Interoperabilidad en el taller: interacción fluida de todas las soluciones en arquitecturas informáticas descentralizadas con Orbis DSP

Sin embargo, esto sólo funciona si se garantiza la interoperabilidad de todos los sistemas informáticos implicados en este entorno informático descentralizado, desde la planta de producción hasta el back-end ERP. La innovadora solución Orbis Distributed Shopfloor Processing (DSP) lo hace posible y, al mismo tiempo, sienta las bases para una mayor excelencia y eficiencia de los procesos. Gracias a la automatización y al uso de métodos como la gestión ajustada, la industria manufacturera ha conseguido que los procesos de taller sean notablemente más eficientes en los últimos años y ha aumentado significativamente la velocidad y el rendimiento de los sistemas. Sin embargo, el potencial del sector de la producción dista mucho de haberse agotado. 

Optimización holística

Tecnologías modernas como el Internet industrial de las cosas (IIoT), los sensores inteligentes (Sensor Intelligence Devices, SID), la computación en la nube, la inteligencia artificial (IA) y el análisis de big data permiten una optimización holística en el sentido de la Industria 4.0. Un estudio de Deloitte, "La cuarta revolución industrial. At the intersection of readiness and responsibility", para el que se encuestó a más de 2.000 responsables de nivel C en 19 países, confirma la gran importancia de cada una de las tecnologías para optimizar la producción, al final de la cual surgirá la fábrica inteligente. 

La fábrica inteligente interconecta digitalmente en tiempo real a todos los agentes que intervienen en la producción: personas, es decir, fabricantes, clientes, proveedores, maquinaria, dispositivos, sensores, actuadores y, por supuesto, sistemas informáticos. De este modo se crea la flexibilidad necesaria para una producción adaptable ante la creciente individualización -el tamaño de lote de una palabra clave-, los constantes cambios en los requisitos de los clientes y la volatilidad de las cadenas de suministro. Ni que decir tiene que, en la fabricación en red, los sistemas de producción y control también deben estar protegidos de forma óptima contra los ataques informáticos.

Sistemas de ejecución de la fabricación

Para superar los retos asociados, la tendencia es hacia una arquitectura de TI descentralizada en la que SAP y los procesos y el almacenamiento de datos del taller estén separados entre sí. Allí donde tiene sentido y promete valor añadido, el back-end ERP (S/4 o ECC) se está ampliando utilizando el enfoque best-of-breed con servicios basados en la nube en diferentes plataformas, aplicaciones de código bajo o herramientas de análisis de otros proveedores. El uso de un sistema moderno de ejecución de la fabricación (MES) es un requisito previo para establecer una fábrica inteligente y una cadena de valor en red digital en la que los datos y las actividades de la planta de producción estén perfectamente conectados con los procesos de ERP. Actúa como eje central entre los datos del nivel de producción y las aplicaciones empresariales como S/4 o ECC. 

En el entorno SAP, esta integración vertical de datos y procesos, por ejemplo en la gestión del mantenimiento y la calidad, puede lograrse a través de la solución SaaS en la nube SAP Digital Manufacturing o a través del probado sistema de ejecución de fabricación (MES) Orbis basado en SAP, que se integra perfectamente con S/4 Hana o ECC 6.0. Sin embargo, muchos clientes de SAP también utilizan el MES de un proveedor externo, por ejemplo, porque está adaptado a sus requisitos específicos en términos de tipo de fabricación, tipo de producción o enfoque industrial. Según el "Marktspiegel MES 2022/2023" publicado por la Asociación MES-D.A.CH, sólo en Alemania hay alrededor de 180 proveedores MES que utilizan un MES integrado en SAP o soluciones de terceros.

La Industria 4.0 utiliza la interoperabilidad

La conexión en red y el intercambio de datos entre distintos sistemas, máquinas y dispositivos suele lograrse mediante la compatibilidad o sobre la base de normas de facto. Sin embargo, la interoperabilidad basada en estándares abiertos es necesaria para conectar la maquinaria y todos los componentes relevantes para un proceso en un entorno informático descentralizado. Es la clave para permitir el intercambio bidireccional automatizado y sin fisuras de datos entre el taller, el back-end y las plataformas en la nube y crear un gemelo digital. De este modo, la interoperabilidad también allana el camino para una producción en red y adaptable que pueda adaptarse con flexibilidad y optimizarse continuamente con la ayuda de análisis de datos de IA en tiempo real (aprendizaje automático/profundo).

Aquí es donde entra en juego la innovadora solución Distributed Shopfloor Processing (DSP) desarrollada por Orbis, que mejora y amplía el probado MES de Orbis y ya está siendo utilizada en la práctica por varios clientes. DSP armoniza la conexión de las máquinas en todas las plantas y, gracias a los estándares abiertos, puede vincularse a cualquier back-end SAP o no SAP o aplicación SaaS en la nube e intercambiar información con ella.

