El potencial de los controles avanzados de procesos en energía y materiales

McKinsey La optimización de los controles de procesos avanzados puede crear un valor significativo para los procesos industriales críticos. Maximizar ese valor requiere un enfoque integral que abarque personas, procesos y tecnologías.

Industrias como la química, la metalúrgica, la minera, la de petróleo y gas y la de generación de energía suelen requerir controles de procesos computarizados casi en tiempo real. Estos sistemas de control básicos a menudo se operan manualmente para ajustar los valores objetivo deseados (conocidos como «puntos de ajuste») en respuesta a condiciones cambiantes, como temperatura, presión o retroalimentación entrante. Sin embargo, los sistemas de control de procesos avanzados (APC) matizados a menudo dan como resultado un rendimiento significativamente mejor al automatizar las respuestas, de manera similar a cómo el control de crucero de un automóvil regula la velocidad y maximiza la eficiencia del combustible.CompartirBarra lateral

Permitir que los APC funcionen de manera más eficiente requiere una combinación de ajustes regulares y un enfoque integral que aborde sensores, dispositivos y bucles de control, así como educar y capacitar a los operadores de la sala de control sobre las últimas técnicas. Con los recientes avances en potencia informática (y menores costos informáticos), los APC se pueden ajustar utilizando modelos de aprendizaje automático, y los análisis avanzados pueden producir información responsiva a partir de grandes cantidades de datos históricos, aumentando la velocidad del proceso de ajuste y reduciendo el sesgo humano o intervención. 

Los directores de información, técnicos y de operaciones que toman las medidas necesarias para optimizar sus APC de manera repetible y sistemática pueden ayudar a obtener ganancias significativas, incluido un aumento de hasta el 15 por ciento en el rendimiento, un aumento del 5 por ciento en el rendimiento y un aumento del 10 por ciento en el rendimiento. reducción del consumo de energía. De hecho, nuestra investigación muestra que la optimización de los APC en los sitios de procesamiento puede generar entre 15.000 y 27.000 millones de dólares a nivel mundial.

Cómo funcionan los controles de procesos avanzados

La forma en que las organizaciones utilizan la lógica de control se puede visualizar como una pirámide. Los APC se ubican cerca de la parte superior y ejecutan puntos de ajuste con controladores de capa base (BLC), como controladores lógicos programables o sistemas de control distribuido (Anexo 1). En este sentido, los APC facilitan la comunicación entre los controles a nivel del sistema, los subsistemas (sensores e instrumentos) y los equipos (la maquinaria real).

Exhibición 1

Nos esforzamos por brindar a las personas con discapacidades igualdad de acceso a nuestro sitio web. Si desea información sobre este contenido, estaremos encantados de trabajar con usted. Envíenos un correo electrónico a: 

McKinsey_Website_Accessibility@mckinsey.com

En la industria minera, por ejemplo, los APC se comunican con diferentes fuentes de alimentación para entregar la mezcla de partículas objetivo a un molino.¹para ser procesado (Anexo 2). También ayudan a garantizar un tiempo de retención óptimo al controlar la tasa de alimentación de mineral y agua (también conocida como “dureza del mineral”). Cada controlador en tiempo real impulsa una única variable controlada hasta un punto de ajuste prescrito. Por ejemplo, un controlador podría ajustar la velocidad de la bomba de dilución para mantener el flujo de agua deseado, lo que informa al APC asignado al tiempo de retención.

Anexo 2

Nos esforzamos por brindar a las personas con discapacidades igualdad de acceso a nuestro sitio web. Si desea información sobre este contenido, estaremos encantados de trabajar con usted. Envíenos un correo electrónico a: 

McKinsey_Website_Accessibility@mckinsey.com

Los APC son tan buenos como los objetivos de punto de ajuste y las restricciones ingresadas por los operadores y la calidad de los datos de las variables de proceso medidas (consulte la barra lateral, “Los tres tipos de controles de proceso avanzados”). Sin embargo, muchas empresas han olvidado revisar sus puntos de ajuste durante años. CompartirBarra lateral

Los tres tipos de controles de procesos avanzados

Otros simplemente no tienen las capacidades internas necesarias para mantener sus APC y, por lo tanto, dependen de los proveedores. Gestionar estas relaciones requiere estrategias claramente definidas, y las empresas que ya luchan con la optimización a veces se quedan en la oscuridad. Depender únicamente de una estrategia de mantenimiento interna que ya falta para los circuitos de control, equipos y sensores subyacentes inevitablemente dará como resultado un rendimiento de APC inferior al ideal.

