Evolución de la automatización industrial:adopción de arquitecturas abiertas para mayor flexibilidad y sostenibilidad

TL;DR:La evolución de las arquitecturas de automatización industrial

Los fabricantes están cambiando hacia arquitecturas abiertas de automatización industrial para mejorar la flexibilidad, la eficiencia y la sostenibilidad. Los sistemas cerrados tradicionales con código propietario limitan la escalabilidad y la interoperabilidad.

La automatización abierta basada en IEC 61499 permite sistemas de control independientes del hardware y una integración perfecta de tecnologías nuevas y heredadas. Esto respalda un desarrollo de software más rápido, un mantenimiento predictivo y un acceso más fácil a los datos. La automatización universal permite a los fabricantes reducir el tiempo de inactividad, reducir los costos e innovar más libremente, mientras que la ciberseguridad y las arquitecturas de alta disponibilidad garantizan la resiliencia para operaciones preparadas para el futuro.

A medida que los fabricantes industriales buscan lograr más con menos en 2025, las empresas están explorando arquitecturas de automatización avanzadas para equilibrar la eficiencia operativa con responsabilidades de sostenibilidad más amplias.

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Si bien cada fabricante es diferente y aprovecha la digitalización para lograr objetivos individuales, ciertamente existen algunos objetivos compartidos aplicables a todo el sector. Es decir, minimizar el tiempo de inactividad, mejorar la eficiencia operativa, reducir el desperdicio (en todas sus formas) y contribuir al viaje colectivo de sostenibilidad de la fabricación.

Estos objetivos presentan desafíos que están impulsando cambios en la naturaleza de los sistemas de control de automatización industrial hacia arquitecturas abiertas a nivel de tecnología operativa (OT). Esta evolución puede aportar valor a las empresas y sus cadenas de suministro.

Entonces, ¿qué ha impulsado la necesidad de una automatización abierta? La necesidad de superar el inconveniente de que, aunque las tecnologías propietarias tradicionales funcionan bien individualmente, están bloqueadas y cerradas, con un código que no es portátil.

No es factible que los fabricantes reemplacen inmediatamente los activos críticos tan pronto como esté disponible una versión más avanzada. Esto deja el hardware heredado con software, comunicaciones y hardware personalizados, lo que permite a los usuarios depender de un solo proveedor. Los fabricantes típicos con sistemas dispares de múltiples proveedores verán este desafío magnificado a medida que avancen en la transformación digital.

Muchos usuarios finales necesitarán una importante reingeniería del sistema de automatización industrial (IA), ya que el código escrito para ejecutarse en hardware heredado no es portátil ni compatible con hardware de nueva generación. Esto obstaculiza la transformación digital de la fabricación del Reino Unido, frenando capacidades que mejorarán la eficiencia detrás de grandes inversiones de costos y tiempo.

La respuesta es hacer la transición a la automatización abierta, como se ve comúnmente en el mundo de TI. Los fabricantes exigen sistemas centrados en el software y independientes del hardware, de modo que el código de la aplicación sea portátil para ejecutarse en una amplia variedad de hardware de cualquier proveedor. Esto abre la comunicación entre diferentes máquinas, dispositivos y sensores, lo que permite a los operadores trabajar de manera más eficiente y lograr más con menos.

Esto se puede lograr mediante la adopción del estándar de automatización universal IEC 61499, que es un habilitador tecnológico que define cómo diseñar aplicaciones distribuidas utilizando componentes de software "conectar y producir" independientemente del hardware en el que se ejecutan.

El estándar está liderado por una comunidad de usuarios de automatización, proveedores de tecnología y académicos que quieren cambiar el juego de la automatización a través de la organización sin fines de lucro Universal Automation.Org.

Los ingenieros de planta, los integradores de sistemas, los fabricantes de equipos originales o cualquier persona involucrada en la cadena de suministro de fabricación que diseñen, vinculen y respalden sistemas heredados pueden reducir el gasto masivo asociado con el mantenimiento de activos individuales y, al mismo tiempo, establecer un camino para la mejora continua.

Por ejemplo, en un sector industrial maduro, como el de la fabricación de alimentos y bebidas, es común ver una combinación de activos nuevos y heredados. Un desafío para los procesadores de alimentos es que los consumidores basan sus decisiones de compra en múltiples factores, buscando siempre el siguiente producto o sabor en un sector en rápida evolución.

