Gemelo Digital: Certificación de Operadores en Refinerías

RESUMEN: El gemelo digital es un modelo electrónico que simula escenarios de un proceso productivo, que permite evaluar desempeños del proceso mismo y de la actuación humana para resolver problemas e incrementar su seguridad y rentabilidad. Existe en México un Estándar de Competencia de Marca denominado ECM0212 “Operación de Plantas de Proceso en la Elaboración de Producto Petrolíferos” creado con la finalidad de capacitar y certificar al capital humano, el cual está protegido mediante derechos de autor y es reseñado con fines de difusión científica y tecnológica.

PALABRAS CLAVE: ICS, OT, Gemelo Digital, Ciberseguridad, Certificación, Entrenamiento, DCS, seguridad funcional, Refinerías

INTRODUCCIÓN

Un Gemelo Digital es un modelo electrónico que permite reproducir de manera aproximada a la realidad, el comportamiento de un proceso y sus componentes, en condiciones controladas y acotadas para entender, predecir y optimizar el rendimiento del proceso real que se está modelando.

En función del grado de similitud del comportamiento del modelo con el proceso real, esta herramienta permite capacitar a operadores de las plantas reales con los modelos electrónicos o virtuales, y eventualmente sirve de apoyo en el proceso de Certificación de tales Operadores.

En este documento, hablaremos de simuladores y OTS’s genéricos, de los cuales existe una gran variedad en el mercado. La selección de un simulador tiene que ver con el costo de la plataforma de software y hardware, así como los acuerdos comerciales y de su propiedad intelectual, y de manera definitiva con el presupuesto disponible.

Este tipo de proyectos se enmarcan en los del tipo de Transferencia Tecnológica, y tienen KPI’s o índices de desempeño, en al menos tres vertientes:

  • La primera, es la puramente relacionada con la plataforma tecnológica de hardware y software; detalles de programación (capacitación y explotación de sus capacidades por los programadores locales), configuración, modelado estático y dinámico así como los desplegados gráficos y demás aspectos técnicos que forman parte de la oferta de valor de cada uno de los proveedores
  • La segunda, es la de hacer que el modelo en su comportamiento lógico vs. el proceso real, sea útil en el proceso de capacitación del personal. Se discutirá este tema en el punto denominado “niveles de simulación”.
  • La tercera y elemento más importante para este artículo, es una etapa de Certificación de Operadores en el manejo de plantas de producción en la producción de petrolíferos. Este es el elemento diferenciador objeto del artículo.

CERTIFICACIÓN DE CAPACIDADES TÉCNICAS

Este servicio tecnológico de Certificación mediante simuladores, de acuerdo a la descripción hecha en el libro “The Management of Technological Innovation Strategy and Practice” (Dodgson et al., 2008) corresponde al esquema de innovación tecnológica Disruptiva, debido a que se requiere una mayor inversión en Investigación básica que los basados en cambios graduales, así como mayores vínculos con institutos de investigación, y pueden seguir diferentes patrones de difusión, el cual es el caso de estudio.

ESTRATEGIA TECNOLÓGICA

La estrategia consiste en atender la eventual demanda de servicios de certificación de operadores de plantas industriales en el sector Refinería, para elaborar productos petrolíferos mediante un Operator Training Simulator (OTS).

Esta Certificación en México se denomina ECM0212, y es un estándar de marca registrado por el Instituto Mexicano del Petróleo. El proceso garantiza que los operadores demuestren conocimientos, hábitos y valores que les permiten comprender a cabalidad su función, su puesto y las actividades que deben realizar mediante un gemelo digital, así como en el mundo real.

En ambos casos apegados a procedimientos estandarizados y de clase mundial.

CIBERSEGURIDAD Y GEMELO DIGITAL

De acuerdo con el IEEE (Y. Song et al., 2019), los sistemas Ciber físicos (CPS) son “… sistemas inteligentes que incluyen redes de ingeniería interactivas de componentes físicos y cibernéticos.

Los CPS se preocupan por las actividades colaborativas e interactivas entre los componentes físicos y cibernéticos a través de la detección y [su] actuación…”.

En virtud de lo anterior, se requieren implementar medidas de ciberseguridad para cuidar este activo digital, de acuerdo a lo indicado en la suite ISA IEC 62443.

NIVELES DE SIMULACIÓN

La ISA (Beltz, 2012) indica 3 Niveles de simulación; la baja, media y Alta fidelidad, las cuales están basadas en PC. Estos términos describen libremente qué tan cerca están las respuestas del equipo y el proceso de la planta simulada a la planta real.

