La realidad virtual y la realidad aumentada son un hecho en la depuración del agua de Valdejalón

Desde que entró en fase de operación, en la Estación Depuradora de Aguas Residuales de la Almunia de Doña Godina (municipio de 8000 habitantes de la provincia de Zaragoza) se han implantado progresivamente diferentes tecnologías de realidad virtual y realidad aumentada.

Ello ha permitido entre otras cosas:

• Realizar diagnósticos de proceso enriquecidos y curvas de aprendizaje minimizadas: gracias a la amigabilidad de las interfaces.
• Minimizar de la huella de carbono al eliminar los informes impresos y hojas de Check-list de datos.
• Incrementar la rapidez en el análisis de datos al poderlos examinar en cualquier momento y lugar, y eliminación de errores
• Contribuir en una mayor, mejor y más directa capacitación del personal gracias a la asistencia remota.
• Eliminar de riesgos en el periodo de formación el personal, ofreciendo la posibilidad de equivocarse sin consecuencias para la seguridad del operador ni del proceso.
• Proporcionar libertad de movimientos gracias a la herramienta de control con hologramas.

CyPS-UCM-Grupo de Catálisis y Procesos de Separación

La Almunia de Doña Godina es un municipio de cerca de 8.000 habitantes situado en la provincia de Zaragoza, capital de la comarca de Valdejalón. Desde que su Estación de Tratamiento de Aguas Residuales comenzó la fase de operación se han ido integrando diferentes tecnologías para poder llegar a la situación actual.

El primer paso fue dotar a la planta de autonomía en lo referente a cálculos de explotación, proceso y energía: desarrollando, calibrando y aplicando algoritmos de cálculo en los propios controladores de la planta, desde balances de masa instantáneos hasta la producción de fango óptima, pasando por organización autónoma de recursos según el precio de la energía. Para lograr dicho objetivo se sensorizó el proceso con los últimos avances en tecnología de instrumentación, implantando telemetrías y almacenamiento masivo de datos.

Tecnologías como Virtualización, “IoT”, “Cloud”, OPC-UA o “Data-Analytics” son una realidad en la EDAR de La Almunia. Todo esto ha sido un requisito esencial para la integración de tecnologías de Realidad Virtual (VR) y Realidad Aumentada (MR), tecnologías que han sido implantadas mediante el proyecto “Augmented Facility Management”.

Proyecto “Augmented Facility Management”

El proyecto se basa en tres tecnologías crecientes en la industria 4.0: APPs en dispositivos “Wearables” con tecnologías Google Android©, Streamline de video y OCR; realidad virtual inmersiva (o “Virtual Reality”) con tecnologías HTC VIVE© y UNITY©, y realidad aumentada (o “Mixed Reality”) con tecnología Hololens de Microsoft© y UNITY©.

El proyecto se compone de tres módulos de desarrollo, a los que se han aplicado sendas tecnologías: el módulo de calidad, el módulo de formación y el módulo de Centro de Control. La gestión de los módulos, consultas, permisos de acceso, etc., se realizan a través de un “BackEnd” en la nube.

• Módulo de Calidad:

Este módulo comprende la asistencia en la recogida de datos en “Check-List” (tablet rugerizada) y la asistencia técnica remota por expertos con “wearables” (gafas o casco).

La fiabilidad de los datos es la base de un buen análisis. El primer objetivo de este módulo es el minimizar los errores en la recogida de valores en los puntos en los que el operador de proceso los capta. El procedimiento se realiza leyendo con un dispositivo Tablet Android, compuesto de lector QR o NFC, en el que todos los identificadores se han incluido como parte de la instrumentación necesaria para la captura de datos. Una vez identificado el dispositivo Android muestra un campo de escaneo que, al presentarlo sobre el display del instrumento en cuestión, automáticamente traslada el dato visualizado a un campo de formulario en la Tablet, y el operador sólo tiene que confirmar la lectura correcta, sincronizando en ese momento el dato con la nube y creando informes automáticamente para su posterior consulta desde el “BackEnd”.

