Industria sostenible a través de la aplicación del concepto Industry 5.0 y su impacto en el Mantenimiento
Manuel Járrega Domínguez
Innovation and Digital Transformation Cluster Leader
Process Automation
Schneider Electric
1. INTRODUCCIÓN
En este artículo explicaremos el reto que la industria está trabajando para avanzar hacia la sostenibilidad. En este caso la implementación del concepto Industria 5.0 tiene un impacto claro en el camino hacia la sostenibilidad. Recordemos que Industria 5.0 según el documento “Industry 5.0. Toward to sustainable, human-centric and resilient European industry. European Commission” consiste en conseguir que nuestras industrias estén más preparadas para el futuro, resistentes a un entorno cambiante, sostenibles y centradas en el ser humano. Por tanto, en el “core” del concepto Industria 5.0 está la palabra sostenibilidad. Estamos asistiendo a muchos cambios en todos los ámbitos (energético, digital, etc) y ello por tanto lleva a un impacto en:
- Cómo y con qué herramientas vamos a gestionar el Mantenimiento.
- De qué modo vamos a implementar el Mantenimiento debido a todas las posibilidades tecnológicas.
Y todo ello pensando en que las empresas industriales van a ser gestionadas de un modo diferente:
- UNA PLANTA INDUSTRIAL: no vamos a gestionarlas más en silos dividiendo en parte eléctrica y de proceso.
- DEL DATO A LA NUBE: podremos tener una estructura de datos única y accesible.
- DEL DISEÑO DE PLANTAS DESIGN&BUILD AL OPERATE&MAINTAIN: es crucial para tener una planta industrial sostenible que esté diseñada para la excelencia operativa y de mantenimiento.
- DE LA GESTIÓN POR PLANTA A LA GESTIÓN COMO UNA EMPRESA INTEGRADA: la actual tecnología nos permite tener una gestión integrada de todas nuestras plantas en un punto central.
Obviamente todos estos cambios nos llevan a que el Mantenimiento sea un actor protagonista en conseguir la sostenibilidad en la industria, puesto que gestionamos de un modo diferente.
2. UNA PLANTA INDUSTRIAL
Por muchas razones prácticas, la gestión de energía eléctrica y la automatización de procesos tradicionalmente se han diseñado y operado de forma independiente durante todo el ciclo de vida de una planta. La presión para reducir los costos de CAPEX y OPEX está impulsando una iniciativa para integrar la automatización de procesos y la administración de energía. Fuerte evidencia indica que la integración de la gestión eléctrica y la automatización de procesos a lo largo del ciclo de vida de una planta ofrece beneficios dramáticos. Pensemos que una planta industria es eso, una planta industrial…no existe una planta industrial de proceso y una planta industrial eléctrica que puedan gestionarse por separado.
Imagen 1. Sistema eléctrico y Sistema de control de Proceso gestionados íntegramente
Al implementar esta estrategia integrada de gestión en las plantas industriales se pueden obtener los siguientes beneficios:
- Mejora en la fiabilidad y rendimiento de activos: se consigue aumentar la longevidad y el rendimiento de los activos, al tiempo que se garantiza un entorno seguro y fiable para la fuerza laboral, permitiendo una reducción del tiempo de inactividad de hasta un 15 %.
- Mayor sustentabilidad de la energía del proceso: diseñando para un menor uso de energía y operaciones sostenibles que utilicen menos energía y reduzcan la huella de carbono en un 7-12%. Al operar al menor costo de energía, se pueden alcanzar reducciones de costos de 2-5%.
Se espera cada vez más que los operadores de procesos optimicen el rendimiento de la planta y mejoren el rendimiento del capital empleado al tiempo que garanticen la seguridad y la confiabilidad de la planta. Es difícil vincular o identificar las causas raíz entre eventos aparentemente desconectados que pueden afectar el rendimiento de activos o sistemas comunes. Por ejemplo, un operador puede implementar cambios en el proceso que sobrecarguen los equipos rotativos o eléctricos, lo que provocará un tiempo de inactividad no planificado y mayores costos de mantenimiento. O los defectos frecuentes pueden ser causados por problemas de inestabilidad del lazo de control que provocan un desgaste innecesario del equipo. Sin un sistema integrado de gestión del rendimiento de los activos, es más difícil analizar y eliminar la causa raíz de los problemas del equipo.
El trabajar en una planta de un modo integrado sistema proceso+sistema eléctrico también permite crear un gemelo digital (Digital Twin) de todo el proceso, con los enormes beneficios que ello conlleva en eficiencia, y por tanto en sostenibilidad.
