El sistema operativo Industria 4.0

El sistema operativo abierto BaSys 4.0, la infraestructura de datos y SAP armonizan entre sí. La conexión en red de las líneas de producción es mucho más fácil en la práctica que antes y conduce a la digitalización al cien por cien, desde la cesta de la compra hasta la producción y el envío.

La producción en red, en la que todos los pasos de trabajo están digitalizados, tiene lugar en menos de un metro cuadrado. Construido en Fischertechnik, el modelo reproduce al detalle la producción real, que puede seguirse desde la estantería alta, pasando por hornos y robots, hasta la producción, pasando por el control de calidad y el envasado.

Un cuadro de mando muestra primero el pedido que se recibió por móvil y se introdujo en el backend de SAP. A continuación, el módulo SAP SD creó el pedido de venta en segundo plano. El sistema SAP comunica el material pedido al middleware BaSys 4.0, que lo almacena en el almacén.

En una tableta disponible en el mercado se visualiza ahora cada paso posterior, desde el pedido hasta la expedición del producto. La cadena de procesos que debe ejecutarse se basa en flujos de datos reales e incluye interfaces con el controlador lógico programable (PLC) o los sistemas de bus, lo que permite intervenir en la producción en cualquier momento. Los datos procesados de los sensores procedentes de los dispositivos conectados en red se almacenan en el lago de datos (ObjectStore, Hadoop, etc.).

Esta demostración en directo se presentó en la feria de Hannover a principios de abril y mostró Shopfloor 4.0, el nombre de la solución desarrollada por el Instituto Fraunhofer de Ingeniería Experimental de Software (IESE) junto con NetApp y Objective Partner.

Shopfloor 4.0 supera el mayor obstáculo hasta ahora en las aplicaciones de Industrie 4.0: el intercambio de datos puede tener lugar ahora automáticamente en un entorno de producción en red. Este efecto se basa en la interacción coordinada de BaSys 4.0 con sus gemelos digitales, una infraestructura de datos eficiente y SAP, que se ha acoplado a la pila de TI. Pero, ¿qué consiguen estos componentes individuales?

Comunicación mediante gemelo digital

La base de software para Shopfloor 4.0 está siendo creada por Fraunhofer IESE, que ha desarrollado BaSys 4.0 con 14 socios de la investigación y la industria. El resultado es un sistema operativo para instalaciones de producción que crea un lenguaje estándar para la Industria 4.0. El proyecto está financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación desde 2016.

BaSys 4.0 es un middleware que conecta en red las máquinas: el taller y la oficina, es decir, la producción y el entorno informático, hablan ahora entre sí. La solución de código abierto garantiza la comunicación asumiendo las tareas de las conchas de gestión a las que las máquinas envían sus datos.

Basándose en BaSys 4.0, Fraunhofer IESE, Objective Partner y NetApp han desarrollado la solución Shopfloor 4.0, que incorpora funciones de apoyo. La plataforma de software carga un gemelo digital para cada componente de la máquina.

Un modelo de datos estructura y especifica cómo deben organizarse los datos enviados. BaSys 4.0 asigna los datos de producción a una pieza, reúne los valores y los almacena en un shell de gestión.

A partir de ese momento, los datos adquieren un significado, una semántica. Ya no importa de qué máquina proceden los datos ni a través de qué protocolo de comunicación. Los valores pueden seguir procesándose. De este modo, la pieza y sus datos recorren juntos la cadena de producción.

Esto permite rastrear la calidad de cada uno de los pasos de producción y del proceso de producción en su conjunto. Incluso antes de que se inicie un pedido de producción, los gemelos digitales pueden resultar extremadamente relevantes en la práctica.

Por ejemplo, ¿qué ocurre si el siguiente pedido del calendario de planificación de la máquina incluye ahora 800 piezas en lugar de 500? Un gemelo digital le permite mirar hacia delante. La simulación definida por software ilustra si la máquina puede funcionar o tiene que ser revisada de antemano.

