Automatización en la fabricación por lotes para la industria química

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En el competitivo mundo de la industria química, la eficiencia y la calidad son imperativos clave para el éxito

La fabricación por lotes es una práctica común en esta industria, y su optimización a través de la automatización es crucial para mantenerse a la vanguardia. Entre las herramientas más vitales se encuentran los sistemas de gestión de recetas, que desempeñan un papel crucial en la mejora de la eficiencia y la calidad del proceso productivo. En este artículo, exploraremos cómo estos sistemas transforman la fabricación por lotes en la industria y los beneficios que aportan.

Sistemas de Gestión de Recetas en Fabricación por Lotes en la Industria Química

Ubicados dentro de la capa de sistemas de ejecución de fabricación (MES/MOM), actúan como un vínculo vital entre los sistemas de gestión empresarial (ERP) y la capa de control de procesos físicos. Basados en estándares reconocidos como el ISA88, estos sistemas proporcionan una estructura sólida y eficiente para el diseño y la implementación de sistemas de control de fabricación por lotes.

Un gestor de recetas integrado a último nivel permite el intercambio de información con el resto de los módulos y aplicaciones de gestión de la planta en la misma capa o en capas superiores.

Funcionamiento

Utilizando fórmulas y listas de materiales, define con precisión los ingredientes y las cantidades necesarias para la producción de productos específicos. Además, especifica los procedimientos y parámetros de procesamiento para garantizar la calidad y consistencia del producto final.

Todo el conocimiento de lo que se quiere fabricar (cómo, cuánto y cuándo) forma parte del conocimiento de cada empresa. Ahora, lo que lo sistemas de gestión de recetas ofrecen es que esto suceda de la mejor forma posible y con el mínimo esfuerzo, es decir, que se haga automáticamente. Y aquí es donde interviene nuestro gestor de recetas.

Por medio de fórmulas o listas de materiales, definimos los ingredientes y cantidades de cada uno de nuestros productos, en base a una cantidad de referencia, es decir, independientemente del tamaño de lote que decidamos lanzar. Estas fórmulas pueden ser definidas en el sistema ERP o en otro módulo del sistema MES/MOM y ser exportadas hacia el gestor de recetas.

Tenemos ahora que especificar cómo vamos a combinar esos ingredientes para que se conviertan en el producto tal y como lo hemos diseñado. Observemos por un momento a la parte física de nuestro proceso: las unidades de fabricación.

Nos referimos a los reactores, fusoras, depósitos de premezcla, perfectamente equipados con sistemas automatizados de dosificación, de regulación de presión, temperatura y pH, agitadores, emulsionadores… Todo ello gobernado y monitorizado por sus correspondientes PLCs y sistemas SCADA. Sobre esta capa de control de los procesos individuales actuará nuestro gestor de recetas.

Generalmente, varios productos del mismo tipo se fabrican del mismo modo, pero con diferentes fórmulas, en las que apenas algunos ingredientes varían.

El resultado es una hoja de proceso digitalizada que, si bien se va a ejecutar de forma automática, aglutina tanto tareas automáticas como manuales. Esta hoja es en realidad una plantilla, que asociaremos a todo el conjunto de fórmulas de nuestros productos.

alt: "hoja de proceso digitalizada"

Una clara ventaja de haber creado una única receta es que, al optimizar el proceso en las primeras fases de pruebas, todas las modificaciones quedan centralizadas en un punto, pudiendo además guardar y gestionar las diferentes versiones.

Proceso de Fabricación Automatizado

Una vez definida la receta maestra y establecidos los parámetros de procesamiento, el gestor de recetas toma el control total de la ejecución del proceso de fabricación.

Ordenamos los pasos a seguir en la fabricación de toda nuestra línea, como quien construye una estructura cuyas piezas son los procesos automáticos de cada una de las unidades de fabricación. Sobre estos procesos fijamos una serie de consignas que deberán cumplirse para garantizar la calidad óptima del producto final: tiempos, temperaturas, presiones, velocidades… Es posible incluso introducir procedimientos manuales o controles de calidad, dando instrucciones precisas de las acciones a realizar por los operadores, lo que facilita su trabajo y reduce los descuidos.

En comunicación con la capa de control subyacente, el gestor va a liderar la ejecución del proceso como un director de orquesta, que no toca ningún instrumento, pero marca quién, cuándo y cómo: irá lanzando procesos con las consignas fijadas y recopilando resultados. Los operadores de planta podrán hacer un seguimiento de la fabricación e interactuar, cuando sea requerido, por medio de las interfaces de control y monitorización tanto del sistema SCADA como del propio gestor.

alt: "Gestor de recetas"

Toda esa información recopilada en el transcurso de la receta es registrada con el fin de generar un informe de resultados de la orden de fabricación lanzada. Con este informe podremos analizar todo lo sucedido para estudiar incidencias o realizar correcciones y mejoras. Además, parte de los resultados serán retornados al resto de sistemas de gestión planta, que podrán elaborar sus propios informes específicos.

Se cierra de este modo el círculo del flujo de información hacia el punto de partida, obteniendo por el camino y de forma completamente automatizada el producto real que habíamos diseñado en el laboratorio, con la calidad deseada y un coste controlado.

Beneficios y Resultados

La implementación de sistemas de gestión de recetas en la fabricación por lotes ofrece una amplia gama de beneficios. Estos incluyen una mayor eficiencia operativa, una reducción de errores y una mejora en la trazabilidad de los productos. Además, la capacidad de optimizar y estandarizar los procesos de producción contribuye significativamente a una mejora general en la calidad del producto final. Los informes detallados generados por estos sistemas proporcionan una valiosa retroalimentación para la mejora continua del proceso.

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