Top conectividad industrial y digital

Por Lisa Eitel | 4 de marzo de 2023

En la primera parte de esta serie Design World Trends, escuchamos a expertos de la industria sobre los dispositivos de borde de automatización discreta; esfuerzos para promover estándares para aumentar la compatibilidad e interoperabilidad de los sistemas; y el auge de la computación en la niebla, así como los usos industriales de tecnologías inalámbricas como 5G. En este artículo de seguimiento, detallamos los enfoques holísticos necesarios para que una operación realice una transformación digital.

Sandro Quintero | Desarrollo comercial para la automatización eléctrica • FestoWill Morris | Gerente de categoría • RS Americas Inc.Paul Thompson | Vicepresidente de ingeniería de soluciones • MatterportChris Gottlieb | Director — Accionamientos y controles • KollmorgenBill Paczkowski | Gerente sénior de productos para PACEdge • EmersonCraig Scott | CEO y presidente • MFGxBoaz Eidelberg | CTO • SAAR Inc. Pramit Nandy | Gerente de marketing de productos — división de microcontroladores de 16 bits • Microchip TechnologyJP Wollersheim | Director sénior de gestión de productos • Matterport

Una transformación digital (DX o DT) es la aplicación de software, hardware programable y tecnologías operativas (OT) para transformar fundamentalmente las operaciones y los productos finales de una empresa para mejorar. Los programas DX pueden ser realizados por organizaciones industriales, fabricantes de maquinaria o una amplia gama de otras empresas; los OT involucrados generalmente incluyen sistemas de monitoreo de máquinas, conectividad y acceso a la nube y a la web en línea, especialmente a través de herramientas con funcionalidades de Internet de las cosas, IIoT o Industrie 4.0.

Paczkowski: La computación en la niebla incluye el manejo, almacenamiento y procesamiento de datos en una red local en un sitio. Aunque los dispositivos perimetrales, como sensores y PLC, son cada vez más capaces (y los recursos empresariales o basados ​​en la nube tienen capacidades enormes), la computación en la niebla en el sitio permite a los usuarios operar de manera eficiente con grandes cantidades de datos de manera estable, de baja latencia y segura.

Emerson ofrece una cartera completamente integrada de tecnologías de hardware y software para permitir que los ingenieros realicen transformaciones digitales de equipos nuevos y heredados en todos los niveles, desde dispositivos de campo ubicados en el borde hasta paneles de control y salas de control... e incluso para la empresa y la nube.

Nandy: Los productos complejos requieren dispositivos conectados y seguros. Las soluciones de Microchip admiten la seguridad M2M con arranques seguros, actualizaciones de firmware seguras, comunicaciones seguras y autenticación mutua. Nuestras soluciones permiten a los usuarios aumentar la disponibilidad de la red y realizar implementaciones remotas de forma segura.

La robustez, la confiabilidad y la seguridad de los sistemas industriales también se están volviendo más importantes que nunca. En varias aplicaciones, los requisitos de seguridad están formalizados y son obligatorios, mientras que en otros esto se implementa para diferenciar el producto haciéndolo más seguro y confiable. El hardware, el software y la documentación de seguridad funcional de Microchip ayudan a los ingenieros a diseñar sistemas altamente robustos y que cumplen con las normas de seguridad.

Paczkowski: Los IPC habilitados para Edge pueden servir como entornos de niebla a través de los cuales los desarrolladores pueden implementar rápidamente análisis y otra informática avanzada. Otra opción es una plataforma híbrida que utiliza un controlador de borde que tiene un control en tiempo real de tipo PLC determinista y recursos informáticos de tipo PC de propósito general.

De hecho, la computación en la niebla es un gran trampolín para el desarrollo local de soluciones antes de escalarlas a la nube. Además, hay muchas aplicaciones de transformación digital con uso intensivo de datos para las cuales los costos de transporte de datos pueden ser significativos. En este caso, se prefiere una solución de computación en la niebla para agregar y preprocesar datos antes de moverlos de forma masiva a otros activos empresariales.

Imagen de optimización del flujo de trabajo del proceso: Dreamstime • Tsingha25

Las transformaciones digitales más exitosas involucran a todos los empleados de la organización, desde la gerencia hasta el personal de planta estacional, y evolucionan continuamente en respuesta a los resultados cuantificados y los comentarios del personal.

