APLICACIÓN DE UN ENFOQUE CONCURRENTE EN EL DESARROLLO DEL DISEÑO DE PLANTAS INDUSTRIALES INTELIGENTES EN CHILE. ANÁLISIS CRITICO.

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1 APLICACIÓN DE UN ENFOQUE CONCURRENTE EN EL DESARROLLO DEL DISEÑO DE PLANTAS INDUSTRIALES INTELIGENTES EN CHILE. ANÁLISIS CRITICO. Dr. Ing. Pedro Sariego P. 1 p Ing. Marcelo Vásquez V. Mg. Claudio Troncoso U. 2 RESUMEN. Los proyectos de ingeniería de plantas son una de las áreas de desarrollo profesional más usuales dentro de la Ingeniería Mecánica a nivel mundial. En Chile, la ingeniería de plantas industriales ha estado principalmente relacionada al campo minero. Usualmente estos proyectos involucran la generación y procesamiento de una enorme cantidad de datos, cálculos y planos. Hasta algunos años, estos desarrollos suponían la elaboración de maquetas ó modelos a escala, que tenían como fin tener una representación física de la planta a diseñar. En la actualidad existe una variedad de herramientas de apoyo por ordenador, para cada una de las tareas y exigencias antes descritas y otras que cubren otras funciones, la mayoría de las cuales se pueden agrupar bajo el enfoque concurrente del Diseño de Plantas Inteligentes, desarrolladas a partir del concepto de Ciclo de Vida de Plantas. Este concepto define la información generada en las etapas de ingeniería como un activo, el cual será utilizado en toda la vida de la planta. El trabajo presenta una metodología de integración de conceptos y herramientas señalados y utilizadas en el caso chileno. ABSTRACT The projects of engineering of plants are one of the usual areas of professional development but within the engineering at world-wide level. In Chile, the engineering of industrial plants been mainly has related to the mining field. Usually these projects 1 Dr. Ing. Pedro Sariego P, es profesor de la Universidad Técnica Federico Santa María. Valparaíso Chile. 2 Ing. Marcelo Vasquez, es Gerente de Ventas de Videográfica. Santiago Chile 3. Mg. Claudio Ingeniería, es profesor de la Universidad Técnica Federico Santa María. Valparaíso Chile. 879

2 involve the generation and processing of an enormous amount of data and planes. Until some a these developments supposed the elaboration of scale models or models on scale, that have as aim a representation of the plant to design. At the present time a variety of tools of support by computer exists, for each one of the tasks and exigencies before described and to other that cover other functions, most of which can be grouped under the concurrent approach of the "Design of Intelligent Plants", developed from the concept of "Service Life of Plants". This concept defines the information generated in the stages of engineering like "assets", which sera used in all the life of the plant. The work presents/displays one methodology of integration of concepts and tools used in the Chilean case 1. INTRODUCCIÓN. Conceptualmente un proyecto de Ingeniería Concurrente está basado en tres pilares fundamentales: paralelismo, integración y presciencia. El paralelismo reduce el tiempo global mediante la realización simultanea de cuantas tareas sea posible, se racionaliza la descomposición del trabajo, evitando las pérdidas de tiempo inherentes a un enfoque secuencial. Al mismo tiempo exige un mejor desarrollo y transferencia de la información entre tareas. La integración, dado que el paralelismo fuerza a la integración entre departamentos, especialmente entre la ingeniería y la producción, se reduce el impacto de la división de trabajo en áreas de especialización y gestión. Por lo demás, sólo mediante la integración es posible tomar en consideración todo el conocimiento de las disciplinas relevantes en cada fase del desarrollo del producto. Finalmente la presciencia: cuya misión es avanzar el curso de los hechos, posibilita estar preparados frente a posibles eventualidades mediante la exploración temprana de las actividades futuras, tomando así las decisiones adecuadas cuanto antes y al mínimo costo. Estas características marcan la ingeniería moderna en todos los ámbitos, especialmente en proyectos en que están en juegos grandes niveles de inversión y recursos, tal como el diseño de plantas industriales 3D y 4D inteligentes en, generalmente desarrollados para funcionar en alrededores agrestes, tal como es el caso de los proyectos mineros chilenos. La aplicación de esta tecnología de punta está marcando la ingeniería chilena a grandes pasos. 880

