CASO DE ÉXITO

Gemelo digital para tratamiento térmico

Para agilizar las operaciones y minimizar el riesgo de errores, SECO/WARWICK implementó las soluciones gemelas digitales de Siemens.

El proceso de tratamiento térmico de los metales es excepcionalmente complejo desde un punto de vista tecnológico. Exige mantener los parámetros operativos adecuados, así como condiciones de seguridad específicas. Esto plantea importantes desafíos para los fabricantes de hornos industriales modernos. Para minimizar el riesgo de posibles errores y mejorar los procesos de producción y montaje in situ, el Grupo SECO/WARWICK utiliza soluciones basadas en un gemelo digital proporcionado por Siemens.

SECO/WARWICK es un fabricante de hornos tecnológicamente avanzados para el tratamiento térmico de metales, diseñados y producidos de acuerdo con las necesidades individuales de los clientes. Un factor clave a la hora de seleccionar la tecnología y las soluciones técnicas del horno es el coste del cliente (carga de trabajo), es decir, el producto metálico que se va a tratar térmicamente. En función de esto, se seleccionan la tecnología, el proceso y la receta adecuados, que influyen en el nivel de complejidad del equipo y los sistemas de control. El tipo de tecnología de tratamiento térmico también determina la selección de medidas de seguridad que protegen a los empleados de los posibles peligros.

«Para un ingeniero de automatización que se dedica al diseño de hornos, es crucial conocer a fondo la tecnología y los parámetros del proceso, así como conocer los posibles riesgos. Por ejemplo, los hornos de tratamiento térmico al vacío se programan de forma muy diferente a los equipos utilizados para el procesamiento del aluminio o la metalurgia al vacío, a pesar de tener una estructura de hardware similar. Comprender la tecnología permite anticipar los posibles peligros e implementar las medidas de seguridad adecuadas»,
destaca Sławomir Wachowski, director de la División de Automatización de SECO/WARWICK.

SECO/WARWICK es un fabricante de hornos tecnológicamente avanzados para el tratamiento térmico de metales.

El gemelo digital admite el modelado y las pruebas

Para agilizar el trabajo y minimizar el riesgo de errores, SECO/WARWICK decidió utilizar las soluciones gemelas digitales de Siemens. La empresa utiliza, entre otros, el software SIMIT para crear modelos digitales de hornos de vacío, atmósfera y fusión. Esta herramienta también se utiliza para probar los sistemas de automatización antes de entregar el software para su puesta en marcha. La empresa también utiliza la unidad SIMIT para apoyar el proceso de producción y la configuración de los gabinetes de control mediante la simulación completa de las pruebas de los gabinetes de hardware. Para modelos más avanzados, como los sistemas de bombeo, el La plataforma de simulación Simcenter Amesim se utiliza para simular el rendimiento y ayudar a seleccionar el tamaño adecuado de las bombas de vacío.

«Actualmente, en nuestros modelos simulamos varios tipos de equipos. La razón principal por la que decidimos usar un gemelo digital fue la complejidad del software de control y la variedad de desafíos a los que nos enfrentábamos. Muchos de estos problemas solo se hicieron evidentes durante las pruebas y la puesta en servicio, es decir, en la fase final, cuando el equipo ya había salido de nuestras instalaciones»,
explica Radosław Gorowy, ingeniero de simulación y modelado digital en SECO/WARWICK.

Pruebas de horno «sobre el escritorio»

Las soluciones gemelas digitales utilizadas por SECO/WARWICK permiten identificar posibles errores y problemas ya en las primeras fases de trabajo en un dispositivo determinado.

Las soluciones gemelas digitales utilizadas por SECO/WARWICK permiten identificar posibles errores y problemas ya en las primeras fases de trabajo en un dispositivo determinado. El modelado y las pruebas con el uso de software de simulación mejoran significativamente la eficiencia del trabajo. También mejoran la fiabilidad de las soluciones que se están desarrollando. Como resultado, los hornos industriales para el tratamiento térmico de metales se pueden entregar y poner en marcha más rápido, a un coste menor y con menos mano de obra.

«La búsqueda de la innovación es un factor muy importante que impulsa el desarrollo de nuestra empresa. En este sentido, el gemelo digital ha cumplido plenamente nuestras expectativas. Se utiliza para modelar todos los equipos que producimos. En este momento, tenemos varios modelos preparados. Al principio, se crearon simulaciones para hornos de vacío, en los que ahora probamos a fondo nuestros sistemas de automatización. Actualmente, estamos desarrollando modelos para hornos de procesamiento de aluminio y metalurgia al vacío. También tenemos nuestra primera experiencia en el modelado de hornos atmosféricos, que representan un segmento importante de las soluciones que desarrollamos»,
explica Sławomir Wachowski.

