La industria siderúrgica lidera el camino de la «producción inteligente» y aprovecha las oportunidades que presenta la cuarta revolución industrial.
Desde la perspectiva de la industria siderúrgica, Industry 4.0 significa acería casi autónoma. Las personas, los productos y las instalaciones de producción están totalmente conectados a través de Internet of Things (IoT).
Los sensores recopilan grandes cantidades de datos, y esa información luego es interpretada por inteligencia artificial (IA). Esto optimiza la línea de producción y crea sinergias en toda la instalación.
Bienvenido a la fábrica inteligente.
Los cerebros de la operación
La firma surcoreana POSCO opera dos de las acerías más grandes del mundo, en Gwangyang y Pohang, y produjo 41.6 millones de toneladas de acero en 2016. Su plataforma de software POSFrame reúne grandes cantidades de datos recopilados por un enorme grupo de sensores y luego los envía a informar los procesos de AI
«Mientras que antes teníamos silos de datos en todas partes, ahora ponemos todo allí», explica JinSoo Park, líder de proyecto de Smart Factory de POSCO.
Como cerebro de la operación, POSFrame ha tenido mucho que aprender, y POSCO ha estado pidiendo a su personal más experimentado que ayude a educar a su IA.
«Gran parte del gran conocimiento que tenemos está escondido dentro de nuestros operadores o ingenieros. Estamos tratando de sacar ese conocimiento de sus cabezas y codificarlo en algo que podamos llamar ‘inteligencia’ «, dice Park.
Una cita del famoso consultor de gestión y autor Peter Drucker es una máxima guía para POSCO y otros productores de acero: «Si no puede medirlo, no puede hacerlo». Si no puedes manejarlo, no puedes mejorarlo «.
Las siderúrgicas modernas, como estas en Tenaris Veracruz, México, procesan grandes cantidades de datos a diario
El Dr. Franz Androsch, Jefe de I + D e Innovación en la siderúrgica austriaca voestalpine, subraya que este potencial para la documentación completa de todos los pasos de producción es lo que define Industry 4.0 como un concepto.
«Una amplia gama de sistemas electrónicos de medición y monitoreo registran, conectan y utilizan automáticamente numerosos parámetros de máquinas y productos para controlar la máquina y garantizar la calidad. Esto hace que sea más fácil planificar tiempos de inactividad, aumentar la productividad y garantizar la mejor calidad «.
El knowhow desde el piso es el corazón de cualquier trabajo de inteligencia, y en el corazón de cualquier acería se encuentra el alto horno.
Voestalpine ya ha visto resultados impresionantes en su instalación integrada en Linz. Los altos hornos deben cargarse continuamente con capas alternas de coque y sinterizado; estas capas aseguran un flujo de gas uniformemente eficiente. Hasta hace poco, las irregularidades de la topografía y la temperatura eran difíciles de identificar. Ahora, utilizando tecnología de radar 3D, voestalpine ha podido desarrollar un modelo integral del proceso de carga que incluye la medición en tiempo real de las condiciones del alto horno, lo que ha conducido a mayores rendimientos y emisiones reducidas.
La convergencia de la experiencia de la fábrica y las nuevas tecnologías también hacen que el lugar de trabajo sea más seguro. Nippon Steel y Sumitomo Metal Corporation (NSSMC) intentan predecir situaciones peligrosas antes de que ocurran para convertirse en cero accidentes laborales.
Los ingenieros usan cascos inteligentes equipados con cámaras, sensores de gases peligrosos y acelerómetros. La tecnología Geo-fencing proporciona un sistema de posicionamiento interior dentro de la planta. Si un trabajador llega a un área que se sabe que es peligrosa, el casco puede alertarlo. Del mismo modo, si caen o terminan en una posición anormal, alerta al sistema.
Ya se disponía de conjuntos de datos sobre el proceso de fabricación de acero, pero las tecnologías de la cuarta revolución industrial están desbloqueando nuevas posibilidades que permiten a los productores de acero recopilar más datos de diferentes maneras a partir de una miríada de sensores inteligentes y sistemas inteligentes que se comunican a través de una red local.
Por ejemplo, cuando una losa se dirige al horno de recalentamiento, los sensores láser verifican la entrada de aire. Los resultados se transmiten a la IA para obtener la temperatura correcta en la placa. El calor de la parte superior e inferior de la losa se mide para medir si hay alguna diferencia.
«Es muy importante controlar ese diferencial. De lo contrario, la losa tendrá que pasar por otro proceso de laminación «, dice Park.
«Los datos nos permiten rastrear exactamente a qué operación y en qué posición ocurre un defecto en un producto. En qué turno y en qué día, y bajo qué condiciones «, Park JinSoo
«Una losa también se puede retorcer allí, y eso puede causar estragos en el proceso de producción y causar accidentes».
POSCO ha estado utilizando el mantenimiento basado en el tiempo para mantener sus equipos en buen estado de funcionamiento, y las fábricas inteligentes abren mayores posibilidades para mejorar esto.
«Estamos tratando de inyectar algún tipo de inteligencia en nuestros procesos para que podamos hacer más mantenimiento predictivo», dice Park.
