Industria 4.0. Mucho más que tecnología
Los nuevos dispositivos industriales y las soluciones TI dan la posibilidad de hacer realidad el anytime y el anywhere. Pero el desafío es más complejo:
Hay que identificar los problemas, planificar inversiones e infraestructuras adicionales, valorar seguridades y tener claro el resultado que se quiere obtener.
- ¿Qué nos supondría poder visualizar los datos reales de la producción en cualquier sitio y cuando queramos?
- ¿Somos capaces de realizarlo?
- ¿Sabemos cuánto tiempo podemos ahorrar si podemos tener esos datos disponibles, mientras realizamos otras tareas?
- ¿Y si además los podemos integrar con otros sistemas?
- ¿Podemos poner información a nuestros operarios y tener un feedback al instante?
Con la ayuda de las nuevas tecnologías, conseguimos integrar los actuales sistemas de obtención de información. Ya sea a nivel de gestión (ERP, SAP y otras bases de datos) o a nivel de proceso (máquinas, procesadores, PLCs) para ponerla a disposición de los operadores o gestores en cualquier sitio y en cualquier momento.
Si nos centramos en la información, vamos a distinguir dos tipos de informaciones diferenciadas por el trato que se le da en la empresa.
Por un lado, se encuentra la información referida al sistema productivo. Es decir, todos los datos que implican o afectan directamente a la organización, planificación, ejecución y control del producto objeto de determinada industria.
Por otro lado, tenemos la información referida al sistema de gestión. Corresponde a aquella que afecta indirectamente al sistema de producción. Nos referimos al ecosistema de seguridad en todos sus ámbitos. Es decir, gestión de personas, gestión de accesos, gestión del patrimonio y formación, entre otros.
Múltiples fuentes tecnológicas
Hablar de Industria 4.0 ya no es una utopía, ni se refiere a un concepto futurible:
Industria 4.0 es hoy día una realidad, aunque la implantación real de lo que supone el concepto, en su más amplio sentido, no es una tarea sencilla.
Supra-redes
Actualmente en la industria nos encontramos con la convivencia de tecnologías muy distintas. Procedentes de ámbitos muy diferenciados. Aquellas que provienen de IT están condicionadas por las ‘supra-redes’, el software puramente de gestión y el tratamiento de bases de datos. Las tecnologías de naturaleza OT, están claramente determinadas por los sistemas de proceso. Tienen un diseño muy estandarizado y cuentan, además, con unos requerimientos de seguridad y fiabilidad elevados y testados.
Intra-redes
Están también las tecnologías procedentes de los sistemas de comunicación. Las ‘intra-redes’ y las telecomunicaciones, que representarían el ámbito tecnológico más importante en este futuro ya presente. Aunque estandarizada, esta tecnología está marcada por las limitaciones de hardware, las barreas físicas, la disponibilidad de los operadores. Y lo más importante, la vulnerabilidad.
Wearables
Por último, están las las tecnologías procedentes de los nuevos dispositivos ‘wearables’: smartphones, tablets, smartglasses, smartwatches, smartwest, etc. Estas últimas tecnologías son las que aportarán a la industria la disponibilidad de la información ‘anyware, anytime’. Tienen el inconveniente de la reciente aparición en el mercado, claramente marcada por la falta aún de evolución y sobre todo de estandarización.
Los retos de la convergencia
La confluencia de tecnologías tan divergentes implica una serie de dificultades. El desafío es grande: conseguir un flujo de información en la industria a todos los niveles y en todas direcciones, sin poner en peligro el propio sistema de producción y que resulte realmente efectivo para la mejora de la operativa en cuanto a organización y eficiencia.