Pero ya sea que las instituya un equipo interno de una organización o consultores contratados, las iniciativas de transformación digital pueden enfrentar el rechazo en empresas establecidas, especialmente por parte de ingenieros naturalmente escépticos. Lo que agrava este problema es la forma en que los productos que admiten DX dependen inherentemente de la adopción de elementos complementarios para funcionar. Eso significa que un sensor inteligente dado (para dar un ejemplo) puede requerir la adopción e integración de docenas de otros componentes y elementos dispares para respaldar una iniciativa más grande. En algunos casos, los proveedores de dichos componentes y herramientas evitan el marketing que promociona las funciones de IoT por comunicaciones que, en cambio, abordan las preocupaciones comerciales específicas de una industria.

Los proveedores mejor equipados para respaldar las transformaciones digitales de los modelos comerciales son aquellos con una larga trayectoria en ingeniería y fabricación y amplias líneas de productos con productos y servicios inteligentes que aprovechan el análisis de datos. Aunque todas las organizaciones tienen problemas de misión crítica que (si se resuelven) podrían significar saltos cuánticos en el modelo comercial, esos problemas no deben abordarse en los ensayos DX incipientes. Comenzar poco a poco con procesos más manejables que necesitan mejoras es el enfoque más inteligente para una implementación inaugural.

Mitsubishi Electric Automation, Inc. ha lanzado su software de simulación 3D MELSOFT Gemini para permitir a los usuarios acelerar el diseño y la construcción de proyectos de fabricación a medida que introducen nuevos componentes de automatización en sus instalaciones. Al conectarse a varios software y dispositivos de fábrica, Gemini proporciona visualización, simulación y optimización de los procesos de trabajo. Gemini opera utilizando un espacio digital 3D basado en PC y se conecta directamente a los dispositivos de fábrica sin tener que pasar por un servidor OPC. Esto permite que los datos 3D se actualicen en espacios digitales aproximadamente 12 veces más rápido que los entornos OPC. A medida que los ingenieros utilizan el software para fines de verificación, pueden probar y depurar la lógica de automatización de máquinas y sistemas, así como verificar el funcionamiento de la instalación de producción planificada antes de la construcción.

El primer paso en un DX exitoso es definir los problemas persistentes internos de una empresa o que afectan a la industria en cuestión en su conjunto. A pesar de las diferencias de las industrias, los desafíos comunes se encuentran en la automatización industrial, la gestión de energía, la automatización de edificios, los centros de datos y los servicios públicos. Los que están más familiarizados con los problemas que necesitan soluciones son el personal de tecnología de la información (TI) y los que apoyan directamente las operaciones y los servicios de línea de negocio. También son los más propensos a tener listas de deseos de conectividad, ya sea para:

• Funciones de automatización (mediante dispositivo, control, máquina e integración en la nube) o • Acceso y uso de datos tan importantes para las funcionalidades de IIoT.

Para los primeros, las principales tendencias incluyen el auge de la computación perimetral (incluido el uso de puertas de enlace industriales), así como servicios que admiten conectividad en la nube, redes basadas en Ethernet, comunicaciones inalámbricas para componentes industriales, diversas formas de protocolos estandarizados, programación de código abierto código y unificar los entornos de software para facilitar la interoperabilidad. Para este último, el intercambio automatizado de datos de la empresa junto con análisis avanzados e inteligencia artificial (IA) son las capacidades de IoT que lideran los esfuerzos de DX. La naturaleza de gran conectividad de tales implementaciones DX significa que muchas organizaciones las financian y las apoyan a través de los departamentos de TI que, a cambio, deben mantenerse al día con los programas de redes, almacenamiento de datos y mejora de IoT que la organización desarrolla, implementa o emplea.

Compatible con AP y otros estándares, los sistemas CPX-AP-I de Festo garantizan una comunicación perfecta. La E/S descentralizada imparte capacidades de diseño avanzadas.

Cuando las organizaciones involucran equipos de línea de negocios en iniciativas de DX, a menudo pueden ayudar a resolver los desafíos que enfrentan los equipos de I+D, ingeniería, operaciones, mantenimiento y corporativos. Resolver tales problemas operativos beneficia en última instancia a los usuarios finales y otras entidades externas que interactúan con la organización.

