Fabricación y producción integradas

• Por Bill Lydon
• InTech

Resumen

Nuevos modelos de tecnología de la información y tecnología operacional

Por Bill Lydon

La relación entre la tecnología de la información (TI) y la tecnología operativa (OT) es un tema de discusiones formales e informales en foros de la industria, grupos de usuarios, eventos y ferias comerciales con muchas ideas y opiniones. Es evidente que hay cambios en las organizaciones con diferentes modelos de negocio y nuevas tecnologías, conceptos y desafíos que están impulsando estas discusiones, proyectos piloto y cambios en el sistema. Hay algunas opiniones sólidas sobre la relación entre TI y OT, que incluyen:

• separación cooperativa
• integración cooperativa
• Gestión de TI OT excepto para controles de máquinas y procesos en tiempo real
• nuevos grupos híbridos

Según las discusiones con muchos usuarios, la relación entre TI y OT en las organizaciones parece encontrarse en diferentes etapas. Sin embargo, la tendencia parece ser la integración funcional de TI y TO, independientemente de la estructura organizativa, para lograr una mejor fabricación y producción.

¿Qué es OT?

La tecnología operativa se define típicamente como el hardware y el software dedicados a detectar o causar cambios en los procesos físicos a través de la supervisión o el control directo de dispositivos físicos, incluidas máquinas, robots, líneas de producción, válvulas, bombas y otros elementos de producción. El control real responde a la producción con controladores en tiempo real, como controladores lógicos programables (PLC), sistemas de control distribuido (DCSs), controladores de máquinas, robots, controladores de procesos y otros dispositivos que supervisan y controlan la producción física. OT en muchas organizaciones también incluye sistemas de control de supervisión y adquisición de datos, pantallas de interfaz hombre-máquina, historiadores y unidades terminales remotas. Estos sistemas suelen comunicarse mediante redes de control industrial, como Modbus, EtherNET / IP, Profinet y EtherCAT. Más recientemente, los sensores inalámbricos se comunican mediante métodos ISA100, WirelessHART o patentados.

¿Qué es?

Una definición temprana de tecnología de la información apareció en el artículo de Harvard Business Review de noviembre de 1958, «Management in the 1980s» de Harold J. Leavitt y Thomas L. Whisler:

«La nueva tecnología aún no tiene un solo nombre establecido. Lo llamaremos tecnología de la información. Se compone de varias partes relacionadas. Uno incluye técnicas para procesar grandes cantidades de información rápidamente, y está personificado por la computadora de alta velocidad. Una segunda parte se centra en la aplicación de métodos estadísticos y matemáticos a los problemas de toma de decisiones; está representada por técnicas como la programación matemática y por metodologías como la investigación de operaciones. Una tercera parte está en el horizonte, aunque sus aplicaciones aún no han surgido con mucha claridad; consiste en la simulación de un pensamiento de orden superior a través de programas informáticos.»

Esta sigue siendo una definición fundamental bastante buena. Incluye el término investigación de operaciones. Una definición amplia de investigación de operaciones es determinar el máximo beneficio, rendimiento, rendimiento o pérdida mínima, riesgo o costo de algún objetivo del mundo real. La ingeniería industrial y la investigación de operaciones aplicadas a la fabricación industrial y de procesos combinan dos disciplinas centradas en la operación de sistemas complejos para desarrollar mejores sistemas y procedimientos operativos. Las nuevas tecnologías de hoy en día están permitiendo el logro de estos objetivos.

Fabricación integrada

Las industrias de fabricación y procesos han estado persiguiendo el concepto de integrar todo el negocio, incluido el diseño de productos, la adquisición, la gestión de la cadena de suministro, la producción, el mantenimiento y la logística de salida, durante mucho tiempo. La idea de la fabricación integrada por computadora ha sido una visión desde la década de 1970 y se define como la integración de la empresa de fabricación total mediante el uso de sistemas integrados y comunicación de datos, junto con nuevas filosofías de gestión para mejorar la eficiencia de la organización y el personal. En las décadas de 1970 y 1980, algunos grandes fabricantes automotrices y aeroespaciales implementaron un pequeño número de proyectos, pero los sistemas y la tecnología en ese momento eran engorrosos, costosos y poco confiables. Otro desafío importante fue la integración de componentes de diferentes proveedores, incluidos PLC, DCSs, máquinas herramienta CNC, transportadores y robots que utilizan diferentes protocolos de comunicación. También había normas de intercambio de datos y protocolos entre Estados Unidos y Europa, lo que era contraproducente.

