¿Cómo se pueden integrar los datos de proceso de plantas de mezclado en sistemas MES/ERP?
La integración no debería planificarse como una conexión directa entre el mezclador y el software corporativo, sino como una cadena de datos controlada que va de la sensórica y el control, pasando por un historian o un sistema edge, hasta el Manufacturing Execution System y el Enterprise Resource Planning System. Un Manufacturing Execution System, abreviado MES, controla y documenta la producción operativa. Un Enterprise Resource Planning System, abreviado sistema ERP, gestiona pedidos, materiales, existencias, planificación y logística.
Arquitectura y modelo de datos
Para los procesos por lotes resulta razonable una estructura orientada a la norma ISA-88. La ISA-88 describe recetas, módulos de instalación, fases de proceso y datos de lote. La ISA-95, o bien la IEC 62264, describe la interfaz entre el nivel de producción y el nivel corporativo. Estos modelos ayudan a vincular los datos de proceso con el identificador de lote, la versión de receta, la instalación, la marca de tiempo y la fase de proceso.
En el mezclador, el sistema de control registra valores relevantes como pesadas, tiempo de mezclado, velocidad de giro, par, temperatura, humedad, presión, consumo de energía, estado, alarmas e intervenciones del operador. Solo deberían transmitirse los datos que sean relevantes para la conducción del proceso, la calidad, la trazabilidad, el mantenimiento o los indicadores. Los datos de alta frecuencia, por ejemplo las curvas detalladas de vibración o de par, suelen almacenarse y preprocesarse en un historian o un sistema edge. Al MES se le transmiten después indicadores condensados, tendencias, eventos o incumplimientos de valores límite.
Interfaces y flujo de datos
OPC Unified Architecture, abreviado OPC UA, es adecuado como estándar independiente de la plataforma para el intercambio seguro y estructurado entre controladores, sensores y aplicaciones MES, ERP y en la nube. OPC UA ofrece modelos de información, así como funciones de autenticación, cifrado y protección de la integridad.
Otras interfaces desempeñan funciones específicas: PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP e IO-Link conectan típicamente equipos de campo y controladores. Message Queuing Telemetry Transport, abreviado MQTT, puede resultar útil para la transmisión de datos orientada a eventos o para aplicaciones de Internet industrial de las cosas. Las interfaces REST, abreviatura de Representational State Transfer, se emplean con frecuencia entre el MES, el ERP y las plataformas de integración. En instalaciones brownfield, los gateways pueden convertir interfaces propietarias o antiguas en modelos de datos estandarizados. Sin embargo, estos gateways deben gestionar de forma fiable la calidad de los datos, las marcas de tiempo, la ciberseguridad y el comportamiento ante fallos.
Normalmente, el sistema ERP transmite al MES las órdenes de producción, las listas de materiales, los datos maestros y las especificaciones de material. El MES concreta a partir de ello la ejecución: pone a disposición las recetas, coordina los lotes, gestiona los pasos de proceso y genera protocolos electrónicos de lote. Del MES vuelven al ERP las confirmaciones sobre el consumo real, la cantidad producida, el rechazo, el retrabajo, el estado y los datos de calidad. El sistema de control del mezclador no debería emplearse directamente como sistema maestro para las contabilizaciones de material o las liberaciones de lote.
Lotes y cumplimiento normativo
Para la trazabilidad, los lotes de materia prima, las pesadas teóricas y reales, la versión de receta, los parámetros de proceso, los tiempos, las alarmas, las desviaciones, las intervenciones del operador y las liberaciones deben asignarse a un lote de producto final inequívoco. Un Electronic Batch Record, abreviado EBR, puede reunir esta información en un protocolo electrónico de lote.
En aplicaciones reguladas deben tenerse en cuenta los derechos de usuario, los audit trails, las firmas electrónicas, el archivado de datos, las copias de seguridad y la legibilidad durante el periodo de conservación. La normativa 21 CFR Part 11 es relevante cuando se llevan registros o firmas electrónicas en virtud de otras disposiciones de la FDA aplicables. No basta con exportar datos desde un PLC (controlador lógico programable); debe controlarse toda la cadena de datos, incluidas las interfaces, la base temporal y los procesos de corrección.
La sincronización horaria entre el control, el historian, el MES y el ERP es especialmente importante. El Network Time Protocol, abreviado NTP, suele ser suficiente para las evaluaciones de lotes y de OEE. El Precision Time Protocol, abreviado PTP, puede ser necesario cuando los requisitos de precisión temporal son más elevados. Lo decisivo es que las desviaciones puedan supervisarse y que los eventos procedentes de distintos sistemas puedan asignarse correctamente.
