Puesta en servicio virtual de almacenes automáticos - algunos casos prácticos realizados

Un sincero agradecimiento a Dietmar Lenk - Responsable de los proyectos intralogísticos con un alto índice de automatización | Ferrero Engineering Facilities & Utilities por su valiosa contribución

Introducción

La realización de almacenes automáticos (MA) es una tarea compleja y exigente.

A menudo, estos proyectos tienen un plazo de realización más largo del previsto y/o sobrepasan el presupuesto previsto, por ejemplo, debido a la complejidad de la infraestructura logística y a los impactos/problemas derivados de otras áreas (por ejemplo, Instalación Sprinkler, Climatización).

Asimismo, existe el riesgo potencial de que cuando el MA está listo para el “Go-Live” (la puesta en marcha para la producción) el software realizado (SW), esto es, el Sistema de Automatización, el Sistema de Flujo de Material y el Sistema de Gestión del Almacén no sean adecuados para las exigencias y las expectativas del cliente y de la empresa.

De acuerdo con un enfoque utilizado en el pasado, esto es, el enfoque tradicional, los flujos principales de las actividades de proyecto se trataban principalmente según un orden serial.

Con los últimos desarrollos del mercado y las herramientas disponibles, ya sin prototipos, es posible decantarse por un enfoque virtual, que, con frecuencia, se llama "Digital-Twin" (“Gemelo Digital”), con el objetivo de evitar problemas en el proyecto relacionados con plazos y/o presupuestos.

En los siguientes capítulos se describen los diferentes estándares y enfoques y las experiencias con proyectos realizados.

La parte de instalaciones y servicios de un MA no se tiene en cuenta. 

Enfoques y estándares

Realización de instalaciones logísticas - enfoque tradicional -

Con el enfoque tradicional, los flujos de proyecto principales, como el Desarrollo y la Prueba del SW, con sus subflujos, se gestionan principalmente de acuerdo con un orden serial.

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Esta serialización genera muchas dependencias entre los subflujos de proyecto.
El resultado, esto es, el correcto funcionamiento del MA, es visible prácticamente solo cuando se completan los flujos de proyecto, es decir, en el momento del “Go-Live”.
De hecho, la experiencia con los proyectos realizados demuestra que, en las últimas semanas previas al “Go-Live”, hay mucho "stress" en el lugar de trabajo, debido al hecho de que todos deben concluir su trabajo.
Un ejemplo de cuanto se refiere más arriba es que los desarrolladores del SW para la automatización y el MFS/WMS realizarán sus actividades de test justamente mientras estén curso trabajos de construcción como la instalación del sistema "sprinkler" (sistema de rociadores), lo que será complejo.

Realización de instalaciones logísticas - enfoque virtual -

Con el nuevo enfoque, el denominado enfoque virtual (Virtual Commissioning), todos los flujos de proyecto que son necesarios para un proyecto de Almacén Automático, como

- trabajos para instalaciones y servicios conectados
- construcción mecánica
- desarrollo de la automatización
- desarrollo IT
- etc.

son más independientes unos respecto de los otros.
El resultado es que con este nuevo enfoque podemos obtener una elevada flexibilidad y control, y los flujos de impacto serán independientes.

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Estandarización del modelo virtual

En el ámbito de la Puesta en Servicio Virtual y de los modelos virtuales debemos ser consciente que, hasta la fecha, no existe un enfoque único y que la estandarización se encuentra aún en la fase inicial.
Podemos hacernos una idea a partir del siguiente gráfico:

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Escenario "Sistema Real"

En este escenario, todos los sistemas, incluidos el modelo físico, el software y el hardware del almacén deben probarse en un ambiente real.

  • Este escenario no permite la puesta en servicio virtual.

Todos los test deben realizarse con los equipos reales de los sistemas de Almacén y SW.

Escenario "Test PLC"

En este escenario, la tecnología de “campo” (motores, actuadores, sensores) se sustituye por un modelo virtual.

  • Este escenario permite probar y realizar una puesta en servicio virtual para
    • PLC
    • MFS
    • WMS

Escenario "Test MFS"

En este escenario, la tecnología y el PLC son sustituidos por un modelo virtual.

  • Este escenario permite probar y realizar una puesta en servicio virtual para
    • MFS
    • WMS

Escenario "Test WMS"

En este escenario, la tecnología, el PLC y el MFS son sustituidos por un modelo virtual.