La interoperabilidad y la independencia de plataforma de Orbis DSP representan un valor añadido real para los clientes. La solución puede utilizarse junto con aplicaciones de código bajo basadas en Microsoft Power Platform o SAP BTP con SAP Build, SAP Digital Manufacturing, Orbis MES o un MES que no sea SAP, y es independiente de la plataforma de nube pública del hiperescalador en la que se ejecuten las aplicaciones. Los procesos ERP y MES centrales se encuentran con módulos de procesos descentralizados en la planta de producción. En términos técnicos, Orbis DSP consta de dos componentes que garantizan la mayor interoperabilidad y flexibilidad posibles: una solución de borde (nodo de borde) y la cabina de gestión basada en la nube SaaS.

Componente local EDGE

La solución de borde independiente de la plataforma se instala localmente en una red o en la periferia de la red. No importa si se trata de un servidor Windows o Linux, un PC industrial o un contenedor (Docker). Esto garantiza una alta conectividad y tiempos de latencia cortos. La conexión nativa con los sistemas de producción, así como con los sistemas back-end, ya sea ERP, MES, herramienta de análisis o plataforma en la nube, tiene lugar a través de unidades de activos. Todos los protocolos conocidos son compatibles de forma nativa o a través de OPC UA.

El componente de borde establece la conexión y la comunicación con la cabina de gestión nativa de la nube a través de agentes y routers. Funciona en los centros de datos alemanes con certificación TÜV de Blue Stec, que forma parte del grupo Orbis, por lo que es totalmente independiente del fabricante. Los datos de proceso se almacenan temporalmente en el componente de borde, por ejemplo para su visualización en tiempo real. Los datos de proceso relevantes para la elaboración de informes se procesan y almacenan en la nube con fines de análisis.

Cabina de gestión SaaS basada en la nube

El cockpit de gestión se utiliza para mapear administrativamente la organización del taller (plantas, naves, líneas de producción/islas), los objetos de proceso (de 1 a n) y los sistemas back-end implicados, así como para modelar y gestionar la organización y los procesos. Los datos no se almacenan allí. 

Por ejemplo, el cockpit de gestión determina qué datos de la máquina registrados en el EDGE deben transferirse a qué back-end (ERP, MES, plataforma IoT en la nube, aplicación de código bajo) y, a su vez, qué datos de las aplicaciones de nivel superior (MES, plataforma IoT, etc.) fluyen a la solución EDGE. Además, las funciones y autorizaciones se gestionan en la cabina. 

EDGE y Cloud Cockpit en interacción

La interacción entre los dos componentes funciona de la siguiente manera: La solución edge recoge los datos proporcionados por los controladores de las máquinas en varios protocolos, los almacena y los transfiere a los sistemas back-end conectados de acuerdo con las reglas definidas en el cockpit de gestión. A su vez, transmite a las máquinas la información relevante para la producción procedente de las órdenes de fabricación liberadas, que tienen su origen en un ERP o MES.

Para ahorrar un costoso espacio de almacenamiento (en la nube), es aconsejable resumir los datos de la máquina en el componente de borde o con la ayuda de sensores inteligentes (Sensor Intelligence Devices, SID) en información relevante para el proceso (= características del material) a nivel de hardware. Esto reduce significativamente el flujo de datos que se transfiere al DSP Orbis y a los sistemas informáticos de nivel superior. 

Todos los nodos de borde, independientemente de en qué plantas o en cuántas estén instalados (de 1 a n), se configuran y gestionan de forma centralizada y uniforme en el Management Cockpit. Se pueden añadir plantas, componentes y sistemas back-end adicionales en función de las necesidades. Esta flexibilidad permite crear una plataforma de taller moderna en la que todas las soluciones, ya sean de SAP, Microsoft u otro fabricante, interactúan sin problemas en tiempo real y que puede ampliarse en cualquier momento: otra gran ventaja.

Las ventajas en la práctica

La pieza central de un paisaje de sistemas de TI es naturalmente el sistema ERP, como S/4 o ECC. Para los procesos de producción y logística, éstos se complementan con ORBIS MES. Para la comunicación con una máquina se necesitan datos de estos sistemas, así como parámetros específicos de la máquina. Estos pueden ser, por ejemplo, datos de estado de una
Puede tratarse del consumo de energía (por ejemplo, para determinar la huella de CO2) del motor eléctrico de una máquina papelera y del caudal de una máquina de moldeo por inyección, pero también de parámetros como la presión necesaria para poner en marcha una máquina y la temperatura de arranque necesaria.