Los fabricantes deben ser flexibles y escalables para responder a las necesidades del mercado, pero esto puede parecer imposible cuando se trata de sistemas propietarios. La automatización abierta permite ese nivel de flexibilidad con menos tiempo dedicado a tareas que no agregan valor y más tiempo innovando.

"La evolución de las arquitecturas de automatización está impulsando a los fabricantes hacia sistemas abiertos centrados en software que permiten flexibilidad, eficiencia y sostenibilidad".

Este ejemplo se puede aplicar a fabricantes de cualquier tamaño, que produzcan cualquier producto, como se muestra en nuestro reciente artículo de investigación titulado "Una comparación cuantitativa de la automatización industrial digitalizada". Esto cubre los resultados de las pruebas de campo que muestran que la ingeniería de software se puede implementar tres veces más rápido a través de la automatización abierta para estrategias de producción estándar, aumentando activamente la flexibilidad. 

Los sistemas de automatización industrial actualmente en funcionamiento en la industria manufacturera del Reino Unido a menudo se implementaron hace décadas. Ahora impiden que los fabricantes aprovechen todo el potencial de la transformación digital y los avances en tecnologías y potencia informática. El impulso a las plataformas independientes del hardware presenta una oportunidad para utilizar PC industrializadas para ejecutar código de aplicación operativa.

Este desarrollo permite la adopción de PLC blandos o controladores Edge, lo que impulsa aún más la convergencia de TI y OT. Sin embargo, incluso si los fabricantes invierten en tecnologías informáticas de punta para manejar la carga de recopilar, analizar y generar informes de datos, los beneficios serán limitados sin un enfoque de automatización abierto que pueda manejar datos en una única plataforma independiente.

Digitalización de Arquitecturas de Automatización Industrial

En toda la industria, podemos ver una amplia adopción de tecnologías IIoT (Internet industrial de las cosas) que ofrecen una mejora inmediata para los fabricantes pero, en última instancia, muchos no logran alcanzar el verdadero potencial debido a que no pueden comprometerse completamente con la automatización.

Por ejemplo, agregar un sensor a un activo heredado para la recopilación de datos en tiempo real reducirá el tiempo de inactividad al respaldar el mantenimiento proactivo, pero está limitado sin interoperabilidad.

Compartir esos mismos datos de sensores a través de una plataforma de automatización abierta amplía esa capacidad de mantenimiento proactivo a través del acceso a datos de todas las fuentes de la instalación, nuevas y heredadas. El fabricante puede utilizar ese hilo digital único para tomar decisiones comerciales informadas que mejoren el tiempo de actividad, el mantenimiento y el consumo de energía sin la costosa inversión de nuevos activos críticos.

Liberar el flujo de datos en una instalación de fabricación ha impulsado la implementación de más dispositivos en el borde de la red. Esto ofrece potencia de procesamiento cerca de los activos para crear una arquitectura distribuida que ofrece mayor resiliencia, disponibilidad y mantenibilidad.

En comparación, las arquitecturas tradicionales de control centralizado y de gran tamaño son menos capaces de manejar la complejidad de los procesos de fabricación modernos, especialmente cuando esas empresas buscan escalar y seguir siendo flexibles.

Esto ha creado una demanda creciente de E/S físicas que deben estar preparadas para el futuro impulsado por los datos. Una oferta de E/S preparada para el futuro admite la automatización universal mediante el uso de protocolos Ethernet abiertos para brindar conectividad a una variedad de dispositivos y arquitecturas para un mejor rendimiento y disponibilidad.

Esto no solo ofrecerá ventajas a corto plazo, sino que también cumple la promesa de automatización universal al crear un marco unificado para toda la automatización, lo que significa que las arquitecturas creadas hoy pueden evolucionar con tecnologías futuras, lo que una vez más permite a los fabricantes explorar libremente cualquier elemento de transformación digital.

Ciberseguridad para arquitecturas de automatización industrial

Cualquier actividad industrial que dependa de la conectividad de datos siempre conllevará un problema de ciberseguridad y esto no está reservado sólo a la infraestructura crítica. Empresas de todos los tamaños son cada vez más el blanco de ataques y, a medida que los fabricantes pasan a formar parte de cadenas de suministro más complejas, la superficie de ataque aumenta.

Así como la automatización universal lo abarca todo, también debe serlo la ciberseguridad, con una estrategia que integre personas, tecnología y operaciones. El hecho de que se haya abierto el flujo de datos no significa que tenga que haber brechas en la protección de datos, incluso con activos heredados que pueden tener sistemas de control explotables.