Industria 4.0, fabricación inteligente, et al.

Más recientemente, se ha desarrollado una línea de pensamiento progresiva en la aplicación de tecnología para mejorar la fabricación con la integración de todos los aspectos de la producción y el comercio a través de las fronteras de la empresa para una mayor eficiencia. Se ejemplifica en la Industria 4.0, la fabricación inteligente, el Internet de las Cosas Industrial y otras iniciativas que persiguen una automatización holística, información empresarial y arquitectura de ejecución de fabricación. Los objetivos son aumentar significativamente la productividad, la eficiencia y los procesos de producción autogestionados, donde las personas, las máquinas, los equipos, los sistemas logísticos y el trabajo en proceso se comunican y cooperan entre sí directamente. Esta visión incluye nuevas tecnologías y arquitecturas para lograr eficiencias de producción en masa de bajo costo para la fabricación a pedido de la primera cantidad.

Vista única

IT / OT convergence promueve una vista única de la información de una empresa y proporciona a cada persona, máquina, sensor, PLC, controlador de procesos, actuador, centro de control de motores y otros dispositivos datos e información precisos en un contexto procesable en el momento adecuado para mejorar la eficiencia operativa y reducir los costos de producción.

Decisión en tiempo real

Las decisiones se tomarán en tiempo real con mayores niveles de confianza, ya que habrá más información disponible sobre el evento o condición. La gestión de un evento en una arquitectura convergente de TI/OT se ejecutará como un proceso de bucle cerrado, optimizando los factores de producción. Esto incluye el flujo y la mezcla de pedidos de los clientes, la cadena de suministro, la fabricación, los procesos de producción, la logística de salida y el servicio al cliente.

Ecosistema de fabricación ajustada

Yendo más allá de una sola empresa de fabricación, los procesos de producción y logística se integran de forma inteligente a través de los límites de la empresa, creando un ecosistema de fabricación ajustada en tiempo real que es más eficiente y flexible. Esto facilita cadenas inteligentes de creación de valor que incluyen todas las fases del ciclo de vida del producto, desde la idea inicial del producto, el desarrollo, la producción, el uso y el mantenimiento hasta el reciclaje. De esta manera, el ecosistema puede satisfacer los deseos de los clientes de que todo, desde la idea del producto hasta el reciclaje, sea receptivo y realice mejoras continuamente.

Plataformas comunes

Los grupos de TI y OT se desarrollaron tradicionalmente en dos comunidades separadas donde casi toda la comunicación, el hardware y el software eran específicos de esa comunidad, lo que resultó en una compleja integración de sistemas de TI y OT. La nueva arquitectura, habilitada por la proliferación de estándares de comunicación, potentes procesadores, servicios web y software de código abierto, proporciona un entorno común para la colaboración e integración de TI y TO. Los grupos de TI y OT ahora comparten los fundamentos de la arquitectura de redes y comunicaciones, lo que simplifica el transporte de datos a través de los sistemas, por lo que la brecha tecnológica entre TI y OT se está cerrando.

Evolución organizacional y de sistemas

La aplicación de nuevas tecnologías para lograr empresas de fabricación industrial y de procesos más eficientes conduce a cambios funcionales. Las nuevas arquitecturas empresariales y de fabricación integradas, lideradas por sistemas de planificación de recursos empresariales en tiempo real, integran funciones de software de middleware de planta en dispositivos perimetrales, empresariales y de computación en la nube. Una forma más tradicional de expresar esto es que OT se está integrando en ÉL. Pero esto no describe todas las nuevas posibilidades de los sistemas integrados y la nueva computación en dispositivos perimetrales. Las empresas progresistas están explorando la nueva funcionalidad con cambios organizativos y nuevos sistemas mediante la implementación de proyectos piloto. La integración de TI y OT brinda la capacidad de monitorear activamente el rendimiento de campo de máquinas complejas y sus subcomponentes para comprender mejor la fabricación y el funcionamiento del proceso, contribuyendo a programas de mejora continua más efectivos. Además, habrá una mayor confianza en los resultados de producción que mejorarán las previsiones.

