clientes.

Gemelo Digital de la ingeniería

El Gemelo Digital de la ingeniería es la herramienta esencial para una transformación digital exitosa en la industria de proceso. Tener una plataforma de datos uniforme es esencial para la gestión efectiva de la planta. Garantiza la colaboración óptima, la continuidad y la coherencia de todas las disciplinas involucradas en la ingeniería y construcción. El sistema logra esto mediante la consolidación de una variedad de fuentes. Con los datos de ingeniería procesos, mecánica, eléctrica, instrumentación y control crean un modelo digital de la planta.

Cómo se relaciona el Gemelo Digital de la ingeniería con el DCS?

Desarrollando el gemelo digital de automatización en el modelo cen-ral, los datos de automatización se pueden comunicar de forma bidireccional con el sistema de control de procesos manteniendo ambas partes siempre actualizadas y sincronizadas. Obtendremos las siguientes ventajas:

• Reducción de los tiempos de planificación.
• Integrar diferentes departamentos, tales como: ingeniería, automatización y operación.
• Acortar tiempos de ejecución de proyectos mediante sincronización de datos coherente y simple entre ingeniería y automatización.
• Aumentar la disponibilidad de la planta mediante la transferencia de datos sin errores y la documentación del sistema siempre actualizada.
• Impulsar la eficiencia de la ingeniería y reducir los costos mediante una gestión óptima del cambio.

Gemelo Digital de la operación

El Gemelo Digital de la operación permite crear un entorno virtual de la planta de proceso donde poder seguir utilizando los beneficios del gemelo digital de la ingeniería así como desarrollar los propios. Implementando un modelo de datos común en tiempo real nos permitirá aprovechar la información del proceso y la mejora en la toma de decisiones.

El Gemelo Digital debe integrar las operaciones para implementar sistemas de entrenamiento y optimización de los procesos. Facilitar la integración con los sistemas de gestión de la producción así como incorporar la gestión de los activos de planta.

¿Cómo se relaciona el Gemelo Digital de la operación con el DCS?

El modelo de datos dinámico y de simulación es la respuesta. Poder tener una plataforma común que herede los datos del gemelo digital de ingeniería
de automatización y que implemente las estrategias avanzadas del modelo es la clave para crear el Gemelo Digital y hacerlo mantenible. Veamos cuales son las ventajas:

• Reducción de los tiempos de lanzamiento de productos al mercado.
• Implementación de cambios
• en el Gemelo Digital antes de en el real. Minimización de errores.
• Acortar tiempos de ejecución de proyectos mediante sincronización de datos coherente y simple entre ingeniería y automatización.
• Aumentar la disponibilidad de la planta mediante la transferencia de datos sin errores y la documentación del sistema siempre actualizada.
• Impulsar la eficiencia de la ingeniería y reducir los costos mediante una gestión óptima del cambio.

El DCS y su evolución en la digitalización

En esta revolución que vivimos el DCS sigue dando respuesta a las necesidades de la industria de proceso. No obstante, incorporar las tecnologías de la industria 4.0 en sus diseños y en su comunidad de actores es clave para que lo pueda seguir haciendo en el futuro cercano. Debe evolucionar protegiendo la inversión y manteniendo su robustez y seguridad, para poder dar respuesta a las necesidades de la nueva era y convertirse en el núcleo del Gemelo Digital de la planta de proceso.
El DCS debe, a través de su evolución, ser un facilitador de estas tecnologías e incorporar en sus nuevos diseños las arquitecturas que permitan crear, utilizar y mantener el Gemelo Digital. Tales como:

• Ingeniería colaborativa.
• Tecnología web.
• Modularidad en la automatización. Estándares.
• Security integrado.
• Industrial ethernet en proceso, también a nivel de campo.
• Digitalización de los instrumentos y accionamientos.

Conclusiones

La interacción entre software y hardware, la aparición de nuevos materiales, el desarrollo de sistemas operativos más potentes, el diseño de procesos más eficientes y la digitalización de los procesos y servicios ha gestado el nacimiento de una industria 4.0, que está teniendo repercusión real en la sociedad. Solo aquellos que logren conseguir productos totalmente adaptados a las exigencias del consumidor y que reduzcan el tiempo de producción, con la máxima eficiencia en sus plantas, serán capaces de ser competitivos. La solución está en la unión del mundo real y virtual, es decir, construir el Gemelo Digital de la planta. El futuro del DCS pasa por ello, y ya es una realidad.

Julio Garcia Perez
Responsable Negocio Control y Seguridad de Procesos Siemens
www.siemens.com