La construcción modular puede facilitar la adaptación de una instalación a productos, formulaciones y caudales cambiantes. Sin embargo, no es un fin en sí misma ni una promesa general de que cualquier función pueda sustituirse rápidamente más adelante. Una instalación solo es realmente modular cuando sus interfaces mecánicas, de medios, eléctricas, de control y de seguridad se han definido, documentado y dimensionado adecuadamente ya en la planificación. Si faltan estos requisitos previos, una incorporación posterior suele seguir siendo posible, pero se trata más bien de una reconversión con el correspondiente esfuerzo de ingeniería, comprobación, parada y, en su caso, de cualificación.

En la industria de proceso son especialmente razonables las unidades funcionales claramente delimitadas. Entre ellas pueden figurar módulos de dosificación, de adición de líquidos, de mezclado, de termostatización, de vacío, de filtración, de limpieza, de transporte o de envasado. Un módulo de este tipo no solo necesita conexiones mecánicas definidas, sino también puntos de transferencia inequívocos para la energía, el aire comprimido, el agua, el vapor, el vacío, el aire de escape, las señales de control, las funciones de seguridad y los datos de proceso. Solo cuando estos puntos de transferencia están claramente establecidos puede ampliarse o sustituirse un módulo con un esfuerzo razonable.

En las instalaciones de mezclado, las opciones de modularización habituales son, sobre todo, módulos funcionales adicionales dentro de la instalación existente o conectados a ella. Entre ellos figuran las dosificaciones de líquidos, las lanzas de inyección, las boquillas de dos componentes, la sensórica adicional, las camisas de temperatura, las conexiones de vacío, las herramientas de corte o de desaglomeración, los módulos de limpieza, los órganos de descarga y la técnica de tamizado, transporte o envasado situada aguas abajo. Estas ampliaciones son especialmente eficientes cuando ya se han previsto en la planificación inicial conexiones de reserva, posiciones de montaje libres, reservas de espacio, entradas y salidas adicionales en el control, recorridos de cable suficientemente amplios y capacidades libres en el suministro de energía y de medios.

La modularización mecánica puede realizarse mediante bridas estandarizadas, conexiones clamp, conexiones de tuberías, placas adaptadoras, bastidores skid, equipos móviles o contenedores estandarizados. Sin embargo, las conexiones estandarizadas por sí solas no garantizan una intercambiabilidad sencilla. También deben ser adecuadas las cargas, la resistencia a la presión y al vacío, los requisitos de estanqueidad, la higiene, la protección contra explosiones, la limpiabilidad, la accesibilidad y las propiedades reales del material. Precisamente en los materiales a granel, el comportamiento de flujo, la densidad aparente, la humedad, la abrasividad, la tendencia a la segregación y el comportamiento del polvo influyen de forma decisiva en si un nuevo módulo de dosificación o de transporte cooperará de forma fiable con la instalación existente.

Los sistemas de cambio rápido son especialmente razonables cuando los componentes dependientes del producto cambian con frecuencia, mientras que la instalación base permanece invariable. Ejemplos de ello son las lanzas de dosificación intercambiables, los tamices, las herramientas, los adaptadores de descarga, los recipientes, los elementos filtrantes, las ayudas de llenado o las piezas de desgaste. En la fabricación discreta, los sistemas de sujeción de punto cero, los cabezales de cambio de herramienta y los portapiezas estandarizados también pueden ser muy eficaces. Para las instalaciones de mezclado de polvo, su importancia suele ser menor que en el mecanizado o el montaje asistido por robot, porque la limpiabilidad, la estanqueidad, la contención y el flujo de materiales suelen ser más importantes que un cambio de herramienta puramente mecánico y rápido.

La sustitución de un mezclador por un tamaño de construcción mayor o menor no es una ampliación modular, sino una adaptación de capacidad. Incluso si se emplea el mismo principio de mezclado, pueden cambiar la cinética de mezclado, el grado de llenado, la velocidad periférica, la transmisión de calor, el comportamiento de dosificación, el vaciado y la solicitación del producto. Por ello, las formulaciones y los parámetros de proceso no pueden transferirse a otro tamaño de construcción sin una comprobación adicional. Son necesarias una evaluación de ingeniería de procesos y, en muchos casos, ensayos con el producto original.

Una arquitectura de control y de software escalable es tan importante para una modularidad real como la mecánica. Los nuevos componentes necesitan funciones, modos de funcionamiento, fases de proceso, mensajes, alarmas, enclavamientos, valores de consigna y estados seguros claramente definidos. Una programación modular del PLC puede ayudar a integrar estas funciones de forma estructurada. PLC significa controlador lógico programable y designa un ordenador industrial para el control de máquinas y procesos. Las interfaces con sistemas de nivel superior, como el sistema de control, el Manufacturing Execution System o el Enterprise Resource Planning System, también deben estar descritas. Un Manufacturing Execution System, en forma abreviada MES, respalda el control operativo de la producción y la documentación de lote. Un Enterprise Resource Planning System, en forma abreviada sistema ERP, respalda la planificación y gestión de pedidos, materiales y recursos.