  • Este escenario permite probar y realizar una puesta en servicio virtual para
    • WMS

Escenario "Simulación"

En el último escenario, obtenido por medio de la "Simulación Dinámica" más clásica, todos los sistemas son sustituidos por un modelo virtual.
Este escenario se emplea en la fase de proyecto de un MA y se usa principalmente para controlar el esquema logístico por lo que se refiere a las prestaciones. Con este escenario no es posible ejecutar ninguna puesta en servicio virtual. No obstante, en algunos casos, es posible que el trabajo realizado en la fase de modelización para la simulación dinámica pueda reutilizarse ampliamente para la “Virtual Commissioning”.

Ventajas y desventajas de los diferentes escenarios

La figura utilizada en el capítulo 2.3 muestra que el modelo virtual se desarrolla/avanza a partir de Test PLC -->Test MFS --> Test WMS.
Sin embargo, esto no significa que el esfuerzo sea mayor. Por esta razón, el esfuerzo está directamente relacionado con la complejidad que ha estado en la base de la interconexión del mundo real.
El resultado es que la implementación de la Emulación es más simple (menos costes, menos tiempo) para un escenario “Test WMS” con 50 puntos de conexión aproximadamente que para un escenario “Test PLC” con miles de puntos de conexión.
Por otra parte, ese mayor esfuerzo para el escenario "Test PLC", con un modelo virtual más pequeño, generará test con todos los sistemas reales correspondientes.
En definitiva, este mayor esfuerzo generará una mayor calidad de los sistemas SW implicados ya que no solo se prueba la interfaz con el modelo virtual, sino también todas las interfaces entre los sistemas superiores, y con los sistemas reales.
Además, todos los escenarios se pueden utilizar para realizar actividades adicionales, como la formación de los usuarios/encargados de mantenimiento, una ejecución más fluida de los test de aceptación finales (ej. test de prestaciones), la optimización de la instalación logística tras el “Go-Live”, test de actualización de software, etc.
También aquí, cuantos más sistemas reales se apliquen será mejor, pero también será mayor el esfuerzo inicial y de mantenimiento del Digital-Twin (Gemelo Digital).

Experiencia con proyectos reales

En los últimos 10 años, en nuestra empresa hemos realizado diversos Almacenes Automáticos para palés ya sea completamente nuevos (escenario green-field) ya como ampliación/modificación de almacenes ya existentes (escenario brown-field) utilizando el enfoque tradicional.
La dimensión de los Almacenes Automáticos oscilaba entre los 8.000 y 35.000 puestos de palés y nuestros estándares para la automatización, el MFS y el WMS eran las marcas Siemens y SAP.

En nuestra "Planificación Estándar", para un proyecto de Almacén se consideran los flujos siguientes

- Desarrollo Software - instalación, test y puesta en servicio de aparatos logísticos 6 meses
- Automatización, test de integración MFS y WMS 3 meses
- Ramp up (incremento del nivel de uso) 2 meses

Como se ha puesto en evidencia en los capítulos precedentes, las desventajas residen principalmente en el hecho de que un flujo influye en el otro y de que factores diferentes influyen en la planificación temporal del proyecto.
Sobre todo, en presencia del “Go-Live” hemos experimentado mucho estrés, debido al número de actividades y de test que deben finalizarse.
A menudo, algunas actividades se han llevado a cabo tras el  “Go-Live”, con el consiguiente problema de encontrarnos que la ventana temporal es justa para realizarlas.

Implementación de un Almacén con puesta en servicio virtual de la automatización

En 2019 iniciamos el proyecto de un nuevo Almacén automático para palés (para ser más precisos, una extensión de un Almacén existente de 8.000 puestos palés, con conexión con el Almacén ya presente por medio de un transportador de rodillos/cadenas y con un sistema monocarril.
En la fase de licitación preguntamos a los diferentes licitadores si serían capaces de realizar una puesta en servicio virtual.
El resultado fue que ningún licitador lo había hecho antes para otros Almacenes automáticos para palés; no obstante, acordamos con el Contratista General elegido realizar un primer diseño común que previese un enfoque teniendo en cuenta la puesta en servicio virtual (“Virtual Commissioning”).

Por nuestra parte, la idea consistía en que el cliente se beneficiase de la reducción de 2 meses respecto de los 6 previstos para desarrollar el SW correspondiente a la instalación, el test y la puesta en servicio de los aparatos logísticos.
La optimización en el área del MFS y del WMS no se tuvo en cuenta, ya que los sistemas de este proyecto específico ya existían y no se basaban en nuestro estándar para Almacenes nuevos.