SECO/WARWICK utiliza el software SIMIT, entre otras cosas, para simular las señales de entrada y salida de los sistemas de control, simular detalladamente el comportamiento de los dispositivos y modelar los procesos mediante bibliotecas tecnológicas dedicadas.

«En esta solución, SIMIT es la herramienta clave; sin embargo, para aprovechar al máximo sus capacidades, el sistema se ha ampliado con PLCSIM Advanced (un emulador de controladores) y WinCC para el panel de operador de la HMI. La integración con el TIA Portal permite modificar el programa de control en tiempo real (Software-in-the-Loop). El modelo de simulación también puede comunicarse con un controlador físico mediante SIMIT UNIT (Hardware-in-the-Loop)»,
explica Mariusz Waśkowicz, experto en soluciones de digitalización que apoya el proyecto en nombre de Siemens. Las pruebas de los equipos y la automatización se llevan a cabo literalmente «sobre el escritorio», donde se verifican las soluciones tecnológicas aplicadas antes de la puesta en marcha final.

«El armario de control está conectado a la unidad SIMIT y se ha probado con esta herramienta en términos de rendimiento de hardware y medición. Esto nos da la confianza de que no generará problemas y, si se produce algún problema in situ, se debe a otras causas relacionadas con la implementación física del proyecto, y no a los componentes que hemos utilizado,»
explica Wojciech Piasny, subdirector del Departamento de Automatización de SECO/WARWICK.

El software gemelo digital es solo uno de los muchos elementos del ecosistema de Siemens que utiliza el fabricante. Todo el sistema de control se basa en soluciones de Siemens. El control del sistema lo gestiona el controlador S7-1500 junto con sus módulos. Siemens también suministra ordenadores industriales y paneles táctiles que sirven de interfaz de usuario. Además, los sistemas de seguridad se basan en las soluciones de seguridad del fabricante. Los componentes de Siemens también se utilizan en los armarios de control, incluidos los contactores, el circuito

El software gemelo digital es solo uno de los muchos elementos del ecosistema de Siemens que utilizan SECO/WARWICK.

Los sistemas están controlados por el controlador y los módulos del S7-1500.

¿Cómo se comunica la modelo con el mando?

El modelado tiene en cuenta todos los procesos que se producen en el horno: el bombeo, el calentamiento del horno, la refrigeración y la carburación. En el mundo físico, este proceso lleva desde varias horas hasta, en el caso de ciertos dispositivos, incluso varios días. Mediante el uso de soluciones de simulación basadas en un gemelo digital del dispositivo, esto puede acelerarse significativamente y el horno puede probarse exhaustivamente mucho antes de que se cree su homólogo físico. Durante la modelización, se simulan los parámetros digitales y analógicos, como la temperatura y el vacío. Durante las pruebas, se verifica el funcionamiento de los interruptores, contactores y otros dispositivos conectados al armario de control, incluido todo el sistema de seguridad.

«El modelo contiene una representación digital de los componentes del dispositivo y de los componentes del armario de control. Todos estos elementos deben tener un equivalente digital en SIMIT. Con esta herramienta, creamos una biblioteca de componentes. Examinamos los componentes individuales del horno, su estructura y, a continuación, los representamos en el modelo que creamos. Basándonos en los diagramas eléctricos, conectamos el modelo al PLC mediante entradas/salidas, lo que nos permite probar el funcionamiento de los programas tecnológicos individuales. Una ventaja adicional es la posibilidad de utilizar las entradas y salidas disponibles», explica Radosław Gorowy.

La modelización tiene en cuenta todos los procesos que se producen en el horno: incluidos el bombeo, el calentamiento del horno, el enfriamiento y la carburación.

SECO/WARWICK construye modelos diseñados para reflejar la realidad de la manera más fiel posible. Pero eso no es todo, ya que también se crean simulaciones que generan datos sintéticos para su análisis. Estas simulaciones permiten al equipo de desarrollo, por ejemplo, probar soluciones dedicadas a la plataforma FurnacePlus, que amplía la funcionalidad de los dispositivos del Grupo con sistemas predictivos y de gestión energética. Comprender las necesidades de interfaz del cliente también es un aspecto importante del diseño de la solución, ya que la ergonomía es crucial por motivos de seguridad.

«Los clientes que no tienen que preocuparse demasiado por los peligrosos accidentes durante el funcionamiento del horno tienen necesidades diferentes a las de aquellos en los que, debido a la tecnología de procesamiento de materiales utilizada, el riesgo es significativo y puede tener graves consecuencias. En este último caso, se trata de operadores altamente cualificados que también necesitan una interfaz especializada en los dispositivos que utilizan»,
señala Marek Melnarowicz, director de ventas de Siemens Polska.

