Sistemas expertos e inteligencia artificial en el ámbito de la gestión de instalaciones municipales

Comunicación presentada al I Congreso Ciudades Inteligentes:

Autores

• Pedro Pérez Gabriel, Consejero delegado,ECOMT
• Anxo Feijóo Lorenzo, Director general, ECOMT

Resumen

ECOMT ha llevado a cabo la implantación en el proyecto Coruña Smart City de su herramienta OTEA que permite la telegestión de instalaciones municipales, monitorizando el consumo de agua, gas y electricidad en 54 edificios y haciendo un control exhaustivo de las instalaciones de iluminación, climatización, bombeo de agua, ascensores, escaleras mecánicas y otros en uno de los edificios municipales más emblemáticos. A día de hoy la tecnología OTEA telegestiona mas de 1250 instalaciones con más de 14000 máquinas y más de 250000 variables, en 330 ciudades de Europa , Asia y América.  OTEA permite el análisis de la información mediante técnicas de big data e inteligencia artificial con el objetivo de optimizar la O&M de las infraestructuras y de reducir la demanda energética de dichas instalaciones, así cómo generar indicadores que den apoyo a la gestión de la ISO50001.

Implantación de un sistema experto en la gestión de instalaciones municipales y de organizaciones multisite

Introducción

El incremento de la disponibilidad de soluciones de control comunicables para instalaciones usadas habitualmente en edificación cómo climatización, iluminación, control de consumos, regulación de motores, frío industrial, escaleras mecánicas, ascensores y otras, ha facilitado la introducción de soluciones domóticas que dotan a los edificios de la capacidad de ser operados en remoto pero que a su vez son difíciles de organizar y coordinar entre sí porque cada fabricante aporta soluciones propietarias que requieren un esfuerzo de integración con el resto.

La organización de la información aportada por las soluciones de control anteriores es una tarea imprescindible para el gestor de las instalaciones, especialmente en el caso del gestor multisite como lo es una administración pública que posee gran cantidad de inmuebles. Estos gestores reciben información simultánea de cientos de instalaciones en ubicaciones distintas.

Del mismo modo, el análisis de la información generada por cada uno de los elementos de control de las instalaciones almacenada en una enorme base de datos hace imprescindible un kit de herramientas inspiradas por los modelos de big data que aprendan de las instalaciones mediante técnicas de inteligencia artificial dotando al gestor de la capacidad de predecir los problemas surgidos en operación y mantenimiento con una cierta capacidad de anticipación.

El software OTEA es un ejemplo práctico de implementación de este kit de herramientas en clientes multisite. Cuenta ahora mismo con más de 1.250 instalaciones, 54 de ellas en el proyecto Smart City Coruña, con más de 14.300 máquinas conectadas repartidas por más de 330 ciudades en 30 países con ahorros combinados en la eficiencia energética y la gestión de hasta el 30% en algunas de las instalaciones.

OTEA aglutina información procedente de diversos equipos de control de instalaciones y además permite el envío de órdenes siendo una plataforma bidireccional. Se pretende siempre dar al gestor la capacidad de actuar en remoto para evitar la frustración que produce la monitorización sin control.

Finalmente mencionar que el objetivo de la implementación de OTEA es llegar a cumplir la quimera de medir sin medidores, sustituyendo algunos elementos de medida por modelados estadísticos confeccionados mediante técnicas de inteligencia artificial y gestionar sin gestores, reduciendo los recursos que la organización dedica a gestionar sus instalaciones para la obtención de resultados mejores en operación y mantenimiento.

Descripción de la solución

Una plataforma de telegestión y monitorización de instalaciones consiste en un conjunto de dispositivos de control y sistemas de comunicación que tienen como objetivo realizar una gestión integral de las distintas instalaciones de una organización de forma centralizada. Generalmente destacan tres elementos en la arquitectura: los sistemas de control locales, el sistema de comunicaciones y el software de telegestión y monitorización.