Los puntos de lectura están situados en instalaciones descentralizadas, de manera que todo el proceso de check-list de datos de proceso de planta se puede realizar de una manera automatizada, optimizando los tiempos de trabajo del personal de operación. Para mejorar los mantenimientos y apoyos remotos se equipa al operador con un mismo dispositivo “Wearable” (gafas o cascos) dotado de una aplicación de video llamada con una herramienta interactiva de consulta que permite el intercambio de capturas, vídeo documentación, etc. El operador ve en la pantalla del dispositivo “Wearable” los expertos de asistencia remota que están disponibles en el momento de la consulta, seleccionando el que crea oportuno en función de la necesidad. El experto seleccionado recibe un aviso en su PC dando el soporte necesario al personal de planta, con el ahorro de tiempo y eficiencia que esto significa desde el punto de vista económico.

• Módulo de Formación

Acciona Agua prioriza la formación como base de la prevención de riesgos laborales y para la óptima operación y mantenimiento de sus instalaciones. Este módulo da un paso más en la mejora continua de la formación del personal de operación, seleccionando, dentro de las nuevas tecnologías, la Realidad Virtual (VR) debido a su carácter inmersivo.

Utilizando los modelos tridimensionales desarrollados en MAYA©, se desarrollan distintas experiencias de formación, que comprenden desde el mantenimiento de un pozo, hasta protocolos de Prevención de Riesgos Laborales (PRL), como Riesgos en altura o Riesgo eléctrico. El alumno interactúa como si lo hiciera en un escenario real, siendo su propio cuerpo el mando de la experiencia virtual y sintiendo las mismas emociones que en una situación real de entrenamiento. El resultado es una excelente formación del alumno, sin haber corrido ningún riesgo y minimizando los recursos necesarios.

Al ser un desarrollo en “Cloud”, este módulo aprovecha todas las ventajas de este tipo de plataformas, en especial el término “EveryWhere” ya que los personajes que interactúan pueden encontrarse físicamente en el centro de formación o bien en cualquier centro o lugar con acceso a datos Este punto apuntala el crecimiento internacional que en la actualidad está teniendo Acciona Agua, desarrollando los mismos métodos de trabajo independientemente donde se lleve a cabo la operación.

Los distintos actores que participan dentro de este módulo de formación son:

• Alumno. Personaje que necesita adquirir la capacitación.
• Profesor y evaluador. Director de la experiencia.
• Espectador. Visualizadores de la experiencia de formación.

El alumno dispone de dos modos de experiencia: Modo aprendizaje y modo evaluación. Cada experiencia se divide en varios “hitos” (logros) que el alumno debe lograr para completarla. En modo aprendizaje el alumno puede realizar la experiencia con o sin profesor, y mediante carteles flotantes ver los pasos a seguir para superar los distintos “hitos” y culminar con éxito la experiencia. Mediante el registro de hitos superados y el tiempo empleado en cada uno de ellos, el evaluador puede diagnosticar la preparación del alumno para comenzar el modo evaluación.

Cuando el profesor accede al portal del “Backend” de gestión se le muestran los alumnos que están realizando experiencias y puede entrar a compartir la que estime oportuno. En el momento que el profesor accede a la experiencia se abre un canal de voz bidireccional entre los dos personajes y los espectadores si los hubiese.

Para un mayor control de la experiencia de formación, el profesor también puede posicionar cámaras en los puntos estratégicos que considere y estará dotado de movimiento libre en las tres direcciones del espacio, y así tener visión desde todos los ángulos.

• Modulo Centro de Control MR

Hasta la fecha las plantas de tratamiento de aguas disponen de un sistema de supervisión SCADA del estado de los procesos, compuesto de un determinado hardware (pantallas y ordenador). Estos son sistemas complejos en lo referente a conexiones físicas y por ende difíciles de trasladar (portabilidad). Por otra parte, la visión espacial que ofrecen se reduce a los planos 2D de los monitores mencionados y en algún caso avanzado a un dispositivo portátil remoto, pero siempre con las mismas limitaciones de espacio.

