Las fases de simuladores de biorreactores son de una complejidad muy alta y debe realizarse de manera estructurada. Un proyecto de estas características puede dividirse en cinco fases principales. Cada una de ellas comprende diferentes tareas y culmina con un resultado bien definido.
En la fase de proyecto preliminar (fase 0), se llevan a cabo estudios de viabilidad, teniendo en cuenta las ideas generales sobre las aplicaciones y los objetivos de formación, el(los) lugar(es) donde se utilizará el simulador y su estructura general. También deben revisarse las herramientas que podrían utilizarse para el desarrollo, el cronograma, así como los posibles costos y beneficios (retorno de la inversión). El resultado de la fase preliminar suele ser un estudio de viabilidad, que sirve como base para la fase I del proyecto.
En la fase I de desarrollo de simuladores de biorreactores, se definen los requisitos para el simulador y se lleva a cabo la planificación básica. En esta etapa, se toman decisiones relacionadas con los objetivos definitivos de la capacitación, así como con el proceso que se va a simular. Se recomienda definir la estructura del simulador de entrenamiento de acuerdo con la sección anterior durante esta fase de planificación básica.
El principal resultado de la fase I debería ser un documento de especificaciones que incluya una descripción del proceso, diagramas de flujo del proceso, una buena descripción de los escenarios de capacitación, así como la definición de la estructura básica del simulador de entrenamiento.
También es útil definir una lista completa de las variables de estado de los biorreactores que se van a simular, así como una lista completa de las variables de control utilizadas para manipular el proceso. Finalmente, debe especificarse cuántas (al menos) gráficas deben mostrarse, si los datos históricos deben ser accesibles y cómo debería ser, en principio, la interfaz gráfica de usuario en las estaciones de monitoreo y control.
Durante la fase II del proyecto, se lleva a cabo la planificación detallada. Como resultado, toda la información necesaria para programar y construir el simulador debe estar disponible. Por lo tanto, es necesario definir en detalle la estructura del proceso, incluyendo todas las operaciones unitarias, actuadores, dispositivos de medición, variables de estado, lazos de control, etc.
Además, en las fases de simuladores de biorreactores debe especificarse la estructura y funcionalidad del sistema de automatización dentro del simulador. Es útil emplear diagramas de flujo secuenciales (SFC), que describan los principales procedimientos operativos, los cuales deben implementarse de acuerdo con los escenarios de capacitación y las operaciones estándar requeridas.
En la fase II, los escenarios de capacitación pueden revisarse o recibir una especificación más detallada. Una descripción detallada de las relaciones de causa y efecto dentro del proceso, así como los principios subyacentes en combinación con datos reales del proceso (al menos provenientes de experimentos a nivel de planta piloto), forman la base para el desarrollo del modelo del proceso. Finalmente, el modelo matemático del proceso debe desarrollarse a partir de la información proporcionada en la fase II del proyecto.
La fase II del proyecto de simuladores de biorreactores también se ocupa de la especificación de la estructura del propio simulador de capacitación y, por lo tanto, del hardware, interfaces y sistemas de software requeridos.
Aquí también en las fases de simuladores de biorreactores deben identificarse las herramientas de software necesarias. Los entregables sugeridos para la fase II del proyecto son: una descripción verbal del proceso, diagramas de flujo del proceso, diagramas P&ID (de tuberías e instrumentación), diagramas de flujo secuenciales para procedimientos estándar y de capacitación, escenarios de capacitación revisados y modelos matemáticos del proceso, así como una lista del hardware informático y las herramientas de software necesarias para la realización del simulador de capacitación. Finalmente, debe entregarse un cronograma de realización para la fase III del proyecto.
En la fase III de desarrollo de simuladores de biorreactores (realización y puesta en marcha), se construye, prueba, pone en marcha y entrega el simulador de capacitación para su uso por parte del cliente. Elementos importantes de esta fase son la programación de los modelos matemáticos, la implementación de la automatización y las interfaces gráficas de usuario en las estaciones de monitoreo y control, la implementación del hardware y las pruebas del simulador. Los escenarios de capacitación se prueban y finalizan, y se redacta la documentación del sistema. Finalmente, se realiza la puesta en marcha del simulador y se capacita al cliente para utilizarlo.
La importancia en las fases de simuladores de biorreactores de una post-fase de proyecto bien organizada (fase IV – operación y mantenimiento del sistema) en el ciclo de vida de los simuladores puede ser subestimada. En esta fase se lleva a cabo el mantenimiento del sistema, revisiones, mejoras y adaptaciones a estructuras de planta modificadas; además, se capacita a nuevos miembros del personal en el uso y mantenimiento del simulador. Además, los escenarios de capacitación pueden adaptarse a las necesidades actuales de la empresa, lo que a su vez podría requerir una adaptación adicional del simulador de capacitación.