Cómo dar sentido a los datos de las máquinas en las fábricas inteligentes

Aunque la mayoría de las empresas conocen el IoT, no son muchas las que comprenden el valor que pueden extraer de los datos de las máquinas en este momento; se trata de la capacidad de comunicación entre el taller y el entorno empresarial.

"Transformación digital" y "fábrica inteligente" son términos que existen desde hace tiempo, pero solo los fabricantes avanzados los aplican en la práctica. La idea de la comunicación entre máquinas ha suscitado un entusiasmo inicial y grandes esperanzas, pero ahora los propietarios de fábricas medianas y pequeñas se preguntan: "¿Qué es lo siguiente? ¿Cómo puedo empezar a adoptar estas tecnologías en mi fábrica?".

Aunque más del 98% de los líderes empresariales entienden el concepto de Internet de las cosas (IoT), muchos no están seguros de lo que significa IoT para su negocio, según una investigación de Aruba Networks. Esto da lugar a que el IoT no se implemente correctamente o se utilice solo a un nivel básico en lugar de como un proceso totalmente transformador.

Sin embargo, cuando observamos las plantas de producción que han captado la esencia del Internet Industrial de las Cosas (IIoT), realmente se reduce a la capacidad de comunicación entre el taller y el entorno empresarial. En la práctica, abarca cómo se transfieren los datos de las máquinas desde los equipos a las aplicaciones empresariales estándar en el back office: sistemas ERP, MES y CRM, y qué conclusiones se extraen de estos datos y cómo se aplican de nuevo al proceso de producción. En general, el éxito de la transformación digital depende de la capacidad de una organización para dar sentido a los números de las máquinas y convertirlos en una ventaja competitiva.

Nuevos retos para las empresas

Charles Kettering, el famoso inventor y jefe de investigación de GM, dijo: "Un problema bien planteado está medio resuelto". El sinuoso camino hacia una fábrica inteligente plantea varios retos emergentes y existentes para las empresas, y los fabricantes deben entender cómo ejecutar un modelo de negocio digital en sus instalaciones de producción.

¿Por qué necesita una fábrica inteligente?

En primer lugar, las máquinas pueden generar muchos datos, pero lanzar números a la nube no significa automáticamente que se vaya a obtener información útil de ellos. Hay que tener un contexto.

Los equipos de las fábricas pueden proporcionar la información más precisa en tiempo real sobre los procesos de producción, pero ¿cómo pueden las personas empezar a aprovecharla y aplicar los conocimientos a su trabajo diario?

¿Se tratará del mantenimiento y de asegurarse de que todas las piezas funcionan? ¿O se trata del llamado mantenimiento predictivo: resolver la avería antes de que se produzca basándose en los datos agregados de muchos dispositivos similares y en los primeros indicios del problema?

También puede tratarse del lado empresarial de la producción: operadores humanos que toman decisiones basadas en los informes de las máquinas en los sistemas MES y ERP. Adoptar la Industria 4.0 exige no solo una actualización de los equipos, sino un cambio de paradigma en la forma de pensar.

Conectar a través de silos verticales

Para que una fábrica no se convierta en "islas de cosas", sino que funcione junto con el concepto de la Internet de las cosas, las máquinas de producción deben comunicarse entre sí y, eventualmente, con los dispositivos de borde. Dada la gran cantidad de sistemas implicados, la pregunta es: ¿cómo se establece esa comunicación?

Uno de los retos de una fábrica moderna es que las máquinas se comunican a menudo dentro de silos verticales individuales, transfiriendo datos de un dispositivo a HMI/SCADA, etc., donde un operario vigila esta parte concreta de la producción. Los directivos saben desde hace tiempo que en los sistemas que dirigen sus instalaciones de producción reside información valiosa, pero no tienen acceso directo a ella. El problema ha sido a menudo que ambos mundos funcionan de forma aislada, con poca o ninguna conexión entre ellos. Sin embargo, si hablamos de mezclar datos y llevarlos a través de varios departamentos, la infraestructura de intercambio de datos de la fábrica debe construirse de forma diferente.

Viaje de datos al ERP

La siguiente preocupación es la conectividad de los datos. ¿Hasta dónde necesita ver en su proceso de producción? ¿Sólo los controladores, o necesita realmente los datos de cada sensor, etc.? Esto influirá en gran medida en la cantidad de información que maneje y en la imagen de su instalación, incluyendo toda la planta en general, las líneas de producción individuales y los dispositivos particulares que se utilicen.

