Las oportunidades y los desafíos de la industria petroquímica y el surgimiento de tecnologías altamente disruptivas han dado lugar a una nueva revolución que podría alterar de forma sustancial los procesos industriales, incluidos la fabricación, la ingeniería, los materiales, las cadenas de suministro y la gestión del ciclo de vida. La fábrica inteligente recién desarrollada se ha convertido en un actor importante en la industria petroquímica y ha adoptado una técnica de fabricación disruptiva. La fábrica inteligente, que difiere de los procesos de producción tradicionales del sector petroquímico, tiene que evaluar y posicionar su agenda de investigación futura, lo cual incluye su definición, intenciones, estructura y tecnología. Priorizar el razonamiento de un sistema y su resolución de problemas resulta necesario para la fábrica inteligente.
Un estudio sugiere un plan de ciclo de vida y una hoja de ruta tecnológica y operativa basada en el consenso y la comprensión de las fuerzas impulsoras para el desarrollo de fábricas inteligentes. La industria petroquímica ahora enfrenta nuevas dificultades provocadas por regulaciones más estrictas de protección ambiental y conservación de energía, más presión para reducir los costos de los productos, una variedad de fuentes de materias primas, necesidades especializadas de los clientes, combinación y optimización de la cadena de suministro, entre otros factores. La Internet de las Cosas, la computación en la nube, la robótica y las tecnologías de big data son parte de una nueva ola de avances científicos y tecnológicos. Además, el modo de producción de la industria petroquímica ha experimentado cambios revolucionarios debido a la integración de la tecnología de la información (TI) con las tecnologías de operaciones y manufactura.
Este artículo analiza los recientes cambios que enfrentan las fábricas petroquímicas inteligentes desde las perspectivas de la cadena de valor, el modo de producción y servicio, la cadena de gestión y control, así como las restricciones energéticas. El debate sobre la definición y la connotación de las fábricas petroquímicas inteligentes, al realizar una comparación con la investigación convencional, propone un sistema tecnológico y una hoja de ruta para este tipo de fábricas y resume las tecnologías clave de puntos críticos que se investigarán.
La inferencia de las fábricas inteligentes en la industria petroquímica
Las comunidades académicas y de la industria definen la "fábrica inteligente" desde varios ángulos. La Industria 4.0 define la fábrica inteligente desde el punto de vista de la producción inteligente centrada en CPS (sistemas ciberfísicos), mientras que SMLC (Smart Manufacturing Leadership Coalition) analiza las fábricas inteligentes desde la perspectiva del conocimiento y el modelado. Las fábricas inteligentes son excelentes cuando se consideran desde el punto de vista de la integración de la industrialización y las aplicaciones de TI, centrándose en las empresas químicas y de refinación de petróleo. Una fábrica inteligente en la industria petroquímica se puede definir desde dos perspectivas:
1. Una fábrica inteligente en el sector petroquímico está enfocada a toda la cadena de producción industrial de productos petroquímicos. Para lograr la integración horizontal, vertical y de extremo a extremo de las fábricas, se combina estrechamente la TI de última generación con las personas, las tecnologías operativas para procesos/equipos y los procesos de producción petroquímica existentes. Además, se mejora el nivel de operación y administración de la fábrica de una manera más delicada y dinámica, y esto facilita la innovación de los modelos comerciales y de manufactura al optimizar las cuatro capacidades clave de detección general de ubicaciones, pronósticos y alertas temprana, optimización colaborativa y decisiones científicas.
2. En el sector petroquímico, una fábrica inteligente crea una nueva generación del entorno de producción petroquímica, el cual se caracteriza por sensores más generalizados y servicios inteligentes que vinculan a sensores ubicuos, hardware inteligente, sistemas de control, instalaciones informáticas y terminales de información en una red inteligente a través de CPS. Esto se hace para comprender cómo están conectados las empresas, las personas, las cosas y los servicios, así como para producir, integrar y usar tantos recursos de información, conocimiento y experiencia como sea posible.
En pocas palabras, una fábrica inteligente en el sector petroquímico es una instalación nueva y de vanguardia que se enfoca en lograr la excelencia operativa para la fábrica y, al mismo tiempo, respeta el medio ambiente y es altamente eficiente, segura y sostenible.
