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Internet Industrial de las Cosas

23 August 2016 04:50 PM por Johautt Hernández

El Internet de las cosas (IoT, internet of things), tal como ya había descrito el ingeniero Eduardo García en un artículo de blog anterior, y tal como su nombre nos lo ilustra, se trata de objetos cotidianos con capacidad de conexión a la red de redes, esa misma que nos ha facilitado nuestras labores diarias, nos permite acercarnos a propios y extraños, y nos brinda nuevas formas de tener herramientas de aprendizaje a nuestro alcance. Ello crea una nueva forma de recolectar e intercambiar información, lo cual conlleva a una integración de todos estos elementos de un sistema particular, siendo de utilidad para mejorar la eficiencia, la seguridad, el confort, facilitar el cumplimiento de nuestras labores y satisfacer nuestro espíritu curioso y creativo.

 En el caso del Internet Industrial de las Cosas (IIoT, Industrial Internet of Things), el concepto no cambia mucho. En principio, solamente lo hace en cuanto al sector al que va aplicado, que tal como su nombre lo indica, este se refiere al campo industrial. Se trata de dispositivos inteligentes que intervienen en parte o en toda la cadena de producción, cambiando y/o mejorando el comportamiento del proceso industrial, optimizando el manejo de recursos, colaborando de manera integrada entre ellos y con el personal que allí labora, entregando reportes en tiempo real de la disponibilidad de recursos tanto a los gerentes como a los clientes y como a los proveedores, mejorando la calidad del mantenimiento, e incrementando las condiciones de seguridad laboral.

Aquí entramos en un nuevo concepto, el de la industria 4.0, o la cuarta revolución industrial. Mediante el IIoT, entramos al concepto de las fábricas inteligentes. Fábricas con sensores actuadores, controladores y aplicaciones (componentes estos de sistemas robóticos/autómatas) conectados entre sí generalmente de manera local y enviando información útil a través de internet. Ésta parece ser una tendencia irreversible, tal como irreversible es también el avance del IoT y del Big Data. Por cierto, este último también tiene mucha aplicabilidad dentro del IIoT, sobre todo cuando el volumen de producción y el tamaño de las empresas es enorme, por el gran volumen de información generada.

Como todos los nuevos avances tecnológicos, estos crean nuevas oportunidades, pero también nuevos retos, los cuales deben ser superados para asegurar la adecuada operabilidad de las distintas partes de un todo, y al final de ese todo en sí.

Oportunidades

  • Las oportunidades que se presentan son variadas, las cuales al final del día permitirán mejorar la productividad en las aplicaciones industriales, al poder colectar muchas mas cantidades de datos sobre los procesos involucrados, de manera mas eficiente, a mayor velocidad, a su vez con una significativa reducción de costos, y la posibilidad de contar con aplicaciones que guarden y gestiones el uso de esos datos, los analicen e informen acerca de las posibles decisiones mas adecuadas a tomar basadas en ellos, o incluso que tomen la mejor de las decisiones por sí mismas. Todos estos factores permitirán a las industrias mejorar sus ingresos económicos y a la vez mejorar su grado de reputación en los sectores que manejan.
  • Imagine un sensor de vibración colocado en un costoso motor eléctrico industrial, y que dicho sensor pueda en base a los datos obtenidos predecir una condición de fallo del motor, estimar su fecha límite de operatividad, y en que pieza del mismo pudiera suceder la falla. Este sensor puede conectarse de manera remota con el responsable del personal de mantenimiento (a través de un dispositivo celular, tableta o laptop), el cuál programaría junto con su equipo una parada planificada para poder realizar un mantenimiento predictivo. Además, una aplicación de Sistema Experto alojada en un servidor que se encuentra en la nube podría ayudarles a realizar dicho mantenimiento de manera más rápida, y un sistema robótico controlado mediante una aplicación en una tableta podría asistirles en casos donde se requiera mayor precisión, herramientas específicas que éste posee o manejar situaciones difíciles de llevar a cabo por el personal. Todo ello permitiría ahorrar costos en lo que sería una parada forzada en caso que la maquinaria llegue a fallar, evitar que su daño lleve como consecuencia el daño de otros elementos del sistema, o incluso tener que reemplazarlo completamente debido a que su destrucción ocasione una pérdida total del mismo. También se puede evaluar como la degradación de su funcionamiento afecta tanto la calidad como la productividad del proceso productivo.