La introducción de datos del mundo físico en el cibermundo requiere la planificación de la analítica. Hay que saber si es un operario el que va a utilizar los datos para lograr un mejor control local, o si el servidor envía automáticamente la información agregada al sistema ERP o MES. En definitiva, qué números de la avalancha de datos deben enviarse para una mejor analítica y planificación a nivel de fábrica, y qué datos se quedan en el ámbito local para un rápido control y toma de decisiones.

Compartir datos entre divisiones y terceros es otra cuestión importante. En las fábricas avanzadas, un sistema ERP puede pedir automáticamente materias primas o informar al servicio de mantenimiento sobre la necesidad de una revisión, basándose en las notificaciones que llegan de las instalaciones de producción. Este intercambio de información también puede redundar en beneficio de los fabricantes de maquinaria: basándose en los informes automáticos que llegan de varias fábricas, planifican el mantenimiento, sustituyen los detalles con antelación y ofrecen un mejor servicio al cliente, evitándole molestas y costosas paradas.

Seguridad de los datos de las máquinas

Por último, la cuestión definitiva para la "fábrica inteligente" es garantizar la seguridad de la comunicación abierta. La seguridad ocupa la primera posición entre las preocupaciones de los desarrolladores de IoT (31%), según el informe de 2019 de la Fundación Eclipse, y la conectividad (21%) y la recopilación y el análisis de datos (19%) ocupan solo los dos siguientes puestos. Gartner informa que el gasto en soluciones de seguridad para puntos finales de IoT aumentará hasta $631M en 2021. La apertura de las instalaciones de producción al mundo requiere las correspondientes medidas de protección.

De la OPC a la Arquitectura Unificada OPC

Desde finales de los años 90, la automatización de la producción se ha construido en torno al servidor OPC, lo que ha permitido que los datos viajen desde un dispositivo hasta el ordenador de un operador en la sala de control, independientemente de que el hardware y el software sean del mismo proveedor. El protocolo OPC estandarizó la comunicación y preconizó un gran avance en la automatización de la fabricación. OPC aplicó el modelo de objetos de componentes distribuidos de Microsoft (DCOM), que forma parte del sistema operativo Windows. A principios de la década de 2000, el protocolo lanzó la automatización industrial y permitió a las fábricas pasar a una producción más segura, precisa y rentable. De hecho, muchas plantas de producción de todo el mundo siguen confiando en esta tecnología.

Sin embargo, poco después de que el software entrara en el mercado, quedaron claras las desventajas del protocolo OPC. En primer lugar, DCOM hace que el OPC se limite únicamente al sistema operativo Windows. A continuación, los expertos se quejan de las dificultades para encontrar y arreglar los fallos del software, y de la imposibilidad de intercambiar datos a través de la web. Y, por último, la tecnología OPC no es fiable en términos de seguridad de la información. Por eso, en respuesta a las múltiples peticiones de la industria, la Fundación OPC creó un nuevo estándar: OPC UA. Se basa en las versiones anteriores, pero sin inconvenientes, y propone un enfoque totalmente nuevo para la comunicación entre máquinas y la transformación digital industrial.

Entre sus nuevas características se encuentran las siguientes:

• Independencia de la plataforma. OPC UA ya no depende de la tecnología OLE o DCOM de Microsoft. Puede lanzarlo en cualquier plataforma: Apple, Linux (JAVA) o Windows.
• Configuración más sencilla del intercambio de datos entre varios ordenadores. En lugar de DCOM, utilice los estándares comunes de intercambio de datos: TCP/IP, HTTP(S) y SOAP.
• Facilita la gestión y el mantenimiento de los datos. Puede utilizar estructuras o modelos, y agrupar y dar contexto a las etiquetas o puntos de datos. Todo esto proporciona mucha más flexibilidad y permite conectar su fábrica en todos los departamentos y no trabajar sólo en silos de datos verticales.
• Fácil integración con SCADA. Un servidor OPC UA puede ser una parte directa de un PLC, que se incorpora a un dispositivo. No es necesario comprar y configurar un servidor OPC UA.
• Ahorro de recursos. Con OPC UA, no se necesitan muchos ordenadores que se sitúen en las instalaciones y traduzcan entre los sistemas.
• Encriptación de datos. La seguridad de OPC UA se basa en un concepto multicapa que abarca las capas de aplicación y transporte. Contiene la autenticación y la autorización, así como el cifrado y la integridad de los datos mediante la firma.
• Flexibilidad de integración. Las API de UA están disponibles en varios lenguajes de programación. Hay SDK comerciales para C, C++, Java y .NET. Hay pilas de código abierto disponibles al menos para C, C++, Java, Javascript (node) y Python.
• Eficacia en cuanto a costes y tiempo. La disponibilidad de conectores OPC UA integra los datos de sus máquinas en tiempo real con sistemas de CRM, ERP, BI, Exchange y de gestión de documentos como SharePoint para mejorar la planificación, el mantenimiento y la eficacia de su producción.
• Conexión a la infraestructura heredada. Disponibilidad de mecanismos para la migración de la OPC a la OPC UA; envoltorios de la OPC UA.

