Cerrando la brecha entre las Tecnologías de Operación y las Tecnologías de la Información
Son las 3:00 de la mañana en un parque eólico remoto de California. Sobre las frías colinas del desierto, seis turbinas de viento comienzan a girar de repente, pero no hay operadores a la vista. De hecho, no hay operadores que las controlen. Mediante una
Mediante una conexión a Internet y una pasarela de “procesamiento en el borde (edge computing)” recientemente instalada en el aerogenerador, cada turbina consulta de forma autónoma el precio de la electricidad en una página web.
En una fracción de segundo, la turbina determina que este momento es el más rentable para empezar a generar electricidad para inyectar en la red. Al mismo tiempo, el aerogenerador registra automáticamente la cantidad de energía que está generando, qué ingresos podría prever el propietario, la velocidad de giro de la turbina, velocidad actual del viento,… y un lote adicional de datos que serán enviados a la nube para su análisis avanzado, mantenimiento predictivo y pronóstico operativo.
No es ficción ni una proyección futura; está pasando justo ahora.
Es la Internet de las Cosas.
¿QUÉ ES LA IOT?
Probablemente ha oído hablar de la Internet de las cosas (IOT), o de la Internet Industrial de las Cosas (IIOT), también llamada Industria 4.0 principalmente en Europa. Pero, ¿qué es realmente?
La IOT se propone ofrecer a la sociedad la mayor oportunidad de avance desde la Revolución Industrial: un mundo donde todo tipo de cosas están conectadas, comunicándose y mejorando nuestro nivel de vida. Todos vamos a formar parte de ella y, preparándonos ahora, podremos sacar ventaja de sus beneficios.
Según Berg Insight, Empresa sueca dedicada a la investigación del mercado máquina-a-máquina / IOT, la base instalada de dispositivos de automatización IOT inalámbricos alcanzó los 10,3 millones en 2014. Berg Insight predice que el número de dispositivos IOT inalámbricos en las redes de automatización crecerá en un orden del 27,2% anual para alcanzar los 43,5 millones en 2020. Gigantes de la industria como GE, Rockwell, Cisco, IBM y Microsoft están invirtiendo cantidades significativas de capital en la IOT. Si usted aún no ve elementos de la IOT en su trabajo, pronto lo hará.
Se aproxima un cambio masivo en la forma en la que llevamos a cabo tareas que van desde el diseño y la fabricación de mercancías hasta cómo atendemos a los clientes. La IOT tiene la intención de conectar dispositivos, sistemas industriales y de fabricación (activos) para que podamos:
Compartir datos valiosos en tiempo real Mejorar procesos Sintonizar los sistemas de forma autónoma
Predecir los fallos del sistema antes de que ocurran
Disminuir el tiempo de inactividad Reducir costes Aumentar los beneficios Todo ello mejorando las experiencias de los clientes y proporcionando a los consumidores un mayor valor.
COMPONENTES DE LA IOT
En los últimos años, las tecnologías de sensores de bajo coste para el análisis avanzado de cantidades masivas de datos (“big data”) se han vuelto más accesibles. Los costes de la potencia de cálculo y el
ancho de banda continúan cayendo, introduciendo un concepto de movilidad como nunca lo habíamos visto antes
Con el aumento de las nuevas tecnologías y la disminución tan importante del coste en las últimas décadas, actualmente se tiene la capacidad de conectar en red casi cualquier cosa. Se pueden activar sensores y actuadores de bajo nivel, recopilar datos de esos dispositivos, convertirlos en un protocolo, enviarlos a través de Internet e introducirlos en un gran sistema de análisis de datos, todo en tiempo casi real.
Usted puede tener visibilidad de sus sistemas de control de procesos desde cualquier punto del globo. Y esa visibilidad estará con usted todo el tiempo en su dispositivo móvil en cuestión de segundos, sin importar donde se encuentre.
