En 2015 GESTAMP lanzó una nueva estrategia de mejora de eficiencia energética en sus plantas. En primer lugar, junto con Siemens, desplegaron un Sistema de Gestión de Energía (EMS) para medir y almacenar los datos de consumo energético de sus equipos. En poco tiempo recolectaron una gran cantidad de datos, sin embargo, no consiguieron extraer todo el conocimiento esperado ya que carecían de las herramientas de analítica adecuadas. Por este motivo, en 2017 GESTAMP y TECNALIA crearon NAIA I4.0, un proyecto conjunto para el desarrollo de una herramienta provista de algoritmos basados en técnicas de aprendizaje de máquina e inteligencia artificial que permite procesar de forma conjunta los datos de consumo energético y producción y transformarlos en información útil (indicadores, alarmas, informes, etc.). Dicha información se muestra a través de una interfaz web de manera que los gestores de planta puedan extraer conocimiento útil para la mejora de la eficiencia energética de las plantas.
NAIA I4.0
Indicadores y procesos de mejora
NAIA I4.0 fusiona los datos procedentes del Energy Management System (EMS) y del Manufacturing Execution System (MES), realiza un análisis conjunto tanto a nivel de planta, línea y máquina, y los transforma en información útil. Está información útil se representa a través de los siguientes indicadores (KPIs):
– Consumo energético (kWh): a nivel de planta/línea/máquina, agregado de forma diaria y por turno, y desglosado por tipo de periodo (periodos productivos y no productivos).
– Producción (kgs o núm. piezas): a nivel de planta/línea/máquina, agregado de forma diaria y por turno.
– Consumo energético específico (kWh/kgs o kWh/núm. piezas): a nivel de planta/línea/máquina, agregado de forma diaria y por turno.
Estos indicadores junto con información complementaria (alarmas, gráficas, etc.) se muestran a través de una interfaz web de manera que los gestores de energía de planta puedan extraer de forma rápida conocimiento útil (ineficiencias energéticas en los procesos, contribución de los procesos a picos de consumo…) y establecer las acciones correctivas necesarias. Los procesos sobre los que se ha aplicado la solución NAIA I4.0 para la mejora de eficiencia energética son los siguientes:
– Líneas de producción:
o Estampación en caliente (formado por hornos y prensas).
o Estampación en frio.
o Soldadura.
o Corte por laser.
o Hidroformado.
– Lineas auxiliares:
o Iluminación.
o Compresores.
o Enfriadoras.
o Otros.
Cuantificación/Estimación reducción consumo
El consumo anual de energía eléctrica en GESTAMP Bizkaia, S.A es de 22,5 GWh con un costo de 2.200.000 € y consumo de gas de 20 GWh con un costo de 800.000 €. Gracias a la instalación de la solución NAIA I4.0, se estima que podrían reducir su factura anual en un 5%, lo que supone en términos absolutos 150.000 € / año. Extrapolando estos datos al resto del grupo, GESTAMP North Europe tiene un consumo anual total de 493 GWh con un costo de 40.000.000 €. Por tanto, si se implementase la solución NAIA I4.0 en todas las plantas de GESTAMP North Europe se estima que se podría conseguir un ahorro de 2 millones de euros al año.
Cuantificación/Estimación reducción emisiones CO2
Gracias a la instalación de la solución NAIA I4.0, se estima que GESTAMP Bizkaia podría reducir sus emisiones de CO2 en 531 kg al año. Extrapolando estos datos al resto del grupo, se estima que GESTAMP North Europe podrían reducir sus emisiones de CO2 en 6162 kg al año.