Imagen 2. Solución integrada de gestión de Proceso y sistema eléctrico EP&P de Schneider
1. DEL DATO A LA NUBE.
Los equipos de campo, tanto eléctricos como de proceso, cada vez más comúnmente son equipos “conectados” (Connected Products) . Es decir, pueden ofrecer vía comunicaciones no sólo variables de proceso (presiones, temperaturas, corriente eléctrica, potencia,…etc) sino una amplia variedad de diagnósticos (por ejemplo temperatura interna en variadores de potencia, diagnóstico de control de una válvula,…etc). Todas estas informaciones pueden ser recogidas a través del nivel de automatización (Edge) y , a parte de ser usadas en este nivel, poder suministrarse a toda una serie de softwares y Apps donde podremos hacer analíticas y servicios. En particular esto es importante para mantenimiento puesto que podremos conectar nuestros equipos conectados a softwares de Mantenimiento Basado en Condición (CBM) y de mantenimiento predictivo (utilizando incluso algoritmos de inteligencia artificial y Machine Learning). Comúnmente estos datos estarán alojados en la nube o “data lake” empresarial desde donde los diversos departamentos de la empresa podrán utilizar esos datos para diversos usos.
Por tanto pasamos a la era donde podemos monitorizar gran parte del estado de los activos de nuestras plantas (y los que no están conectados al sistema de control se están conectado de modo inalámbrico a la nube para completar los modelos de explotación). Los departamentos de Mantenimiento y Fiabilidad dispondrán de un modo fácil de una extensa variedad de datos para analizar, cruzarlos entre ellos,..etc y con ello aprender de cómo está funcionando su planta. Con ello podremos aplicar intensivamente tecnologías de Mantenimiento Predictivo y podremos alargar la vida útil de los activos y optimizar el Plan de Mantenimiento al no ser necesario determinados mantenimientos preventivos, puesto que tenemos mantenimientos predictivos monitorizando los activos. Al alargar el ciclo de vida de los activos construimos una planta más sostenible y con menores costes.
Otro beneficio es la posibilidad de acceder a las plantas remotamente, pudiendo tener los expertos en tecnología de mantenimiento predictivo y fiabilidad en remoto, ahorrando costes y optimizando los recursos humanos en varias plantas.
Imagen 3. De los productos conectados hasta la nube donde analizamos los datos
4. DEL DISEÑO DE PLANTAS DESIGN&BUILD AL OPERATE&MAINTAIN.
Desgraciadamente siguen diseñándose plantas sin la intervención de expertos en Mantenimiento o Facility Management Industrial. Ello lleva a vicios de diseño que en el mejor de lo casos provocan sobrecostes en la fase de explotación cuando se corrigen (en el peor de los casos puede llegarse a ineficiencias muy importante). No nos cansaremos nunca de decir que en la fase de diseño deben participar los expertos en O&M de las plantas para evitar errores de diseño.
La tecnología actual permite en la fase de diseño la validación del mismo vía la construcción de Gemelos Digitales (Digital Twin) tanto de proceso, sistema eléctrico, como físico. Construir un modelo 3D con toda la información de los activos de la planta (AIM Asset Information Manager) no sólo facilita la construcción al compartir la información entre todos los departamentos y empresas que trabajan en esta fase, si no que permite validar situaciones de mantenimiento para evitar accidentes. Una vez construido un modelo 3D este debe ser mantenido durante la vida de la planta para que los departamentos de O&M incluso puedan entrenar a sus equipos de operación.
5. DE LA GESTIÓN POR PLANTA A LA GESTIÓN COMO UNA EMPRESA.
Tradicionalmente las empresas que poseen diversas plantas han tenido una gestión aislada. Ello ha llevado a muchas ineficiencias y más si la cadena de suministro conlleva diversas de esas plantas. La tecnología actual permite hoy en día conectar con las plantas y llevar todos esos datos a un único punto desde el que se puedan visualizar la magnitudes y actuar en la excelencia de la cadena de suministro. Este centro de control de unificado (Unified Operation Control UOC) permite tener a un equipo de expertos a nivel empresarial que pueden visualizar las magnitudes más importantes en la operación empresarial y por tanto optimizarlas. O sea, nos permite tener una cadena de suministro sostenible incorporando (como ya se empieza a hacer en la actualidad) la medida de emisiones de GHG (en particular CO2).
