El cambio climático es quizás el desafío más apremiante que enfrenta el mundo hoy. Un elemento central de los planes de acción delineados por las Naciones Unidas es el compromiso de poner fin a la dependencia mundial de los combustibles fósiles y adoptar soluciones energéticas sostenibles. El consenso científico internacional ha sostenido durante mucho tiempo que los esfuerzos para mitigar los ahora alarmantes niveles de dióxido de carbono atmosférico sólo tendrán éxito si se combinan con la adaptación; Los gobiernos, las organizaciones y los ciudadanos privados de todo el mundo deben adoptar la energía sostenible. Afortunadamente, las innovaciones emergentes están facilitando esa adaptación.
La empresa alemana Heliatek ha desarrollado una película solar orgánica pionera que está haciendo realidad el objetivo de obtener electricidad 100% verde al abordar la necesidad no satisfecha de una instalación solar optimizada para diversas arquitecturas (por ejemplo, vertical). Fundada en 2006 como empresa derivada de la Universidad Técnica de Dresde y la Universidad de Ulm, Heliatek recibió el prestigioso Premio Alemán del Futuro en 2011 y fue reconocida por el Foro Económico Mundial como Pionero Tecnológico en 2015.
La innovación clave de Heliatek, HeliaSol, es una película solar no tóxica, ultraligera y ultraflexible adecuada para cubrir superficies curvas e irregulares. "La diferencia [de HeliaSol] con la fotovoltaica tradicional es que puede cubrir segmentos de mercado que la fotovoltaica tradicional no cubre, especialmente debido a las cargas de los edificios", explica el ingeniero de integración de procesos Torsten Weber. Con menos de 1 mm de espesor, HeliaSol permite a los arquitectos utilizar toda la superficie de una estructura para actividades de generación de energía solar. Esta innovación de diseño hace que la neutralidad energética sea más alcanzable en el entorno urbano construido.
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Del piloto a la producción a escala
Weber, que se unió a Heliatek en 2017, forma parte de un equipo responsable de la optimización del proceso de rendimiento en la fábrica piloto y de producción en masa de la empresa. Dado que 2020 marcó el primer hito de producción a escala industrial de la compañía en el lanzamiento al mercado, Weber dice que la transferencia de tecnología en su entorno de producción personalizado rollo a rollo ha traído consigo algunos desafíos únicos.
"Nuestro producto es realmente nuevo e innovador", explica Weber. “Lo que eso significa es que nuestras máquinas también son únicas y difíciles de construir. Por lo tanto, nuestra entrada de datos y nuestros flujos de datos están fuertemente personalizados”. Mientras que el equipo estándar llegaría con cierto conocimiento de procesos heredado y expectativas de control estadístico de procesos (SPC), Weber y sus colegas están comenzando desde cero para desarrollar conocimiento de procesos mediante el monitoreo de la producción a través de múltiples parámetros de procesos y máquinas de diferentes fuentes en la fábrica.
El establecimiento de SPC para un entorno de producción personalizado comienza con un estudio metrológico de todas las mediciones realizadas por el equipo, explica Weber. Las ideas iniciales sobre los límites de advertencia de la fábrica debían verificarse mediante una combinación de experimentos y ejecuciones de referencia. Luego se ajustaron las salidas de datos para generar los datos necesarios para garantizar un buen SPC y al mismo tiempo descartar datos inutilizables que solo desperdiciarían recursos de almacenamiento.
Weber afirma que una estrategia de datos eficiente no sólo se basa en una recopilación óptima de datos, sino también en un registro diligente de las desviaciones. Aprender de las fallas es una parte clave de la mejora de procesos, y cada evento fuera de control ayuda al equipo a obtener más información sobre los límites del proceso. Pero ejecutar procesos fuera de las especificaciones puede ralentizar el proceso de comercialización y aumentar los costos de desperdicio, lo que hace imperativo detectar y corregir rápidamente las desviaciones. Para mejorar los tiempos de respuesta, se necesitaba una mejor solución.
Es por eso que Weber creó un panel de alertas personalizado en JMP®.
Una herramienta de alarma personalizada ayuda a los operadores a reaccionar rápidamente ante procesos fuera de control
Inspirándose en una placa de circuito de alarma tradicional, Weber utilizó JMP Scripting Language (JSL) para crear un panel personalizado para la fábrica de Heliatek que alerta rápidamente a los operadores cuando las tasas de deposición del proceso exceden las especificaciones dentro de un período de tiempo establecido. "Es parecido a un panel de alarma, pero sin todos los pequeños botones rojos y verdes", explica. “Y con la ventaja de aplicar rápidamente los métodos estadísticos que ofrece JMP”.