De nada sirve pretender llegar una digitalización de la empresa sin que ésta sirva para conseguir un resultado de mayor productividad, seguridad y “buena salud” para todos los agentes implicados. Para ello resulta vital la identificación y análisis de los inconvenientes que esta convergencia tecnológica plantea, así como el estudio previo del objetivo a conseguir junto con los resultados pretendidos. De otra manera nos veremos envueltos en unas inversiones infructuosas con tiempos de desarrollo desperdiciados por culpa de no haber superado esta barrera inicial.
Todos escuchamos las maravillas que podemos conseguir, pero realmente pocas son las aplicaciones reales efectivas llevadas a cabo con éxito, en las que se garantice este flujo completo y tratamiento correcto de la información. En definitiva: que quede demostrado un ahorro de costes y retorno de la inversión realizada.
Así, podemos decir que los múltiples desafíos a los que se enfrenta la industria en el ámbito de la convergencia pueden agruparse en tres grandes grupos:
Comunicaciones.
En el sentido estricto de la palabra, este ámbito tiene que ver con los problemas derivados del camino para la transmisión punto a punto de un dato. Estamos acostumbrado a escuchar que IoT (Internet of Things) es el medio de moda para la transmisión de datos, pero no es el único.
Es un tremendo error acotar el problema de transmisión de información refiriendose únicamente al medio que implica acceder a redes públicas.
Y es que no siempre hay consciencia que las comunicaciones inalámbricas o cableadas en ‘intra-redes’ pueden significar una barrera insalvable para el correcto flujo de la información.
En este sentido, acceder a un equipo en concreto, como un detector vital para evitar una parada en una línea de paletizado o el acceso a equipos en áreas clasificadas ATEX, pueden implicar la inviabilidad de un proyecto.
No es posible comunicar los equipos:
- En el primer caso por falta física del elemento de interface para el canal de comunicación.
- En el segundo caso por barreras físicas y de reglamentación que pudieran impedir su acceso.
Así, la viabilidad y solvencia de las comunicaciones se convierte en un aspecto clave. Demandan una etapa previa de análisis para llevar a cabo un proyecto completo de digitalización.
Los inconvenientes en la transmisión de la información, o las inversiones derivadas de la hiper-comunicación de equipos y sistemas, podrían ser insalvables para la industria.
Vulnerabilidad y/o corruptibilidad de la información.
El segundo inconveniente, en grado de importancia, está en la posible de la vulnerabilidad y/o corruptibilidad del dato durante el tránsito del emisor al receptor.
No obstante, también existe otro aspecto, no menos importante y que en ocasiones no se tiene en cuenta:
la velocidad de transmisión y/o procesamiento de ese dato para su utilización.
Si se trabaja con datos de procesos que se quieren elevar a otros sistemas para darles un nuevo tratamiento, no se puede olvidar que estos datos sí están siendo procesados por un autómata. Lo más probable es que su actualización este sujeta a un ciclo de proceso que implicaría una parada o “corruptibilidad” del sistema si se alteran o no se respetan estos tiempos.
Estamos acostumbrados a escuchar que IoT es el medio de moda para la transmisión de datos, pero no es el único
Nuevos sistemas y nuevos retos de seguridad
La vulnerabilidad de los datos y/o sistemas, está siendo hoy día el “Caballo de Troya” en cualquier industria. Consciente o inconscientemente, se está enlazando la industria o los procesos en cuestión en redes públicas. En ocasiones, con poco rigor del análisis de los enlaces que se pueden establecer con las ‘intra-redes’ propias.
El problema se agrava cuando no hemos establecido previamente los cortafuegos adecuados para los distintos tipos de Sistemas.
¡Atención a este concepto! La mayoría de los firewall existentes únicamente se limitan a vigilar protocolos IT (DHCP, DNS, FTP…). Muy pocos sistemas son capaces de vigilar y controlar protocolos propios de OT, ya sean estándar (EtherNet/IP + CIP, IEC 60870-5-104, ICCP TASE.2, IEC 61850, Modbus/TCP, OPCDA…) o propios tipo Experion de Honeywell o ADE de Phoenix Contact. Con lo que se expone totalmente los sistemas críticos del proceso industrial, o en su defecto, en la nueva adaptación pueden quedar expuestos.
