Oportunidades y desafíos de la simulación, desde el sistema de control hasta la planta. Axel Rodriguez Product Manager, Control & Visualization Business Rockwell Automation

Definiciones Emulación: es la imitación del comportamiento de un sistema electrónico con la ayuda de otro tipo de sistema electrónico o computadora. Se emulan Controladores, Datos, Entradas / Salidas, etc. Simulación: es la imitación del comportamiento de un sistema físico con la ayuda de un sistema electrónico o computadora Se simulan sistemas mecánicos, procesos, reacciones físicas o químicas, comportamientos humanos, etc. Emulación del sistema de control Simulación de equipamiento o dispositivos Simulación del proceso Existe la necesidad de Emular y de Simular para obtener una visión completa del sistema.

Por qué simulación ? Estas y muchas más razones Tiene usted problemas para reducir costos debido a errores ? Está usted siempre atrasado en sus proyectos ? Tapado con demasiados proyectos y sin recursos o tiempo suficientes ? Cerca de electrocutarse con equipamiento en su escritorio ? Demasiadas decisiones son tomadas basadas en estimaciones no demostrables ? No hay medios para probar en condiciones realísticas antes de implementar proyectos ? Incapaz de encontrar las razones de variaciones aleatorias de proceso ? Imposible de descubrir cuellos de botella hasta que el proceso esta en marcha ? Quiere probar nuevas ideas antes de implementarlas ? Quiere usted validar oportunidades de inversion ? Necesidad de calcular el impacto de cambios en otras areas ? Estas y muchas más razones pueden justificar la inversión en simulación o emulación de su sistema

Simular o No Simular, esa es la cuestión… Simulo ? Tiempo de implementación corto Costo de errores es alto Recursos limitados Riesgo alto No Simulo ? Curva de aprendizaje muy empinada Tiempo de implementación no es crítico Costo de simular muy alto

El costo de la simulación Nivel de Simulación Si bien la simulación puede ayudar en la reducción de costos, el nivel de detalle afecta exponencialmente el costo La gran mayoría de los sistemas pueden ser simulados en partes o con un bajo nivel de detalle, haciendo la simulación viable y conveniente En muchos casos, el costo de la simulación, aunque elevado, es compensado largamente por ahorros o reducciones de riesgo en otras áreas. Partes Sistema $$$$ Costo Hay un compromiso entre el nivel de detalle y el costo de simular $ Bajo Nivel de Detalle Realista

Los niveles de simulación de procesos industriales Mecanismos simples Bomba Cuchilla Mecanismos Bobinadoras Aplicaciones Complejas Generadores eólicos Compresores Sistemas complejos, etc. Máquinas / Líneas Línea de empaquetado Cintas transportadoras Celdas de Producción Tanques, etc. Plantas / Procesos Logística Identificación de cuellos de botella Asignación de recursos Procesos Productivos Alcance de la Simulación Nivel de Detalle

Simulación de Mecanismos Simples Sistema de Control Ventajas: El mayor nivel de detalle Posibilidad de incorporar modelos matemáticos precisos Bajo costo de implementación Validación de algoritmos de control Validación de capacidad mecánica (tensiones, movimientos, etc) Desventajas: Alcance limitado al mecanismo No evalúa el impacto en el resto del sistema Relativamente fácil de “engancharse” en un modelo realista mucho más preciso que lo necesario Sistema mecatrónico Modelos Matemáticos

Qué es mecatrónica… vaya pregunta !!! Mecatrónica es un enfoque transdisciplinario, basado en sistemas de comunicación abiertos y prácticas concurrentes, para el diseño de mejores productos de ingeniería Mecatrónica es una disciplina integradora que utiliza las tecnologías de la mecánica, electrónica y tecnología de información para proveernos de productos, procesos y sistemas mejorados."