El proyecto “Augmented facility management” incluye una herramienta capaz de reproducir un centro de control en 3D y poder visualizar instalaciones como un entorno real, gracias al dispositivo “Hololens©” de Microsoft© que proyecta en el espacio los hologramas creados permitiendo interactuar con ellos por medio de gestos y comandos de voz. Ya no existe la limitación de zonas de información, podemos configurar paneles de información, maquetas de instalaciones y pupitres de control sobre el aire que nos rodea e incluso este tipo de hardware es capaz de escanear el entorno que nos rodea y así poder organizar nuestros ítems de visualización donde más nos convenga (sobre una mesa, en una pared, etc.).

Se puede pasear por la planta e ir viendo las informaciones flotando en el espacio según va pasando de una sección a otra. Incluso detenerse y montar un holograma de la sección para ver las partes ocultas y comprender las direcciones de las corrientes de proceso, todo un avance respecto a la situación de partida que favorece la toma de decisiones correcta al poseer el máximo de información.

Desarrollo del PROYECTO “Augmented Facility Management”

El desarrollo del proyecto se realizó en tres fases dependientes utilizando diferentes tecnologías:

• Fase preliminar: Unificación y conversión de datos de sensores

Esta fase consiste en la implantación de un servidor unificado de datos de sensores de campo. Para ello se virtualiza un servidor en la plataforma “VSphere” de VMware instalada en un rack de servidores, encargado de la gestión de las comunicaciones con los controladores de planta. Este servidor realiza la función de Gateway para las diferentes tecnologías. El protocolo seleccionado es OPC-UA debido a la creciente difusión en la industria del IoT. Para que las nuevas tecnologías puedan acceder a los datos se ha desarrollado un conversor de datos de una suscripción OPC-UA a un archivo de consulta de datos tipo ”JSON”. Este archivo es consultado periódicamente por las aplicaciones desarrolladas.

• Fase 1: Digitalización y diseño 3-D de las instalaciones

Para poder desarrollar con el entorno UNITY© y motores físicos, es necesario la previa digitalización de las instalaciones con MAYA© de Autodesk© y su posterior importación al UNITY©. Estos diseños se mostrarán como holograma a través del dispositivo de visión Hololens de Microsoft

Una vez se tienen los datos en un formato consultable por los nuevos entornos de desarrollo y las instalaciones digitalizadas se pasó a la segunda fase del proyecto.

• Fase 2: Creación de los interfaces tridimensionales

Como si de un videojuego de última generación se tratase, en lo referente al diseño audiovisual, se elaboran las maquetas 3D en el IDE UNITY 3D. Para lograr un aspecto real se aprovecha la potencia de este software con motor físico. Los paneles de información y pupitres virtuales de control se desarrollan para que el interlocutor los disponga sobre el espacio alrededor del holograma de la maqueta.

Conclusiones

Las tecnologías que se han implantado en la planta de la Almunia han permitido:

• Realizar diagnósticos de proceso enriquecidos y curvas de aprendizaje minimizadas: gracias a la amigabilidad de las interfaces.
• Minimizar de la huella de carbono al eliminar los informes impresos y hojas de Check-list de datos
• Incrementar la rapidez en el análisis de datos al poderlos examinar en cualquier momento y lugar, y eliminación de errores
• Contribuir en una mayor, mejor y más directa capacitación del personal gracias a la asistencia remota
• Eliminar de riesgos en el periodo de formación el personal, ofreciendo la posibilidad de equivocarse sin consecuencias para la seguridad del operador ni del proceso
• Proporcionar libertad de movimientos gracias a la herramienta de control con hologramas.
• Con el proyecto “Augmented Facility Management” la tecnología de visualización y control de proceso del futuro se ha hecho presente en la planta de la Almunia de Dª Godina.

Referencias:

• iAgua, La web del sector del agua http://www.iagua.es/  (consultado 30 de octubre de 2017).