Automatización de Procesos, una Decisión Gerencial
AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS AUTOMATIZACIÓN UNA DECISIÓN GERENCIAL
Fernando Romero E . Gerente Control de Procesos AngloAmerican Chile
Automatización de Procesos, una Decisión Gerencial
OBJETIVOS Y MOTIVACIÓN •
Esta presentación se desarrolla como una discusión abierta, tratando de destacar los temas claves de las Tecnologías de Automatización, Información y Comunicaciones aplicadas a la Industria Minera, y en part particu icula larr al Proc Proces esam amie ient nto o de Mine Minera rale les. s.
•
Se describe el problema de pasar de los datos de procesos a la toma de deci decisi sion ones es de nego negoci cio. o.
•
Se plantea un análisis sobre los factores críticos de éxito presentes en la inte integ graci ració ón de esta estass tecn tecnol olo ogías ías a la Ind Industr ustria ia Min Minera era.
•
Se con conclu cluye con una vis visión del futuro cer cercano.
Automatización de Procesos, una Decisión Gerencial
OBJETIVOS Y MOTIVACIÓN •
Esta presentación se desarrolla como una discusión abierta, tratando de destacar los temas claves de las Tecnologías de Automatización, Información y Comunicaciones aplicadas a la Industria Minera, y en part particu icula larr al Proc Proces esam amie ient nto o de Mine Minera rale les. s.
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Se describe el problema de pasar de los datos de procesos a la toma de deci decisi sion ones es de nego negoci cio. o.
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Se plantea un análisis sobre los factores críticos de éxito presentes en la inte integ graci ració ón de esta estass tecn tecnol olo ogías ías a la Ind Industr ustria ia Min Minera era.
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Se con conclu cluye con una vis visión del futuro cer cercano.
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EMPRESA MINERA DE CLASE MUNDIAL El nuevo escenario económico (*): • • •
Desarrollo exponencial de la ciencia y la tecnología. Liberación de los mercados. Mercados Virtuales.
Alta complejidad y desaf í í os os para la Empresa en la actualidad
Desaparece Desaparecen n las ventajas ventaja s com petitivas tradicionales •
Fácil acceso a los adelantos tecnológicos.
•
El conoc conocimie imiento nto se ha tran transfo sforma rmado do en un un “commo “commodit dity”; y”; la aplic aplicaci ación ón del del conoc conocimie imiento nto
•
es lo que hace la diferencia. La localización geográfica ha disminuido su importancia. (*) Enrique Jofre (Dic 2006), “Gestión Minera 2015: De la cadena del valor a la red de valor” . I SEMINARIO GESTIÓN Y TECNOLOGÍAS PARA EL FUTURO Académico del Departamento de Ingeniería Industrial Universidad de Chile y Asesor en Estrategias de Negocio de Empresas Mineras
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EMPRESA MINERA DE CLASE MUNDIAL Qué es una Empresa de Clase Mundial?(*): •
Compañías que compiten globalmente y que obtienen sistemáticamente rendimientos superiores a los promedios de la Industria, a nivel internacional.
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El centro de gravedad de su desempeño lo componen indicadores de negocio desde todas las perspectivas, los “stakeholders”: accionistas, trabajadores, clientes, comunidad y proveedores.
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En forma constante y sistemática cumple y supera las expectativas de todos sus involucrados, los “stakeholders”.
(*) Enrique Jofre (Dic 2006), “Gestión Minera 2015: De la cadena del valor a la red de valor” . I SEMINARIO GESTIÓN Y TECNOLOGÍAS PARA EL FUTURO Académico del Departamento de Ingeniería Industrial Universidad de Chile y Asesor en Estrategias de Negocio de Empresas Mineras
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EMPRESA MINERA DE CLASE MUNDIAL Características de Empresas Mineras de Clase Mundial (*): • • • • • • • • • • • •
Baja frecuencia de accidentabilidad. Alta productividad laboral. Alta utilización de equipos e instalaciones. Bajo costo unitario de operación (primer cuartil). Bajo ausentismo. Clientes satisfechos (externos e internos). Máxima recuperación del mineral en el proceso. Optimización de uso de recursos hídricos y energéticos. Mínima variabilidad del proceso. Minimiza tiempos de flujo. Automatización y control remoto de las instalaciones. Reducción permanente de inventarios. (*) Enrique Jofre (Dic 2006), “Gestión Minera 2015: De la cadena del valor a la red de valor” . I SEMINARIO GESTIÓN Y TECNOLOGÍAS PARA EL FUTURO Académico del Departamento de Ingeniería Industrial Universidad de Chile y Asesor en Estrategias de Negocio de Empresas Mineras
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METAS DE LA INDUSTRIA MINERA •
Meta 1: Bajar los costos de producción.