Discusión de la industria

La convergencia de TI y TO para crear operaciones más efectivas está siendo discutida por muchos usuarios, y algunos están haciendo cambios para ser fabricantes más eficientes. Estas son algunas ideas de las empresas manufactureras.

Un ejemplo de cambio organizacional fue presentado en la Conferencia Comunitaria Ignition de 2017 por Sugar Creek Packing Co., un fabricante de alimentos diversificado y flexible. Un representante de la empresa discutió cómo su organización tiene una persona responsable de OT y otra para TI, y ambos reportan al director de información. Describió cómo esto mejoró la cooperación organizativa y las operaciones en seis plantas de fabricación con más de 100 dispositivos PLC y controladores y más de 15,000 etiquetas.

Estos pensamientos de un panel de eventos de Rockwell Automation Perspectives y presentaciones de usuario ilustran que hay diferentes opiniones sobre TI / OT. Gerentes, expertos de la industria y seis usuarios discutieron y compartieron información sobre sus viajes únicos hacia la creación de una empresa conectada. Entre los principales comentarios de la mesa redonda figuran las siguientes observaciones:

• Debe tomar la iniciativa para mover los datos de forma segura, entregándolos cuando sea necesario.
• El desafío es tener a las personas de OT familiarizadas con el proceso y al mismo tiempo comprender los procesos de negocio.
• Se requieren modelos de datos comunes para un intercambio eficiente de datos entre IT y OT.
• La clave del éxito es conectar los datos a través de toda la arquitectura utilizando estándares abiertos de TI no propietarios.
• Una empresa solía contratar ingenieros de control, diseñadores e ingenieros mecánicos para diseñar cajas de engranajes de motores y cadenas de transmisión. Con los años, descubrió que el modelo de contratación ya no funciona. El control y el diseño mecánico se entrelazaron, por lo que pasó a ingenieros mecatrónicos que trabajan en ambos mundos. Ese cambio continúa ahora con la incorporación de personas que entienden la física, la analítica y la tecnología de TI.
• Proporciona y administra conexiones Ethernet a controladores, incluido el control de configuración. Los ingenieros de automatización no deben cargar con redes, sino centrarse en mejorar los controles y optimizar la automatización.

Las diversas opiniones expresadas sugieren que las organizaciones tienen ideas diferentes sobre los enfoques organizativos y tecnológicos.

Objetivos

Las empresas de fabricación de liderazgo están empezando a competir en todo el mundo y a utilizar nuevas tecnologías generalizadas. Cualquiera que sea la forma de implementación de sistemas, arquitecturas y estructuras organizativas, hay objetivos comúnmente expresados para mejorar la fabricación, incluida la competitividad, la productividad, la calidad y la satisfacción del cliente. La información convergente se utiliza para optimizar los activos fijos y variables. Las operaciones mejoradas que utilizan datos en tiempo real, junto con análisis, aportan muchos beneficios, incluidos un menor tiempo de inactividad, un menor consumo de energía y una mayor eficacia general del equipo.

A medida que las organizaciones trabajan para beneficiarse de la convergencia de las funciones de TI/OT, las partes interesadas, los propietarios de productos y los gerentes de la organización deben continuar comprendiendo los nuevos modelos de sistemas integrados y aprender de las industrias que están integrando sistemas con éxito, como las industrias de computadoras, Internet y teléfonos celulares.

En general, estas nuevas tecnologías son un reto para los profesionales de control y automatización y les permiten ofrecer más valor como expertos en sistemas y procesos de fabricación para alcanzar los objetivos corporativos.