Sistemas MES en la industria del Cemento 4.0

Introducción

La industria del cemento ha estado vinculada a constantes cambios y evoluciones desde sus inicios. Hay que destacar que la industria se ha visto afectada por cada una de las grandes revoluciones en la historia, existía por aquel entonces cuando se usaba la energía a vapor, fue testigo del cambio a la energía eléctrica, y en estos últimos años se le ha incorporado las últimas tecnologías en la automatización y gestión de la información.

A largo plazo la tendencia social a nivel mundial tendrá un gran impacto en la industria del cemento, puesto que se espera que la población crezca de 7,6 a 9,7 billones de personas en 2050. Esto significaría, pandemias y escenarios de guerra aparte, un incremento de la demanda del 12-23% en la industria.

Debido a esta situación, la industria del cemento ha ido adoptando cambios en la forma de operar incluyendo las nuevas tecnologías emergentes, llegando a una nueva era conocida como Cemento 4.0. Esta nueva era combina técnicas avanzadas de producción con tecnologías inteligentes que se integrarán en las organizaciones. Esta evolución está, además, marcada por la aparición de las tecnologías disruptivas emergentes, trasformando las actuales plantas productivas en Smart Factories.

Una de estas claves del Cemento 4.0, en la que profundizará este artículo, es la incorporación de los sistemas MES (Manufacturing Execution System) / MOM (Manufacturing Operations Management) en las plantas cementeras. Los sistemas MES/MOM gestionan, monitorean y sincronizan la ejecución en tiempo real de los procesos, ayudando a detectar, anticipar, gestionar las incidencias que puedan repercutir en la fabricación, así como a mejorar la eficiencia de estos.

Cemento 4.0

Para profundizar en la industria, conviene conocer los principales procesos o etapas que toman parte en la producción del cemento:

1. Extracción Materia Prima (MP)
2. Trituración MP y Mezcla
3. Molienda (Pulverización)
4. Clinkerización (fundición)
5. Molienda de cemento
6. Empaquetado y almacenamiento
7. Logística y distribución
8. Generación de energía

Estos procesos enumerados anteriormente, abarcan desde la extracción de la materia prima (que puede extraerse a kilómetros de distancia de la planta de trasformación), hasta la logística y distribución. Cabe destacar la importancia de la de la generación y uso de la energía, ya que es uno de los puntos críticos de la industria.

Enumerados los principales procesos, es también importante identificar los retos a los que se enfrenta la industria del cemento. Estos serán los puntos para evaluar tras la implantación de las nuevas tecnologías y así comprobar si la mejora esperada finalmente se materializó:

• Rendimiento Energético. El gasto en energía puede representar entre el 20 y el 40% de los costes en el proceso productivo.
• Costes Operativos. Las tareas de mantenimiento y otros costes de producción pueden llegar a representar el 30% del total, debido a la tipología de producto que las máquinas han de procesar y manipular.
• Calidad. La correcta manipulación de las materias primas y control de temperaturas alcanzadas en determinados puntos del proceso son aspectos relevantes en la calidad del producto final.
• Gestión de sistemas de información. Debido a la naturaleza del producto manipulado y las extremas condiciones de trabajo, interfiere en la fiabilidad de la información recogida.
• Emisiones. La industria cementera emite gases de efecto invernadero, por lo que es uno de los puntos con mayor foco.
• Logística y Distribución. La planificación y gestión del transporte hasta el cliente final (tierra, mar, aire) es otro de los grandes retos, ya que el destino puede ser el centro de una gran ciudad o un destino remoto.

La digitalización de la industria supone una gran mejora en toda la cadena de valor, tratando de mejorar los puntos mencionados. Así pues, con la implantación de las nuevas tecnologías y sistemas de apoyo a la producción como son los sistemas MES/MOM, se pretende gestionar, monitorizar y analizar los datos obtenidos para materializar las mejoras buscadas.

Sistemas MES/MOM en el cemento 4.0

Los sistemas de planta MES/MON disponen de un gran numero de funcionalidades capaces de controlar todos los procesos y operaciones que intervienen en la fabricación del cemento, desde la gestión de la demanda, hasta la entrega de producto a cliente final.