El “Go-Live” de este Almacén tuvo lugar en abril de 2021 y, en aquel periodo y posteriormente, valoramos con las partes interesadas, Contratista General, Cadena de Suministro, IT, etc., si se habían alcanzado los resultados esperados gracias al “Virtual Commissioning” (Puesta en Marcha Virtual).

Comparamos la duración de las diferentes actividades de proyecto citadas para este nuevo primer proyecto con la Virtual Commissioning con las correspondientes al último proyecto italiano de Almacén que realizamos entre 2017 y 2019. Las dimensiones y la complejidad del Almacén anterior son muy similares a las del nuevo Almacén.

Resultó que el tiempo necesario para el nuevo Almacén realizado recurriendo a la Virtual Commissioning (más concretamente, con un proceso que incluyó “desarrollo del SW - instalación, test y puesta en servicio de los aparatos logísticos”) fue de 6 semanas menos respecto del tiempo necesario para el último Almacén italiano realizado con el enfoque tradicional.
Este ahorro de tiempo se logró con un equipo más pequeño in situ, lo que significó que el ahorro temporal real fue más o menos el que se previó.

El esfuerzo, desde el punto de vista de los costes, para la realización encaminada al ahorro de tiempo fue aproximadamente el mismo respecto al necesario según en enfoque tradicional.
El principal motivo es que el esfuerzo para ejecutar la puesta en servicio en un ambiente virtual es el mismo, simplemente que fue anticipado.

Por otra parte, obtuvimos otras ventajas, como

  • La tensión y el estrés en el momento del “Go-Live” se redujeron al mínimo.
  • La calidad del software de automatización era elevada; solo se verificó algún problema menor en el SW, que se solucionó in situ.
  • La calidad y la fiabilidad de todo el Almacén resultó superior respecto de otros proyectos de Almacén (el test de disponibilidad tras 3 semanas registró el 98% de la disponibilidad, que se definió como el objetivo tras 6 meses.
  • La pandemia de la Covid-19, que paralizó la empresa durante algunos meses, no tuvo ningún impacto en la puesta en servicio virtual.
  • El FAT (Test de Ensayo en Fábrica) para el Software de automatización se llevó a cabo con el ambiente virtual.

Implementación de un Almacén con puesta en servicio virtual de automatización, MFS y WMS

En nuestro último proyecto de Almacén automático, que ahora está en fase de construcción, hemos ampliado la Virtual Commissioning incluso a los sistemas MFS y WMS, además de cuanto es necesario para el Test del PLC.

Los objetivos son:

  • alcanzar las mismas ventajas más arriba descritas.

Y además

  • la reducción de los test de integración para automatización, MFS y WMS con instalación real, des 3 meses a 1 mes
  • la reducción de la fase de ramp-up (incremento del nivel de uso) de 2 meses a 1 mes
  • la activación de la formación de los usuarios (cadena de suministro y mantenimiento) utilizando el ambiente virtual, para la automatización (PLC, SCADA, HMI), el MFS y el WMS en fase inicial
  • los test de diversos escenarios de optimización para MFS y WMS. 

Conclusión

El nuevo enfoque, esto es, la puesta en servicio virtual (Virtual Commissioning), presenta muchas ventajas reales y debería formar parte de todos los proyectos futuros de Almacenes automatizados.Las ventajas principales son el ahorro de tiempo, la reducción de la tensión y del estrés en el momento del “Go-Live” y la mejor calidad del proyecto y del Almacén final.

El enfoque de la puesta en servicio virtual debe tenerse en consideración desde el inicio para obtener las ventajas esperadas en el proyecto.
Es absolutamente necesaria una gestión del proyecto sólida, que abarque también la parte de la puesta en servicio virtual. Es importante que el Digital-Twin (Gemelo Digital) nazca al iniciarse el proyecto.

Utilizar el Digital Twin (Gemelo Digital) tras el “Go-Live” para la optimización, los procesos de test y las actualizaciones del software puede ser interesante, pero también requiere compromiso y dedicación. Tu empresa puede contar con la experiencia de Simco, líder en consultoría logística, para optimizar su cadena de distribución.

Lista de las abreviaturas

D-Twin - Gemelo Digital
MFS - Sistema de Flujo del Material
PLC - Controlador Lógico Programable
SW - Software
WH - Almacén
WMS - Sistema de Gestión del Almacén

 

 

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