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Meta 2: Lograr un balance aceptable de efectos económicos, ambientales y sociales.
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Meta 3: Manejar el riesgo tecnológico y la inversión.
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Meta 4: Mejorar la seguridad, salud e higiene de la industria.
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Meta 5: Mejorar la eficiencia energética a través de la implementación de mejoras tecnológicas.
Miguel A. Durán, Presidente Consejo Minero, Presentación Ceremonia Inaugural AUTOMINING2010
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TENDENCIAS Y DESAFIOS EN LA INDUSTRIA MINERA •
La necesidad de cobre aumentará en el futuro y la minería deberá manejar esta creciente demanda.
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La explotación de depósitos con leyes más bajas, a mayor profundidad y con mayores grados de complejidad se harán mas viables, y los métodos mineros estarán dominados por operaciones subterráneas.
•
Las demandas laborales tenderán a aumentar con lo cual se requerirán aumentos de productividad.
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Considerando que la tecnología actual es intensiva en el uso de energía y que los costos de energía están aumentando, se requerirán procesos mas eficientes en materia energética.
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Regulaciones más estrictas en materia de salud y medio ambiente generan una necesidad creciente por mejorar la seguridad, la salud y la higiene de los trabajadores expuestos. Miguel A. Durán, Presidente Consejo Minero, Presentación Ceremonia Inaugural AUTOMINING2010
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TENDENCIAS Y DESAFIOS EN LA INDUSTRIA MINERA •
El uso de la tierra, el agua y la energía continuará siendo un desafío relevante para la industria minera.
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Maximizar y promover las buenas comunicaciones con la comunidad ayudarán a manejar el impacto social de la actividad minera.
•
Volatilidad del precio de los metales.
•
Competencia de productos alternativos de más bajo costo.
•
Continuará la presión por reducir los costos operacionales y los montos de inversión.
•
La demanda y oferta de mano de obra es un tema actual y del futuro.
•
Capacidad de investigación y desarrollo e infraestructura en constante cambio.
Miguel A. Durán, Presidente Consejo Minero, Presentación Ceremonia Inaugural AUTOMINING2010
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EMPRESA MINERA DE CLASE MUNDIAL … para hacer que las cosas ocurran
Las tecn olo gías d e Inf or m ación, Com un icacio nes y Automatización, m ediante un a co rrecta im plem entación y explo tación, perm iten apalancar los objetivos del negocio co m pleto.
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BASES DEL CONTROL DE PROCESOS
•
PROCESO: Cualquier operación o secuencia de operaciones que involucran un cambio de energía, estado, composición, dimensión u otra propiedad que puede ser definida con respecto a un dato (ISA S5.1-1994).
•
CONTROL DE PROCESO: Corresponde a la regulación o manipulación de variables que influyen en la conducta de un proceso, de forma tal de obtener un producto en la cantidad y calidad deseada, de una manera eficiente.
Nos referiremos a procesos “artificiales”, es decir,
creados por el ser humano para un propósito determinado.
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BASES DEL CONTROL DE PROCESOS
Algunas reflexiones …. •
Los PROCESOS son diseñados a priori por el ser humano para lograr un propósito de transformación definido. Es menester de las disciplinas de Ingeniería aprender de la experiencia y establecer las mejores prácticas y estándares en el diseño.
•
El CONTROL DEL PROCESO es una actividad que se ejecuta sobre un proceso existente, luego su alcance siempre está limitado por el diseño de éste. El control no arregla malos diseños de procesos.
•
Un buen diseño del proceso es siempre mucho más rentable que el buen diseño de la estrategia de control; pero una mala estrategia de control puede hacer ineficiente a un proceso bien diseñado.
•
El diseño del proceso – “Planta Estándar”- define el conjunto completo de restricciones físicas de éste y por lo tanto el espacio (multidimensional) donde éste se desenvolverá, es decir, OPERARÁ. Típicamente el diseño queda representado en los “diagramas de flujo” del proceso.
