¿Adaptándose a los cambios? Los procesos de fabricación modular pueden ayudarlo

Actualmente, los fabricantes se enfrentan a una nueva y dura realidad que incluye problemas en la cadena de suministro, el déficit de fuerza de trabajo y estrictas precauciones de seguridad. En los primeros meses de 2020, la pandemia de la COVID-19, la enfermedad causada por un nuevo coronavirus, ha producido millones de casos en todo el mundo y ha puesto fin a la vida cotidiana tal como la conocemos. ¿El lado positivo? Muchos fabricantes se han inspirado y motivado para unirse a la lucha contra la propagación de la COVID-19 fabricando productos que la comunidad médica y otras comunidades están necesitando.

A causa de esta crisis, los fabricantes se dan cuenta de que es necesario cambiar la manera de pensar, planificar y ejecutar la producción. ¿Usted y su equipo se están preguntando cómo pueden reducir o modificar la producción para adaptarse a las nuevas necesidades o a la nueva demanda del mercado? Ya sea que desee o necesite pivotear las capacidades de producción de su planta, los procesos de fabricación modular pueden ofrecerle formas rápidas, fáciles y económicas de conseguir flexibilidad y trabajar de modo reactivo.

Durante mis casi 30 años de experiencia en automatización de procesos, a menudo me han preguntado cuáles son las formas más eficientes de actualizar o modificar los sistemas de automatización de procesos para hacer frente a nuevas necesidades de fabricación. Las preguntas planteadas ahora son más relevantes que nunca a medida que los fabricantes consideran otras formas de trabajar con sus procesos de modo flexible y adaptable.

Ya sea que se trate de un nuevo producto o materia prima, interrupciones de la cadena de suministro, ampliación de la capacidade u otra modificación de su sistema de control existente, considere estas dos preguntas:

• ¿Cómo determina si puede cambiar y adaptar rápidamente su sistema ante sus necesidades cambiantes de fabricación?
• ¿Cómo minimiza el esfuerzo necesario para efectuar y probar los cambios en su sistema de automatización de procesos?

Normas de control por lotes

Una de las características clave que determina la flexibilidad y la modularidad de un proceso depende de si cumple con la norma de la International Society of Automation (ISA) relativa al control por lotes, ANSI/ISA-88 (conocida también como la norma S88) cuando se instaló por primera vez. La norma S88, publicada en 1995 y actualizada en 2010, define una terminología y un proceso para separar las capacidades físicas del uso o la dirección de su maquinaria y sus equipos. Establece la distinción entre lo que puede hacer (lo que puede medir, cuáles son las capacidades del equipo, etc.) y la manera en la que lo llevará a cabo (la ejecución procedimental, los pasos de procesamiento, etc.).

La separación de los aspectos físicos y procedimentales permite que los sistemas se modifiquen y adapten con facilidad a diferentes escenarios, desde nuevos equipos de procesamiento y nuevas funciones de los equipos existentes, hasta nuevas órdenes de operación o nuevos productos, todo lo cual dependerá de las necesidades del sistema de procesamiento.

Cambios del proceso de fabricación modular: Escenarios comunes

La modularidad no representa un nuevo concepto en la automatización. Desde hace mucho tiempo he utilizado la analogía de una subrutina en BASIC para representar este concepto. Un segmento de código escrito una vez se puede utilizar repetidamente de muchas maneras modificando los ajustes que utiliza para ejecutar el código. Esta es la ventaja de la modularidad.

Para destacar el valor de la modularidad, analicemos algunos escenarios de cambios simples que son habituales para los fabricantes y cómo la programación modular según la norma S88 puede facilitar dichos cambios.

1. Adición de una nueva materia prima en el proceso. Esto podría representar también un cambio de una materia prima existente. Consideremos a un simple proceso de mezclado de aditivo de tres materias primas, en el que deseamos añadir un nuevo producto químico a nuestro proceso como, por ejemplo, un viricida, y cambiar nuestras 10 recetas existentes para añadir ahora esta nueva materia prima. ¿Cuál es la forma más eficaz de hacerlo?

• Solución no modular: En una planta tradicional que no usa los principios de programación modular, cada receta debe modificarse a fin de añadir la funcionalidad del nuevo viricida. Puesto que esto se realiza sin el concepto de modularidad, toda la funcionalidad de la nueva materia prima debe reproducirse en cada receta.
• Solución modular: En la implementación modular, la funcionalidad de las nuevas materias primas se implementa como objeto. Desde el punto de vista de automatización, este objeto representa plenamente toda la funcionalidad de ese sistema de entrega de materia prima. Se escribe para las capacidades del sistema. Las recetas se escriben para ejecutar o llamar estos objetos de automatización. Por tanto, toda la funcionalidad se escribe una sola vez en el objeto que las recetas llaman durante su ejecución.