Con la IOT, la información fluye libremente desde los puntos de interacción de los clientes, a los responsables de la toma de decisiones, a los planificadores, directamente a la planta de fabricación y de vuelta al cliente.
¿CÓMO LLEGAMOS A ESE PUNTO?
Mientras este movimiento hacia la IOT ya ha comenzado y crece a un ritmo exponencial cada año, los cambios no sucederán de la noche a la mañana. Incluso con las grandes inversiones en IOT de tantos gigantes de la industria, hay Importantes obstáculos que hay que superar para aprovechar los beneficios que ofrece la IOT.
Y no podremos aprovechar esos beneficios sin realizar cambios en la forma en que las tecnologías interactúan con el negocio.
CONVERGENCIA OT / IT
Teniendo en cuenta un modelo genérico de empresa, nos encontraremos las “tecnologías de operación” y las “tecnologías de la información”. Ambas tecnologías y cada subconjunto de sistemas fueron construidos específicamente para sus funciones y ninguno fue diseñado para trabajar con el otro.
Gartner define la tecnología operacional (OT) como "hardware y software que detecta o provoca un cambio a través de la monitorización directa y/o el control de dispositivos físicos, procesos y eventos en la empresa". Ésa es la parte del negocio dedicada al control industrial y la automatización de la producción.
Adicionalmente, Gartner define la tecnología de la información (IT) como "todo el espectro de tecnologías para el procesamiento de la información, incluyendo software, hardware, tecnologías de las comunicaciones y servicios". Aquí estarían las redes de ordenadores y las bases de datos (en general, las IT no incluyen tecnologías embebidas que no generen datos para la empresa).
Para facilitar las cosas, podemos resumir estas definiciones de la siguiente forma:
OT son los activos que una empresa utiliza para crear bienes o servicios para la venta.
IT son los sistemas utilizados para gestionar la producción, la venta y el soporte de los bienes y servicios. Así pues, las funciones tanto de la OT como de la IT dentro de la empresa son las de crear productos (bienes y servicios).
Para crear esa salida más eficientemente, es necesario que trabajen juntas.
Pero en la empresa de hoy, hay una significativa brecha de comunicación entre las tecnologías OT/IT.
Cada una usa sus propios métodos de conectividad, desde los propios conectores físicos y buses en los que los datos se desplazan, hasta el idioma que cada una utiliza para convertir bits y bytes en información procesable y legible por humanos. Diseñadas hace muchos años, las tecnologías OT/IT siguen distantes en la actualidad.
Durante su conferencia en la “Smart Industry 2015”, Richard Soley, director ejecutivo de “Industrial Internet Consortium”, señaló que los diagramas de escalera para PLCS utilizados en la fabricación discreta en 1980, son muy similares a los que se utilizan hoy en día. "Treinta y cinco años después seguimos programando estas cosas con lógica escalera y, peor aún, aunque los dispositivos tienen ahora un puerto de red, no se conectan a la Infraestructura IT de la planta". ¿Por qué no?
Conectividad Durante décadas, los productos industriales han sido diseñados para tener una larga vida. Como resultado de este largo ciclo de vida, los dispositivos industriales instalados hoy en día utilizan diferentes capas de comunicación física, en su mayoría propietarias de su sector industrial.
Por ejemplo, puede tener un variador de frecuencia conectado a una línea serie, una válvula proporcional en Fieldbus y un sensor
de proximidad en Devicenet, cada uno de ellos en una red física diferente.
Uno de los primeros pasos en la conexión de los sistemas a la IOT es proporcionar algún tipo de conversión a estos buses físicos específicos de cada aplicación para conectarlos a sistemas abiertos omnipresentes como Ethernet y redes inalámbricas.
También necesitaremos agregar dispositivos más pequeños y más simples, como sensores no conectados en red, los cuales estarán conectados a una pasarela de red, con el fin de transmitir los niveles de señales del sensor a través de interfaces de red estándar y después mediante el protocolo primario de comunicaciones de Internet: TCP / IP.