Las soluciones de prueba en las herramientas de simulación del gemelo digital se realizan durante la entrega del armario de control y el software. A continuación, el departamento de montaje implementa el diseño y realiza el montaje final del dispositivo. Por último, el departamento de servicio realiza las pruebas físicas. La confirmación final de que el modelo adoptado se ha implementado correctamente es su verificación en la instalación objetivo.

«Los modelos que utilizamos para la simulación y las pruebas son lo suficientemente maduros y rápidos como para crearlos y prácticamente nos ahorran tiempo. Y lo que es más importante, liberan valiosos recursos de automatización, ya que no tenemos que hacer que realicen pruebas físicas del dispositivo con servicio, ni en las instalaciones de SECO/WARWICK ni directamente en las instalaciones del cliente. El tiempo dedicado a preparar el modelo también vale la pena, ya que tiene más tranquilidad a la hora de planificar el trabajo, sobre todo porque cada modelo posterior nos cuesta menos debido a la biblioteca creada sucesivamente con nuestros propios componentes. Por lo tanto, el ahorro de tiempo gracias al gemelo digital es enorme»,
explica S. Wachowski.

Más rápido, seguro y económico

Tras varios meses trabajando con SIMIT y la Unidad SIMIT, SECO/WARWICK ve importantes beneficios en el uso de herramientas que ofrecen soluciones integrales para las pruebas de automatización. Entre las principales ventajas de implementar soluciones de modelado y pruebas está la reducción del tiempo necesario para el montaje y la puesta en marcha de los hornos en las instalaciones del cliente.

«Antes de implementar el gemelo digital, en el caso de un horno de vacío, las pruebas combinadas con las pruebas tecnológicas duraban de 2 a 2,5 semanas para un técnico de servicio y de 4 a 5 días para un ingeniero de automatización. Las pruebas del modelo creado redujeron su carga de trabajo varias veces. En los sistemas compuestos por varios o una docena de dispositivos, estos tiempos se reducen proporcionalmente, de una media de 400 a 500 horas a 100 a 150, lo que se traduce en un ahorro significativo. También se reduce la carga de trabajo de los instaladores eléctricos. Reducir los costes es importante, pero la sensación de certeza de que el dispositivo funcionará correctamente in situ no tiene precio»,
explica Sławomir Wachowski.

Al utilizar un gemelo digital, se puede probar exhaustivamente el horno mucho antes de que se cree su equivalente físico.

Modelo de nube

Otra ventaja importante de utilizar un gemelo digital es la mayor calidad del producto final.

Otro aspecto interesante del uso de un gemelo digital son sus implicaciones empresariales. Un modelo de horno de vacío basado en la nube permite a los vendedores demostrar el rendimiento del dispositivo a los clientes actuales y nuevos. Otra función innovadora es la posibilidad del equipo de desarrollo de probar soluciones avanzadas de gestión de dispositivos. Gracias al modelo basado en la nube, ya no necesitan datos físicos para las pruebas. En el futuro, Simcenter Amesim también permitirá a SECO/WARWICK crear modelos matemáticos avanzados de máquinas de aprendizaje.

«Gracias a trabajar con Amesim, hemos podido comprobar la precisión con la que podemos modelar el consumo de energía, los cambios térmicos y los cambios dinámicos de la presión del gas. Vemos un gran potencial en Amesim para crear modelos aún más precisos, que luego podamos utilizar como componentes del SIMIT y representar con mayor precisión la realidad en el mundo digital»,
dice Wojciech Pisany.

Según Mariusz Waśkowicz de Siemens, un gemelo digital no solo proporciona beneficios organizativos y económicos tangibles, sino que también indica un cambio en la dirección del desarrollo de la automatización e incluso influye en la formación de los especialistas en automatización actuales y futuros.

«El uso de un gemelo digital permite un entrenamiento eficaz, por ejemplo, para los responsables de la operación o el mantenimiento de las máquinas. Esto les permite entender perfectamente el dispositivo o toda la línea de producción incluso antes de que interactúen con el objeto físico, y así aprender a manejarlo de forma eficaz y más rápida. También prestarán atención a aspectos específicos del trabajo e identificarán más rápidamente los síntomas de los posibles fallos y, en consecuencia, el tiempo de inactividad de la línea», explica Mariusz Waśkowicz.

Marek Melnarowicz también señala el impacto de un gemelo digital en la percepción de la profesión de la automatización y en el desarrollo de nuevas direcciones para la formación de los especialistas en automatización industrial.

«Gracias a la modelización, el mundo de la automatización de los PLC se acerca a la TI. El desarrollo del gemelo digital significa que el mundo físico ya no nos une y podemos trabajar en los componentes de máquinas y dispositivos y en el software que los controla antes de que se implementen en condiciones reales», explica Marek Melnarowicz.