Cómo los sistemas HMI de realidad aumentada mejoran la gestión de plantas

Tras varias décadas de mejoras operativas impulsadas por la automatización de la fabricación, las ganancias incrementales han disminuido. Para impulsar una mayor productividad, eficacia y seguridad, los directores de las plantas ahora deben intentar empoderar digitalmente a su fuerza laboral y equiparla con las herramientas necesarias para optimizar las operaciones estándar, reducir la complejidad, permitir una mejor toma de decisiones, facilitar un acceso más rápido a los conocimientos y a la experiencia, y asegurar el acceso a la información y la experiencia cuando se solicite, independientemente de la ubicación.

Si bien muchos de estos elementos impulsores no son nuevos, la aparición de redes inalámbricas de planta y tecnologías de IIoT que respaldan la transformación digital de las operaciones está ayudando a generar mejoras significativas. Una parte fundamental de este cambio es permitir una mayor movilidad de los trabajadores con acceso a datos procesables, lo que genera una mayor productividad, una mejor toma de decisiones y una resolución más rápida de los problemas, contribuyendo a aumentar la eficiencia operativa general.

Tradicionalmente, la monitorización y el control de la información de planta, equipos y procesos se ha realizado mediante operadores que trabajan con interfaces hombre-máquina (HMI, por sus siglas en inglés), basadas en PC fijos, instalados dentro de salas de control. A menudo, estas pantallas se complementan con pantallas HMI en campo, cerca de una máquina o equipo específico, ofreciendo una funcionalidad limitada. Un enfoque más moderno es permitir que los empleados tengan una mayor movilidad a través de duraderas tecnologías HMI de alto rendimiento, portátiles y móviles. Los dispositivos móviles empoderan a los trabajadores, evitando que estén atados a la sala de control y permitiendo que los operadores gestionen las operaciones y solucionen los problemas en campo o en planta. Para algunas aplicaciones, es posible que aún sea necesario contar con un HMI fijo, pero un gran número de ellas pueden beneficiarse de la introducción de HMI móviles. Un ejemplo sería ajustar un setpoint y observar su efecto. Si el operador requiere asistencia del personal de mantenimiento, puede ponerse en contacto con ellos a través del l HMI móvil y colaborar entre todos para solucionar el problema.

A medida que evoluciona la tecnología, también evoluciona el concepto de HMI, con lo que la integración de la realidad aumentada (AR, por sus siglas en inglés) está redefiniendo la interfaz hombre-máquina. La tecnología AR se introduce para realzar el entorno físico del usuario con contenido generado por ordenador. Utilizando AR, es posible agregar información en tiempo real al entorno circundante, lo que resulta extremadamente útil para evaluar las circunstancias actuales a fin de mejorar la toma de decisiones. Esta información audiovisual complementaria se proporciona mediante dispositivos electrónicos o informáticos.

La AR es adecuada tanto para las industrias de fabricación como las de procesos, y permite que los operadores utilicen tecnología integrada con herramientas de visualización HMI estándar para realizar las acciones necesarias en las diferentes etapas del proceso, mejorando la eficiencia de la producción, reduciendo el riesgo de errores y minimizando el tiempo de inactividad de producción o de mantenimiento. La AR permite informar inmediatamente a los operadores de cualquier problema o necesidad de la planta. Pueden acceder a la planta, recibir la información relevante en tiempo real y realizar operaciones y configuraciones guiadas paso a paso directamente en el lugar.

Inicialmente, las aplicaciones de AR se usaban principalmente con teléfonos inteligentes o tabletas, donde las imágenes captadas a través de la cámara web integrada podían realzarse con información electrónica según las necesidades específicas y la situación geográfica. La introducción de dispositivos denominados wearables y de realidad mixta ha ampliado la gama de aplicaciones y ha creado nuevas posibilidades operativas. Tener la opción de llevar puestos dispositivos HMI mientras se trabaja en el campo o en la planta deja a los operadores las manos libres para realizar tareas como mantenimiento manual, para mantener los procesos constantemente bajo control y para actuar de forma inmediata y precisa en función de las circunstancias del proceso de producción.

El dispositivo AR se conecta a través de wifi al PC que administra el sistema de supervisión al que están conectados los dispositivos de campo. Por lo general, los dispositivos vienen en forma de kit, que incluye gafas o cascos equipados con pantallas, cámaras, equipos de audio, conectividad wifi y baterías que maximizan la flexibilidad. En la pantalla del dispositivo wearable, estos sistemas pueden mostrar información dinámica en tiempo real relevante para la tarea, así como datos de procesos, estado de los sistemas, información relacionada con alertas, acciones requeridas y otra información útil. En función de las alertas, los operadores pueden interpretar los comandos necesarios, como arranque, paro, modificación de punto de consigna e instrucciones basadas en alertas.

