El Dr. Esteban Arroyo, egresado de la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Costa Rica (UCR), recibió el Premio Científico de Amigos y Partidarios de la Universidad de las Fuerzas Armadas Alemanas de Hamburgo, por su tesis doctoral.
El reconocimiento se le otorgó al costarricense en una ceremonia realizada el martes 26 de marzo de 2019, en la Universidad Helmut-Schmidt (también conocida como Universidad de las Fuerzas Armadas Alemanas Hamburgo).
La tesis de Arroyo obtuvo la máxima calificación y fue nominada a varios premios del centro educativo.
La investigación se centró en plantas de proceso, específicamente en el problema que encontraban las compañías al intentar convertir la información (diagramas, columnas y descripción de procesos) que tenían en papel o documentos PDF a digital.
“Cuando hablo de papel, no es un papel de texto, sino un diagrama de la planta, como un plano de la planta. Esos planos se llaman diagrama de tuberías e instrumentación, describen todas las tuberías, cómo están conectados todos los equipos y describen la dirección del flujo”, explicó el ingeniero oriundo de Naranjo, Alajuela.
“El trabajo ha cerrado una brecha de investigación significativa”, aseguró la Dra. Nina Thornhill en el portal web de la universidad. Thornhill, quien agregó que “varios expertos habían considerado esta forma de transformación digital imposible”, es profesora en el Imperial College de Londres y fue la lectora asignada para la tesis del costarricense.
Al ser esta una de las dos universidades del ejército alemán, la mayoría de la investigación se realiza con propósito militar; sin embargo, este no fue el caso del estudio de Arroyo. Más bien es una de las pocas que se efectúan con un objetivo industrial.
Su tesis fue financiada por ABB, empresa suiza que desarrolla sistemas de control y manejo de alarmas, robots, entre otras áreas de automatización.
“Fue una ceremonia bastante interesante, porque la gente que promueve este premio es una sociedad que está conformada por militares y políticos. Entonces, en la premiación había gente del Bundestag, que es el Congreso alemán, generales de muy alto rango del ejército y directores de policía”, recordó Arroyo.
Dada la digitalización de las comunicaciones, las compañías quieren usar ese conocimiento o información que se tenía de la planta, pero generalmente lo que tienen que hacer es volver a crear esos documentos, y no es rentable por ser una gran cantidad.
“Es un paso más que simplemente digitalizarlo, porque no necesariamente tiene que estar en papel, hay gente que lo tiene en PDF y eso es digital, pero una computadora no puede interpretar esa información, la puede leer pero usted no le puede preguntar a la computadora cuáles son los tanques en esta imagen, o pedirle que le muestre solo las válvulas, porque no tiene semántica”, explicó Arroyo.
La tesis buscaba desarrollar métodos para procesar esos documentos y generar modelos digitales automáticamente. Uno de los obstáculos durante la investigación fue estandarizar la información de los dibujos, ya que cada quien dibujaba a su gusto, pues no existen convenciones.
Por ejemplo, uno de los objetivos fue que, mediante este reconocimiento, la computadora lograra identificar que una figura es un tanque y que decodificara todos los tanques del plano, cuando se le pidiera.
Arroyo desarrolló algunos métodos de reconocimiento de imagen, para identificar los diferentes elementos en ese diagrama, para que el sistema reconociera cómo estaban conectados y así generar modelos orientados a los objetos con los que contaba cada uno de estos esquemas.
“Este modelo puede ser directamente traducido a una plataforma de simulación, donde ahora voy a ver mi tanque, que antes era un dibujo, ahora va a ser un objeto en este modelo de simulación y directamente yo puedo estimular el proceso, porque yo sé la dirección del producto, sé qué productos están entrando”, mencionó el egresado de la UCR.
Una vez que ya se tiene un modelo orientado a objetos, ese es utilizado en dos áreas: la generación automática de modelos de simulación y el análisis de fallas de planta.
Con en el modelo de simulación, se pasa de ver lo que está en el papel a la imagen de cómo está conectado el proceso, esto permite generar parámetros y analizar su comportamiento.
La otra aplicación es el análisis de fallas de planta, ya que cuando se observa una anomalía en la planta es muy difícil saber de dónde viene porque la planta es muy grande y está interconectada.
“La idea es utilizar este modelo que describe los componentes y cómo están conectados, lo combinas con la información que viene de tus medidas, los sensores, y basado en esto podés generar hipótesis y hacer un ranking de cuáles podrían ser las causas para un cierto comportamiento observado”, afirmó el estudiante del Doctorado en Tecnologías de Automatización.
El análisis de fallas de planta se utilizó en el manejo de alarmas, uno de los problemas más comunes en las plantas de proceso. Dado que una planta química puede contar con miles de sensores por lo que cuando algo falla, se produce una inundación de alarmas, lo que complica la identificación del problema por parte del ordenador.
“Mi tesis sostuvo este modelo, en combinación con las otras fuentes de información, para generar grupos de alarmas. En lugar de ver una lista de 300 alarmas, analiza la causalidad entre ellas, te genera tres grupos y te dice cuál es, probablemente, la causa de cada grupo”, comentó el ingeniero costarricense
De esta manera, la computadora sabrá en qué área concentrarse y reducir, considerablemente, la cantidad de alarmas que atender y el tiempo para solucionar el fallo. Con ello se reduce el riesgo de que ocurra un accidente.
Según Arroyo, los resultados de esta investigación generaron mucho interés por parte de la industria, porque la mayoría de compañías químicas que hay en Europa tienen de 20 a 30 años y cuando se hicieron los diseños de esas plantas no había muchas herramientas, entonces la mayoría de la documentación está en papel o PDF.
Escala en Bragança
Esteban Arroyo es oriundo de Naranjo, Alajuela, ingresó a la carrera Ingeniería Eléctrica de la UCR en el año 2006, y luego de cursar la licenciatura emigró becado rumbo al Instituto Politécnico de Bragança en Portugal, donde cursaría una maestría en Ingeniería Industrial.
Ligado al tema de investigación, aterrizó en Alemania, a finales del 2012, para continuar con su preparación académica y obtener el título de doctorado.
“Hasta finales de 2015 estuve trabajando en la universidad. No terminé el doctorado directamente, porque generalmente en Alemania se trabaja como investigador de tres a cinco años y en este tiempo se escriben muchas publicaciones y vas escribiendo la tesis en paralelo”, mencionó.
Durante tres años y medio Arroyo laboró en el Instituto de Tecnología de Automatización investigando sobre desarrollos para mejorar los sistemas de control de proceso. Luego, empezó a trabajar en Covestro Leverkusen, un spin-off de Bayer, donde terminó de escribir su tesis. Actualmente, se desempeña en el área de digitalización y análisis de datos.
Según Arroyo, la experiencia de estudiar en Europa le ayudó a valorar más el nivel de la educación en nuestro país. “La educación en Costa Rica es bastante buena, mucho mejor de lo que uno se imagina. A Portugal fuimos 30 personas de la UCR y de los que fuimos a hacer la maestría, dos ticos fuimos los mejores promedios”.
Asegura que los momentos más difíciles que ha tenido en los estudios fueron en su época en la Universidad de Costa Rica, las noches largas donde llevaba bloque completo, y comparando esa experiencia con la de Portugal, fue fundamental la disciplina que le enseñó la universidad.
