Producción y manufactura integradas: Nuevos modelos de tecnología de la información y tecnología operacional
La relación entre la tecnología de la información (IT) y la tecnología operacional (OT) es un tema habitual en discusiones formales e informales de foros industriales, grupos de usuarios, eventos y ferias que induce a muchas ideas y opiniones. Claramente, se están gestando cambios en muchas organizaciones con diferentes modelos de negocio y nuevos conceptos tecnológicos, así como están cambiando los desafíos que se generan a partir de estas discusiones, así como de proyectos piloto y los sistemas en sí.
Existen fuertes puntos de vista sobre la relación entre la IT y la OT, incluyendo separación cooperativa, integración cooperativa, la IT manejando la OT, excepto por la maquinaria en tiempo real y los controles de procesos, y nuevos grupos híbridos.
Basándonos en discusiones con muchos usuarios, podemos pensar que la relación entre la IT y la OT puede estar en distintas etapas. Sin embargo, la tendencia parece ser la integración funcional entre la IT y la OT, sin importar la estructura organizacional, para alcanzar una fabricación y producción mejoradas.
¿Qué es la tecnología operacional?
La tecnología operacional, llamada también OT, se define típicamente como el hardware y software dedicado a detectar o causar cambios en procesos físicos a través de un monitoreo o control directo de dispositivos físicos, como máquinas, robots, líneas de producción, válvulas, bombas y otros elementos de producción. El control actual está respondiendo a la producción con controladores en tiempo real, como controladores lógicos programables (PLCs), sistemas de control distribuido (DCSs), controladores de máquinas, robots, controladores de procesos y otros dispositivos que monitorean y controlan la producción en físico.
La tecnología operacional en muchas organizaciones también abarca el control de supervisión y los sistemas de adquisición de datos, pantallas de interfaz hombre-máquina, historiadores y unidades terminales remotas. Estos sistemas se comunican por lo general usando redes de control industrial, como Modbus, EtherNET/IP, Profinet, y EtherCAT. De forma más reciente, los sensores inalámbricos se comunican usando ISA100, WirelessHART o métodos patentados.
¿En qué consiste la tecnología de la información?
Una de las primeras definiciones de la tecnología de la información apareció en el artículo publicado por el Harvard Business Review, en noviembre de 1958, titulado “Administración en los años 80”, acuñada por Harold J. Leavitt y Thomas L. Whisler:
“La nueva tecnología aún no tiene un único nombre establecido. Deberíamos llamarle tecnología de la información. Se compone de muchas partes relacionadas. Una incluye técnicas para procesar grandes cantidades de información de manera rápida, y es personificada por los computadores de alta velocidad. Una segunda parte se centra alrededor de la aplicación de métodos estadísticos y matemáticos para tomar decisiones en cuanto a los problemas; esto está representado por técnicas como la programación matemática y metodologías como la investigación de operaciones. Una tercera parte se encuentra en lontananza, aunque sus aplicaciones no han emergido aún de una forma muy clara, consiste en la simulación del pensamiento de orden superior a través de programas informáticos”.
Esta sigue siendo una buena definición fundamental. Incluye el término de investigación de operaciones. Una definición amplia de la investigación de operaciones es que esta determina la ganancia máxima, el rendimiento o la pérdida mínima, el riesgo o el costo de algún objetivo en el mundo real. La ingeniería industrial y la investigación de operaciones aplicadas a la fabricación y los procesos industriales combinan dos disciplinas enfocadas en la operación de sistemas complejos para desarrollar mejores sistemas y procedimientos operacionales. Las nuevas tecnologías de hoy están fomentando el logro de estos objetivos.