Integración de sistemas.
Cualquiera que esté interesado en este asunto, le resultará evidente esta cuestión.
Lo resumiremos estableciendo un símil.
Por un lado, nos encontramos con idiomas muy conocidos, extendidos y de los que existen traductores fácilmente aplicables, inglés, alemán, francés… Éstas lenguas las podríamos “mal comparar” a los protocolos de programación de PLCs, (IEC 61131-3) OPC o protocolos de comunicación como Modbus, Profibus, altamente difundidos, o protocolos IT como HTTP, SQL, etc.
Por otro lado nos encontramos con idiomas, e incluso dialectos, hasta ahora minoritarios o emergentes de los que no existe apenas divulgación o traductores. Véase el mandarín con más de siete dialectos y sin hablar de idiomas inventados como el “Elfo”. Estos también se pueden “mal comparar” a los entornos de programación de los dispositivos ‘wearables’. La falta de existencia de “traductores interfaces” entre estos idiomas, hace que hasta ahora estas integraciones sean muy complicadas. En la mayoría de los casos, se trate de trabajo muy “ad-hoc”.
La mayoría de los firewall existentes se limitan a vigilar protocolos IT. Muy pocos sistemas son capaces de controlar protocolos propios de OT
Datos en tiempo real: anywhere / anytime
La experiencia adquirida en 3R industria 4.0 me confirma que el aspecto más relevante, importante y que supone un verdadero avance para la industria, es la posibilidad de disponer de la información de datos dinámicos actualizados en tiempo real en cualquier parte y por parte de cualquiera de los agentes intervinientes de la industria.
Hasta ahora, tanto máquinas como operarios estaban aislados de la posibilidad de adquirir y transmitir información multidireccionalmente a otros agentes. Gracias a estas nuevas tecnologías, ahora somos capaces de tener esa opción.
Aporta innumerables ventajas para ser más eficientes, más seguros, anticiparnos a los problemas y en definitiva ahorrar costes.
La solución pasa por captar datos de proceso dinámicos (PLCs , Scada, HMI) y ponerlos a disposición de la gestión y de los operarios a través de estos dispositivos wearables. Ofrece independencia de movimientos y autonomía hasta ahora desconocidas.
Actualmente, mediante smartglass o dispositivo ‘hands-free’, es viable estar operando una válvula de regulación sin dejar de hacer lo que estamos haciendo ni desplazarnos hast el HMI, en ocasiones muy lejano, para verificar la evolución de la presión o la temperatura de ese proceso y agilizar la solución del problema.
- Es posible, también, ejecutar acciones autorizadas desde un smartwach a una compuerta para abrirla o cerrarla y seguir la evolución del caudal a través de ese dispositivo.
- Se puede ver en un smartphone los datos de potencia de un generador situado en otro edificio, mientras decidimos en un cuadro de baja qué cargas añadimos o quitamos.
- Un operador de alta tensión puede estar en lo alto de una torre, visualizando en su smartglass el estado de las posiciones y la ausencia de tensión en la línea.
Así se pueden seguir comentando casos de aplicación realizados similares.
No menos importante es la posibilidad de disponer de información estática controlada, autorizada y actualizada, imágenes, procedimientos, autorizaciones de accesos, seguridades…
La problemática de transmisión de esta información es muy distinta a la de los datos dinámicos. De mayor interés a nuestro modo de ver, por la implicación de los sistemas de procesamiento (autómatas) y su delicado tratamiento.
Tecnología al alcance de la Industria
Dentro de la amplia gama de soluciones ofrecidas para la integración y digitalización de la industria (sobre todo en el ámbito de disposición de la información con las nuevas tecnologías wearables) encontramos soluciones para:
- Trabajo colaborativo
- Trabajo remoto asistido.