MES son sistemas orientados a la producción que administran, monitorean y sincronizan la ejecución de acciones en tiempo real de los procesos. Estos sistemas coordinan esta ejecución de órdenes de trabajo con programación de producción, los sistemas ERP y gestión del ciclo de vida del producto (PLM). Las aplicaciones MES también brindan información del rendimiento del proceso y soporte de la trazabilidad del producto. Este último punto es posible debido a las conexiones de las diferentes máquinas de la planta de producción, bien mediante la propia máquina, bien mediante la implantación de sensores conectados a las mismas que reportan la información a los sistemas MES.

A medida que el mercado de las aplicaciones MES ha madurado y se ha expandido, los sistemas MES han agregado capacidades adicionales integrando los procesos de producción con otras áreas (calidad, mantenimiento, almacenes); estas se denominan normalmente funciones de gestión de operaciones de fabricación (MOM). 

Beneficios de las soluciones MES/MOM en el cemento 4.0

La implantación de este tipo de software permitirá a las compañías detectar puntos de mejora dentro de cada uno de los procesos. Una vez asentada la solución, además, proporcionará las herramientas necesarias para anticiparse a posibles problemas que puedan surgir, evitándolos, o realizando una gestión más eficiente de los mismos en caso de que no pueda ser corregido con anterioridad.

De esta forma se puede decir que la implantación de los sistemas MES/MOM buscan la mejora y eficiencia en cada uno de los retos detectados y principales procesos de la industria cementera. A continuación, se enumeran algunas de las posibles mejoras:

Molino

Aumento del rendimiento: el correcto mantenimiento y monitorización de los diferentes KPI en tiempo real capturados en los sistemas de planta, tendrán un impacto positivo en la eficiencia del equipo aumentando su nivel de servicio.

Mezcla de materiales

Mejora la exactitud de la mezcla: los diferentes sensores utilizados en las lecturas de los componentes utilizados en el proceso, reducirá el número de errores en la mezcla de materias primas.

Reducción de los costes de pérdidas: una correcta sensorización de la planta permitirá la detección del origen de las pérdidas de materia prima durante el ciclo de producción, permitiendo actuar sobre el origen del defecto.

Clinkerización

Aumento de la calidad del producto: una mayor precisión en el mantenimiento de los hornos, junto con un sistema de detección de defectos repercuten directamente en las calidades del producto final.

Reducción costes de energía: como resultado del paso anterior, un mejor mantenimiento y eficiencia, se traducen en una mejora directa en las pérdidas de energía. Esta mejora no solo se hace efectiva a nivel de costes sino además a nivel de reducción de emisiones, un punto de mejora crítico del sector.

Análisis

Métricas de producción: gracias a la sensorización de la planta, será posible establecer y analizar los KPI relevantes para el área de producción, habilitando las mejoras en los procesos comentados anteriormente.

Gestión de producto: con la sensorización y robotización de la planta, no solo será posible analizar KPI sino, además, actuar directamente sobre los procesos de forma remota. Pudiendo también controlar el producto desde la materia prima hasta la ubicación de destino final en almacén.

Calidad

Calidad predictiva: gracias a los datos recogidos durante todo el proceso de fabricación, se podrán establecer puntos de control dinámicos en función de las anomalías detectadas por los sistemas de planta, que tendrán un impacto directo en la calidad del producto con un menor coste.

Análisis virtual de calidad: gracias a las últimas tecnologías y la recogida de información de los sistemas de planta se habilitan una serie de tecnologías que permiten el control y detección de no conformidades de forma automatizada y remota. 

Conclusión

La industria del cemento está sumergida en una profunda transición hacia una industria del cemento digitalizada o Cemento 4.0, que debe de contar con los sistemas MES/MOM y las nuevas funcionalidades que estos han incorporado en los últimos años. Estos sistemas realmente serán útiles en la transformación de la industria, mejorando la eficiencia de los procesos y reduciendo los costes de producción. Cabe destacar que no todos los sistemas MES/MOM del mercado serán válidos para cualquier tipo de industria o empresa. Por ello habrá que analizar con detalle, en función de las necesidades de cada compañía, el sistema que mejor respuesta de a los retos especificados.