Aquellos que sí tienen la capacidad de mantener sus equipos quizá todavía carezcan de la disciplina necesaria para mantener los APC activados y en buen estado de salud. Por ejemplo, algunos operadores prefieren ejecutar procesos manualmente, dada su desconfianza en el desempeño de APC, lo que se ve agravado aún más por la falta de sistemas de gestión que rastree o califiquen el desempeño.

¿ Le gustaría obtener más información sobre nuestra  práctica de Metales y Minería ?

Los CIO, CTO y COO responsables de optimizar las tecnologías de sus organizaciones deben examinar de cerca cómo utilizar análisis avanzados para generar el máximo valor de los APC.

Cómo maximizar el valor de los controles de procesos avanzados

Los CIO, CTO y COO responsables de optimizar las tecnologías de sus organizaciones deben examinar de cerca cómo se pueden utilizar los análisis avanzados para generar el máximo valor de los APC. Hacerlo requiere un enfoque integral que aborde los desafíos en tres categorías: personas, procesos y tecnologías.

• Gente. Mejore la utilización de los APC mediante una mejor gestión del rendimiento de los operadores y proveedores y adopte un enfoque integral de gestión de cambios.
• Procesos. Mejore las capas subyacentes de los APC con mejores procesos para mantener el estado de los sensores, la instrumentación y los BLC.
• Tecnologías. Mejore el diseño y la lógica de APC identificando la función objetivo correcta y las relaciones entrada-salida, revisando las restricciones y empleando modelos de análisis avanzado.

Los siguientes ejemplos ilustran cómo se pueden optimizar los APC en estas categorías.

Ejemplo 1: Empresa de materiales básicos

Una empresa norteamericana que depende de una fundición experimentó una alta variabilidad en la temperatura de la escoria como resultado de controles deficientes.²Esta irregularidad era arriesgada, ya que una temperatura por debajo del umbral podría congelar la escoria y detener las operaciones. En respuesta, los operadores establecieron límites de temperatura demasiado conservadores, comprometiendo la energía térmica que de otro modo podría usarse para mejorar la eficiencia del horno (Anexo 3). Y satisfacer una combinación de múltiples restricciones del proceso, incluido el flujo de vapor y la relación oxígeno-carbono, complicó aún más las cosas.

Anexo 3

Nos esforzamos por brindar a las personas con discapacidades igualdad de acceso a nuestro sitio web. Si desea información sobre este contenido, estaremos encantados de trabajar con usted. Envíenos un correo electrónico a: 

McKinsey_Website_Accessibility@mckinsey.com

La empresa revisó sus sistemas de control de procesos a través de un enfoque integral.

• Gente. Se contrató a metalúrgicos y operadores para garantizar que cada APC resolviera la función objetivo correcta durante todo el proceso de optimización. Y se crearon paneles de control de rendimiento de APC para que los líderes de la planta garanticen la responsabilidad y la mejora sostenida en la utilización de APC.
• Procesos. Una revisión de los BLC, sensores, instrumentación y registros de mantenimiento subyacentes llevó a centrarse en la calibración de sensores y controladores de flujo de carbón. Los esfuerzos de evaluación de riesgos y gestión de cambios en torno a ingenieros de control, metalúrgicos y operadores también complementaron esta revisión.
• Tecnologías. Los ingenieros de control construyeron modelos predictivos para cada salida, aplicando datos históricos de más de diez millones de puntos de datos recopilados a lo largo de dos años. Un algoritmo de optimización posterior encontró los mejores parámetros de modelo posibles y mejoró así la lógica de los APC.

Como resultado de este enfoque, la empresa aumentó la recuperación de zinc del ahumador en aproximadamente un 8 por ciento. 