Ejemplos de Aplicación Mecanismos Simples Mecatrónica (combinación de mecanismos, electrónica y sistema de control) Es la capacidad del servo controlador adecuada para todas las condiciones mecánicas ? Está el sistema mecánico correctamente dimensionado para las fuerzas involucradas (sobredimensionado ? Muy débil ? Hay colisiones ?) Validación de sistemas de control Es mi controlador lo suficientemente rápido para lo que necesito controlar ? Puede el programa ser optimizado para un control más efectivo ? Quiero que el sistema de control sea completamente probado antes de enviarlo a la planta, para reducir el tiempo de puesta en marcha.

Simulación de Aplicaciones Complejas Ventajas: Permite modelar procesos muy complejos o de riesgo muy alto, costo de simulación no es critico Previene problemas que potencialmente pueden ser muy peligrosos o caros de solucionar Permite evaluar mejoras para reducción de costos Desventajas: Suele requerir modelos matemáticos y mecánicos complejos Alto nivel de especialización

Ejemplos de Aplicación Aplicaciones Complejas Diseño Análisis de situaciones riesgosas o complejas Estudio de comportamiento en diferentes casos criticos Validación de ideas de mejora a procesos existentes Mejoras Estudio de potenciales reducciones de material Estudio de mejoras en los algoritmos de control Análisis de situaciones especiales

Simulación de Máquinas / Líneas Ventajas: Capacidad de entender el impacto de cambios en un sistema Optimización del proceso completo Validación de sistemas más complejos Desventajas: Requiere una mayor inversión en tiempo e ingeniería Requiere un cierto nivel de realismo que puede ser muy caro de conseguir

Ejemplos de Aplicación Máquinas / Líneas Verificación que todos los movimientos mecánicos sean posibles y óptimos Validación de la configuración del sistema de control y pantallas de interface al operador Pre-Sintonización de la máquina Líneas Validación de la coordinación del control de múltiples máquinas Identificación de potenciales problemas de seguridad de personas Verificación de sistemas de detección de problemas Entrenamiento de operadores

Simulación de Plantas / Procesos Ventajas: Permite evaluar proyectos muy tempranamente Identifica fácilmente cuellos de botella Permite evaluar mejoras para reducción de costos o aumento de producción Responde preguntas del tipo: Qué pasa si…? Desventajas: No evalúa detalles, es de alto nivel Puede ser muy compleja, dependiendo del tipo del proceso a simular

Ejemplos de Aplicación Plantas / Procesos Una productora internacional de alimentos, identificó que el área de recibo de leche necesitaba la mitad de tanques de lo que originalmente habían planeado Un fabricante de caramelos salvo decenas de miles de dólares al darse cuenta que el plan de compra de una nueva línea de empaquetado (que parecía obvia) era en realidad innecesaria. Un fabricante de productos de papel evaluó (y decidió) una transformación completa de su cadena de abastecimiento para todas sus líneas de productos. Un fabricante automotriz modeló una planta de ensamble de motores completa para analizar si la capacidad planeada era posible y futuras alternativas de expansión. Un fabricante de bebidas realizó un modelo de una nueva línea de embotellado y lo utilizó durante el proceso de selección de proveedores para elegir el mejor diseño de la línea. Un productor de alimentos simuló su proceso actual para identificar cuellos de botella y oportunidades de mejora. Esto le permitió identificar varias áreas que necesitaban equipamiento con diferentes capacidades que las existentes. El resultado fue la justificación de millones de dólares en inversión.

Video de ejemplo de simulación de un proceso

En Resumen… La simulación/emulación es una poderosa herramienta para: Detección temprana de potenciales problemas Análisis de escenarios Justificación de inversiones Validación de sistemas Los desafíos: Entender qué es lo que se necesita saber, validar o probar Analizar el nivel de simulación realmente necesario Entender que la simulación bien aplicada puede pagar más de diez veces su costo, pero mal aplicada puede ser muy costosa.

Preguntas ?