Cómo Dar Sentido a los Datos de las Máquinas en Smart Factory 101

La idea de la comunicación máquina a máquina ha suscitado el entusiasmo inicial y grandes esperanzas, pero ahora los propietarios de fábricas medianas y pequeñas se preguntan: "¿Qué es lo siguiente? ¿Cómo empiezo a adoptar estas tecnologías en mi fábrica?".

"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 máquina a máquina ha suscitado el 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?".

Mientras que más de 98% de líderes empresariales entienden el concepto de la Internet de las Cosas, muchos no están seguros de lo que la IO significa para sus negocios, según una investigación de Aruba Networks. Esto da lugar a que la IO no se implemente adecuadamente o se utilice sólo a un nivel básico en lugar de transformar completamente los procesos.

Sin embargo, cuando observamos las plantas de producción que han captado la esencia del Internet Industrial de las Cosas, 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 - ERP, MES, sistemas CRM; 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 desafíos para las empresas

Charles Kettering, el famoso inventor y jefe de investigación de GM, dijo que "un problema bien planteado está medio resuelto". El sinuoso camino hacia la fábrica inteligente plantea varios retos emergentes y existentes para las empresas, y los fabricantes deben responder a las siguientes preguntas para entender cómo llevar a cabo un modelo de negocio digital en sus instalaciones de producción.

¿Por qué necesitas una Fábrica Inteligente?

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

El equipo de la fábrica puede proporcionar la información más precisa en tiempo real sobre los procesos de producción, pero ¿cómo puede la gente empezar a aprovecharla y aplicar los conocimientos en su trabajo diario?

¿Va a ser sobre el mantenimiento, asegurándose de que todas las partes están en funcionamiento?

¿O el llamado mantenimiento predictivo - resolver la avería antes de que ocurra basándose en los datos agregados de muchos dispositivos similares y en los primeros indicios del problema?

También puede tratarse de la parte 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 requiere no solo la actualización de los equipos, sino un cambio de paradigma en la forma de pensar.

Conectando a través de silos verticales

Para que una fábrica no sea una "isla de cosas", sino que funcione realmente 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 cuestión es cómo establecer esa comunicación.

Uno de los retos de una fábrica moderna es que las máquinas a menudo se comunican dentro de silos verticales individuales que transfieren datos de un dispositivo a HMI/SCADA etc. donde un operador mantiene un ojo en esta parte particular de la producción. Los gerentes saben desde hace mucho tiempo que la información valiosa reside en los sistemas que manejan sus instalaciones de producción, pero no tienen acceso directo a ella. El problema ha sido a menudo que ambos mundos operan 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 debería construirse de manera diferente.

Los datos viajan al ERP

La siguiente preocupación es la conectividad de los datos. ¿Qué tan abajo necesita ver en su proceso de producción? ¿Son sólo los controladores, o realmente necesitas los datos de cada sensor, etc.? Esto influirá en gran medida en la cantidad de información que usted opera y la imagen de su instalación:

• toda la planta en general,
• una línea de producción individual,
• o incluso un dispositivo concreto, cómo funciona cada una de sus uniones, y dónde, por ejemplo, una avería está obstruyendo el proceso de producción.

Además, poner datos del mundo físico en el cibermundo requiere de la planificación de análisis. Es necesario entender si es un operador quien utilizará los datos para lograr un mejor control local, o si el servidor envía automáticamente la información agregada hasta el sistema ERP o MES. En definitiva, qué números de la avalancha de datos necesitan ser enviados para un mejor análisis y planificación a nivel de fábrica, y qué datos permanecen localmente 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 las distintas fábricas, planifican el mantenimiento, sustituyen los detalles con antelación y, por tanto, ofrecen un mejor servicio al cliente, evitándole los molestos y costosos tiempos de inactividad.

Seguridad de los datos de la máquina

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 construyó en torno al servidor OPC, que permitía el envío de datos desde un dispositivo hasta el ordenador de un operador en la sala de control, tanto si el hardware y el software eran del mismo proveedor como si no: 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, se han puesto de manifiesto 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 cuanto a la 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 sugiere un enfoque totalmente nuevo para la comunicación máquina a máquina y la transformación digital industrial.

Sus nuevas características son:

• 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 estándares comunes de intercambio de datos: TCP/IP, HTTP(S) y SOAP;
• Facilitar 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 hace posible conectar su fábrica a través de los departamentos, y no trabajar sólo en silos de datos verticales;
• Fácil integración al SCADA. Un servidor OPC UA puede ser una parte directa de un PLC, que se está construyendo en un dispositivo. Esto significa que no hay necesidad de comprar y configurar un servidor OPC UA;
• Ahorro de recursos. Con el OPC UA, no se necesitan muchos PCs que se sientan en la instalación y traducen 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. Las pilas de código abierto están disponibles al menos para C, C++, Java, Javascript(node) y Python.
• Eficacia en costes y tiempo. Disponibilidad de conectores OPC UA que integran los datos de su máquina en tiempo real con CRM, ERP, BI, Exchange, sistemas 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.

Cómo empezar a utilizar los datos de la máquina para la transformación digital

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 conectar realmente su producción con los sistemas que ayudan a gestionar su empresa?

La gestión de las relaciones con los clientes (CRM), la planificación de los recursos empresariales (ERP), el sistema de ejecución de la fabricación (MES), el sistema de gestión de documentos (DMS), el sistema de inteligencia empresarial (BI) y los sistemas 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. Y 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 análisis, alertas a tiempo, 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) a través de un conector OPC UA ya preparado que vincula 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 mano de obra de un programador y, en segundo lugar, no es necesario 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 después sólo hay que 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, 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 ERP cumplen tantas tareas: gestión y procesamiento de pedidos, recopilación de datos, planificación a nivel de producción de la empresa, gestión de procesos empresariales en general y en la 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, agarrar los datos en tiempo real lo más cerca posible de la fuente - de una línea de producción en particular o incluso un dispositivo, una integración de los datos de la máquina a través de OPC UA al sistema ERP es revolucionario.

Además, esta integración favorece el cambio de cultura que hemos comentado anteriormente, ya que los empleados adoptan la nueva tecnología con mayor facilidad si se presenta a través de una interfaz familiar (¡e incluso 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 sobre envíos basándose en múltiples fuentes y enormes cantidades de datos contextuales rápidos, analizados y aprovechados en tiempo real.

Conclusión

De ser la Próxima Gran Cosa, 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 hora de cosechar los beneficios de una fábrica inteligente conectada.

Sobre Thomas Berndorfer

Emprendedor en serie con más de 20 años de experiencia en TI, Thomas Berndorfer tiene una amplia experiencia en aliviar a las organizaciones del dolor de la integración, la sincronización y la automatización de TI. Es el director general de Connecting Software.