Objetivos
Em vista a alcançar a otimização do processo produtivo de microalgas, neste projeto, foram estabelecidas diferentes tecnologias TIC a serem desenvolvidas nas diferentes camadas de automação; estas tecnologias estão divididas entre atividades de investigação industrial e desenvolvimento experimental.
Neste sentido, no decorrer deste projeto, serão desenvolvidas cinco tecnologias complementares, e que servirão como base para a composição do sistema IngestAlgae.
Estas tecnologias são definidas como:
1. Tecnologias de Conectividade,
2. Tecnologias de Energia,
3. Tecnologias de Manutenção,
4. Tecnologias de Otimização,
5. Tecnologias de Visualização.
Tecnologias de conectividade
O objetivo desta tecnologia é a digitalização e integração de todos os dados do processo produtivo em uma única camada. Esta camada deverá ser acessível por todos os outros módulos, permitindo a escrita e leitura de informações, por equipamento, como também o envio de comandos para os atuadores do processo, atuando como uma interface entre os módulos superiores do sistema IngestAlgae, o chão-de-fábrica e operadores do processo.
Os dados a serem adquiridos, incluem os dados de chão-de-fábrica (através dos sensores, atuadores, e medidores de recursos energéticos) e dados laboratoriais (presentes na etapa de inóculo e armazenamento). De forma a garantir a integridade dos dados laboratoriais a serem digitalizados, este módulo tem como um dos objetivos, o desenvolvimento de algoritmos de detecção de inconformidade dos dados. Esta tecnologia pode ser considerada como a tecnologia habilitadora de todos os outros módulos do sistema IngestAlgae.
De forma sucinta, os objetivos específicos deste módulo são:
1) desenvolver uma camada de aquisição de todos os dados do processo (laboratório, sensores, atuadores, e medidores de recursos energéticos), e comunicação com todos os equipamentos relevantes;
2) digitalização dos dados de laboratório, nas etapas de inóculo e armazenamento, com verificação da conformidade dos dados, de forma a garantir a integridade dos dados adquiridos.
Tecnologias de energia
Esta tecnologia será responsável pela monitorização energética inteligente dos principais elementos do processo e servirá para suportar políticas de otimização energética, como por exemplo, indicando os locais e equipamentos de maior consumo, horário de ponta de utilização, impacto do consumo energético no produto final, etc.
O termo monitorização inteligente é empregado, pois de forma distinta das abordagens tradicionais que utilizam um medidor por equipamento, neste projeto, técnicas de inteligência computacional serão utilizadas para correlacionar os dados disponibilizados pelo módulo de conectividade com o consumo individual de cada equipamento, permitindo a desagregação energética, por equipamento, sem a necessidade instalar contadores individualizados.
De forma sucinta, o objetivo neste módulo é o deslastramento de cargas energéticas por grupos/secções (por exemplo, fotobiorreatores), por forma a conseguir medir o consumo energético do ar comprimido, da água, e da electricidade.
Tecnologias de manutenção
Esta tecnologia tem como objetivo o desenvolvimento de ferramenta de manutenção preditiva, para os principais elementos do processo (e.g. sensores críticos e os fotobiorreatores de biomassa), antecipando possíveis falhas e auxiliando no planeamento da tomada de decisão para paragens de manutenção preventiva.
Tem-se por objectivo último a reduzir o tempo de inatividade e paragens forçadas. Para alcançar este propósito, este módulo irá utilizar múltiplas técnicas de manutenção preventiva, desde a de contagem do tempo de serviço de certo equipamento, análise do sinal eléctrico de equipamentos ou de vibração, como também técnicas baseadas em inteligência computacional.
Tecnologias de otimização
Esta tecnologia tem como objetivo a otimização da produção de biomassa, através do controlo ótimo dos insumos a serem entregues aos fotobiorreatores e da detecção atempada de predadores (contaminação) nos fotobiorreatores, com recurso à análise dos parâmetros do processo.
Este módulo deve ter capacidade de auto-calibração (self-tunning) dos parâmetros essenciais do processo, como a adição de CO2 e micro-nutrientes, de forma a este ser otimizado de uma forma automática usando técnicas baseadas em inteligência computacional e controlo avançado de processos.
Para tal, é objetivo neste módulo:
1) Desenvolver a modelagem matemática-física dos fotobiorreatores de microalgas,
2) Controlo inteligente do pH, em função da injecção de CO2 e insumos,
3) Detecção de predadores (contaminação) por forma a auxiliar acções correctivas.
Tecnologias de visualização
Neste módulo, ir-se-á investigar e implementar um sistema de visualização para as camadas de gestão do processo, com ênfase os KPIs (indicadores-chave de desempenho) relacionados à produção de microalgas, como também a relação/influência existente entre os parâmetros do processo e os KPI’s, permitindo a detecção de estrangulamentos e auxiliando na gestão e otimização do processo produtivo.
Para tal, é objetivo neste módulo:
1) Pretende-se desenvolver uma solução on-line de visualização de dados utilizando dashboards, permitindo a visualização em tempo real dos KPIs,
2) Desenvolver metodologias de Análise de Sensibilidade (Sensitivity Analysis) dos KPIs por eventos, e o desenvolvimento de metodologias inteligentes de detecção de estrangulamentos do processo.
Em relação à estrutura organizacional, o módulo Tecnologias de Conectividade, está na camada mais baixa da estrutura, Níveis 1 e 2, “Aquisição de dados” e “Controlo”. Enquanto que, os módulos Tecnologias de Energia, Tecnologias de Otimização, e Manutenção, estão relacionadas com os Níveis 3 em 4, camadas “Supervisão”, “Controlo da fábrica, produção e planeamento”.
As Tecnologias de visualização estão na camada superior da hierarquia organizacional, Níveis 4 e 5, auxiliando a tomada de decisões. Diferentemente das abordagens tradicionais de automação, o sistema IngestAlgae, faz um uso intensivo dos dados e de sistemas de inteligência computacional, permitindo a interligação e informação, em tempo real, nos diferentes níveis da fábrica, sendo transversal a todas as etapas do processo, integrando todas as camadas da hierarquia de comando e controlo industrial.
