Estándares en controles e integración de equipos para envasado y conversión

Artículo reproducido de la revista Packaging World, con autorización expresa de los editores, Copyright 2005.

Para muchos ingenieros de procesos, los equipos para envasado pueden parecer como algo llegado de otro planeta. A menudo, y según su juicio, la parte de los controles de una máquina luce rudimentaria, e imaginan que el arreglo de las máquinas de muchos proveedores puede convertirse en un verdadero dolor de cabeza. De otra parte, los ingenieros de tecnologías de la información (IT) consideran como cajas negras tanto los equipos como los aspectos de los controles de la ecuación de la producción, mientras tratan de trasvasar información en tiempo real para alimentar sus sistemas de negocios.

Las dificultades de la planta pueden conducir a tiempos de parada más prolongados cuando las compañías reducen personal, lo que exige a los ingenieros asumir responsabilidad por un mayor número de áreas de producción. Los contratiempos en IT pueden generar la pérdida de utilidades debido a un aumento en los inventarios, retrasos en los despachos y desabastecimiento de materias primas.

Sin embargo, las soluciones a esos dilemas pueden hallarse a la vuelta de la esquina. Éstas dependen del desarrollo de maneras estándar para definir las máquinas, los procesos, la programación y los datos. La promesa: Fácil conectividad entre la información de los procesos, el empaque y la empresa, interfaz de operario y métodos de diagnóstico consistentes y, finalmente, mejores utilidades para los fabricantes y sus proveedores de equipos.

Los ingenieros que participan en procesamiento por lotes han desarrollado –bajo el auspicio de la Sociedad de Instrumentación, Sistemas y Automatización –ISA, por sus siglas en inglés– un estándar adoptado por el Instituto Americano de Estándares Nacionales –ANSI- conocido como ANSI/ISA S88. Este estándar identifica rótulos y procedimientos “establecidos” en un modelo que puede ser adoptado por los usuarios y proveedores de procesos de automatización por lotes. Otro grupo desarrolló ANSI/ISA S95, un estándar que crea un modelo para datos de comunicaciones entre procesos por lotes y las aplicaciones de los sistemas de ejecución de la manufactura (MES por las iniciales de Manufacturing Execution System).

Cambio de uso
Entre tanto, el Grupo de Trabajo sobre empaques del OMAC (iniciales del grupo de usuarios de Open Modular Architecture Control) ha desarrollado PackML, un subconjunto de S88 para empaques, que define un diagrama establecido para máquinas de empaque y rótulos estándar para la información.
Mike Camping es un líder en tecnología en Procter & Gamble, un fabricante de bienes de consumo empacados, con sede en Cincinnati, Estados Unidos, quien trabaja con equipos de conversión. Camping señala que muchos fabricantes de equipos de conversión cambiaron sus diseños durante la década de los años noventa, pasando de líneas mecánicas de ejes a controles servo eléctricos. “Tenemos muchas cosas en común con la moderna maquinaria de empaque. Por ejemplo, las máquinas de conversión se fabrican también en módulos. El modelo PackML no se halla tan lejos de la conversión y es probable que requiera tan solo de la redefinición de algunas condiciones,” agrega.

En este preciso momento, se está presentando muy poca comunicación entre la conversión y el empaque, observa Lamping. Pero sería conveniente utilizar el modelo establecido para la conversión. “Cuando se está reparando una máquina, el modelo lo lleva a uno a la sección apropiada del código,” anota.

A pesar de ser muy nueva la integración de todos los estándares en una solución que cubra a la empresa en su conjunto, existen compañías que están cosechando ahora los beneficios que trae la implementación de esta estrategia.

“Hemos podido reducir el valor del inventario general hasta en 30 por ciento y lograr un flujo de manejo de la información cada vez mejor y más veloz,” afirma Paul Bloemen, director de ICT, Brouwerij Martens, luego de la implementación en las instalaciones del fabricante belga de cerveza de un estrategia de negocio y producción que consta de tres fases. Esta empresa ubicada en la ciudad belga de Bocholt y establecida desde 1758, produce 10 cervezas básicas dentro de un portafolio de 200 productos terminados.