Oportunidades y desafíos en las industrias petroquímicas
Agilidad operativa
La agilidad operativa, o la capacidad para adaptarse de manera rápida a las condiciones cambiantes provocadas por modificaciones en la materia prima, la demanda del mercado y los precios, es una de las características esenciales de la fabricación mediante procesos inteligentes. Sin duda, tales perturbaciones tendrán un impacto significativo en el rendimiento de la planta. Por lo tanto, es crucial cambiar los métodos operativos; por ejemplo, rediseñar el diagrama de flujo del proceso y los cambios en la temperatura, el caudal y la presión. El primer problema aquí es cómo los sistemas de control de nivel más bajo pueden llegar rápidamente a los puntos de ajuste correctos.
Aunque es poco probable que la información existente cubra todas las instancias de operación imaginables, el conocimiento heurístico y la experiencia operativa de los especialistas son las mejores opciones desde un punto de vista industrial. La precisión del método basado en el conocimiento es la segunda dificultad. La optimización en tiempo real basada en modelos es la estrategia principal desde un punto de vista académico. La primera inquietud es dónde encontrar modelos confiables de primeros principios para unidades de procesamiento químico, en particular reactores complejos. La segunda es cómo resolver el modelo de optimización en tiempo real de manera efectiva. La tercera es si la industria aceptaría los hallazgos de optimización.
Creación de modelos ajustables basados en datos
En la subsección anterior, se analizaron las dificultades para resolver un modelo de optimización sujeto a un exigente modelo de primer principio. Una opción posible es usar un modelo sustituto basado en datos en lugar del modelo original de primer principio. Se han utilizado muchas técnicas estadísticas para crear modelos sustitutos para la detección de defectos, la optimización y el control de procesos, incluidas las redes neuronales, las máquinas vectoriales de soporte y la programación matemática. Al crear un modelo sustituto, es importante considerar su uso e implementación previstos; por ejemplo, si se utilizará para la optimización del diagrama de flujo o la predicción de tendencias.
La adopción de un modelo sustituto impulsado por redes neuronales para la optimización de diagramas de flujo puede generar importantes desafíos informáticos y la incapacidad de producir resultados de alta precisión. La ductilidad externa es crucial, independientemente de la técnica utilizada para crear el modelo sustituto. La primera pregunta, en este caso, es cuántos conjuntos de datos son necesarios para crear un modelo sustituto con alta precisión. La segunda pregunta es cómo crear un modelo ajustable basado en datos. Se deben utilizar conjuntos de datos industriales para validar la precisión.
Planificación y programación para una refinería de petróleo o planta petroquímica completa
El modelado matemático y la optimización global ofrecen perspectivas significativas para la reducción de costos, la expansión del margen de ganancias, la eficiencia energética y la satisfacción de la demanda en la planificación y programación de diversas operaciones en una refinería de petróleo o una planta petroquímica. No ha pasado mucho tiempo desde que se ha logrado planificar y programar por completo una refinería de petróleo o una planta petroquímica, un componente crucial de la fabricación inteligente. La mezcla y el procesamiento de crudo, las actividades de la unidad de procesamiento y la mezcla y distribución de productos constituyen la mayoría de las operaciones.
Conclusiones
La visión tecnológica y el plan para una "fábrica inteligente" de la industria petroquímica se basa en torno a la informática para plantas petroquímicas y amplía la simulación de la ingeniería química tradicional. Esto permite controlar y administrar una fábrica real a través de la operación simultánea y la colaboración entre una fábrica real y una fábrica virtual. Un marco tecnológico para una fábrica inteligente en el sector petroquímico considera que una comprensión integral del entorno físico es esencial para construir dicha fábrica, y que las aplicaciones de negocios inteligentes con capacidades de optimización y toma de decisiones pueden fomentar la cooperación entre sectores y la optimización de la producción petroquímica global.
Además, se pone un mayor énfasis en los factores humanos para crear la próxima generación de centros de producción y operación que se centren en las personas. Esto permitirá que las personas adecuadas accedan a la información y los recursos necesarios en los momentos y lugares apropiados para innovar el modelo de negocio. Por último, se requieren investigaciones en tecnologías críticas para el desarrollo de prioridades y, además, se deben considerar los patrones en el desarrollo industrial. Antes de que se pueda desarrollar una fábrica inteligente exitosa, se debe llevar a cabo un gran esfuerzo impulsado por las necesidades de la aplicación y las tecnologías relacionadas porque la investigación sobre este tema aún se encuentra en sus primeras etapas y el estudio teórico relevante recién ha comenzado.