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BASES DEL CONTROL DE PROCESOS Por qué Automatizar? •
AUTOMATIZACIÓN: Es la conversión de un proceso, procedimiento o equipo a una operación que se realiza sin la intervención de persona alguna (operación automática).
•
CONTROL AUTOMÁTICO DE PROCESOS: Corresponde a sistemas que realizan el control del proceso mediante el uso de equipos especiales llamados controladores (o computadores), con el objetivo de minimizar la intervención del ser humano.
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BASES DEL CONTROL DE PROCESOS Por qué Automatizar? Existen procesos o sub-procesos que son inherentemente estables o se ajustan por sí mismos (por diseño) a las variaciones admisibles de su entrada. A u t o c o n t r o l a d o s; no requieren de control externo adicional .
Procesos que requieren ser observados y necesitan un control automático externo adicional: • • • • •
Los inherentemente inestables (debieran evitarse?) Donde hay que cautelar que no se llegue o sobrepase restricciones. Donde es necesario encadenar o coordinar un sub-proceso con otros (secuencias). Donde es necesario ajustar el proceso a nuevas condiciones: mover el punto de operación, contrarrestar el efecto de perturbaciones. Donde la acción necesaria sobre el proceso demanda esfuerzo físico, es riesgosa, es remota o son muchas acciones a la vez.
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BASES DEL CONTROL DE PROCESOS Por qué Automatizar? •
Los Procesos Minero-Metalúrgicos son procesos físico-químicos-biológicos complejos: de parámetros distribuidos, presentan retardos, no linealidades y son escencialmente multivariables.
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A la fecha todavía falta un mayor grado de conocimiento de las relaciones entre las variables de proceso, déficit de modelos, además de un déficit de sensores para su medición en tiempo real con exactitud y precisión. Gran oportunidad para el desarrollo y uso de sensores virtuales.
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La principal entrada a los procesos metalúrgicos es a su vez la principal perturbación: variabilidad de las características físicas y químicas del mineral ROM de alimentación.
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CONTROL AUTOMATICO DE PROCESOS Fundamentos
Todo comienza en una medición.
SENSORES
Si no se puede medir, no se puede controlar.
El control es, en esencia, una acción de corrección.
LUEGO, ES CLAVE MEDIR BIEN
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CONTROL AUTOMATICO DE PROCESOS Fundamentos
Con las mediciones necesarias y suficientes disponibles se determina el estado del proceso y se “deciden” las correcciones (ajustes) en forma
dinámica:
CONTROLADORES
Requiere conocimiento del proceso: MODELOS.
Para optimizar es necesaria la capacidad de predicción.
LUEGO, ES CLAVE DEFINIR BIEN LAS CORRECCIONES
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CONTROL AUTOMATICO DE PROCESOS Fundamentos
La corrección sobre el proceso se ejecuta a través de equipos especiales (otros procesos en sí):
ACTUADORES
Deben ser capaces de modificar la conducta del proceso a controlar.
Deben responder fielmente a la acción determinada por el controlador.
LUEGO, ES CLAVE ACTUAR BIEN
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CONTROL AUTOMATICO DE PROCESOS Fundamentos Estructura de un Sistema de Control Automático
SISTEMA DE CONTROL (DCS, PLC)
PERTURBACIONES
LAZO DE CONTROL AUTOMATICO ACCIONES AUTOMATICAS REFERENCIAS
RESULTADOS CONTROLADORES
ACTUADORES
(ALGORITMOS)
MEDICIONES SENSORES
INSTRUMENTACION DE TERRENO
PROCESO
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CONTROL AUTOMATICO DE PROCESOS Fundamentos De los DATOS a la toma de DECISIONES: •
Los datos de proceso son usados por los lazos de control automático y el “control humano” a diferentes niveles de decisión.
•
Origen de los datos de proceso: Instrumentación de terreno en línea, Instrumentación fuera de línea (datos de laboratorio, mediciones en terreno), Datos manuales (ingresados por alguna persona).
•
El “proceso de medición” para llegar a un dato: ingeniería de instrumentación.
