Copyright © 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.

Axel RodriguezProduct Manager, Control & Visualization Business Rockwell Automation

Oportunidades y desafíos de la simulación, desde el sistema de control hasta la planta.

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.

Existe la necesidad de Emular y de Simular para obtener una visión completa del sistema.

Emulación del sistema de control

Simulación de equipamiento o dispositivos

Simulación del

proceso

Por qué simulación ?

• 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 ? No Simulo ?

Tiempo de implementación

corto

Costo de errores es alto

Recursos limitados

Riesgo alto

Curva de aprendizaje muy

empinada

Tiempo de implementación no

es crítico

Costo de simular muy alto

El costo de la 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.

$$$$

Nivel de DetalleBajo Realista

Costo

$Hay un compromiso entre el nivel

de detalle y el costo de simular

Nivel de SimulaciónPartes Sistema

Máquinas / Líneas

• Línea de empaquetado• Cintas transportadoras• Celdas de Producción• Tanques, etc.

Los niveles de simulación de procesos industriales

Mecanismos simples

• Bomba• Cuchilla• Mecanismos• Bobinadoras

Aplicaciones Complejas

• Generadores eólicos• Compresores• Sistemas complejos, 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

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 de Control

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 AplicaciónMecanismos 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 AplicaciónAplicaciones 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 AplicaciónMáquinas / Líneas

• Máquinas– 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 AplicaciónPlantas / Procesos

• 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

La simulación/emulación es una poderosa herramienta para:• Detección temprana de potenciales problemas• Análisis de escenarios• Justificación de inversiones• Validación de sistemas

En Resumen…

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 ?