Fabricación integrada
La fabricación y los procesos industriales han buscado el concepto de la integración del negocio por completo, incluyendo el diseño de los productos, la obtención, la administración de la cadena de suministro, la producción, el mantenimiento y la logística de salida por un tiempo prolongado. La idea de la fabricación integrada por computadora ha sido una visión desde la década de los 70. Esta se define como la integración de la empresa manufacturera total mediante el uso de sistemas integrados y comunicación de datos junto con nuevas filosofías gerenciales para mejorar la eficiencia organizacional y del personal. Durante los años 70 y 80, algunos grandes fabricantes automotrices y aeroespaciales implementaron una pequeña cantidad de proyectos, pero los sistemas y la tecnología en ese momento eran engorrosos, caros y poco confiables. Otro gran desafío fue la integración de componentes de distintos proveedores, como PLCs, DCSs, herramientas maquinarias de CNC, transportadores y robots usando diferentes protocolos de comunicación. También existían normas de intercambio de datos y protocolos de competencia entre los Estados Unidos y Europa, lo que era contraproducente.
Industria 4.0 y la fabricación inteligente
Más recientemente, una línea progresiva de pensamiento se ha desarrollado en cuanto a aplicar la tecnología para mejorar la fabricación mediante la integración de todos los aspectos de la producción y el comercio a lo largo de las empresas para que estas logren una mayor eficiencia. Ejemplos de esto son la Industria 4.0, la fabricación inteligente, el Internet de las Cosas industrial (IoT) y otras iniciativas que buscan una automatización holística, información empresarial y una arquitectura de ejecución de la fabricación. Los objetivos son una eficiencia y productividad significativamente más altas y procesos de producción que se administren por sí mismos, en los que las personas, las máquinas, los equipos, los sistemas logísticos y el trabajo en los procesos se comunican y cooperan directamente entre sí. Esta visión incluye nuevas tecnologías y arquitecturas para lograr una eficacia a bajo costo en la producción en masa.
Una mirada única
La convergencia entre la IT y la OT promueve una mirada única a la información de una empresa y proporciona a cada persona, máquina, sensor, PLC, controlador de proceso, actuador, centro de control de motores y otros dispositivos de datos e información un contexto procesable en el momento adecuado para mejorar las eficiencias operativas y reducir los costos de producción.
Decisiones en tiempo real
De esta manera, las decisiones se tomarán en tiempo real con niveles más altos de confianza, porque habrá más información disponible sobre el evento o condición. La gestión de un evento en una arquitectura de IT y OT convergentes se ejecutará como un proceso de ciclo cerrado, optimizando los factores de producción. Esto incluye flujo de pedidos de clientes, cadenas de suministro, fabricación, procesos de producción, logística de salida y servicio al cliente.
Un ecosistema de Lean Manufacturing
Más allá de una sola empresa de fabricación, los procesos de producción y logística se integran de forma inteligente a través de la empresa, creando un ecosistema de Lean Manufacturing en tiempo real que es más eficiente y flexible. Esto facilita el generar cadenas de creación de valor inteligentes que incluyen todas las fases del producto, desde la idea inicial, pasando por el desarrollo, la producción, el uso y el mantenimiento, hasta llegar al reciclaje. De esta manera, el ecosistema puede satisfacer los deseos de los clientes en todos los aspectos, y así además ser receptivo y hacer mejoras continuamente.
Plataformas comunes
Los grupos de IT y OT se desarrollaban tradicionalmente en dos comunidades separadas, en las que casi toda la comunicación, así como el hardware y el software eran específicos para cada una de ellas, resultando en una posterior integración compleja de los sistemas. La nueva arquitectura, habilitada por la proliferación de estándares de comunicación, procesadores potentes, servicios web y softwares de código abierto, proporciona un entorno común para la colaboración e integración de IT y OT. Los grupos de IT y OT ahora comparten fundamentos en comunicaciones y arquitectura de red, lo que simplifica el transporte de datos a través de los sistemas, por lo que la brecha tecnológica entre ellos se está cerrando.