3 2. CONCEPTOS BÁSICOS PARA EL DISEÑO DE PLANTAS INDUSTRIALES. El concepto denominado Ciclo de Vida de Plantas Industriales es un concepto donde se establece a la información como un activo que se incrementa desde las etapas de ingeniería básica, detalles construcción y operación de un planta industrial (ver figura 1). Por lo tanto las nuevas herramientas están orientadas a la centralización de información y la interacción de esta con los diferentes sistemas involucrados. Figura 1.- Ciclo de vida Planta Industrial /4/. La figura anterior, muestra la definición de los atributos de los elementos componentes de la planta en bases de datos y su enlace a la representación gráfica originan una maqueta virtual inteligente. Esta Maqueta Virtual Inteligente es una representación real de la planta antes de que esta sea construida. Obviamente teniendo esta información, data de ingeniería y un modelo a escala real de la planta, la información necesaria para construir será extraída desde el modelo 3D inteligente. De esta forma estos sistemas de diseño nos entregan todos los materiales definidos en la planta, además de planos de diseño, chequeos de interferencias y otras posibilidades de información que el método tradicional es incapaz de entregar. 881

4 Planos Esquemáticos MODELOS 3D DISCIPLINAS Integración Mod.3D BASES DE DATOS Extracción Información Figura 2.- Modelo Maqueta virtual inteligente En general el flujo de la información en el proceso de ingeniería con la utilización del concepto de la generación de modelos 3D inteligentes parte con la definición de los diagramas esquemáticos de la planta. Esta definición dará origen a los primeros datos de la planta en términos de proceso y componentes. Luego de esta definición de datos y dibujos esquemáticos las diferentes disciplinas de ingeniería involucradas en el proyecto proceden a la modelación de la planta en 3D. Una vez que la planta ha sido definida en 3D y se ha revisado completamente de acuerdo a los conceptos de diseño definidos en el estudio de ingeniería el proceso de trabajo finaliza con la extracción de toda la información necesaria para la construcción de la planta, ya sea planos, isometrías, listados de materiales, fotografías de montaje etc. En resumen, se tiene un flujo de información que comienza con una definición de diagramas de procesos e instrumentación para pasar al levantamiento 3D de la planta generando una maqueta virtual de la cual se extrae la información necesaria para pasar a construcción. Así, el flujo de información cambia de una primera etapa bidimensional a tridimensional con la generación de una maqueta virtual que contiene todos los datos 882

5 definidos en la ingeniería del proyecto y que serán utilizados en las etapas de construcción y operación de la planta. A partir de este simple esquema existe un flujo de información a lo largo del proyecto que se ve beneficiada con la centralización de los datos. En efecto, ordenes de cotización de equipos, instrumentos, materiales para la construcción y otra información es generada y relacionada al estudio de ingeniería tiene por este método de trabajo una fuente común. En la práctica estos sistemas de diseño de plantas fundamentan su funcionamiento en una ingeniería concurrente donde todas las disciplinas de ingeniería trabajan sobre una base de información común y en forma paralela. Las referencias identifican 7 etapas en el flujo de trabajo en un proyecto de Ingeniería 3D Inteligente, a saber: Reunión Inicial de Proyecto; Configuración de Proyecto 3D Inteligente; Desarrollo de Dibujos Esquemáticos; Modelación 3D Inteligente Generación de Maqueta Virtual propiamente tal; Desarrollo de Modelos 3D; Reuniones de Coordinación y Revisión de la Maqueta 3; Extracción de Información de Maqueta 3D Inteligente, cuyos detalles pueden conocerse en los soportes documentales de los fabricantes de los softwares. 3. EL DISEÑO DE PLANTAS INDUSTRIALES EN CHILE El diseño de plantas industriales en Chile, está sin lugar a dudas relacionado con el crecimiento de su sector industrial, principalmente en el campo minero. En este sector se han desarrollado las mayores inversiones en proyectos de plantas nuevas o expansiones de plantas existentes en los últimos 15 años. La presencia de ricos depósitos mineros en explotación y considerables reservas de minerales metálicos y no metálicos colocan a Chile en una posición privilegiada en las naciones mineras del mundo y con esto hace que sea un foco de inversión, especialmente extranjera, en diferentes sectores relacionados a la Minería. 883