Como necesitamos crear la funcionalidad una sola vez, y no en cada receta, sería posible ahorrar hasta un 90% de los esfuerzos de implementación, lo cual constituye una importante ventaja en lo que respecta al ahorro de costos y de tiempo.

2. Receta de nuevo producto. Supongamos que desea añadir una nueva receta a un sistema existente. Este ejemplo demuestra las ventajas de poder combinar estos objetos funcionales en nuevas combinaciones y órdenes únicos con facilidad.

• Solución no modular: La nueva receta incluye todo el código para llevar a cabo cada acción requerida, cada adición de materia prima, cada agitación, cada enfriamiento y cada transferencia.
• Solución modular: La nueva receta utiliza vínculos o punteros a los objetos para las adiciones de materia prima, agitación, enfriamiento y transferencia.

Los ahorros obtenidos por la implementación de las recetas dependerán de la complejidad de la receta. Cuanto más compleja sea la receta, mayores serán los ahorros posibles. Los esfuerzos necesarios para implementar una nueva receta en una planta modular comparados a los de una planta no modular en el caso de una simple receta de 10 pasos no superan un 20%. En ambos ejemplos, se tendrán ventajas adicionales debidas a la implementación modular, incluyendo una reducción del costo de gestionar la configuración, una reducción de los gastos de pruebas y la aceleración del proceso de cambio.

La modularidad: Un claro vencedor cuando se trata de flexibilidad

Como puede observar en estos ejemplos, la separación establecida por la norma S88 permite la modularización de la funcionalidad de control de modo que dicha funcionalidad está contenida en pequeños objetos reutilizables. Dichos objetos representan la funcionalidad del mundo físico, es decir, del proceso. Estos objetos de funcionalidad de equipo se pueden actualizar y modificar, añadir o retirar del sistema sin afectar los demás objetos, lo cual reduce los esfuerzos al hacer cambios.  A fin de cuentas, ¿quién no ha tratado de efectuar cambios en programas monolíticos, a los que jocosamente se les llama “código espagueti”?

Además, como podemos observar en el segundo ejemplo, debido a que estos objetos son separados y modulares, pueden combinarse de muchas maneras diferentes y únicas según las necesidades de nuevos productos o recetas. Si bien los conceptos y las ideas de la norma S88 se crearon con base en un proceso de fabricación por lotes, se pueden aplicar a una variedad de procesos.

Quizá esté pensando que estos ejemplos simplistas y en abstracto parecen buenos, pero se esté preguntando cómo nos ayudarán estos conceptos a hacer algo importante, por ejemplo, a combatir la COVID-19. Actualmente muchos fabricantes se están adaptando a los desafíos de la cadena de suministro e incorporando la flexibilidad de los procesos de fabricación modular. Algunos están superando con creces las expectativas y fabrican nuevos productos que nunca antes habían producido a fin ofrecer asistencia a los esfuerzos por combatir la pandemia, entre ellos los siguientes:

• Ventiladores: Una empresa de asistencia médica pudo aumentar la producción en cuestión de semanas
• Pruebas del virus: Un grupo de asistencia médica multinacional ha pivoteado la producción para fabricar pruebas de COVID-19
• Desinfectante para las manos: Los cerveceros y destiladores se adaptan con rapidez para producir recetas con mayor contenido de etanol a fin de satisfacer la demanda crítica

¿La fabricación modular es la solución para usted?

La manera más sencilla de determinar si sus procesos y sistemas de automatización son modulares es preguntarse si todas sus recetas cambian cada vez que se produce un cambio de proceso físico en sus equipos. Si tiene que modificar múltiples recetas debido a un cambio de proceso físico, puede ser que no tenga un sistema modular. Algunos buenos recursos relacionados con la automatización modular incluyen las más recientes normas S88 y S95 de ANSI/ISA, que describen jerarquías modulares en la automatización de fabricación. Ambas normas han sido actualizadas y representan buenas prácticas de fabricación.

¿Qué puede hacer para acercarse a una estructura de automatización más modular? Para seguir adelante se sigue un proceso de tres pasos sencillos:

1. Establezca metas. Documente la estrategia de fabricación flexible de su área de producción. Identifique qué desea lograr y las ventajas asociadas.
2. Elabore un plan. Evalúe sus equipos y flujos de trabajo actuales y acuda a un consultor de automatización familiarizado con los conceptos de la norma S88. Identifique cómo su implementación actual respalda sus metas y dónde existen posibilidades de mejora.
3. Tome acción. Priorice las inversiones e implemente cambios con base en los proyectos que lo ayuden a lograr sus metas.

Nuestros consultores de soluciones son expertos en control por lotes y en automatización, y pueden ayudarlo a determinar el camino que queda por andar, sin importar dónde se encuentre en su viaje. En este mundo siempre cambiante, Rockwell Automation lo acompaña en cada paso del proceso para pivotear y poder superar la COVID-19 y otros desafios. Obtenga más información sobre cómo nuestros servicios de consultoría pueden ayudarlo.