Evolución organizacional y en el sistema
La aplicación de nuevas tecnologías para lograr procesos industriales y de fabricación más eficientes conduce a cambios funcionales. Las nuevas arquitecturas empresariales y de fabricación integradas, lideradas por sistemas de planificación de recursos en tiempo real, integran funciones de software de planta en dispositivos de borde y computación en la nube. Una forma más tradicional de expresar esto es que la OT se está integrando en la IT. Pero esto no describe todas las nuevas posibilidades de los sistemas integrados y la nueva informática en dispositivos de borde. Las empresas progresistas están explorando la nueva funcionalidad con cambios organizacionales 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 la operación del proceso, contribuyendo a programas de mejora continua más efectivos. Además, habrá una mayor confianza en los resultados de producción que mejorarán la previsión.
Discusión industrial
La convergencia entre IT y OT para crear operaciones más efectivas está siendo debatida por muchos usuarios, y algunos están haciendo cambios para ser fabricantes más eficientes. Estos son algunos pensamientos de las compañías manufactureras.
Un ejemplo de cambio organizacional fue presentado en 2017, en la Ignition Community Conference por la Sugar Creek Packing Co., una fábrica de alimentos diversificada y flexible. Un representante de la compañía discutió cómo su organización tiene una persona responsable de OT y otra de IT, y ambas le reportan al director de información. Describió cómo esto mejoró la cooperación y operaciones organizacionales en más de seis sitios de fabricación con más de 100 PLCs y dispositivos controladores y más de 15.000 etiquetas.
Estas reflexiones de un panel de eventos de perspectivas de automatización en Rockwell y presentaciones de usuarios ilustran que hay diferentes miradas sobre IT y OT. Gerentes, expertos de la industria y seis usuarios debatieron y compartieron ideas sobre sus caminos hacia la creación de una empresa conectada.
Comentarios clave de esta mesa redonda incluyeron estas observaciones:
- Los equipos de IT deben tomar la iniciativa para mover los datos de forma segura, entregándolos cuando sea necesario.
- El desafío es que la gente de OT esté familiarizada con el proceso y comprenda los procesos comerciales.
- Se requieren modelos comunes de datos para el intercambio eficiente de datos entre IT y OT.
- La clave del éxito es conectar los datos a través de toda la arquitectura utilizando estándares de IT abiertos y no patentados.
- Una compañía solía contratar ingenieros de control, diseñadores e ingenieros mecánicos para diseñar cajas de engranajes de motor y cadenas de transmisión. Con los años, descubrió que ese modelo de contratación ya no funcionaba. El control y el diseño mecánico se entrelazaron, por lo que se desplazó a los ingenieros de mecatrónica que trabajaban en ambos mundos. Ese cambio continúa ahora con la adición de personas que entienden la física, el análisis y la tecnología de IT.
- IT proporciona y gestiona las conexiones de Ethernet a los controladores, incluido el control de configuración. Los ingenieros de automatización no deberían cargar con redes, sino centrarse en mejorar los controles y optimizar la automatización.
Los diversos puntos de vista expresados sugieren que las empresas tienen diferentes opiniones sobre los enfoques organizacionales y tecnológicos.
Objetivos
Las empresas líderes en fabricación están empezando a competir en todo el mundo y utilizan nuevas tecnologías generalizadas. Independientemente de la forma en que se implementen los sistemas, las arquitecturas y las estructuras organizativas, existen objetivos comúnmente expresados para mejorar la fabricación, incluida la competitividad, la productividad, la calidad y la satisfacción del cliente. La información convergente se está utilizando para optimizar los activos fijos y variables. Las operaciones mejoradas que utilizan datos en tiempo real, junto con los análisis, brindan muchos beneficios, incluyendo 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 funciones IT y OT, las partes interesadas, los propietarios de productos y los gerentes deben continuar comprendiendo nuevos modelos de sistemas integrados y aprender de las industrias que integran sistemas con éxito, como las industrias de computadoras, Internet y teléfonos celulares. .
En general, estas nuevas tecnologías desafían y empoderan a los profesionales de control y automatización para ofrecer más valor a medida que los sistemas y los expertos en la materia del proceso de fabricación alcanzan los objetivos corporativos.
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*Artículo basado en el original publicado por ISA.
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