Comunicaciones y lenguajes
Como resultado de la naturaleza específica de los sistemas de producción y de automatización, la gran mayoría de los dispositivos que se encuentran en las plantas industriales utiliza protocolos propios y personalizados, según los requerimientos de la aplicación.
Mientras que un protocolo personalizado puede ser útil en una aplicación determinada, por ejemplo un sistema de control cerrado de un proceso de producción, creará obstáculos en el acceso a los datos necesarios para los beneficios que ofrece la IOT.
En contraste con la OT, las redes empresariales IT utilizan estándares y protocolos utilizados en Internet. Internet se creó utilizando estándares abiertos de comunicación como TCP/IP. A los protocolos específicos de aplicación se les deben superponer capas por encima con otros protocolos, como HTTP/S, SMTP, SNMP, MQTT y otros.
Internet utiliza lenguajes de programación como Javascript, Java, Python,… y presenta la información mediante tecnologías como HTML5 y CSS, todas ellas abiertas (para una breve descripción de estas tecnologías véase “Términos utilizados en este artículo”, en la página 10).
Para hacer realidad las promesas de la Internet de las Cosas, las tecnologías OT e IT deben converger, permitiendo la conexión y comunicación entre ambas.
Tal vez en el corto plazo, OT e IT puedan converger utilizando soluciones como pasarelas de protocolo, servidores OPC y diverso middleware. Sin embargo, a largo plazo, la convergencia OT/IT exigirá una arquitectura “más plana” y una comunicación “sin costuras” entre los activos, utilizando sistemas, protocolos de comunicación y lenguajes de programación abiertos.
A largo plazo, la convergencia OT/IT exigirá una arquitectura “más plana” y una comunicación “sin costuras” entre los activos, utilizando sistemas, protocolos de comunicación y lenguajes de programación abiertos.
IOT en “el borde“
Según un reciente comunicado de prensa de la firma de investigación Gartner en Gartner.com, en 2016 hubo 6,4 millones de "cosas" conectadas, un 30% más que en 2015. Y todos estos dispositivos generan datos. Zettabytes de datos. Pero ¿son datos útiles? ¿Y se usan tecnologías modernas de redes para mover tantos datos a través de Internet?
La pirámide de datos-información-conocimiento-sabiduría (abajo) nos muestra el viaje desde los datos en bruto hasta la sabiduría. En la Internet de las Cosas, los datos procesables son la sabiduría: qué hacer, cuándo y cómo hacerlo; cómo mejorar los procesos del negocio, reducir costes, aumentar los beneficios.
La IOT va a producir cantidades masivas de datos sin procesar de miles de millones de sensores, actuadores y dispositivos. ¿Cómo clasificar los datos para filtrar lo que necesitamos y convertirlo en datos procesables para implementar esa sabiduría?
La respuesta es el procesamiento en el borde (edge computing).
La mayoría de los dispositivos IOT se conectarán en “el borde” de la red, el lugar donde OT e IT convergen físicamente. De entre los datos que generan los dispositivos OT, deben ser extraídos los realmente útiles para la empresa, siendo entonces enviados a los sistemas de computación en nube destinados al análisis de grandes datos, mientras que los datos inútiles deben descartarse para reducir el ancho de banda y el ruido.
Desafortunadamente, la mayoría de los actuales sensores y máquinas OT no tienen la potencia de cálculo necesarios para procesar y filtrar los datos que generan. Pueden incluso ser dispositivos pasivos, donde simplemente entran y salen datos.
Los dispositivos OT más inteligentes o activos, como los PLCS, tienden a centrarse sólo en sus funciones de automatización y no han sido diseñados para compartir los datos de fabricación con otros sistemas. Es por esto que la IOT requiere de sistemas de terceros que actúen como intermediarios de datos entre los sistemas OT y los IT.
