AEI 515 - Modelos virtuales para la optimización de la puesta a punto de equipos

El centro tecnológico IK4-Tekniker trabaja en el desarrollo de gemelos digitales, que permiten mejorar el proceso de desarrollo del software de control de equipos y evitan malfuncionamientos durante las primeras pruebas. El centro tecnológico presentó la metodología virtual commissioning en un caso de aplicación en el congreso Basque Industry 4.0 celebrado a finales de noviembre.

En la actualidad no solo los sistemas ciberfísicos (CSP), la inteligencia artificial, el Internet de las cosas (IoT) o el big data, entre otras, se presentan como tecnologías disruptivas para hacer frente a un contexto de industria 4.0 cada vez más exigente y competitivo. En este contexto, herramientas de simulación se aplican cada vez más para incrementar la eficiencia de los procesos productivos. Como los gemelos digitales, una de las tendencias que se está intensificando con el tiempo.

Los gemelos digitales son modelos virtuales de equipos que permiten comprender y predecir las características de rendimiento de su equivalente real/físico. Se utilizan a lo largo de todo el ciclo de vida del equipo para simular, predecir y optimizar el equipo antes de invertir en prototipos y equipamiento físico.

En este contexto, IK4-Tekniker trabaja en el desarrollo de gemelos digitales que permiten probar, corregir y validar el software de equipos antes de disponer de la solución física/real para depurar su funcionamiento. Esto es especialmente interesante cuando la disponibilidad del equipo para su puesta a punto es reducida o se encuentra en lugares inaccesibles.

Durante el proceso tradicional de desarrollo de un equipo, los subsistemas que lo integran (mecánico, eléctrico, control, software, etc.) se desarrollan de manera independiente, de modo que no es posible probar y validar los subsistemas hasta una etapa avanzada de desarrollo.

En particular, el software de control suele ser el último eslabón de la cadena de fabricación y montaje, por lo que los tiempos de prueba y validación destinados a este subsistema se suelen ver reducidos debido a afecciones acumuladas a lo largo del proyecto. Además, el riesgo de generar daños severos al equipo al probar el software, dificulta la realización de pruebas para todas las condiciones de funcionamiento y de error posibles. Por tanto, se necesitan nuevas metodologías de verificación.

IK4-Tekniker aplica la metodología denominada “puesta a punto virtual” (en inglés, virtual commissioning) que consiste en emplear modelos virtuales para probar el software de control del equipo antes de disponer de él (conexión y puesta en marcha virtual del equipo), de manera que las pruebas se realicen en fases más tempranas del proyecto pudiendo detectar errores con antelación. Así, es posible alcanzar la fase de puesta a punto con un software de control más depurado.

En conclusión, esta metodología aplicada a la programación del software de un equipo ofrece una gran cantidad de mejoras que se resumen en la minimización de tiempo de puesta a punto, la reducción de riesgos de accidente, la posibilidad de realizar tests automáticos y evitar la repetición de errores, la mejora de calidad de software, así como la mejora de mantenibilidad del software.

Caso de éxito

IK4-Tekniker aplicará esta metodología de virtual commissioning en el desarrollo y puesta a punto de los sistemas de control del Gran Telescopio para Rastreos Sinópticos (LSST), el telescopio más avanzado del mundo, que entrará en funcionamiento en Chile en 2020.

En concreto, el centro tecnológico montará un sistema de hardware in the loop (simulaciones que sirven de interfaz entre el modelo de planta y el sistema integrado bajo prueba) para los dos principales controladores del telescopio, unidos a un sistema de pruebas automáticas. Esto permitirá minimizar el tiempo de puesta a punto del telescopio en Cerro Pachón, en el desierto chileno de Atacama, así como evitar posibles daños en el propio telescopio.

Este trabajo se presentó bajo el título “Modelos para simulación en el desarrollo y puesta a punto de sistemas -Virtual Commissioning-” en la pasada edición del congreso Basque Industry 4.0, que tuvo lugar en el BEC de Barakaldo entre los días 20 y 21 de noviembre.