Innovación aplicada y buenas prácticas
El uso de las tecnologías IoT ha experimentado un gran incremento de cara a la monitorización del entorno industrial con el objetivo de convertirlo en un sistema ciber-físico, esto es, conectado e interrelacionado (concepto Industry 4.0). Sin embargo, todavía, muy pocas compañías industriales tienen la capacidad de transformar en conocimiento la ingente cantidad de datos que dichas plataformas de monitorización aportan debido a la gran cantidad de datos, el incremento en la complejidad de los procesos y la carencia de conocimientos y herramientas de analítica de datos. Además, actualmente no existen soluciones globales que integren los datos de consumo y producción a todos los niveles (planta, línea y máquina), por lo que sólo pueden realizar un análisis global sin posibilidad de identificar las causas que generan las ineficiencias o tener en cuenta las interacciones entre los elementos individuales.
NAIA I4.0 aborda todos los problemas descritos anteriormente. Por un lado integra las diferentes herramientas de gestión industrial desplegadas en una planta (sistema de gestión de energía, sistema de ejecución de fabricación, etc.) bajo una solución común abierta y escalable. Además la herramienta contiene un conjunto de algoritmos basados en técnicas de aprendizaje de máquina e inteligencia artificial que permiten procesar de forma conjunta todos estos datos tanto a nivel de máquina, proceso y planta. Por otro lado, NAIA I4.0 representa la información obtenida (indicadores, alarmas, informes, etc.) a través de una interfaz web de manera sencilla y amigable de forma que los gestores de energía de planta puedan entender los resultados y sacarles provecho sin necesidad de ser un experto en analítica de datos o inteligencia artificial.
Por último, NAIA I4.0 es altamente adaptable y se puede aplicar prácticamente a cualquier sector de fabricación (química, acero, papel, cerámica, alimentación, etc.).
Usabilidad de Tecnologías de la Información y Comunicaciones
La arquitectura de la solución NAIA I4.0 está formada por 3 capas separadas: 1) adquisición e integración de datos; 2) valorización de los datos y 3) visualización de los datos.
1)La capa de adquisición e integración de datos es la encargada de obtener e integrar los datos provenientes de dos fuentes diferentes: sistema de gestión de energía (EMS) y sistema de ejecución de fabricación (MES).
2)La capa de valorización de los datos es el núcleo de NAIA I4.0. Esta capa está formada por un conjunto de algoritmos de aprendizaje automático y procedimientos matemáticos que analizan los datos de energía y producción de manera conjunta y obtienen información útil a partir de ellos. NAIA I4.0 implementa métodos de limpieza de datos, normalización, extracción de patrones e identificación de valores atípicos (basados en algoritmos Greedy). En concreto, para extraer los diferentes patrones, NAIA I4.0 utiliza métodos de clustering dinámicos que permiten adaptar el conocimiento inferido al entorno cambiante de la planta industrial (materiales cambiantes, variaciones estacionales, etc.) reduciendo significativamente la tasa de falsos positivos. También se proporcionan capacidades de desagregación de medidas para analizar las alarmas de energía en profundidad, pudiendo llegar al detalle de qué máquinas han sido las responsables de las ineficiencias energéticas y a qué hora del día se han producido. Además NAIA I4.0 compara el comportamiento diario de la planta con comportamientos históricos similares, utilizando un nuevo concepto de similitud, que permite la identificación de las principales fuentes de desperdicio de energía. Por último, NAIA I4.0 proporciona herramientas para identificar la simultaneidad de cargas responsables de los picos excesivos que contribuyen a penalizaciones en la factura eléctrica. De esta manera se puede actuar sobre aquellas que sean o bien desplazables o bien no esenciales.
3)La capa de visualización representa los resultados de la herramienta (indicadores, alarmas, gráficas…) a través de una interfaz web de modo que los gestores de planta puedan entender los resultados y sacarles provecho de manera rápida y sencilla, como por ejemplo, identificando ineficiencias energéticas en los diferentes procesos y estableciendo las acciones correctivas necesarias. Además, NAIA I4.0 genera automáticamente una serie de informes diarios, semanales y mensuales que permite a los gerentes de planta visualizar de manera agregada los detalles de consumo de energía y producción de todas las plantas, procesos y máquinas, identificar posibles ineficiencias energéticas y comunicárselo a sus superiores.