El Module Type Package, en forma abreviada MTP, puede respaldar la integración de las unidades de proceso modulares desde el punto de vista de la automatización. El MTP es una descripción formal y neutral respecto al fabricante de las funciones e interfaces de un módulo de proceso. Se describe en el marco de la serie de directrices VDI/VDE/NAMUR 2658 y permite integrar un módulo adecuado en un nivel de orquestación de procesos de nivel superior. El MTP puede contener indicaciones sobre pantallas de manejo, servicios del módulo, información de diagnóstico y de mantenimiento, así como interfaces de comunicación. Es especialmente adecuado para módulos de proceso delimitados y en gran medida autónomos, como los skids de dosificación o de termostatización. Sin embargo, el MTP no hace superflua ninguna comprobación de compatibilidad mecánica o de ingeniería de procesos, ni conduce automáticamente a un «plug and produce». Para ello, el sistema de control de proceso, los módulos de proceso, los modelos de datos y los procedimientos operativos deben estar realmente diseñados de forma compatible con MTP.

Para la comunicación entre módulos y un nivel de orquestación de procesos se emplea con frecuencia OPC Unified Architecture, en forma abreviada OPC UA. OPC UA respalda el intercambio estructurado y entre fabricantes de datos de proceso y de estado. Sin embargo, no resuelve las cuestiones de responsabilidades, liberaciones, lógica de seguridad, calidad de los datos o la correcta interacción de varios módulos. La verdadera flexibilidad solo surge cuando las interfaces técnicas, los modelos de datos semánticos, la lógica de formulación, las funciones de seguridad y los procedimientos operativos están coordinados entre sí.

Los módulos móviles o desplazables pueden mejorar la flexibilidad de la distribución, por ejemplo en contenedores, estaciones de dosificación móviles, unidades de filtración, sistemas skid o equipos de envasado. Sin embargo, no son adecuados para todas las aplicaciones. Las operaciones adicionales de acoplamiento, transporte y posicionamiento pueden crear riesgos para la estanqueidad, la higiene, la seguridad laboral, las conexiones de medios y las confusiones de material. Los vehículos de transporte sin conductor, también denominados Automated Guided Vehicles o, en forma abreviada, AGV, pueden automatizar la logística de materiales, pero necesitan espacio suficiente, vías de circulación seguras, un concepto de transferencia robusto y una integración fiable en la planificación de la producción. Su uso debe evaluarse con especial cuidado en zonas muy polvorientas, con riesgo de explosión o estrictamente higiénicas.

Un suministro de medios modular puede facilitar considerablemente las ampliaciones posteriores. Entre ellas figuran conexiones preparadas y reservas de dimensiones suficientes para la electricidad, las redes, el aire comprimido, el agua, el vapor, la refrigeración, el vacío, el gas inerte, el aire de escape y el agua residual. Los acoplamientos múltiples pueden reducir los tiempos de montaje, pero deben adecuarse al nivel de presión, al medio y al concepto de limpieza y de seguridad. En aplicaciones críticas desde el punto de vista higiénico o regulatorio, los puntos de acoplamiento adicionales no deben dar lugar a nuevos espacios muertos, riesgos de fuga, peligros de confusión o zonas insuficientemente limpiables.

Los modelos digitales y la puesta en marcha virtual pueden preparar las reconversiones y reducir los riesgos. Una puesta en marcha virtual utiliza un modelo de la instalación y de la lógica de control para probar estados operativos, interfaces, enclavamientos, escenarios de fallo y procedimientos antes del montaje real. Puede hacer visibles los errores antes y acortar el tiempo de puesta en marcha in situ. El National Institute of Standards and Technology describe la puesta en marcha virtual como el empleo de la simulación para el desarrollo, la comprobación y la evaluación de sistemas de control antes de su conexión con la instalación real.

De ello debe distinguirse un gemelo digital. Un verdadero gemelo digital es una representación digital, con un fin determinado, de un elemento físico observable, que se sincroniza con dicho elemento. Para los procesos de mezclado, un gemelo sólido y físicamente representativo sería especialmente exigente: no solo tendría que representar la geometría, el accionamiento, la lógica de control y los datos de medición, sino también las propiedades del material a granel y su variación durante el proceso. Entre ellas figuran, por ejemplo, la distribución granulométrica, la densidad aparente, la humedad, el comportamiento de flujo, la cohesión, la tendencia a la aglomeración, la abrasividad, las adherencias y, en su caso, el efecto de las adiciones de líquido. Estas propiedades fluctúan a menudo entre lotes de materia prima y cambian durante el proceso de mezclado. En la práctica, rara vez están disponibles de forma completa, suficientemente precisa y modelizable de manera dinámica. Por ello, muchas aplicaciones denominadas gemelos digitales son más bien modelos de datos, modelos de control virtuales, modelos de capacidad o historiales de proceso. Pueden ser muy útiles, pero no deberían confundirse con una predicción sólida de la calidad de mezcla o del comportamiento del producto.

La capacidad de adaptación de una instalación aumenta en conjunto gracias a la combinación de módulos funcionales preparados constructivamente, interfaces claras, reservas de medios y de control suficientemente dimensionadas, software modular y una arquitectura de proceso y de seguridad limpia. Especialmente en el caso de productos cambiantes, una estrategia de limpieza adecuada resulta además decisiva. No toda variación de producto puede abordarse económicamente mediante una reconversión modular. Cuando las propiedades del material, los requisitos de higiene, la contención, la protección contra explosiones o los objetivos de calidad cambian de forma fundamental, una vía de proceso separada, una instalación adicional o un diseño de aparato diferente pueden resultar más económicos y seguros que una reconversión continua de una instalación de mezclado existente.