Querer es poder
La cervecería elaboró una ambiciosa lista de deseos para un nuevo proyecto. Entre sus metas estaba el aumento en la eficiencia del negocio y en la producción, reduciendo el tiempo de salida al mercado, identificando con claridad las estructuras de costos del producto, mejorando el manejo de la información, integrando la cadena de suministro desde los proveedores hasta los consumidores, y estandarizando la tecnología de modo tal que se obtuvieran colaboración y seguimiento.

Lo primero que hizo la compañía fue instalar una aplicación de planeación de recursos en la empresa (ERP por las iniciales de Enterprise Resource Planning) para automatizar la planeación de la producción, las compras, la información sobre la manufactura, el costo de los productos, el control de la calidad y la administración de recetas, así como las ventas y otra información financiera. Martenes, por ejemplo, basa su cronograma de producción en pronósticos de ventas a ocho semanas. Esta información debe comunicarse en términos de requerimientos de materias primas y de empaque. Un sistema automatizado ERP Protean de Invensys ofrece la información relevante en una forma que puede ser utilizada por cada función, permitiendo a la cervecera optimizar los niveles de inventario, la capacidad y la mano de obra.

El siguiente paso en el proyecto fue la automatización del sistema de la planta de Martens, para buscar una integración ágil. El sistema existente incluía una variedad de equipos de diferentes fabricantes y niveles de antigüedad. La información se ingresó manualmente al sistema ERP.

Martens siguió con el sistema de manejo por lotes de Invensys, basado en el estándar S88, para desarrollar o depurar con rapidez las recetas para nuevos productos sin necesidad de modificar los programas PLC. Los cronogramas de producción y los recursos requeridos para su cumplimiento (materiales y equipos), tal como se planean en el sistema ERP de Martens, se descargan automáticamente y se insertan en los cronogramas de administración por lotes para comenzar oportunamente y con base en la óptima disponibilidad de los equipos.

Martens construyó su integración entre la planta y el negocio sobre el estándar ISA S95. Utilizó las interfases Invensys desarrolladas utilizando lenguaje extensible de marca (XML por las iniciales de eXtensible Markup Language) para enviar mensajes al sistema de negocios ERP, el servidor BizTalk de Microsoft y el servidor Production de Invensys. El estándar S95 allana el camino para la administración más fácil de la producción colaborativa, usando modelos y lenguajes consistentes.

Llenado flexible
La aplicación de estándares puede también traer beneficios a los fabricantes. Un ejemplo es el de Tevopharm B.V. Fundada en 1959 en Schiedam, Países Bajos, la firma fabrica máquinas para la formación, llenado y sellado horizontal de empaques de chocolates y de productos como galletas, dulces y productos farmacéuticos. En años recientes, los ingenieros de la compañía detectaron que entre los cambios en el comportamiento de los consumidores se hallaba el deseo de contar con porciones de alimentos más pequeñas, disponibles en una variedad más amplia de empaques. Estas tendencias unidas y exigencias de higiene mucho más estrictas, despertaron entre las compañías de productos empacados el interés por contar con líneas automatizadas de empaques flexibles.

Al diseñar una nueva máquina que cumpliese con estos cambiantes requerimientos de los clientes, los ingenieros de Tevopharm decidieron basarse en estándares de la industria. Del lado de los programas, éstos incluían lenguajes de programación IEC 61131-3 con el último bloque abierto de funciones de control de movimientos de PLC open y PackML. Los ingenieros de Tevopharm utilizaron el estándar IEC 61131-3 debido a que cualquier cliente que se encuentre familiarizado con los programas escritos con base en éste comprende fácilmente la estructura y los comandos del programa, gracias a su apariencia consistente. La estructura del programa se conserva, incluso si cambia el hardware.

El primero de los resultados, la máquina empacadora Pack-300CA de Tevopharm, utiliza una moderna tecnología servo, programada con el bloque abierto para la función de control de movimientos PLC. Este bloque de funciones trabaja desde el control principal de la máquina, suprimiendo la necesidad de un programa de movimiento separado. Los tres motores servo de la máquina operan como una “línea de ejes virtual”. Esta propiedad conserva el concepto tradicional de la máquina e incorpora a la vez la flexibilidad ofrecida por la tecnología de automatización servo.