Estas pasarelas de terceros entienden los lenguajes y protocolos OT/IT, pero a menudo requieren un gran soporte para la programación y desarrollo de aplicaciones.
La verdadera visión de la convergencia OT / IT es la autonomía y comunicación directa para los activos, cosas, nodos y servidores, con el fin de comunicarse directamente entre sí, sin la necesidad de pasarelas de protocolo, servidores OPC y middleware, habilitando la comunicación directa entre activos y bienes o cosa a cosa y realmente tendiendo un puente para la brecha existente entre el OT / IT. Los fabricantes desplazarán la inteligencia directamente hacia los activos OT, permitiendo que dichos activos comuniquen utilizando las capacidades, protocolos y lenguajes del mundo IT.
Estamos empezando a ver capacidades cada vez mayores en los activos OT, ya que empiezan a desarrollarse desde cero teniendo en cuenta las aplicaciones de la IOT. Con el tiempo, veremos no sólo mejoras en las tecnologías de la comunicación, sino también en la propia inteligencia, permitiendo que los activos en el borde filtren sus propios datos para después exponerlos a través de formatos estándar documentados, como APIS web.
De hecho, para alcanzar plenamente los beneficios que la IOT ofrece, los activos OT tendrán que ser diseñados integrando tecnologías web, como HTTP para la interacción, SSL / Cifrado y autenticación TLS para la seguridad de los datos, y JSON para el formato de datos. Este enfoque ya está disponible hoy y se llama arquitectura REST.
Rediseño de los activos OT
Para conectar OT e IT, debemos diseñar los activos OT para poder utilizar tecnologías como las interfaces de programación para aplicaciones (API). Una API es un conjunto de rutinas, protocolos y herramientas para la construcción de aplicaciones software, especificando cómo los componentes de software deben interactuar.
Para que los activos OT se comuniquen de forma autónoma y directa entre sí, tendrán que usar protocolos de Internet como los siguientes: MQTT: para recoger datos del dispositivo y comunicarlos a los servidores. XMPP: activa el intercambio en tiempo casi-real de datos estructurados y extensibles entre dos o más dispositivos en la red. DDS: bus rápido para la integración de las máquinas inteligentes. AMQP: sistema de cola diseñado para conectar servidores entre sí.
COMENZANDO HOY CON LA IOT
Si le entusiasman las posibilidades que ofrece la IOT para sus aplicaciones, o si sólo desea estar preparado para el futuro, aquí van algunas ideas para empezar desde ya.
Empezar desde lo más simple
La Internet de las Cosas es un gran concepto con gran cantidad de piezas en movimiento. Desarrollar una estrategia para comenzar a implementar la IOT en su negocio no tiene que por qué ser complicado. Hay que empezar desde lo más simple y experimentar.
La IOT es un concepto, una idea, no un conjunto de reglas rígidas e inmediatas. Es un método de mirar a sistemas dispares y preguntarnos: ¿qué pasaría si esas dos máquinas pudieran hablarse la una a la otra? ¿Qué podríamos aprender al extraer todo dato interesante y buscar correlaciones entre conjuntos de datos? Con el tiempo, conseguir que dispositivos diferentes puedan comunicarse entre sí se hará cada vez más fácil.
Educar Un buen punto de comienzo es aprender sobre las nuevas tecnologías que involucradas en la IOT. Si usted viene del lado del control de procesos y automatización industrial en la convergencia OT/IT, será una buena idea potenciar las habilidades en la red.
Aprenda cómo los switches y routers Ethernet mueven los datos a través de Internet.
Sepa qué es una dirección IP y entienda la potencial necesidad de la IPV6.
Obtenga una visión general de varias tecnologías web y lenguajes de programación. No tiene por qué ser un experto en redes, pero su vida dentro de la convergencia IT/OT será más fácil sólo si le son familiares estas tecnologías.