  • Imagine que cada trabajador posea uno o más dispositivos inteligentes como parte de su uniforme de trabajo, conectados a la red, o incluso poseer dispositivos de realidad aumentada. Ésto le permitiría coordinarse de manera mas sencilla con sus compañeros de trabajo en entornos ruidosos o cuyas distancias entre ellos sean largas. También le permitiría obtener información a través de los dispositivos de campo acerca del inventario de recursos, materia prima, productos disponibles, y las metas de producción en su área de competencia, lo cuál le ayudaría a optimizar su nivel de productividad. Y en caso que el trabajador se encuentre en una situación de peligro o haya sufrido un accidente laboral, estos dispositivos se coordinarían con otros para detener los procesos que le causen el daño, revertir la situación de peligro, avisar a sus otros compañeros acerca de la situación, e incluso llamar a los servicios de emergencia correspondientes.

  • Imagine una serie de dispositivos de campo colocados lugares estratégicos del proceso productivo, y a su vez conectados a la red. Ellos podrían coordinarse para llevar el inventario general de recursos, materia prima, subproductos, productos terminados, y metas de producción necesarias para lograr los objetivos productivos a cumplir. También permitiría evaluar de manera mas precisa la calidad del producto e incrementarla de ser necesario.  Los gerentes podrían llevar a cabo un monitoreo de todos estos datos de manera mas rápida y eficiente, saber en cuanto tiempo puede llegar a cumplir las metas de producción, si se está en la capacidad de cerrar un nuevo contrato con un cliente para una meta de tiempo concreta, y muchos factores mas le permitirían llevar a cabo su labor mas fácil y eficientemente; todo esto desde cualquier lugar y en cualquier momento. De llegar a ser mucha información para poder ser manejada por él de manera eficiente, aplicaciones corriendo en potentes servidores podrían procesarla y entregarle justo lo que él necesita. Los proveedores podrían saber en tiempo real el nivel de materia prima y recursos necesarios para satisfacer la demanda de dicha empresa y planificar de manera mas eficiente y organizada el despacho de productos. Los clientes podrían igualmente saber en tiempo real el nivel y estado de la producción encargada a esta empresa, con lo cuál podrían estimar su fecha de entrega y el nivel de calidad del producto. Por otro lado, haría posible reportar de manera temprana las condiciones de deterioro de los productos, o alertar las condiciones de peligro presentes, para su inmediata corrección.

  • Imagine dispositivos sensores inteligentes colocados en los vehículos de transporte de mercancía y conectados a la red. Con ello se puede evaluar el estado de dicha mercancía en tiempo real, reportar las el estado de las condiciones que afectan dicha mercancía, emitir alertas en caso que dichas condiciones varíen de manera tal que puedan afectar de manera negativa la calidad del producto, y cualquier otra acción útil. Igualmente, se puede obtener datos sobre la ubicación del vehículo de transporte, informar potenciales condiciones de fallo, reportar posibles retrasos por problemas en la vía, ayudar a optimizar el consumo de combustible, entre otros. Todo esto ayuda a asegurar la calidad del producto y estimar los tiempos de entrega del mismo, llevando a cabo al mismo tiempo una reducción de costos.

Retos

Si bien es cierto que el Internet Industrial de las Cosas es una tendencia que poco a poco se abre paso y que cambiará drásticamente el futuro en el ámbito industrial, también se deben considerar aspectos negativos que deben ser resueltos o evitados a fin de prevenir consecuencias indeseables o incluso catastróficas. Siempre existirán beneficios y problemas que deben ser puestos en una balanza a fin de estimar la solución mas adecuada al momento de implementar una nueva tecnología (lo que se conoce en inglés como 'trade-off').