Una compañía como Tevopharm, con operaciones en todo el mundo y que respalda múltiples plataformas exigidas por diferentes clientes, encuentra en la estandarización un remedio para los altos costos de los programas y de la capacitación, para los prolongados tiempos de depuración y alistamiento, y para los onerosos costos de mantenimiento. Luego de concluir su proceso de estandarización, Tevopharm descubrió un gran mejoramiento en la calidad de sus programas y una reducción en todos los costos relacionados con éstos.

Cómo se parte el queso
¿Qué hace usted cuando es un importante productor de queso, con una reputación que cuidar y no puede garantizar la consistencia en la calidad de sus materias primas? La firma integradora de sistemas Cougar Automation Technologies, con sede en Toronto, Canadá, enfrentó este reto exitosamente con uno de sus clientes, con una solución extraída de la experiencia en programas y el uso de estándares.

El cliente de Cougar tenía problemas, tanto de manejo en la planta, como administrativos. La compañía obtenía los ingredientes de otras plantas suyas de productos lácteos para mezclarlos con su producto: Lonjas de queso para restaurantes y tiendas de comestibles. Los problemas no se relacionaban específicamente con el proceso o con las líneas de empaque, sino con la inconsistencia en la calidad de los ingredientes, al igual que con la integración ERP. El sistema de integración con que contaba la compañía, de más de 10 años de antigüedad, se hallaba al final de su ciclo de vida. En otras palabras, no alcanzaba a cumplir con las exigencias de la producción.

El problema en la planta consistía en mantener un inventario preciso que asegurara los suministros para cada trabajo. Debido a que los ingredientes que ingresaban no ofrecían consistencia, a los operarios se les pedía que mezclaran a la medida cada lote para asegurar un producto con una calidad consistente. Esto ocasionaba inconsistencia en el inventario si no se actualizaban las cantidades en tiempo real.

Además, la compañía había implementado un sistema ERP de SAP en el transcurso de los dos años previos. Los gerentes estaban ansiosos por obtener un retorno sobre esa inversión. Pero los datos tenían que ingresarse manualmente en ese sistema a partir del sistema que tenían para la integración de la producción, lo que generaba retrasos e inconsistencias.

Craig Smith, vicepresidente de nuevos proyectos de Cougar, señala otro reto más impuesto por el cliente. “Insistían en que no querían una solución ‘exclusiva’ para este proyecto,” anota Smith.

La compañía contaba con controladores PLC 5 de la firma Rockwell Automation, de Milwaukee, con el sistema SAP y con productos de tecnología de la información de IBM. Mezclando estos ingredientes, Cougar preparó una mezcla consistente en un lote de conexión en tiempo real proveniente de la planta de la fábrica con el sistema SAP. Smith señala, “Había etiquetas exclusivas de códigos de barras en los barriles de materias primas. El sistema que diseñamos lee la información es estas etiquetas y la retransmite inalámbricamente al PLC. La información viaja a través del PLC hasta el sistema del programa de lotes, producido también por Rockwell Automation. Desde allí, ingresa a los módulos del sistema SAP para efectos de inventario, órdenes de producción y otras funciones semejantes. Estamos haciendo seguimiento a cada lote particular.”

Para mover la información desde el proceso de los lotes al sistema SAP, Cougar eligió WebSphere de IBM. Esta aplicación permite una comunicación bidireccional utilizando un estándar abierto de conectividad. Dado que el cliente contaba ya con productos de IBM, el departamento de tecnologías de la información adoptó el uso de WebSphere. De acuerdo con Smith, “IBM tiene una estructura de costos para WebSphere muy favorable para el área de fabricación.”

El proyecto final comprendía aplicaciones comunes de Rockwell Automation y de IBM, utilizando un estándar abierto de comunicación para mejorar la calidad y las utilidades de este fabricante de alimentos.

A medida que los ingenieros colaboran en el tema de estándares para las máquinas y para los procesos de fabricación, los gerentes de negocios descubren beneficios tangibles.