- Información ampliada.
- Seguridad laboral.
- Formación virtual en procesos.
- Seguridad laboral.
Éste artículo se centra en las soluciones ofrecidas para transmisión de datos dinámicos.
Para entender el concepto, la propuesta que se hace es la estructuración de una plataforma de integración con tres capas o niveles.
- En el nivel más alto tendremos la disposición de datos procedentes de sistemas de gestión (ERP, SAP, DBs)
- Por otro lado la disposición de datos procedentes del proceso (HMI, SCADA, PLCs)
Mientras los primeros tienen un carácter más estático, los segundos son altamente dinámicos y requieren otro tratamiento.
Básicamente, esta capa ordena y separa los distintos datos. Adecúa los canales en función del tratamiento y velocidad de procesamiento, en una dinámica similar a los ciclos de proceso de un PLC.
En ésta capa se realizarían las distintas integraciones para interface con los sistemas del cliente. Aquí es muy importante establecer los canales de comunicación por los que se adquieren y trasmiten los datos:
- Adecuar las detecciones y protecciones cortafuegos.
- Establecer las limitaciones y condiciones de acceso a datos.
En medio estableceremos nuestra capa de integración y gestión.
Esta capa está dividida en una parte automática, es decir, de captura, proceso y tratamiento de los datos para su “normalización” para el intercambio con los dispositivos wearables. Esta es la parte de “interface” o “idioma”, antes mencionada, que habilita la disponibilidad y tránsito de los datos. Actualmente debido a esa falta de estandarización las comunicaciones con los dispositivos wearables, están limitadas a algunos dispositivos, como VUCIX, EPSON y MICROSOFT HOLOLENS, tablets y smatphones, basados en Android, con próxima incorporación de IOS y un modelo de smartwest, un chaleco de seguridad inteligente.
Aquí radica realmente el gran trabajo de identificación de los protocolos y tratamiento del dato. La clave es identificarlo, traducirlo y no desvirtuarlo, de igual manera que se hace en el feedback para reportarlo al origen.
En paralelo, en esta capa de integración se ofrece un panel completo de configuración a disposición del usuario.
En caso que la empresa no disponga de un sistema de gestión de recursos, organización de órdenes de trabajo, gestión de alertas, control de accesos, es imprescindible se contemple la realización de procedimientos de obligado cumplimiento de seguridad o ejecución de trabajos. Todo ello con los correspondientes registros y herramientas de análisis.
Por último, en una tercera capa es dónde se situarían los dispositivos wearables, beacons, ultrawaves y demás dispositivos, para posicionamiento, localización y transmisión de información a operarios.
Todos ellos se caracterizan por la transmisión de datos exclusivamente por vía Bluetooth o Wireless. En esta arquitectura, es muy importante e incluso determinante, el correcto diseño y configuración de la red de comunicación en la industria de aplicación.
Especial atención merecerán las aplicaciones en exteriores, donde se dependerá únicamente de la capacidad del operador de telefonía.
En todos ellos se instalará un aplicativo basado en Android que se encargará de la comunicación y de mostrar los menús apropiados. Todo el acceso a la información se realizará atacando a los servidores tanto propios como en cloud a elección del usuario. No existirán elementos descargados en los diferentes dispositivos.
En conclusión, tenemos las herramienta necesarias para poder llevar a cabo una integración total de los datos de proceso y ponerlos a disposición de cualquiera, en tiempo real y en cualquier sitio, con las innumerables ventajas que ello supone.
Para ello debemos:
- Identificar los problemas.
- Realizar una correcta identificación.
- Planificar las inversiones e infraestructuras necesarias adicionales, de las seguridades del sistema y del resultado que queremos obtener.
Por último necesitamos dirigirnos a las empresas que sean capaces de integrarnos y garantizar la ‘hiper-comunicación’ de todos los sistemas y su correcto funcionamiento debido a las dificultades antes expuestas.
