Los sensores: herramientas clave para el desarrollo del ‘big data’

martes, 13 de junio de 2017

sensores industriales Tekniker.
Un sensor industrial diseñado por IK4-Tekniker./Foto IK4-Tekniker.

Jon Mabe, responsable de Dispositivos Sensores de IK4-Tekniker, nos aproxima a los aparatos que permiten recoger información de los procesos industriales

 

Los expertos coinciden en remarcar que una de las claves de lo que se ha denominado Fabricación Avanzada está siendo el análisis de datos para controlar la información de los diferentes procesos de producción en planta. Es lo que se denomina ‘big data’ y permite conocer en tiempo real cómo están funcionando las diferentes máquinas, detectar fallos en la fabricación y analizar los procesos para implementar posibles soluciones de cara a ahorrar tiempos y/o costes. La importancia del ‘big data’ no es algo nuevo, sin embargo, la obtención de información sería casi imposible sin los sensores, los aparatos que son capaces de recopilar información sobre temperatura, humedad, presión, caudal, viscosidad y otros parámetros físico-químicos.

 

Los primeros sensores para medir el funcionamiento de máquinas o analizar los productos que se fabrican datan de los años 30, pero no fue hasta los años 60 cuando la sensórica se comenzó a introducir de forma importante en la industria. En los últimos años, el abaratamiento de estos dispositivos, la disminución de su tamaño y la incorporación de nuevas tecnologías de medición basadas en la óptica y la electrónica han supuesto un hito en su comercialización. “Un sensor que hace 10 años costaba 30.000 euros ahora vale unos 3.000 y en cinco años su precio puede que baje hasta los 300”, explica Jon Mabe, responsable de Dispositivos Sensores de IK4-Tekniker.

 

“Uno de los pilares de  lo que se denomina Industria 40 son los sensores porque son la parte física que capta la información. Estos aparatos miden parámetros de interés para cada uno de los procesos como pueden ser la temperatura, la presión, el caudal, el nivel de líquidos, los compuestos químicos que pueda contener un material, la viscosidad u otros parámetros físico-químicos. Hoy en día, los sensores se han convertido en minilaboratorios en las plantas productivas. Los sensores son el pilar del ‘big data’”, afirma Mabe.

 

Existen infinidad de tipos de sensores diferentes que se podrían categorizar en función de qué es lo que pueden medir. Con todo, en los últimos años, los expertos los dividen en dos grandes categorías: los convencionales y los inteligentes. “Un sensor convencional te dice, por ejemplo, que un proceso está ocurriendo a 300 grados de temperatura. Uno inteligente ofrece información de la temperatura, la fiabilidad de la medición, te muestra la evolución de las últimas mediciones, te indica cuándo fue la ultima vez que se calibró y estará conectado con la nube para trasladar toda esa información en tiempo real al centro de control.  Los sensores inteligentes tienen muchas más capacidades de diagnostico, procesamiento y comunicaciones para que sea más sencillo instalarlos en industria 4.0”, explica el responsable de IK4-Tekniker . “Hoy en día, casi todos los sensores que se comercializan son inteligentes. Deben de cumplir los principales requisitos que se demandan como que sean compactos, para poder instalarlos ‘in situ’, y que sean lo más baratos posible para poder instalar muchos. La conectividad no es un requisito, es indispensable. Los sensores tienen que tener conectividad para que esos datos que están recogiendo se transmitan de forma rápida. Si detectas un fallo mucho antes, puedes parar la producción y reducir así la merma”, expone Mabe.