•
Cada dato debe ser validado y debe “conversar” con otros datos del Proceso: – Validación minimizando los errores de medición. – Reconciliación de datos de proceso y detección de errores gruesos. Existe un modelo de proceso subyacente : balance de masa y/o balance de energía.
•
Generación de información con significado que incrementa el conocimiento y finalmente permite la toma de decisiones (acciones) correctas. El problema principal no es extraer inform ación de los datos sino disponer de datos co rrectos.
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CONTROL AUTOMATICO DE PROCESOS Fundamentos De los DATOS a la toma de DECISIONES: REAL TIME INFORMATION MANAGEMENT (ISA S95 Levels 1, 2 & 3)
M
OPERATOR
TRANSACTIONAL INFORMATION MANAGEMENT (ISA S95 Levels 4 & 5)
REAL TIME INFO
SP*
BUDGETING & PLANNING INFO
SP
SP : low level set-point SP* : high level set-point
PROCESS
AUTOMATIC DECISIONS
AUTOMATIC CONTROL ALGORITHM (REAL TIME)
ACTUATORS AUTOMATIC ACTIONS
OPERATIONAL INFORMATION
OPTIMISING ALGORITHM (REAL TIME)
OPTIMISING ALGORITHM
BUSINESS MODEL
PROCESS MODEL (REAL TIME)
BUSINESS INFORMATION
SENSORS AUTOMATIC DATA
RELATIONAL DATA BASES
ASSETS MODEL PROCESS DATA BASES (REAL TIME)
MANUAL MEASUREMENT
M
MANUAL DATA •
PROCESS INFORMATION
PROCESS DATA BASES (RELATIONAL)
Laboratory Observations Other measurements
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PROCESS DATA VALIDATION & RECONCILIATION
OTHER SOURCES OF INFORMATION
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Fernando Romero Manager Process Control Anglo American Chile Anglo Copper BU
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CONTROL AUTOMATICO DE PROCESOS Fundamentos De los DATOS a la toma de DECISIONES: 1.
Usar las Bases de Datos de Proceso (RTDB+RDB) para: Generar Modelos de Procesos: • Para el control del proceso. • Análisis de capacidad y restricciones. • Optimización en tiempo real (optimización dinámica). •
Detectar “patrones” de comportamiento.
Calcular (o estimar) KPIs de Proceso en tiempo real. • Monitoreo del desempeño del proceso. • Monitoreo del estado de salud de activos. • Monitoreo de la estructura del proceso. Generar un Modelo de Activos (infraestructura centrada en activos).
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CONTROL AUTOMATICO DE PROCESOS Fundamentos De los DATOS a la toma de DECISIONES: 2.
Desarrollar el Sistema de Información de Procesos sobre las Bases de Datos de Procesos (RTDB+RDB). Algunas aplicaciones: Contabilidad Metal ú rgica . Balances de Energ ía . Balances de Agua . Monitoreo Medioambiental . Coordinaci ón Mine - to - Mill ( trazabilidad de la composici ón del mineral a la Planta ) •
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•
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Gesti ón del Desempe ño de Activos
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CONTROL AUTOMATICO DE PROCESOS Fundamentos De los DATOS a la toma de DECISIONES: 3.
La Información de Proceso junto a otras fuentes de Información del Negocio permiten calcular sus indicadores claves de desempeño KPI de alto nivel. Sólo la información de proceso validada y reconciliada, habilita la integración al nivel 4 “Planificación del Negocio y Logística”. … y de allí a “Business Intelligence” (nivel 5)
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CONTROL AUTOMATICO DE PROCESOS Fundamentos De los DATOS a la toma de DECISIONES:
La importancia del diseño y construcción de plataformas integradas (tecnologías) para automatizar el flujo y gestión de información y mejorar la toma de decisiones. Imprescindible disponer de un marco de referencia y estándares para la Integración de Sistemas. Única posibilidad de capturar el máximo beneficio de un proceso dado.
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FACTORES CRÍTICOS DE ÉXITO (para la implementación de una plataforma integrada de automatizaci ón y gestión de información)(*) •
Respaldo Institucional.
•
Liderazgo.
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Sociabilización y Plan de Comunicación.
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Involucramiento de la Organización.
•
Capacitación.
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Excelencia en la Operación.
•
Soporte a los Sistemas. (*) GESYNEG Ltda., Enrique Jofré.