Esta información no tiene por qué almacenarse necesariamente en el sistema ERP o MES. Siguiendo el lema "Keep the core clean", es aconsejable almacenar y mantener los registros de datos y parámetros en una aplicación en la nube independiente. Aquí también se liberan los parámetros para controlar el proceso, por ejemplo, las condiciones de arranque de una máquina, siempre que se respeten los valores especificados. Una aplicación de este tipo puede crearse rápidamente utilizando una plataforma de bajo código como SAP Build o la plataforma Microsoft Power y ayuda a liberar capacidad de almacenamiento en el ERP.

Orbis DSP establece la interoperabilidad entre los datos técnicos, los procesos a nivel de producción, la aplicación en la nube o una plataforma IoT y sistemas empresariales "clásicos" como Orbis MES y S/4 o ECC 6.0. El componente de borde activa el proceso de configuración en la máquina e informa inmediatamente del final de la configuración al MES, que a continuación inicia la producción. La configuración y administración de las plantas individuales y los sistemas instalados en ellas, así como los flujos de datos y procesos, se centralizan en la cabina de gestión basada en la nube. 

Un 15% más de productividad en la producción gracias a los análisis de IoT

Los tiempos de preparación registrados en el borde también pueden importarse a la plataforma IoT y analizarse allí del mismo modo que los tiempos de inactividad, los tiempos de funcionamiento y producción, los tiempos de inactividad planificados y no planificados y los datos de consumo de energía. Estos análisis proporcionan información importante sobre el potencial de optimización en la producción, un factor crítico para el negocio. Los datos de proceso que indican los estados de funcionamiento también pueden utilizarse para calcular la disponibilidad, el rendimiento y la fiabilidad de un sistema, que son indicadores importantes de la eficiencia de la máquina.

Debido a su enorme escalabilidad, las soluciones SaaS basadas en la nube son ideales para este tipo de procesos y análisis intensivos en datos. Por ejemplo, los datos de proceso de Orbis DSP pueden almacenarse en la plataforma Azure IoT y analizarse mediante la solución de análisis Microsoft Power BI, o los datos se almacenan en la base de datos SAP Hana Cloud (parte de SAP BTP) y se utiliza SAP Analytics Cloud (SAC) para el análisis. Los resultados proporcionan una base fiable para la toma de decisiones, que puede utilizarse para derivar medidas de mejora específicas para la producción, por ejemplo, una reducción del consumo de energía u oportunidades para aumentar la productividad de fabricación. 

En un caso concreto, un fabricante de herramientas de corte descubrió analizando los datos de las máquinas del proceso de fabricación que un cambio en los parámetros relevantes para la producción podía aumentar la productividad en un 15%. Sin embargo, estos análisis también pueden utilizarse para identificar a tiempo los consumidores ineficientes de energía, como un motor eléctrico, cuyo rendimiento disminuye constantemente durante un cierto periodo de tiempo con el mismo consumo de energía, y repararlos a tiempo como parte del mantenimiento predictivo. Así se evitan costosas averías y tiempos de inactividad.

Conclusión y perspectivas

Con la solución Orbis Distributed Shopfloor Processing (DSP), Orbis ofrece una respuesta a los futuros retos de interoperabilidad en entornos informáticos descentralizados en la planta de producción. En este contexto, el proveedor de servicios de TI, que opera a escala internacional, se está reajustando estratégica y organizativamente y agrupando su experiencia en las áreas de (intra)logística y producción en la recién creada división de "Fabricación y Logística" para dar aún más peso a este campo de actividad, y ni que decir tiene que el DSP se mejorará continuamente y se seguirá desarrollando de forma específica como parte de la hoja de ruta de productos definida.

Con el fin de satisfacer los futuros requisitos del entorno IoT, la solución se ampliará para incluir la modelización de procesos entre sistemas basada en la norma BPMN (Business Process Model and Notation), con una capa lógica descentralizada basada en modelos como componente integral. Este será un punto central de las dos próximas versiones. Otro aspecto central es la colaboración en diversos proyectos de investigación sobre el tema de la sostenibilidad para crear valor añadido con la ayuda de Orbis DSP en el desarrollo de soluciones especiales de sostenibilidad, que pueden utilizarse para determinar la huella de CO2, por ejemplo. Además, se desarrollarán nuevas aplicaciones DSP para la adquisición de datos de proceso y el mantenimiento del conjunto de parámetros.

Naturalmente, la integración en aplicaciones en la nube de todo tipo también se está optimizando y ampliando continuamente, por ejemplo en la dirección de SAP BTP o SAP Digital Manufacturing (DM). Dada la profunda integración de MES y DSP en los procesos de S/4 Hana Cloud, los clientes se encuentran en una posición ideal para el futuro. Además, Orbis también puede posicionarse como proveedor de arquitecturas de TI basadas en SaaS en el futuro; ya se ha dado un primer paso con el funcionamiento SaaS de la cabina de gestión en la nube Azure en los centros de datos de Blue Stec, filial de Orbis. La oferta de servicios gestionados de Blue Stec también garantiza la alta disponibilidad de la solución, incluido el soporte 24/7 opcional.

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