En actividades de mantenimiento, los sistemas AR permiten ver la documentación en pantalla, como manuales de la pieza objeto de mantenimiento, y también comunicarse en manos libres con la sala de control, mediante una conexión inalámbrica. En consecuencia, la visibilidad instantánea de los datos relevantes reduce significativamente el riesgo de error humano al realizar un procedimiento. Un supuesto en el que el operador se habla con una máquina, solicita información, ejecuta comandos o interactúa directamente con el sistema mediante movimientos manuales para iniciar o ajustar un proceso ya no es cosa de ciencia ficción. Es más, cabe la posibilidad de que la máquina solicite al operador que ejecute comandos necesarios u operaciones manuales según aconsejen las circunstancias, guiando al operador en su actividad y evitando cualquier imprecisión o ineficiencia.

Si bien los sistemas AR tienden a ser soluciones complementarias, en lugar de reemplazar por completo las estaciones de trabajo que soportan los procesos de trabajo tradicionales, la naturaleza de manos libres de estos dispositivos ofrece mucha más flexibilidad y velocidad durante las fases operativas de lo que es posible obtener con los sistemas de interfaz hombre-máquina estándar. Los sistemas AR wearables y de realidad mixta apoyan y simplifican las actividades operativas, proporcionando una solución que se integra perfectamente con las tecnologías de supervisión y HMI utilizadas normalmente para administrar los sistemas de automatización y las actividades de mantenimiento.

Características clave de los HMI AR wearables

• Información instantánea de las operaciones a realizar según la situación
• Información visible en tiempo real relacionada con el sistema de automatización
• Recepción de alertas e instrucciones relevantes
• Acceso a mantenimiento guiado
• Escaneo de códigos de barras o códigos QR con información contextualizada en tiempo real
• Conectividad e interacción con otros operadores en centros de operaciones remotos
• Vistas en 3D interactivas y/u holográficas de los sistemas de automatización
• Acceso a información vía web
• Interactividad HMI con comandos de operación activados por voz y gestos
• Reconocimiento de componentes de máquinas y acceso instantáneo a información relacionada
• Información procesable.

Adoptar sistemas AR e institucionalizar las mejores prácticas permite que los trabajadores aporten más valor que nunca al rendimiento operativo y comercial. Por ejemplo, utilizar dispositivos AR optimizará las operaciones en campo, permitiendo que los operadores interactúen inmediatamente con el sistema de control sin tener que ir a otro lugar para usar una terminal de supervisión o HMI. Esto permite que el operador sea más eficiente, reaccione adecuadamente a las situaciones que ocurren y tome mejores decisiones.

Los operarios de mantenimiento pueden intervenir más rápido y realizar el mantenimiento en el lugar utilizando orientación in situ y soluciones que, en última instancia, reducirán el tiempo de inactividad del equipo. Otro beneficio es la reducción del tiempo de aprendizaje. Al proporcionar a los trabajadores que cuentan con menos cualificaciones o con menos experiencia acceso a información útil y a la capacidad de colaborar con expertos cualificados, las empresas no se ven limitadas por la escasez de trabajadores cualificados o por restricciones de desplazamiento.

Emerson es una de las primeras empresas en ofrecer soluciones AR para SCADA/HMI, facilitando a los trabajadores el acceso inmediato a gran abundancia de datos. Utilizando dispositivos AR wearables y de realidad mixta, los operadores se benefician de una gestión de procesos simplificada y de información en tiempo real relacionada con el equipo o el proceso en el que están trabajando. La AR está integrada en la plataforma Scada/HMI Movicon.NExT de Emerson, lo que se traduce en una implementación más sencilla y menos costosa y un retorno más rápido de la inversión.

Se incluyen aplicaciones compatibles con dispositivos de gafas inteligentes Android y con HoloLens basados en Windows 10. Estos dispositivos pueden mostrar cualquier tipo de información o datos, tanto históricos como en tiempo real, como configuración, mantenimiento, directrices, código de barras y otras funciones. Además, ahora los operadores pueden dialogar verbalmente con una máquina, solicitar información y dar comandos, así como interactuar directamente con el sistema haciendo gestos con las manos para controlar y configurar procesos. Es más, la máquina puede pedirle al operador que ejecute los comandos necesarios y darle instrucciones paso a paso para que realice operaciones manuales en el lugar según sea necesario a fin de ahorrar tiempo y evitar errores.

La tecnología HMI de AR también utiliza una cámara de video e inteligencia artificial para reconocer equipos o partes de la planta. La tecnología funciona con cualquier dispositivo móvil con cámara de video y navegador compatible con HTML5, y muestra automáticamente ventanas HMI que contienen la información relevante correspondiente. Esto permite que el operador obtenga al instante toda la información relevante que necesita, lo que facilita en gran medida la gestión de plantas complejas.

La integración de AR en las plataformas Scada/HMI y la posterior disponibilidad de información procesable a través de dispositivos wearables y de realidad mixta abre la posibilidad de nuevas mejoras de eficiencia. Poder usar un HMI mientras trabajan en la planta industrial proporciona a los operadores un mayor control de la situación actual, les permite intervenir rápidamente cuando y donde lo requiera el proceso, al tiempo que les ayuda a realizar tareas más rápidamente y a tomar mejores decisiones. El HMI con AR tiene la capacidad de revolucionar la forma en que los operadores gestionan los procesos, así como de optimizar la productividad y reducir el tiempo de inactividad.