Seguridad e implementación
La integración debería comenzar con una matriz clara de datos e interfaces: ¿qué datos se generan y dónde, qué sistema es el maestro, quién puede leer o escribir, cómo se detectan los errores y cómo se produce el reinicio tras fallos de comunicación? Igual de importantes son unas convenciones de nomenclatura uniformes para instalaciones, tags, lotes y recetas.
La ciberseguridad debe formar parte de la arquitectura. El modelo de seguridad conforme a la norma IEC 62443 organiza los sistemas industriales de automatización y control en zonas con requisitos de protección comparables y vías de comunicación controladas, denominadas conduits. Por ello, un acceso desde el MES o el ERP no debería llegar de forma incontrolada hasta el nivel de control. La segmentación de red, unas reglas de firewall restrictivas, cuentas de usuario inequívocas, accesos remotos seguros, la gestión de parches y los cambios controlados son medidas centrales.
Conexión con MES y ERP en amixon®
amixon® integra los datos de proceso de forma específica según el proyecto en el entorno de automatización e informático existente del operador. El punto de partida es la User Requirement Specification, abreviada URS. Esta determina qué datos se registran, cómo se asignan a un lote y a través de qué interfaces se transmiten al sistema de control de proceso, al Manufacturing Execution System o al Enterprise Resource Planning System. Un Manufacturing Execution System, abreviado MES, apoya el control de la producción y la documentación de lotes; un Enterprise Resource Planning System, abreviado sistema ERP, gestiona, entre otras cosas, pedidos, materiales y logística.
La planta de mezclado puede equiparse con un controlador lógico programable, abreviado PLC. En él pueden ejecutarse recetas con tiempo de mezclado, velocidad de giro, secuencia de dosificación, perfil de temperatura y otros parámetros de forma referida al lote. Según la tarea de mezclado pueden registrarse, por ejemplo, el par, la temperatura, la humedad, la presión, el vacío, las cantidades dosificadas, los tiempos de funcionamiento, los ciclos, las alarmas y las intervenciones del operador. amixon® no fija el alcance de los datos como un paquete estándar rígido, sino que lo adapta al proceso, al producto, al requisito de calidad y al entorno de sistemas existente.
Una identificación asistida por código de barras puede vincular materias primas, envases, versiones de receta y lotes de producción. De este modo, los valores teóricos y reales, los números de lote y determinados datos de proceso quedan disponibles para la trazabilidad, los protocolos electrónicos de lote y las evaluaciones de OEE. La eficacia global de la instalación, en inglés Overall Equipment Effectiveness y abreviada OEE, evalúa la disponibilidad, el rendimiento y la calidad. Su capacidad informativa presupone que las marcas de tiempo, los motivos de parada, la asignación de lotes y la responsabilidad sobre los datos estén regulados de forma inequívoca en todos los sistemas implicados.
En aplicaciones reguladas, amixon® puede orientar la automatización a los requisitos de documentación, roles de usuario, audit trails y datos electrónicos. amixon® apoya en la Design Qualification, la Installation Qualification y la Operational Qualification, abreviadas DQ, IQ y OQ. Según indica la empresa, la documentación y la ejecución pueden orientarse a la EU-GMP y la FDA 21 CFR Part 11. La responsabilidad de la validación de la cadena de datos completa, de la integridad de los datos y de la liberación regulatoria permanece en manos del operador.
Los datos operativos del mezclador pueden además apoyar el mantenimiento orientado al estado. Los tiempos de funcionamiento, los ciclos de conmutación, las curvas de par, la corriente del motor, la temperatura y las averías pueden indicar cambios en el accionamiento, los rodamientos, las juntas o los órganos de descarga. amixon® combina esta base de datos con una construcción de fácil mantenimiento, entre otras cosas un órgano mezclador apoyado por encima de la cámara de mezclado. Que un mantenimiento predictivo sea razonable depende de los mecanismos de fallo medibles, de la calidad de los datos y de la organización de mantenimiento del operador.
El diseño técnico de la captura de datos puede prepararse en el centro de ensayos con el producto original. Según amixon®, en Paderborn hay disponibles más de 35 instalaciones de prueba; existen centros de ensayos complementarios en EE. UU. y en varios países de Asia. Los ensayos pueden mostrar qué magnitudes de proceso son relevantes para la calidad de mezcla, la protección del producto, el aporte de energía, el vaciado o la limpiabilidad. De este modo proporcionan una base para la selección de una sensórica adecuada y la estructura de los datos de receta y de proceso.
amixon® desarrolla y fabrica, según indica, de forma centralizada en Paderborn. La elevada profundidad de fabricación facilita la coordinación entre el mezclador, los racores para sensores, la automatización, la documentación y las adaptaciones posteriores. El mantenimiento, la modernización, el suministro de piezas de recambio y las adaptaciones de interfaces específicas del proyecto pueden acompañarse a lo largo del ciclo de vida de la instalación.