Ejemplo 2: Fábrica de pulpa y papel

A pesar de invertir en equipos y APC de última generación, una gran fábrica de pulpa y papel de América del Norte estaba sufriendo grandes pérdidas operativas. Su producción estuvo muy por debajo de los promedios de la industria y la mala calidad de la fibra causó problemas posteriores en las líneas de acabado de papel y tisú. 

Una revisión reveló que la mayoría de los operadores tenían poca fe en los APC críticos de la planta y optaron por operar la planta manualmente. En primer lugar, varios APC nunca se habían configurado correctamente y no existía ningún proceso para monitorear y mantener el estado del circuito de control. En la capa de instrumentación, los sensores críticos nunca habían sido calibrados, lo que efectivamente inutilizó ciertos APC.

• Gente. El liderazgo de la fábrica estableció expectativas claras con los operadores de la sala de control con respecto al uso de APC e invirtió en la gestión del cambio para garantizar la sostenibilidad. Estos esfuerzos incluyeron la implementación de paneles visuales y reuniones de turnos diarios en torno al uso de los APC, así como la educación de los operadores sobre las funciones de los APC.
• Procesos. La fábrica se centró en la gestión de proveedores, empleando un programa para preparar y calibrar los APC inactivos para ofrecer un rendimiento garantizado. Este programa incluyó la identificación de instrumentos que debían ponerse en servicio o calibrarse y responsabilizar a los proveedores por las pruebas y el monitoreo.
• Tecnologías. La empresa aplicó modelos de análisis avanzado para proporcionar mejores recomendaciones de puntos de ajuste y optimizar la ganancia total del molino por hora. En última instancia, esto dio como resultado nuevos objetivos y líneas centrales (tolerancias superior e inferior) para varios pasos del proceso, como la digestión, la deslignificación con oxígeno y el blanqueo.

Después de 12 semanas, la transformación de APC generó 21 millones de dólares en ganancias antes de intereses, impuestos, depreciación y amortización, aumentando el rendimiento en un 15 por ciento y el rendimiento en un 4 por ciento (Anexo 4).

Anexo 4

Nos esforzamos por brindar a las personas con discapacidades igualdad de acceso a nuestro sitio web. Si desea información sobre este contenido, estaremos encantados de trabajar con usted. Envíenos un correo electrónico a: 

McKinsey_Website_Accessibility@mckinsey.com

Las empresas interesadas en extraer más valor de los APC suboptimizados deberían buscar cualquiera de los siguientes indicadores:

• un alto grado de variabilidad en los indicadores de procesos críticos, incluidos el rendimiento y la recuperación
• una baja tasa de utilización (menos del 80 por ciento) de los APC existentes que controlan procesos clave
• No hay proceso para revisar periódicamente (al menos una vez al año) la lógica de APC o los puntos de ajuste.
• No hay un sistema de gestión riguroso para rastrear el estado de los BLC, la instrumentación y los sensores subyacentes.

Si se cumple alguna de las condiciones anteriores, es probable que exista una gran oportunidad de desbloquear valor adicional mediante la optimización de APC. Colaborar con proveedores de APC para identificar, calibrar y ajustar los sensores y BLC subyacentes cruciales puede ser una medida inicial sin arrepentimientos. Se deben priorizar otras iniciativas de optimización en función del impacto y la viabilidad. Con un enfoque integral basado en análisis avanzados, las empresas ahora pueden optimizar sus APC de manera repetible, eficiente en el tiempo y sistemática, capturando mejoras significativas en el rendimiento, la recuperación y el ahorro de energía.

SOBRE LOS AUTORES)

Stephan Görner es socio senior en la oficina de McKinsey en Sydney, Andy Luse es socio asociado en la oficina de McKinsey en Filadelfia, Naman Maheshwari es consultor en la oficina de Chicago, Ravi Malladi es socio asociado en la oficina de San Francisco, Lapo Mori es socio en la oficina de Denver, y Robert Samek es socio principal de la oficina de Toronto.

Los autores desean agradecer a Richard Sellschop, Micah Smith, Owen Stockdale, Asad Ul Haq, John Warner y Zach Warren por sus contribuciones a este artículo.Háblanos