OTEA es un software desarrollado por ECOMT basado en web que permite el control de las instalaciones telegestionadas. La filosofía del diseño de OTEA es adaptarse de forma modular a las necesidades de los usuarios pudiendo habilitarse o deshabilitarse funciones y modos de operación así cómo habilitar o deshabilitar permisos a los usuarios.

La plataforma OTEA evoluciona y se adapta según los requerimientos específicos primando su enfoque como herramienta para los gestores de instalaciones. OTEA ayuda además al cumplimiento de la norma ISO 50001 dando soporte a la obtención y mantenimiento del certificado.

Funcionalidades de OTEA

• Telegestión: monitorización y control multifabricante.
• Geolocalización de instalaciones.
• Visualización gráfica de parámetros en tiempo real e históricos de manera individual y comparada entre diferentes ubicaciones y diferentes parámetros en la misma ubicación.
• Cálculo de factores de normalización (IDEs o KPIs) de consumos energéticos.
• Simulación de factura eléctrica.
• Cálculo de la curva media de demanda y estimación de demanda energética futura.
• Cálculo de la potencia a contratar.
• Revisión del a potencia reactiva.
• Comparativa de consumo en periodos anteriores.
• Generación de cuadros de mando a demanda del usuario.
• Exportación de informes a formato Excel.
• Creación de perfiles de usuario diferentes.
• Repositorio de planos.
• Módulo GMAO con posibilidad de introducción de partes de mantenimiento, órdenes de trabajo y repositorio de documentos de manteniemiento.
• Integración con otras herramienta cómo ERPs, GMAOs y Smart City cómo SOFIA2.
• Módulo de asistencia ISO50001.
• Alarmas en tiempo real para mantenimiento o energéticas (consumos fuera de horario, energía reactiva, etc.)
• Módulos Inteligencia Artificial.

Marco del proyecto

Principales motivos para la realización de un proyecto de estas características son:

• La aplicación de políticas y acciones dirigidas hacia la eficiencia y sostenibilidad de las actividades empresariales, políticas de RSC y medioambiente.
• Incremento del precio de la energía. Necesidad de controlar y reducir  la demanda de energía para minimizar su impacto en la cuenta de resultados.
• Accesibilidad y popularización de la tecnología para comunicar, monitorizar de forma remota y gestionar datos.
• Minimizar los recursos de gestión y el coste que estos servicios tienen dentro de la estructura de la organización.

El proyecto está dirigido a diferentes sectores con problemáticas similares que se beneficiarían de una u otra manera de la implementación de herramientas de telecontrol multisite:

• Locales comerciales del sector textil y retail.
• Locales de banca y empresas de seguros.
• Supermercados.
• Cadenas hoteleras y de restauración.
• Centros de mando y proceso de datos de empresas de telecomunicaciones, telefonía, agua, energía, etc.
• Granjas y centros de producción del sector alimentario.
• Oficinas con dispersión geográfica. Delegaciones de empresa.
• Centros deportivos.
• Centros de salud, clínicas, etc.
• ESEs, facility managers que gestionan locales multisite.
• Edificios administración.
• Proyectos Smart City.
• Y en general cualquier actividad empresarial con cierta dispersión geográfica en sus centros de producción o negocio.

Implicados dentro de la organización

Los departamentos de la organización que tomarán parte en la implementación de un sistema experto como el propuesto son:

• Obras: deberá solicitar que se cumplan los criterios mínimos de diseño de instalaciones compatibles con la plataforma. Se beneficiarán de la plataforma porque podrán supervisar las instalaciones en el periodo de garantía ofreciendo una mejora del servicio prestado durante dicho periodo.
• Infraestructuras, RSC y medioambiente: marcan requerimientos sobre eficiencia energética y control de instalaciones y reciben información para la elaboración de los indicadores de desempeño, obtención de certificaciones ISO, LEED, BREEAM.
• Sistemas: Controla la infraestructura de comunicación y servidores, gestiona la red de comunicaciones y proporciona recursos telemáticos cómo la base de datos de la aplicación necesarios para la implementación de la misma.
• Instaladores: deberán tener en cuenta una serie de criterios de diseño de los elementos de control para que puedan ser compatibles con la plataforma centralizada. Para ello deberá existir una documentación de estandarización de la compatibilidad con la solución que los instaladores deberán cumplir.
• Mantenimiento: se aprovecha de la plataforma recibiendo información de alarmas en tiempo real cuando hay una incidencia. Además puede utilizar el módulo GMAO para almacenar información relevante del mantenimiento de las instalaciones, partes, documentación etc. Con las herramientas de inteligencia artificial se va un paso más allá y el mantenimiento se puede beneficiar de un sistema predictivo que anticipa cuándo va a ser necesaria una intervención antes de que llegue a suceder la avería.
• Gestión de inmuebles: son los beneficiarios de la explotación de la plataforma mediante las herramientas que permiten medir sin medidores y gestionar sin gestores pueden operar las instalaciones con una reducción en costes de mantenimiento y energéticos con una reducción también en los costes operativos de gestión.

Proceso de implantación de una solución de telegestión multisite

Los pasos siguientes son un ejemplo de cómo se debería implantar una aplicación de telegestión multisite que posibilitará aplicar toda la potencia de las técnicas de inteligencia artificial al análisis de la información para la gestión de las infraestructuras:

• Ingeniería de sistemas para desarrollo de especificaciones de hardware y software de control local.
• Implantación del hardware de control de instalaciones (Iluminación, Aire Acondicionado u otras) en locales piloto.
• Desarrollo e instalación del software de gestión de la Plataforma en servidor centralizado.
• Conexión remota con las primeras instalaciones como pruebas pilotos, visualización, supervisión, comprobaciones de estabilidad de red de comunicaciones.
• Re-ingeniería e implantación generalizada.
• Elaboración de informes de demostración: horas de funcionamiento, consumos eléctricos especificados por circuitos, incidencias, alarmas, Tª, etc.
• Pruebas pilotos de modelo de explotación de la información.
• Modo explotación: Gestión de incidencias y envío de informes de eficiencia y propuestas  de mejora.
• Integración en ERP y GMAO.
• Aplicación de técnicas de inteligencia artificial y big data.

Empleo de técnicas de big data e inteligencia artificial

Con la información recogida en una herramienta de telegestión como OTEA se plantea un problema a la hora de poder sacar partido a los datos ya que la propia limitación humana hace que no sea posible navegar en volúmenes de información tan grandes. Se plantea cómo resolver el problema de ¿qué hacer con los datos?.

Según el enfoque de «Big data: La revolución de los datos masivos» de Viktor Mayer-Schönberger y Kenneth Cukier, extraemos que si disponemos de todos los datos podemos saber el qué sin tener averiguar el porqué, una visión muy interesante teniendo en cuenta que en las condiciones citadas tenemos una enorme cantidad de información de muchas instalaciones diversas de las cuales en principio desconocemos otras informaciones. De este modo la visión aportada podría ayudarnos a comprender qué podría estar pasando o qué podría pasar en un futuro inmediato.

Hemos encontrado un atajo para resolver numerosos problemas. Si tenemos datos podemos extraer el QUE: ¿Con los partes de las acciones de mantenimiento de años pasados, puedo predecir cuáles serán las averías y cuando ocurrirán en mi sistema de climatización?

Stuart J.Russell, PeterNorvig en su libro «Inteligencia artificial un enfoque moderno» definen como sistema racional aquel que hace lo correcto en función del conocimiento disponible, también incluyen entre otras definiciones que el campo de la IA es el estudio de los agentes que reciben percepciones del entorno y llevan a cabo acciones. Se plantea pues la automatización de ciertas tareas a partir de la información leída en la plataforma aplicando algoritmos de autoaprendizaje dado que el sistema es racional y se comporta de manera cíclica o repetitiva y la información extraída de algunos centros multisite monitorizados puede ser extrapolada a muchos de ellos.