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EL ESTADO ACTUAL Proyecto AMIRA P893: “A Review and Benchmark of Process Control and Automation at Copper Concentrators” (March 2005).
Algunas necesidades futuras identificadas (el 2005): • Integración y coordinación operacional de áreas y subprocesos. • •
Resolver problemas de instrumentación mediante mantención predictiva. Asegurar la sintonía óptima de controladores PID.
•
Uso de instrumentación avanzada.
•
Uso de algoritmos de control avanzados.
•
Disponibilidad de información en tiempo real integrada para “Mine -to-Mill”. Problema de visión
global de los operadores. •
Uso de simuladores a escala completa de plantas de procesamiento de minerales.
•
Integración de los niveles de Control de Procesos, Planificación de la Producción y Gestión del Negocio.
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EL ESTADO ACTUAL Proyecto AMIRA P893A: “Training in Automation for Optimising the Profitability of Technology Investments” (November 2007). Algunas conclusiones: •
Para maximizar la rentabilidad de las tecnologías de automatización, es necesario considerar las siguientes habilidades adicionales: detección temprana de condiciones inseguras o subestándares, uso de técnicas de análisis de información, y capacidad de reaccionar frente a variaciones en el proceso y/o instrumentación, usando las capacidades de los equipos disponibles y la misma instrumentación.
•
El operador requerirá cada vez mayores competencias de análisis y toma de decisiones en línea (y tiempo real), basadas en un profundo conocimiento de los procesos, las capacidades de los sistemas de control automático y el impacto económico de sus decisiones sobre todos los objetivos de negocio.
•
Respecto a la función de mantención, el mantenimiento preventivo (basado en el monitoreo de condiciones) jugará un rol cada vez más significativo en el desempeño de los procesos.
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EL ESTADO ACTUAL Proyecto AMIRA P893A: “Training in Automation for Optimising the Profitability of Technology Investments” (November 2007). Algunas conclusiones (continuación): •
El entrenamiento es sin lugar a dudas una parte esencial de la Gestión en Automatización.
•
La herramienta más apropiada para integrar las diferentes metodologías de entrenamiento es el Simulador para Entrenamiento del Operador.
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TEMAS CLAVES Y DESAFIOS •
El potencial que ofrecen las Tecnologías de Automatización y Control ha permeado hacia la Alta Gerencia, como lo comprueban diversos hechos: asociación con el negocio y la innovación, nuevas organizaciones, presupuestos específicos, etc. Gestión d e la Au tom atización en la Indu stria.
•
Las empresas proveedoras están potenciando significativamente su oferta de productos y servicios, obligando a las empresas productivas a reforzar y actualizar sus cuadros profesionales. Gestión d e la Oferta Tecno lógica en Au tom atización.
Dr. Aldo Cipriano,
Control Avanzado en Procesamiento de Minerales: Productos , Desaf í os y Soluciones .
“
4° Seminario de Acercamiento Tecnológico
”
–
CODELCO, Calama, Junio 2008]
.
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TEMAS CLAVES Y DESAFIOS •
Siendo el recurso humano calificado fundamental para la aplicación exitosa de las Tecnologías de Automatización y Control, en Chile la formación y el entrenamiento en estos temas presenta falencias evidentes. Gestión del Camb io.
•
Para superarlas se requiere una mayor y mejor comunicación entre empresas y centros de formación, y aprovechar más eficientemente las potencialidades que la misma tecnología pone a disposición. Gestión d el Conocim iento.
Dr. Aldo Cipriano,
Control Avanzado en Procesamiento de Minerales: Productos , Desaf í os y Soluciones .
“
4° Seminario de Acercamiento Tecnológico
”
–
CODELCO, Calama, Junio 2008]
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UNA VISIÓN DEL FUTURO CERCANO
Electrónica cada vez de menor costo y nanotecnología: sensores “inteligentes” distribuídos en todo el proceso.
Redes de alta velocidad, redes inalámbricas, para monitorear todo los sensores.
Gigantesca capacidad de procesamiento computacional y almacenamiento en bases de datos.
Manipuladores robóticos para tareas riesgosas y de gran esfuerzo físico.
Sala de Operación Centralizada y Remota: las personas como eje central del diseño.
Gestión del Conocimiento: Centros de Excelencia conectados en tiempo real a los procesos.