Los fabricantes llaman a la Arquitectura Unificada OPC el primer protocolo de comunicación que elimina las fronteras entre la empresa y la planta de producción. Pero, ¿cómo se conecta realmente la producción con los sistemas que ayudan a gestionar la empresa?

La gestión de las relaciones con los clientes (CRM), la planificación de los recursos empresariales (ERP), un sistema de ejecución de la fabricación (MES), un sistema de gestión de documentos (DMS), un sistema de inteligencia empresarial (BI) y un sistema de gestión de almacenes son los programas informáticos más comunes que ayudan a gestionar una empresa. Como muchas empresas, independientemente de su tamaño, utilizan estas aplicaciones en diversas combinaciones, es seguro generalizar que la vida de una fábrica se planifica, analiza, predice y reporta en estos sistemas. Ser una fábrica inteligente totalmente automatizada significa tener información actualizada y precisa sobre el proceso de producción disponible en cualquier momento en estos sistemas para el análisis, las alertas a tiempo, las notificaciones de mantenimiento, etc., dependiendo de sus prioridades.

La integración de los datos de las máquinas en los sistemas empresariales puede realizarse de dos maneras: 1) mediante un desarrollo personalizado a través de las API de OPC UA, y 2) mediante un conector OPC UA ya preparado que vincule los datos de las máquinas con los sistemas ERP, CRM, etc.

En nuestra opinión, el segundo escenario es mejor que la programación a medida. En primer lugar, no se pierde tiempo y dinero en la costosa labor de un programador. En segundo lugar, no tiene que ocuparse del mantenimiento posterior. Un conector OPC UA preconstruido suele estar libre de errores y listo para usar desde el primer día. Requiere conocimientos de programación, pero muy básicos. Se necesitan dos o tres horas para entender los principios de integración y construir la lógica para conectar los datos de las máquinas de su empresa con los sistemas de negocio.

Del dispositivo a la empresa

¿Por qué necesita conectar los datos de sus máquinas a ERP, CRM y MES? Un lema de OPC-UA es "del dispositivo a la empresa", y en este caso, "empresa" significa un sistema inteligente de planificación de recursos empresariales.

Para tomar decisiones inteligentes, un ERP inteligente requiere datos y análisis de IIoT en tiempo real. Estos diferencian a una empresa de la competencia y constituyen lo que se denomina una fábrica inteligente.

Dado que las aplicaciones de ERP cumplen tantas tareas -gestión y procesamiento de pedidos, recopilación de datos, planificación a nivel de producción de la empresa, gestión de los procesos empresariales en general y conexión con otros sistemas-, el rendimiento puntual de los ERP inteligentes ofrece muchas ventajas.

Cuando se necesita acelerar los procesos, reducir el trabajo manual y los errores, y moverse más rápido entre los pasos, tomando los datos en tiempo real lo más cerca posible de la fuente, que puede ser de una línea de producción en particular o incluso de un dispositivo, una integración de los datos de la máquina a través de OPC UA al sistema ERP es revolucionaria.

Además, esta integración favorece el cambio de cultura del que hablábamos antes, ya que los empleados adoptan la nueva tecnología con más gusto si se presenta a través de una interfaz familiar (¡e incluso si es apta para móviles!). Garantizar la adopción por parte de los usuarios sigue siendo un gran reto en la IIoT, y presentar los datos a través de los sistemas que todo el mundo conoce y utiliza -ERP, CRM, MES, etc.- acelera la transición a la Industria 4.0.

Otros componentes de una fábrica inteligente IIoT son el análisis predictivo, el aprendizaje automático, el sellado de informes de blockchain y las decisiones y acciones semiautónomas y autónomas. Todo ello puede formar parte de su sistema ERP, que pide materiales o toma decisiones de envío basadas en múltiples fuentes y enormes cantidades de datos rápidos contextuales, analizados y aprovechados en tiempo real.

Conclusión

La IIoT ya se ha convertido en una exigencia para las fábricas modernas. Para estar a la altura de la competencia, conectar los datos de sus máquinas a los sistemas empresariales de gestión ya no es opcional. OPC UA ha estado haciendo un buen trabajo en esta área, proporcionando muchas más oportunidades y medidas de seguridad para abrir la comunicación en una instalación de producción, por lo que es el momento de cosechar los beneficios de una fábrica inteligente conectada.