Tenga en cuenta que se necesitarán nuevas e importantes habilidades en su organización. El trabajo en red es una de ellas; otras habilidades clave serán el conocimiento de lenguajes de programación y arquitecturas IT (como RESTFUL) y, por supuesto, el dominio en la seguridad de la red.
SU PRIMER PROYECTO IOT
Identificar la necesidad
Cada aplicación de IOT es diferente, dependiendo de su negocio. Y por desgracia no hay una única solución para todos los desarrollos de proyectos IOT. Sin embargo, uno de Los objetivos de la IOT es aumentar la eficiencia, y eso es un buen punto de inicio.
La siguiente es una estrategia general de 3 pasos que puede aplicar para desarrollar su primer proyecto IOT. 1. Identificar el potencial. Camine por sus instalaciones, hable con sus operadores e identifique procesos manuales laboriosos, como la recolección de datos con “lápiz y papel” o tareas de entrada de datos en hoja de cálculo. También identifique los datos potencialmente útiles que están actualmente agrupados pero no disponibles para otros sistemas o tomadores de decisiones. Buenos ejemplos podrían ser datos ambientales, datos de producción o datos relacionados con el proceso por lotes. 2. Recoger datos. Busque la oportunidad de recopilar datos de un activo a un nivel de "cosa". Por ejemplo, ¿hay un sensor que podría instalar para monitorizar y registrar más de cerca su proceso? El coste de los sensores ha descendido sustancialmente, permitiendo una mayor visibilidad en todos los aspectos de la automatización. Optimizar la instrumentación es el primer paso para mejorar los niveles de información de la Planta, monitorización remota de activos, análisis de producción y fiabilidad. 3. Centralizar y analizar. Identifique una forma de reunir los datos en un contenedor central. Esto puede requerir algún tipo de pasarela IOT o convertidor de protocolo, así como una base de datos para albergar la información. Una vez que haya centralizado los datos, podrá analizar las oportunidades para optimizar los procesos. Por ejemplo, extraer un informe del análisis
cruzado entre los nuevos datos aportados por el sensor y los datos de producción. ¿Es posible que ciertas variables del proceso provoquen un mayor o menor rendimiento?
Justificación de la inversión
A medida que la IOT se hace más visible, es fácil quedar abrumado por los costes potenciales y la complejidad relacionada con las aplicaciones IOT. Es importante seguir centrado en si un proyecto beneficiará a la empresa reduciendo los costes o mejorando la calidad. Usted deberá ser capaz de demostrar un rendimiento medible de la inversión.
Por ejemplo, tal vez podría conectar un dispositivo de monitorización de energía eléctrica a la alimentación principal de su Planta, para comenzar a controlar el gasto de energía. Una vez que haya empezado a recopilar datos, con el tiempo podrá determinar exactamente y en tiempo real lo que cuesta arrancar un motor, ejecutar un proceso, o tener el aire acondicionado del edificio ajustado a 23°C.
O tal vez desee recibir un informe diario por correo electrónico mostrando las cifras de producción, el inventario de materias primas y el tiempo medio de producción por lote. Todos estos datos pueden ser capturados a través de la tecnología IOT y llevados directamente a su dispositivo móvil.
Otro proyecto fácil de implementar podría ayudarle a ahorrar agua. Si está a cargo del sistema de riego, podría configurar un sistema inteligente y simple que comprobase el pronóstico del tiempo en una página web antes de activar los aspersores. El ahorro de costes por la reducción del uso del agua (sin mencionar el impacto sobre el medio ambiente) es una buena manera de justificar el coste de su primer proyecto IOT.
Una vez más, no tiene que ser complicado. Y las tecnologías para lograr todas estas aplicaciones están disponibles hoy en día como productos comerciales terminados.
Es como magia, pero no lo es. Es la Internet de las Cosas. Va a cambiarlo todo y todos vamos a ser parte de ella.