El tablero se construyó intencionalmente teniendo en cuenta la visualización, explica Weber, porque un buen diseño visual permite a los operadores comprender de un vistazo qué procesos están operando fuera de control. El panel muestra múltiples parámetros de proceso a la vez, cada uno codificado por colores como un semáforo para indicar qué tan bien están funcionando los procesos. Los datos se actualizan en un bucle continuo, lo que significa que en cualquier momento dado, un vistazo rápido podría ayudar a diagnosticar o anticipar problemas.
Sin embargo, como los operadores ocupados no siempre estarán mirando el tablero, una característica clave del sistema es su capacidad para generar alertas automáticas en forma de correo electrónico. Cuando un parámetro se vuelve rojo, lo que indica que se ha excedido un límite, el sistema enviará automáticamente un correo electrónico a una lista de personas: operadores, supervisores de turno e ingenieros. Además, una alternativa al JSL: la función “Mail()” ejecuta la transferencia de correo a través del servidor SMTP interno.
Con scripts sencillos en JMP, Weber puede ajustar fácilmente la configuración del panel para crear reglas y excepciones al sistema de alerta. La interfaz gráfica del software JMP y la funcionalidad de visualización de datos integrada son clave no solo en el panel en sí, sino también en la capacidad del equipo de integración de procesos para explorar y aprender de eventos fuera de especificación. Además, los gráficos se pueden compartir incluso con usuarios que no sean de JMP a través de un script HTML personalizado, que también ayuda a superar los problemas de carga y los complementos de recarga automática.
Mejora del rendimiento entre un 1 y un 5 % en la producción piloto
Desde su lanzamiento, el panel de alarmas de Weber ha acortado drásticamente el tiempo de reacción de los operadores ante procesos fuera de control. Cuanto más rápido reciban una alarma los operadores, antes podrán reunir a la gente para encontrar una solución, afirma, y esto tiene efectos en cadena para mejorar el rendimiento y reducir el desperdicio.
"La placa de alarma probablemente mejoró el rendimiento entre un 1 y un 5 % en nuestra producción piloto", afirma. "Depende de la tarea, pero según una serie de experimentos y ejecuciones, creo que entre el 1 y el 5 % es una gran mejora".
Este éxito lo atribuye en gran parte a la visualización intuitiva: “Con nuestro panel de alarma, puede ver rápidamente cuando un parámetro está fuera de control. E incluso si tienes múltiples parámetros, sigue siendo realmente fácil, no solo con el panel de alarma sino también cuando piensas en Graph Builder”.
"Utilizamos Graph Builder tanto para el panel de alarmas como para otros datos que queremos analizar para obtener una descripción general rápida a través de correlaciones o distribuciones". Es lo que Weber llama “visualización de datos rápida y sucia”; El procesamiento de datos y el análisis exploratorio ayudan a desarrollar una comprensión más profunda del proceso y la interacción con varios parámetros.
JMP® es una ventanilla única para visualización de datos y análisis avanzados
La visualización interactiva y fácil de usar fue una de las consideraciones clave en la decisión de Weber de obtener la licencia de JMP en primer lugar. Weber dice: "Queríamos tener un software analítico que la mayoría de la gente aquí [en Heliatek] pudiera utilizar".
Mientras que otros paquetes ofrecen funciones gráficas (y se podrían haber utilizado lenguajes de codificación de código abierto para crear un panel personalizado), la belleza de JMP era que hacía ambas cosas. Y aunque el equipo de Weber aún no ha llegado a un punto en la vida útil de la fábrica en el que el diseño de experimentos (DOE) sea útil, Weber dice que espera comenzar a utilizar esta característica muy pronto.
"JMP es un software realmente atractivo y fácil de usar que también tiene funciones interesantes como DOE y todos los demás análisis estadísticos que pueda necesitar", afirma. “Tener esta herramienta, y también poder codificar en ella, es fantástico. En JMP, tienes un software donde puedes analizar los datos y también crear algunas de tus propias aplicaciones con scripts. Con JSL, puedes aprender muchas cosas rápidamente”.
Allanando el camino para las aplicaciones de aprendizaje profundo
A medida que los flujos de datos y los sistemas de fabricación se vuelven cada vez más automatizados, Weber afirma que anticipa un papel aún mayor para los paneles de control y las visualizaciones de datos de bucle continuo. En un período de tiempo no pequeño, Heliatek tendrá más procesos de datos automatizados, total o parcialmente, y un sistema digitalizado podría usar algoritmos para aprender y responder a alertas de eventos fuera de control.
"Será una historia interminable de optimización", afirma Weber. Y eso es bueno: los ciclos continuos de innovación en empresas pioneras como Heliatek son lo que están ayudando a resolver la crisis climática. A medida que aumenta la producción de su película solar orgánica, más edificios pueden volverse totalmente neutrales desde el punto de vista energético.