6. CASOS DE ÉXITO.
Formosa Petrochemical Corp
Formosa Petrochemical Corp es una empresa de energía taiwanesa dedicada al refino de petróleo crudo, la distribución de productos refinados del petróleo, la producción y venta de olefinas y la generación de electricidad y vapor. Se fundó como una subsidiaria de Formosa Plastics Group. Tiene su sede en el municipio de Mailiao, condado de Yunlin, en Taiwán. A partir de 2021, Formosa Petrochemical era la segunda refinería de petróleo más grande de Taiwán, detrás de Chinese Petroleum Corporation. La empresa posee y opera una refinería y planta de craqueo de nafta en Taiwán.
Los retos para la empresa residían en modernizar y optimizar las operaciones para:
- Reducir el consumo de energía
- Aumentar el rendimiento
- Reducir gastos operativos
- Aumentar la rentabilidad
Para ello se implementó un nuevo sistema de control DCS y de seguridad SIS con la tecnología EcoStruxure Foxboro DCS y EcoStruxure Triconex Safety Systems proveyendo datos a una capa de software formada por:
- AVEVA Advanced Process Control. Con esta aplicación se consiguió el reto de optimizar el proceso y estabilidad de la Planta.
- AVEVA Predictive Analytics. Se aplicó IA al mantenimiento Predictivo de los equipos más importantes.
- AVEVA Offsites Management. Se aplicó a la operación de tanques y distribución.
- AVEVA Historian. Se aplicó al análisis de todos los datos recogidos.
Los beneficios para el cliente fueron:
- Reducción de la variabilidad del proceso
- Estabilización de las operaciones de cada unidad
- Menor consumo de energía neta por unidad de producción
- Mayor flexibilidad operativa para responder a las condiciones cambiantes del mercado y de la planta
- Fiabilidad mejorada
Como resultados se ha alcanzado 4,2 millones de dólares al año en mejoras de rendimiento y ahorro de energía.
Imagen 4.
ADNOC:
Abu Dhabi National Oil Company (ADNOC) , Compañía Nacional de Petróleo de Abu Dabi) es la compañía nacional de petróleo de Abu Dhabi, la compañía petrolera de propiedad estatal de los Emiratos Árabes Unidos (EAU), con acceso al petróleo y reservas de gas del país.
Los retos para la empresa eran:
- Ciclo demasiado largo para definir los planes de producción.
- Informes de producción inconsistentes en todos los sitios
- Ausencia de una ubicación única para visualizar el desempeño del grupo completo
- Discrepancia en la medición de transferencia entre plantas
La solución aplicada fue digitalizar toda su cadena de suministro, desde los pozos hasta los barcos. La solución para el Panorama Digital Command Center de ADNOC incluye:
- Una plataforma integrada de monitorización de producción, administrador de rendimiento, contabilidad de rendimiento, plataforma de sistema e historizador
- Gestión unificada de la cadena de suministro para una planificación integrada, para optimizar la cadena de valor y la rentabilidad
- Análisis predictivo de activos para reducir el tiempo de inactividad no programado
Para ello se instaló un Centro de Control Unificado (UOC AVEVA) los componentes:
- AVEVA Unified Operations Center que acoge a todas las aplicaciones en un único Centro de Control
- AVEVA System Platform como aplicación soporte
- AVEVA Unified Supply Chain como aplicación de manejo de la cadena de suministro de ADNOC con predicción de precios.
- AVEVA Predictive Asset Analytics con el fin de predecir la vida de los equipos.
- AVEVA Historian como historizador.
Los beneficios para el cliente han sido:
- El centro de mando integra aprox. 100.000 TAG con una meta de más de 2 millones de los mismos.
- Capacidad para monitorizar y optimizar el rendimiento de los activos y las operaciones en 16 empresas operativas desde su sede en Abu Dhabi
- Reducción de fugas de valor y mejora de la conciencia empresarial con desglose de operaciones, puntos de referencia de equipos, salud y seguridad, uso de energía e información de producción.
- Optimización del valor: planificación macro y de capacidad con pronósticos y análisis hipotéticos de inventarios clave.
Como resultado económico se han alcanzado ahorros de 60 millones de dólares a través de operaciones optimizadas.
Imagen 5.
7. CONCLUSIÓN.
En la actualidad tenemos ya a nuestra disposición la tecnología alrededor del concepto Industria 5.0 que nos está permitiendo tener los datos y actuar con el fin de atacar el gran reto de implementar una industria sostenible. Obviamente esto impacta en las actividades de O&M y en particular en Mantenimiento. Es por ello que asistimos a una revolución tecnológica en Mantenimiento y una enorme oportunidad de mejorar nuestras operaciones y también, por eso mismo, empoderar a nuestros equipos de mantenimiento y directivos del mismo, ya que su actuación incide en algo tan importante como la sostenibilidad de la empresa.
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