«Eso significa que no solo estamos reduciendo el costo, sino también reduciendo el tiempo de inactividad no planificado».
Las plantas de acero son operaciones las 24 horas, los 7 días de la semana, que tienen que estar en línea. Del mismo modo que no puede reemplazar el motor de un avión mientras está en el aire, es muy difícil reemplazar las unidades individuales de a una por vez en la planta.
Para Androsch, «la digitalización también cambia la forma en que interactuamos con proveedores y clientes, por ejemplo, usando nuevas plataformas en línea, aplicaciones y otros sistemas que ofrecen seguimiento de pedidos y otros servicios». Como tal, abre posibilidades para modelos comerciales completamente nuevos.
El Dr. Martin Pei, Vicepresidente Ejecutivo y Director de Tecnología del productor siderúrgico sueco SSAB, prevé el desarrollo de un «ecosistema de fabricación» digital completo en el que los datos acumulados por las industrias tanto aguas arriba como aguas arriba se incorporen a toda la cadena de valor.
«Los participantes del ecosistema pueden proporcionar nuevos servicios e ingresar a nuevos puestos comerciales», dice.
Ahorro de energía Además de usar datos para obtener ganancias en productividad, los productores de acero están instalando medidores inteligentes y otros sensores para reducir sus emisiones de CO2 y reducir el desperdicio de energía. Muchas plantas generan una gran cantidad de su propia electricidad usando el gas de sus hornos y procesos de laminación.
Sin embargo, muchos también usan grandes cantidades de energía de la red, que siempre buscan reducir. Los diferentes grados de acero necesitan diferentes cantidades de energía y los sensores ahora pueden medir exactamente qué grados de acero son los más intensivos en energía.
Los productores de acero pueden entonces analizar el precio de la energía para posicionar ciertos grados en la línea de producción para que se fabriquen cuando la energía es más barata. Monitoreo de datos en la sala de control principal en Baotou Steel, China Medir y mejorar la inteligencia artificial también está reduciendo los costos cuando los productos se someten a galvanización en caliente.
Después de sumergir el acero, se coloca una cuchilla para cortarlo en base a mediciones en tiempo real. Esto permite un control estricto del peso y el ancho del recubrimiento de acero. «Si se cubre más de lo necesario en el proceso de galvanización es un costo adicional, por eso es importante que usemos lo menos posible», explica Park.
Al usar AI, POSCO ha mejorado su control del recubrimiento de 84% a 99% en desviaciones de calidad. Los datos recogidos en cada proceso individual contribuyen a un genoma digital para cada placa que pasa a través de la planta.
El gran número de conjuntos de datos que POSCO recopila ha aumentado exponencialmente porque muestra productos en cada paso del camino. Esto, a su vez, mejora la calidad y aumenta la satisfacción del cliente.
«Los datos nos permiten rastrear exactamente a qué operación y en qué posición ocurre un defecto en un producto», dice Park.
«En qué turno y en qué día, y en qué condiciones». Esto da como resultado una plena responsabilidad. También les brinda a los productores de acero la oportunidad de erradicar los defectos mediante mejoras continuas en circuito cerrado.
Y ahí radica el mayor desafío para implementar la fábrica inteligente: recopilar datos precisos. Todos los demás procesos dependen de este aspecto vital. La guía virtual pronto podría ser una realidad. Reunir al equipo correcto. Reunir al equipo correcto de personas también es muy difícil.
Un científico de datos puede trabajar en POSCO, pero es posible que no cuente con la experiencia específica requerida en el dominio. Para garantizar el éxito de las operaciones del equipo, la compañía ha estado ejecutando un programa «inteligente» para inculcar a sus ingenieros su «cultura inteligente» a fin de desencadenar un cambio de mentalidad a nivel de grupo.
Los clientes y proveedores también tienen acceso al programa, al igual que los jóvenes que buscan trabajo. «Los procesos y las plantas automatizados requieren empleados que entiendan cómo funcionan los robots, sus requisitos y cómo deben ser gestionados».
Dr. Franz Androsch «El desempleo en Corea es grave en este momento, por lo que también estamos abriendo el big data y AI Por supuesto para ellos «, dice Park. A pesar de los temores de que los robots le quiten empleos a las personas, Smart Factory no está llevando a una reducción en la fuerza laboral operativa en POSCO. En cambio, es menos probable que un empleado se encuentre en la fábrica y más probable que esté analizando datos o trabajando en I + D en la próxima innovación.
Para Androsch, este tipo de cambios no son sorprendentes. «Los procesos y plantas automatizados requieren empleados que entiendan cómo funcionan los robots, sus requisitos y cómo deben ser gestionados. Eso es mucho trabajo para los humanos. Hay instalaciones de capacitación para empleados implementadas en las plantas de producción relevantes «.
Ante la creciente competencia, no solo de otras compañías siderúrgicas, sino de una amplia gama de fabricantes de otros materiales, los productores de acero están adoptando las oportunidades que la industria 4.0 presenta para aumentar la eficiencia y mejorar sus credenciales de sostenibilidad.
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