Wöllersheim: Recientemente presentamos Property Intelligence: IA patentada que puede analizar cualquier propiedad o cartera a escala. Estos conocimientos ayudan a los gerentes a responder preguntas críticas para el negocio y reducen drásticamente el tiempo que lleva obtener análisis prácticos... y, en muchos casos, generan conocimientos previamente inalcanzables. De hecho, Airbnb aprovechó recientemente Property Intelligence para analizar y verificar una colección de casas de la marca Adapted para garantizar que cumplan con los estándares de accesibilidad para huéspedes con necesidades de movilidad.

Eidelberg: Planeamos ofrecer pronto dos líneas de productos de inteligencia artificial (AI/ML): RoboChair y Exollent para brindar movilidad asistida a las personas. Ambos pueden funcionar con tres controladores diferentes. Un controlador de encendido y apagado bang-bang puede ser suficiente para los usuarios mayores que necesitan ayuda para ponerse de pie. O un controlador PID que ejecute un perfil de movimiento específico podría ayudar a un paciente en rehabilitación. O un controlador de movimiento de aprendizaje por refuerzo (RL) con cientos de parámetros optimizados de redes neuronales podría impulsar funciones autónomas para ayudar a pacientes con discapacidades graves. Este último aprenderá a través de la simulación para optimizar el rendimiento utilizando una función de recompensa, incluido el equilibrio de los parámetros conflictivos de seguridad, velocidad, potencia y comodidad. El sistema rastreará el entorno a través de sensores de fuerza, posición y girómetro y accionará actuadores autónomos. Una vez que las simulaciones de RL alcancen su máxima recompensa, los parámetros de control de la red neuronal se implementarán en un sistema real y se ejecutarán como un controlador sin modelo.

Algunas IA dirigidas a la automatización industrial pueden analizar plantas y máquinas para ayudar a los gerentes a responder preguntas críticas para el negocio y minimizar el tiempo que lleva obtener análisis útiles. Imagen: Adobe Stock

El uso de los llamados gemelos digitales (o réplicas virtuales o digitales) es fundamental para la transformación digital (DX) de la automatización industrial. Estos gemelos digitales, esencialmente copias basadas en software de máquinas, procesos, sistemas, entornos operativos y productos del mundo real, son excepcionalmente precisos. Esto se debe a que los gemelos digitales se basan en cantidades masivas de datos recopilados del rendimiento de diseños anteriores; retroalimentación de sensores en equipos instalados; y codificación de replicación avanzada. El resultado son modelos que permiten a las organizaciones explorar, controlar y optimizar diseños de manera eficiente y rentable.

Además, los gemelos digitales admiten comunicaciones entre sistemas IIoT interconectados. Esto se debe a que estos modelos digitales tienden a estandarizar las descripciones programáticas de los parámetros de los componentes y las definiciones interrelacionadas. En última instancia, eso a su vez permite que las operaciones generen productos con enfoques justo a tiempo en lotes más pequeños. Las definiciones digitales de los módulos y controles de la máquina interconectados también hacen que los cambios y reconfiguraciones rápidos (por ejemplo, para generar temporalmente un producto especializado) sean más factibles.

Gottlieb: Kollmorgen firmó recientemente un acuerdo de comercialización con MTEK para vender la solución MBrain, una plataforma de fabricación inteligente sin papel y sin código. MBrain maneja la complejidad empresarial a escala, incluidas las instrucciones de trabajo para las configuraciones de línea. Este último puede ser útil para los fabricantes de máquinas que utilizan el control de movimiento o analizan los datos capturados durante la fabricación en cualquier faceta. Los usuarios de MBrain obtienen grandes mejoras... incluso un aumento del 70 % en el rendimiento del flujo de valor, además de grandes ahorros en papel, así como en capacitación e incorporación. La solución MBrain se fusiona naturalmente con las configuraciones basadas en la nube de Microsoft Azure, las configuraciones locales o las configuraciones híbridas. En resumen, MBrain ha sido fundamental para ayudar a los ingenieros de diseño a mejorar la calidad del producto, las tasas de ejecución y la implementación de recursos humanos.

El uso de gemelos digitales es un enfoque central en la transformación digital de la automatización industrial. Imagen: Ekkasit919

thompson: Estamos liderando la transformación digital de la gestión de instalaciones. Con nuestro escaneo y software, las operaciones pueden capturar edificios en 3D fotorrealistas para lograr un retorno de la inversión y reducir los costos de diseño, administración y mantenimiento de las instalaciones. Un gemelo digital de Matterport brinda acceso inmersivo al contexto físico de una instalación, máquina o área. Recientemente, John Deere empleó nuestra plataforma de gemelos digitales y tecnología de captura 3D para la gestión remota de más de 60 instalaciones en todo el mundo.