  • Vulnerabilidad ante ataques informáticos: ésta es una de las mayores preocupaciones a tener en cuenta. Cualquier dispositivo que puede ser controlado desde la red es potencialmente vulnerable a ser atacado. Si se obtiene un acceso no autorizado a un sensor, controlador, o actuador conectado a la red, se puede manipular los parámetros de los mismos o las variables de su lazo de control, con lo que se corre el riesgo de dañar el proceso que éste lazo lleva a cabo, estropear la posiblemente muy costosa maquinaria involucrada o incluso generar accidentes catastróficos en una planta industrial. Ello se ve agravado por la necesidad de obtener datos de procesos cuyos sistemas de control son anticuados y no están adaptados a este tipo de apertura, y por lo tanto no son diseñados para resistir este tipo de ataques maliciosos. También resulta un problema complejo en dispositivos donde su comunicación es por medios inalámbricos, pues se puede comprometer su funcionamiento sin necesidad de obtener acceso no autorizado a ellos, mediante lo que en el ámbito militar se conoce como 'Jamming', que no es mas que la acción deliberada de bloquear la comunicación del enemigo por medio de interferencia electromagnética dirigida, disminuyendo de manera drástica la relación señal-ruido de los nodos de comunicación.

  • Protección de datos confidenciales: este aspecto también está involucrado a la seguridad informática, pero ya en el ámbito de los secretos comerciales. Los ataques informáticos pueden conllevar al robo de información sensible de una empresa, tales como documentación interna de diseño, fórmulas químicas usadas y sus correctas proporciones, secretos legales o económicos, entre otros.

  • Fiabilidad: en el caso del IIoT, se debe tomar en cuenta aspectos como tiempos de latencia, disponibilidad de los elementos involucrados, estabilidad de los mismos, su capacidad de respuesta ante fallos y capacidad de funcionar adecuadamente en el entorno de trabajo en el que van a operar. Generalmente se requieren de estos dispositivos aspectos no fácilmente encontrados en los componentes IoT comunes. Por ejemplo, en la industria nos encontramos con procesos críticos que necesitan tiempos de respuestas constantes garantizables para poder asegurar su estabilidad mediante el control en tiempo real, en entornos cuyas condiciones de temperatura, humedad, vibración, ruido de alimentación eléctrico y ruido electromagnético distan mucho de las encontradas en el hogar. Para ello deben existir enlaces de comunicación que deben garantizar determinismo y tiempos de latencia constantes y por lo general deben también ser bajos, a pesar del número de conexiones existentes y su complejidad. Las conexiones de los elementos deben soportar las condiciones anteriormente mencionadas para evitar problemas de alimentación o comunicación. Estos elementos deben contar con protecciones que permitan acondicionar su circuitería interna al entorno de trabajo, sus componentes internos deben resistir temperaturas de grado industrial, sus interfaces de comunicación deben estar en capacidad de transmitir y recibir información a pesar de las condiciones de ruido existentes, etc.

Aplicaciones Conocidas

Como se dijo anteriormente, las oportunidades son grandes y diversas (a pesar de los retos a superar). Ya muchas compañías las están aprovechando con el propósito de ser mas eficientes, ofrecer mejores niveles de seguridad industrial, obtener mejores beneficios económicos y generar nuevas oportunidades de ingresos.

  • El Grupo Michelin utiliza sensores dentro de los neumáticos en combinación con la analítica para entrenar a los conductores de flotas de camiones sobre la manera de ahorrar combustible.

  • Taleris (una empresa conjunta de General Electric-Accenture) despliega la analítica para ayudar a las aerolíneas reducir al mínimo las interrupciones por fallas mecánicas y retrasos causadas por problemas de clima.

  • Daimler, con su servicio Car2Go, ha tomado su negocio más allá de la simple construcción de coches, a alquilarlos de una manera casi tan fácil como la compra de leche en la tienda de la esquina.

  • El proveedor de plataforma de nube GT Nexus se ha asociado con el proveedor de análisis de cadena de suministro TransVoyant para combinar los datos de GPS con información sobre la carga en barcos y camiones, proporcionando así los clientes detalles más precisos sobre la ubicación y el estado de los envíos individuales.

  • Algunas compañías de camiones están haciendo avances incluso más sofisticados con tecnología de sensores. El gigante minero Rio Tinto, desde su centro de operaciones de australiano en Perth, controla camiones autónomos hasta sus minas en Pilbara cerca de 900 millas de distancia.

  • Un competidor de Rio Tinto, el fabricante de equipos de minería Joy Global, emplea la tecnología de sensores en un dispositivo de extracción accionado por control remoto que puede ser enviado a lo profundo de los pozos de extracción para hacer un trabajo peligroso que normalmente realizan los mineros.