6 Es así que en la última década se han desarrollado una serie de proyectos en el sector que han significado una inversión tecnológica importante. Un área importante de esa inversión es la de construcción de infraestructura de plantas industriales que originan la capacidad de procesamiento de los minerales. Este aumento de infraestructura ha dado paso a la definición de grandes desafíos de innovación tecnológica en el desarrollo de procesos productivos eficientes, incorporando a la vez la comprensión de nuevos conceptos de explotación vigentes a nivel mundial. Empresas como Fluor Daniel, Bechtel Co., David International, SNC-Lavalin, Kvaerner Metals han abierto oficinas en Chile para atender los principales requerimientos mineros. Estas mismas empresas con un amplio conocimiento de herramientas para el desarrollo de proyectos de procesos comienzan a traer sus tecnologías para sus trabajos locales obligando a sus competidores a asumir estos desarrollos y provocando presión en los sectores universitarios y gubernamentales chilenos por lograr un desarrollo interno de éstos, para producir profesionales capaces de trabajar en estos ambientes y desarrollar proyectos en conjunto. Este inicio no pararía hasta el ingreso de una integración de herramientas que no sólo se utilizaran en el proceso de ingeniería de proyecto si no que además van a constituir un apoyo considerable en las posteriores etapas de construcción y operaciones de plantas industriales, bajo el concepto de Ciclo de Vida en comento. A fines de los años 90 se desarrolla en forma masiva proyectos bajo el concepto de Diseño de Plantas Inteligentes. Como se ha señalado, el concepto es muy simple, toda la información necesaria para definir una planta esta asociada a su representación gráfica por medio de la definición de bases de datos que contienen todos los atributos de los diferentes componentes de la planta como equipos, estructuras, instrumentos y otros. Esta centralización de la información se manifiesta como un enlace directo entre la data de ingeniería y su representación gráfica 3D. 884

7 3.1 Herramientas de apoyo. En la actualidad, se ha incursionado en Chile en el desarrollo de proyectos bajo la utilización de sistemas de diseños de plantas, en los cuales interactúan sistemas gráficos con sistemas de bases de datos. Si miramos las estadísticas mundiales, el sistema líder en el diseño de plantas industriales es PDS Plant Design System de la línea Process & Building de la empresa Intergraph Co. Esta situación se repite a la fecha en Chile, ya que las mayores empresas de ingeniería han adoptado este sistema de diseño como su herramienta de trabajo en diseño de plantas industriales. Como se ha señalado este software es básicamente una extensa aplicación para el diseño, construcción y operación de plantas industriales. Nota: En base al análisis anterior, PDS aparece como una de las principales herramientas para el diseño de plantas industriales. Sin embargo también existen otras herramientas que poseen una ventaja similar frente a este tipo de proyectos y que no dejan de ser importantes. Dichas herramientas son por ejemplo: AutoPlant bajo la empresa Rebis, PDMS bajo la firma CADCentre o PlantSpace por Bentley/Jacobus. 3.2 Antecedentes de aplicación de tecnologías 3D y 4D Las empresas de ingeniería antes señaladas y otras afines están llevando a minería Chilena proyectos de gran envergadura aplicando las herramientas como PDS. Estos avances incluyen la aplicación de los módulos de este software desde el chequeo de interferencias hasta herramientas más sofisticadas que involucran al factor tiempo ($D). Al respecto, es especialmente destacable es el caso del proyecto denominado proyecto de expansión Escondida Fase IV, al norte de Chile, que en rigor el primer proyecto en Latinoamérica en el que se está aplicando el 4D en su construcción. El proyecto, de una inversión del orden de los millones de dólares, fue aprobado a fines del año 2000, actualmente aún esta en etapa de construcción y se espera que 885

8 entre en operaciones en Noviembre de este año 2002, para finalmente alcanzar su plena capacidad en unos ocho meses. Las etapas de diseño y construcción del proyecto están a cargo de la empresa de ingeniería y construcción Bechtel Chile, la que con el apoyo de un equipo de investigación de la Universidad de Stanford (EE.UU.). Este proyecto es la más grande expansión de fase única de cualquier concentrador de cobre en la historia. Por primera vez, el sistema PDS esta siendo usado en Chile junto con Primavera Project Planner. Combinados, estos sistemas están proporcionando asistencia de secuencias y modelos 4D que han ahorrado tiempo y recursos en terreno. PDS, Primavera Project Planner y Smart Plant Review son las principales herramientas de software comerciales usadas para desarrollar el 4D-PS en Escondida. Tan importante como el anterior es el caso del proyecto de Aumento de la Capacidad de Beneficio de mineral para el concentrador Colon, de la división El Teniente de Codelco, en la ciudad de Rancagua, a 100 [km] al sur de Santiago, que es otro caso en el que se esta intentando aplicar el 4D Los objetivos en esta ocasión son el lograr aumentar la capacidad de beneficio del mineral de cobre desde [tpd] a [tpd], mediante la implementación como instalación principal de la expansión original, de un segundo módulo de molienda semiautógena. El proyecto demanda una inversión del orden de los US$ 250. Millones de dólares La ingeniería básica y de detalles esta siendo desarrollada utilizando la tecnología PDS, lo que facilita la implementación del 4D-PS en el proyecto. Las tareas de construcción comenzaron en el mes de mayo del presente año, por lo cual se pretende implementar el 4D-PS en el proyecto solo en forma parcial y como herramienta de apoyo a la planificación original. 4. CONCLUSIONES Ha de considerarse el gran impacto que ha tenido en la ingeniería chilena la introducción de estas herramientas de punta. Esto ha impulsado a las instituciones 886