 

Fases de desarrollo

En IK4- Tekniker reciben entre 5 y 10 encargos al año de empresas que requieren la fabricación de sensores específicos para sus procesos de producción, bien sea porque no existe ningún dispositivo capaz de medir cierto parámetro, porque necesitan un controlador de un tamaño determinado o por  la necesidad de disponer de un sensor más económico. “IK4- Tekniker ofrece soluciones completamente autónomas para el análisis de parámetros químicos de muestras de sólidos o líquidos aplicando técnicas de espectrometría ultravioleta, visible o infrarroja (NIR-SWIR) poniendo especial atención en la fiabilidad de las medidas y en el ‘cost-effectiveness’ de la solución. Algunos de los ejemplos más recientes serían sensores para la monitorización de la fermentación del vino, la calidad del aceite de oliva, la clasificación de frutos secos o la detección de agua en lubricantes”, detalla Jon Mabe.

 

El proceso  de desarrollo de un nuevo sensor tiene varias etapas y puede llevar cerca de año y medio según relata el experto del centro tecnológico vasco: “Las empresas nos cuentan cuáles son sus necesidades. Por ejemplo, una compañía necesita medir la cantidad de agua que hay en un lubricante que se utiliza en las máquinas, un dato relevante para el mantenimiento de los equipos. A partir de ese momento, realizamos una primera generación de los prototipos en laboratorio. Esta primera fase puede durar entre 1 y 2 meses. El siguiente paso, cuando los resultados son positivos, consiste en desarrollar la segunda generación de los sensores, que es una versión más integrada y compacta, y nuestro objetivo es integrarlo y testarlo en planta para validar que funciona. En este caso, el proceso puede durar de 6 a 8 meses. Una vez que las pruebas y resultados son satisfactorios, pasamos a la fase de industrialización. En esta fase, el principal ‘handicap’ son las certificaciones (el marcado CE en el caso de la industria, el UL para las instalaciones o el ATEX en entornos explosivos). Obtener las certificaciones lleva mucho tiempo, por eso, esta fase final se puede prolongar en el tiempo de 6 a 8 meses. La Industria 4.0 nos está pidiendo que acortemos los plazos de desarrollo de los sensores lo máximo posible”.

 

Dispositivos seguros

IK4- Tekniker se ha especializado en el desarrollo de sensores que utilizan técnicas de inspección fotónicas, electrónicas o electroquímicas. Se trata de dispositivos con capacidades para medir procesos industriales, fluidos, sólidos o las propiedades físicas o químicas de un material. Pueden detectar incluso si está presente cierta proteína o molécula. Es un avance considerable, aunque el futuro a corto plazo de los sensores pasa por la visión artificial hiperespectral según vaticina Mabe: “Los dispositivos de visión artificial tradicionales toman imágenes en color o infrarrojas. La hiperespectral no solo toma imágenes de dos dimensiones sino que es capaz de hacer un análisis químico de lo que está viendo en función de la reflectancia de la pieza. Hoy en día, este tipo de análisis se realizan en laboratorio, pero la revolución llegará cuando gracias a estos sensores podamos desarrollar este tipo de análisis en la planta de producción. Antes teníamos un laboratorio cerrado junto a la linea de producción. A él se llevaban muestras de la línea de producción y se analizaban. Con el tiempo, se han desarrollado sensores que pueden medir de forma fiable sin estar en un laboratorio sometidos a condiciones de luz o temperatura estables. Además, los sensores son cada vez más pequeños, del tamaño de un libro e incluso de una caja de cerillas”.

 

Uno de los retos de la sensórica y de la Industria 4.0 en general será la ciberseguridad. En la medida en que estos dispositivos de medición estén conectados a Internet o a redes inalámbricas existe el riesgo de que sean ‘hackeados’. Por eso, los fabricantes de sensores quieren que la seguridad sea inherente al propio dispositivo. “Tenemos que diseñar los sensores con sistemas de seguridad que eviten que sean atacados. Si un sensor nos indica la temperatura critica de un proceso y alguien lo ‘hackea’ nos estará informando de que todo funciona correctamente cuando, realmente, la planta está en una situación critica. Nuestro objetivo tiene que ser desarrollar técnicas para asegurar que nadie pueda entrar en nuestro sensor de manera no permitida”, incide Jon Mabe, responsable de Dispositivos Sensores de IK4-Tekniker.

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