Este es un gemelo digital de estructura alámbrica 3D de Matterport de un espacio de producción construido.

Scott: Fuuz by MFGx ofrece capacidades de plataforma como servicio (xPaaS) para empresas con procesos complejos. Más específicamente, Fuuz xPaaS proporciona aplicaciones industriales prediseñadas y herramientas de desarrollo de aplicaciones sin código que consolidan tecnologías en experiencias de usuario cohesivas que son rápidas y fáciles de aprender. Con la implementación rápida de aplicaciones independientes y conexiones al software existente, las empresas pueden capturar datos. Además, pueden unir procesos, personas y máquinas en un ecosistema. De hecho, el software integra y aumenta todas las fuentes de datos abiertas para permitir que las empresas aprovechen las soluciones, los equipos industriales y los sistemas operativos actuales... con capacidades de integración que permiten a los ingenieros de diseño conectarse a dispositivos dentro de su empresa, así como a otras bases de datos y sitios.

Las implementaciones de DX más efectivas son aquellas que funcionan en todos los sistemas comerciales (especialmente a medida que IIoT evoluciona continuamente) al tiempo que priorizan las protecciones de seguridad cibernética. Los proveedores de componentes y proveedores de soluciones más capaces de apoyar a los fabricantes de máquinas y plantas con esfuerzos DX son aquellos conectados a redes integrales de socios que estandarizan ciertos protocolos, herramientas de software y ecosistemas de diseño. Estos, a su vez, permiten el ensamblaje de elementos tecnológicos de varios proveedores para crear soluciones de IoT de extremo a extremo personalizadas... en algunos casos, con soporte continuo de integradores autorizados o servicios digitales diseñados para una industria determinada.

Los beneficios para los OEM y las instalaciones que adoptan enfoques DX incluyen la capacidad de satisfacer la demanda del siglo XXI de productos finales personalizados (desde alimentos hasta productos electrónicos y hogares), ya que las empresas conectadas son las más ágiles y capaces de rutinas de producción flexibles.

En algunos casos, DX permite nuevos modelos comerciales que convierten los datos (procesados ​​por análisis o IA) en productos vendibles. Esto puede tomar la forma de productos de monitoreo de máquinas basados ​​en suscripción o de valor agregado. El beneficio para el usuario final es la capacidad de solucionar problemas de forma remota sin tener que esperar a que un técnico vuele o conduzca hasta las instalaciones.

Las soluciones de transformación digital casi siempre son escalables, lo que permite que los OEM y los usuarios finales experimenten con un nuevo sistema en una ubicación y luego aprovechen lo que se diseñó y aprendió en más lugares más tarde, a menudo con ahorros significativos de la economía de escala.

DX también libera a las instalaciones automatizadas de las clásicas líneas de producción de un solo archivo que están limitadas por ineficiencias inherentes y (especialmente en la fabricación) escasez de mano de obra. La IA complementa especialmente las funciones del personal y permite flujos de fábrica más matizados, liberando a los humanos del análisis de datos y evaluando contextos situacionales para servir como el llamadomedio faltantee informar (o, a veces, incluso desencadenar) acciones del mundo real.

En algunos casos, las asociaciones a largo plazo con proveedores industriales pueden ayudar a los proveedores y usuarios finales a mantenerse actualizados en sus esfuerzos de DX. Dichos arreglos restan énfasis a los negocios centrados en productos y enfatizan los servicios de soporte y las plataformas operativas. Además, los enfoques de diseño paso a paso (como los enfoques de producción) deben dar paso a enfoques de diseño y creación de prototipos más flexibles. Aquí, el típico proceso iterativo de prueba y error que involucra principalmente a equipos de diseño internos aislados se reemplaza por un trabajo de diseño abierto y holístico.

Apoyando tales enfoques están los llamados diseños.ecosistemas y plataformas de proveedores industriales. Para completar tales ofertas, los proveedores a menudo se asocian con empresas de servicios profesionales que se especializan en servicios digitales aplicables a la automatización industrial. El resultado es una variedad de herramientas de análisis de rendimiento, mantenimiento predictivo, seguimiento de activos, servicio al cliente y optimización de energía dirigidas a operaciones de automatización específicas. Los constructores de máquinas más grandes con relaciones a largo plazo con los proveedores pueden esperar ayuda para analizar problemas comerciales y soluciones DX a medida.

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