Finalmente tendremos un sistema de hardware y software que puede tomar decisiones racionales sobre el comportamiento de instalaciones en base a los datos adquiridos y al conocimiento acumulado de experiencias similares anteriores alimentadas con conocimiento experto.

El motivo que lleva a plantear esto precisamente ahora es la popularización de herramientas para manejar un gran volumen de datos almacenados y en continuo crecimiento. Estas herramientas son imprescindibles para la gestión automatizada.

Se pretende conseguir una reducción de costes y de recursos y una mejora notable en la gestión de las infraestructuras.

En definitiva, hemos identificado un cambio de paradigma:

• Con los ya populares y accesibles sistemas de monitorización, se almacenan datos en grandes volúmenes (gigas, incluso teras) que ahora mismo están siendo desaprovechados porque no hay herramientas como para poder explotarlos.
• El gran volumen de datos almacenados sobre una instalación permite resolver problemas sabiendo el qué sin que sea necesario considerar el porqué.
• El valor añadido está en los datos y las ideas para combinarlos. Dentro de ese conjunto ya no seleccionamos unos cuantos datos, manejamos el total y en ellos está lo que tenemos que hacer. A partir de los datos se trata de obtener las correlaciones y algoritmos de autoaprendizaje.

Casos de éxito

Caso de éxito, detección de máquinas encendidas 24 horas:
Durante la implantación de la plataforma se detectaron anomalías en instalaciones que tenían equipos de climatización no conectados al sistema de control centralizado. Estas anomalías se analizan una vez que se recogen datos y se corrigen.

En el caso mostrado se observa cómo a partir del día en que se hace la reparación, el perfil de consumo durante las horas de inactividad en el local desciende drásticamente (en este caso suponía un 25% del consumo en climatización del local).

Además de evitar un consumo energético que no conlleva una mejora del confort, la detección de este tipo de incidencias puede evitar problemas de ruidos y de mantenimiento.

Caso de éxito en local comercial

Desde un local en centro comercial con un sistema de refrigeración basada en aporte de agua fría por parte del centro y con unidades interiores de tipo fancoil se reporta excesivo calor.

Tras la monitorización se comprueban varios problemas en la tienda:

• La consigna de temperatura está mal configurada. Las máquinas tienen la temperatura ajustada a 27ºC.
• La temperatura del agua que se entrega desde el centro comercial es inadecuada, se entrega agua a 12ºC mientras que la instalación está diseñada para recibir agua a 7ºC.
• Cómo una primera conclusión se solicita al centro comercial que regulen su enfriadora con una consigna más baja y se ajustan las temperaturas de las máquinas a 26ºC cómo marca el RITE.

A pesar de la mejoría continúan las quejas, en una segunda monitorización se observa lo siguiente:

• El local recibe el agua a 7ºC pero la retorna al centro comercial a 9ºC. El caudal de agua se aproxima al de diseño.
• La temperatura de impulsión de la máquina es adecuada, 16ºC.
• La conclusión en que la máquina no mueve suficiente caudal de aire.
• Se recomienda una limpieza de filtros.

Tras estas dos intervenciones con asistencia remota la climatización en el local funciona de forma correcta. Coste de intervención de servicios externos de mantenimiento: 0 €

Conclusiones

• Lo que no se puede medir no se puede gestionar.
• La monitorización sin capacidad de telegestión y control provoca frustración.
• La tecnología para la monitorización y control remoto, la «minería de datos» y la soluciones de inteligencia artificial aplicadas sobre las instalaciones multipunto abren posibilidades a nuevos modelos de gestión que permitan reducir costes de explotación, mejorar la competitividad y el confort de clientes y trabajadores y colaborar en reducir la demanda de energía y emisiones de CO2  asociadas a la actividad empresarial.

Referencias

• Mayer-Schönberger & Cukier, Big data. La revolución de los datos masivos, 2013, Turner.
• Russell & Norvig, Inteligencia artificial un enfoque moderno, 2013, Pearson.

Nota: Este artículo fue presentado y publicado en el Libro de Comunicaciones del I Congreso Ciudades Inteligentes.