9 universitarias a profundizar en el tema y desarrollar áreas de trabajo con interesantes resultados a la fecha. Por otro lado, lo importante y rescatable es lo relacionado con las ventajas que entregan el uso de la tecnología en comento. Una de estas ventajas es el potencial de simulación que aportan, lo cual va de la mano con las exigencias que imperan hoy en día en la realización de proyectos de ingeniería y que incluso, bajo la óptica de teorías clásicas de proyectos, como la de Asimow, le da una mayor importancia al desarrollo del diseño en forma preliminar. Conceptos como sistema modular, fácil acceso de la información, rápida realización de modificaciones e información accesible y actualizada son factores que hoy en día determinar una reducción de costos y tiempos en el desarrollo de proyectos tomando en cuenta que también se compatibiliza con el concepto de hacer las cosas a la primera como establece la Ingeniería Concurrente. La utilización de software de simulación que entreguen un análisis preliminar de cómo se verá el proyecto físicamente es una ventaja incalculable tomando en cuenta el ahorro en tiempo y recursos de estas herramientas. Desde el punto de vista técnico y en base a lo que se ha visto a la fecha, se pueden elaborar tres grandes conclusiones, a saber: La necesidad de realizar cambios organizacionales; el período cultural y el período de transición, la integración desde la visualización. La necesidad por cambios organizacionales. Aunque que el foco de este trabajo no está en los cambios organizacionales que se requieren hoy en día en la industria de la ingeniería y construcción sino mas bien en algunas de las herramientas que permiten que tales cambios ocurran, la experiencia que se ha adquirido en estos últimos meses en la aplicación de las herramientas de visualización y en la modelación 4D, sobre todo en el proyecto de Escondida IV, indican la necesidad de cambios organizacionales específicos para tomar ventaja de estas 887

10 nuevas herramientas y proporcionar oportunidades para continuar las investigaciones acerca de la aplicación de estas tecnologías. El problema cultural y el período de transición. Uno de los más grandes obstáculos para cambiar ocurre como resultado de la relativa falta de experiencia en la implementación de estas nuevas herramientas de visualización. El uso de estas nuevas herramientas representa un problema cultural para una cantidad importante de personas y requerirá un cambio en la forma en que el trabajo es organizado y planeado. Muchas veces, la introducción de nuevas herramientas se adelanta al uso de las herramientas existentes. Por ejemplo, mucha gente no esta aún acostumbrada a pensar en términos de un ambiente CAD 3D, mientras el uso del CAD 4D esta ya comenzando a ser introducido por las principales empresas de ingeniería. El problema cultural puede requerir un cierto período de transición para que la gente tenga una mayor cercanía con las nuevas tecnologías y herramientas. La duración de este período de transición no debiera ser tan largo. Se necesita un re-pensamiento del proceso de educación, tanto en las universidades como en los lugares de trabajo, para proveer a las próximas generaciones de usuarios de tecnología el conocimiento y la experiencia para acercar el vacío existente entre la practica de la ingeniería y construcción y los avances tecnológicos. La visualización, un gran aporte a la integración. De las herramientas de visualización se espera que ofrezcan grandes beneficios principalmente para la integración diseño-construcción, dos áreas tradicionalmente divididas. Las estructuras de datos del modelo 3D ofrecen muchas nuevas formas de usar la data del diseño en diferentes fases de la construcción. 5. REFERENCIAS /1/ Aravena, L., Octavio, Metodologías proyectuales y herramientas CAD 3D/4D inteligentes para el diseño y construcción de plantas industriales en Chile. Memoria 888

11 para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico, Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaíso -Chile, /2/ Bizama, V., Alejandro, Aporte al desarrollo de plantas industriales en Chile bajo enfoque proyectual de Asimow y uso de tecnologías de apoyo computacional en el chequeo de interferencia. Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico, Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaíso -Chile, /3/ Rojas, G., Cesar, Reestudio de una planta de reciclaje de residuos plásticos en la Región, combinando enfoques clásicos de proyectos y el concepto de 3D Inteligente. Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico, Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaíso -Chile, /4/ Vásquez, V., Marcelo, Diseño de Plantas Industriales en Chile bajo el concepto de maquetas 3D inteligentes. Memoria para optar al título de Ingeniero Mecánico Industrial, Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaíso -Chile, CORRESPONDENCIA Dr. Ing. Pedro Sariego P. Casilla 110-V Valparaíso-Chile Teléfono: Fax: pedro.sariego@mec.utfsm.cl 889