Esto ha impulsado la necesidad de soluciones certificadas por el estándar de ciberseguridad IEC62443 para salvaguardar posibles vulnerabilidades en los sistemas industriales y al mismo tiempo proporcionar una guía clara sobre las responsabilidades para cada nivel.

Aprovechar el potencial de la automatización universal y la transformación digital significa que la ciberseguridad debe considerarse más allá de los procesos y procedimientos para abarcar cada activo o producto que se agrega a la red.

Al descentralizar y adoptar funciones avanzadas, los fabricantes verán un intercambio de datos seguro que reduce el riesgo y mejora la resiliencia general, incluso cuando los ciberataques se vuelven más complejos. Esto es esencial para los fabricantes que desean ver los beneficios de la automatización universal con un riesgo minimizado, considerando siempre las necesidades del futuro y desbloqueando beneficios inmediatos.

"Las arquitecturas de automatización abiertas desbloquean la interoperabilidad, lo que permite a los fabricantes integrar sin problemas tecnologías nuevas y heredadas para una mayor eficiencia e innovación".

Arquitectura de alta disponibilidad

El tiempo de inactividad no programado representa un costo enorme para los fabricantes de todos los tamaños. El informe Performance in Focus 2024 muestra que el coste medio por hora del tiempo de inactividad asciende a £5471,95, lo que impulsa la necesidad de mantenimiento predictivo y la automatización abierta que lo permite.

Para abordar este desafío y facilitar arquitecturas de alta disponibilidad donde no se puede tolerar el tiempo de inactividad, los fabricantes pueden utilizar una combinación de tecnologías como procesadores de reserva activa, conmutadores redundantes, E/S redundantes, fuentes de alimentación redundantes, intercambio en caliente de módulos, cambio de configuración sobre la marcha (CCOFT), diagnóstico integrado de reemplazo rápido de dispositivos (FDR) y topología de red en anillo.

El futuro de las arquitecturas de automatización industrial

La automatización abierta y universal representa el futuro de las arquitecturas industriales, apoyando a los fabricantes en su búsqueda de lograr más con menos en 2025. El enfoque preparado para el futuro permite a las instalaciones de todos los tamaños y especialidades innovar y optimizar continuamente, mirando mucho más allá de las implementaciones de tecnologías únicas y aprovechando todo el potencial de la transformación digital. La automatización universal está desempeñando un papel cada vez más importante en la fabricación del Reino Unido a medida que continúa digitalizando sus operaciones para competir a escala global.   

Preguntas frecuentes:Arquitecturas de automatización industrial

¿Qué está impulsando el paso a la automatización abierta?
Los fabricantes necesitan sistemas interoperables flexibles que no estén limitados a un solo proveedor

¿Qué es IEC 61499?
Un estándar que permite conectar y producir componentes de software independientes del hardware específico

¿Cómo ayuda la automatización abierta a la transformación digital?
Permite que los sistemas nuevos y heredados se conecten, lo que permite actualizaciones más rápidas y una mayor innovación

¿Cuáles son los beneficios para los fabricantes?
Reducción del tiempo de inactividad Desarrollo de software más rápido Mejor escalabilidad y eficiencia mejorada

¿Por qué es importante la arquitectura independiente del hardware?
Permite ejecutar el mismo código de aplicación en diferentes dispositivos, mejorando la flexibilidad y reduciendo costos

¿Qué es la automatización universal?
Un movimiento que promueve sistemas de automatización interoperables abiertos impulsados por una comunidad global de usuarios y proveedores

¿Cómo apoya la automatización abierta el mantenimiento predictivo?
Desbloquea datos en tiempo real de todos los dispositivos, lo que permite tomar decisiones de mantenimiento proactivas

¿Cómo pueden los fabricantes garantizar la ciberseguridad en los sistemas abiertos?
Adoptando tecnologías certificadas IEC 62443 y creando estrategias de ciberseguridad de extremo a extremo en todos los procesos y activos de las personas

¿Cuál es el papel de la informática de punta en las arquitecturas modernas?
Procesa datos cerca de los activos, mejorando la resiliencia de la velocidad y reduciendo la dependencia de sistemas centralizados

¿Cómo afecta la automatización abierta a los costes del tiempo de inactividad?
Permite arquitecturas de alta disponibilidad y estrategias predictivas para minimizar el costoso tiempo de inactividad no planificado