  • Compañías como General Electric que son usuarios y proveedores de herramientas IoT, están a la vanguardia de esta tecnología. Del mismo modo, Bosch, Cisco Systems, Intel y Siemens están entrando en el negocio de las IoT y al mismo tiempo están utilizando la tecnología para mejorar sus procesos de producción.

  • Rockwell Automation, con sede en Milwaukee, ha completado cerca del 80% de la actualización de la IoT planificada en sus plantas a nivel mundial, de acuerdo con John Nesi, vicepresidente de desarrollo de mercado y la cabeza de la iniciativa Connected Enterprise.

Algunas propuestas en el ámbito del diseño del hardware

Como explicaba anteriormente, realizar dispositivos para el IIoT conlleva retos técnicos mucho mas difíciles complejos que en el ámbito de las IoT. Sin embargo, muchos fabricantes ya han empezado a tomar la iniciativa, apostando al desarrollo de propuestas propias para este campo. Aquí solo se menciona algunos ejemplo, pero casos como estos abundan en el sector.

  • Linear Technology actualmente posee toda una gama de chips llamados SmartMesh. Con sus dos líneas de producción SmartMesh Wire lessHart y SmartMesh IP, Linear Technology ofrece dispositivos de comunicación inalámbrica adecuados para el IIoT, ya que (según aseguran) ofrecen una fiabilidad red superior al 99.999%, muy bajo consumo eléctrico, seguridad informática a nivel industrial y una arquitectura de comunicación en forma de malla que permite comunicarse entre dos dispositivos remotos pasando sus datos a través de todos los dispositivos del mismo tipo que encuentra la señal en su camino, extendiendo así su rango de alcance y fiabilidad. Algunos de estos circuitos integrados incluyen un procesador ARM Cortex-M3, para una mayor facilidad de desarrollo e integración de hardware.

  • Echelon, con su plataforma IzoT, ofrece una interesante gama de posibilidades de conexión, que abarca herramientas de software de gestión y comisionado, enrrutadores, interfaces de red, chips, módulos, y herramientas de desarrollo. Todas ellas basadas en su protocolo LonTalk/IP. Su IzoT SDK 2 permite a desarrolladores construir dispositivos de comunicación IIoT con tarjetas de desarrollo ya bastante conocidas en el mundo del Hardware Libre, tales como las Raspberry Pi y las BeagleBone Black.

  • Industrial Shields es una empresa española con sede en Barcelona que ha desarrollado equipos PLC de bajo costo basados en las populares tarjetas de desarrollo Arduino. Estos equipos cumplen con la normativa vigente en su país de origen en cuanto a la seguridad industrial, dado que siguen los parámetros de diseño, uso, calidad y seguridad industriales establecidos. Esta empresa registra todos sus productos bajo la licencia Creative Commons. Actualmente comercializan una variedad de productos, tales como: una gran variedad de PLC basados en Arduino, Touch Screen con sistema Linux integrado, sensores industriales, automatismos, sistemas mecatrónicos, equipos y maquinaria.

Dato Curioso

Está emergiendo una nueva tecnología de comunicación inalámbrica que permitirá a nuestros dispositivos enviarse datos de una manera distinta y a mayor velocidad de la que conocemos hoy. Esta tecnología lleva por nombre Li-Fi.

 Frank Deicke, quien lidera el grupo de desarrollo de Li-Fi en Instituto Fraunhofer para Microsistemas Fotónicos, habló acerca de un sistema que venían desarrollando y dijo que lo más probable era que utilizara luz infrarroja y esté dirigido a los usuarios industriales en lugar de los consumidores. Explicó que la rapidez que podían obtener de su sistema, sería todo un reto realizarla con Wi-Fi y Bluetooth.

También explicó acerca de otra ventaja, muy importante para los sistemas industriales. Se trata de la latencia. Y es que según explica, la latencia en una conexión Wi-Fi – el tiempo entre cuando una señal es enviada y cuando es recibida – se encuentra en el orden de los milisegundos, mientras que en el caso del Li-Fi es medida en microsegundos.

En aplicaciones industriales, en donde los datos tiene que fluir entre los sensores, actuadores y una unidad de control, la baja latencia y las altas velocidades de datos haría Li-Fi útil en lugares donde Wi-Fi no es.

Además, como la luz no atraviesa ciertos tipos de materiales, esta forma de comunicación resulta mas segura en entornos físicamente cerrados, como los que usualmente se pueden conseguir en la industria.

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