El simulador de proceso básico o de baja fidelidad, crea respuestas básicas de lazos que brindan a los operadores una sensación fundamental de control del lazo, navegación de pantalla y respuestas. Simular lazos más sofisticados no es factible con este tipo de software.

El siguiente nivel de simulación o media fidelidad utiliza dos PC: una que ejecuta el programa de software de control y la segunda que proporciona respuestas de simulación del proceso. Las dos PC normalmente se comunican a través de Ethernet.

Este tipo de simulación no pretende replicar procesos exactos de la planta, pero puede modificarse para producir los niveles de respuesta requeridos. También se puede ampliar para cubrir toda una planta.

El nivel superior de la jerarquía de simulación de procesos es el simulador de alta fidelidad. Puede replicar con precisión la dinámica del proceso para cada equipo en la planta.

Si la simulación de capacitación del operador debe imitar estrechamente las acciones de la unidad de proceso o la planta, este es el modelo a elegir. Varios tipos de industrias requieren este nivel de simulación, y podrían reportar muchos beneficios.

BENEFICIO Y VENTAJAS COMPETITIVAS

La ISA indica también, que un programa de capacitación mediante un Gemelo Digital en simulación de procesos bien diseñado, implementado y operado proporcionará algunos beneficios, entre otros los siguientes:

  1. Un método de entrenamiento de operador mejor administrado
  2. Mejora la calidad de la respuesta del operador y las acciones posteriores
  3. Mejora el tiempo de respuesta del operador para procesar disturbios e incidentes
  4. Ofrece el método de entrenamiento práctico más rápido para el operador, particularmente para personal sin experiencia y en caso de sustituciones temporales
  5. Ayuda a cumplir los requisitos reglamentarios y lo solicitado por la empresa, en cuanto a cumplimiento normativo y la Certificación oficial debidamente reconocida

CONCLUSIONES

El reto de nuestro país en materia energética es claro. Incrementar la producción de crudo para ayudar en la balanza comercial, así mismo contar con el insumo necesario para atender el consumo interno de combustibles.

Por otra parte, considero que la otra meta a largo plazo, debe ser la de fomentar energías limpias; sin embargo, el monto de inversiones para poner a trabajar esa cadena de valor implica un alto financiamiento, proporcionado en parte por proyectos encaminados a producir combustibles tradicionales, entre las que se encuentra la nueva refinería en México. Precisamente debido al tipo de operaciones críticas de la infraestructura que está siendo desarrollada para el procesamiento de crudo y producción de combustible en nuestro país, se requiere de un enfoque sólido de ciberseguridad en el hardware y software contemplados, así como un nuevo tipo de personal operativo, altamente capacitado y con habilidades, conocimientos, hábitos y valores certificados por entes serios y reconocidos.

Los modelos de capacitación y formación deben evolucionar para hacer uso de la tecnología existente y en este aspecto, el Centro de Excelencia para la Certificación y Evaluación de Competencias del Sector de Hidrocarburos del IMP bajo el mando de la Mtra. Monica Silva, es digno de reconocimiento.

REFERENCIAS:

  1. M. Dodgson; D. Gann; A. Salter. (2008). Chapter 3 Technological Innovation. En The Management of Technological Innovation Strategy and Practice (pp. 54-92). New York: Oxford University Press.
  2. P. Beltz. (2012). Simulation improves operator training. Recuperado el 29 de febrero de 2020, de ISA Intech Magazine Sitio web: https://www.isa.org/standards-and-publications/isa-publications/intech-magazine/2012/february/system-integration-simulation-improves-operator-training/
  3. Y. Song et al. (2019). IEEE 1451 Smart Sensor Digital Twin Federation for IoT/CPS Research. Recuperado el 6 de marzo de 2020, Sitio web: https://www.researchgate. net/publication/333229091_IEEE_1 451_Smart_Sensor_ Digital_Twin_Federation_for_IoTCPS_Research

ACERCA DEL AUTOR

Rogelio Lozano es Maestro en Ingeniería por la UNIR-La Rioja en México e Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica por el IPN. Ostenta una certificación emitida por la SEP-CONOCER-IMP en el Estándar de Marca ECM0212, y una más como capacitador en Refinación y Petroquímica por el Instituto Francés del Petróleo.

Es además, experto en Ingeniería de Telecomunicaciones en el sector del Oil and Gas en México. Actualmente se encuentra estudiando un MBA con especialidad en el sector energía. Contacto: rlozanom@gmail.com.

 

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