No sólo se pueden ejecutar grandes pedidos con antelación, sino también la posible necesidad de sustituir sensores, de los que una máquina puede tener cientos. Cada sensor tiene su propio software. Una simulación aclara si el software también puede comunicarse con el sistema en la nueva versión tras la actualización.

Programación basada en servicios

Además de la comunicación de extremo a extremo mediante protocolos cruzados en el parque de máquinas, BaSys 4.0 también combina otro avance decisivo: los controladores lógicos programables proporcionan los servicios que solicitan los usuarios del servicio.

Por tanto, los usuarios del servicio definen los procesos de producción y los modifican. Para ello, hay que reprogramar las máquinas. Esto puede hacerse ahora de forma mucho más eficiente que si hubiera que hacerlo con el PLC como antes.

Esto conduce a la producción basada en servicios, con la que se pueden ejecutar lotes pequeños hasta el tamaño de lote 1. En la práctica, el jefe de producción también puede introducir el pedido que considere más importante. El sistema simplemente llama al servicio necesario, y la nueva serie de producción se pone en marcha.

Creación de una infraestructura de datos eficaz

Sin embargo, el middleware BaSys 4.0 sólo produce los efectos descritos si se ejecuta en una infraestructura de datos en la que éstos estén altamente disponibles. NetApp satisface esta demanda con su software y sistema de gestión de datos para Shopfloor 4.0.

Varias tecnologías trabajan juntas en la arquitectura de referencia diseñada para que los procesos de extremo a extremo se puedan asignar sin problemas en las instalaciones y en la nube. En primer lugar, el aprovisionador de almacenamiento NetApp Trident y las instantáneas hacen que BaSys 4.0 esté altamente disponible en el contenedor.

NetApp es actualmente el único proveedor que resuelve este problema conectando los contenedores Trident con una capa de persistencia. De lo contrario, un contenedor perdería datos tras un reinicio o en el transcurso de un fallo del sistema.

Los contenedores pueden estar disponibles a través de NetApp Kubernetes Service (NKS). NKS simplifica y automatiza la configuración, el funcionamiento y el escalado de los contenedores.

La mejor opción para este entorno de contenedores es una infraestructura hiperconvergente (HCI) de NetApp, ya que ofrece escalabilidad horizontal y rendimiento garantizado (calidad de servicio). Aún se echa en falta Data Fabric de NetApp, que unifica la gestión de datos en todos los recursos distribuidos, como componente básico importante.

Conecta a la perfección entornos de nube privada, pública e híbrida sin la amenaza de la dependencia de un proveedor de nube. Como resultado, Shopfloor 4.0 gana en flexibilidad y escalabilidad.

Integración en SAP

La arquitectura de referencia Shopfloor 4.0 conecta a Objective Partner con SAP, vinculando la producción con los procesos comerciales y empresariales de la empresa. Solo así se obtiene una visión de extremo a extremo que incluye al cliente en el sentido de un recorrido del cliente satisfactorio.

En concreto, BaSys 4.0 se comunica con el SAP Data Hub, que recibe los datos de forma estándar desde el middleware, los prepara de forma compatible con SAP y los transfiere al sistema ERP o a los procesos estándar de SAP.

Los datos de fabricación que gestiona BaSys 4.0 pueden utilizarse para otras aplicaciones, como el aprendizaje automático. SAP Data Hub, que al igual que BaSys 4.0 se ejecuta en un clúster Kubernetes, ofrece la oportunidad de combinar una aplicación de IA de este tipo con procesos SAP estándar.

Además, SAP Cloud Platform (SCP) proporciona algoritmos basados en productos de código abierto de hiperescaladores como Google, Microsoft Azure y Amazon Web Services. El entrenamiento de los algoritmos con datos tiene lugar en la nube, para lo cual la gestión de datos multiplataforma, realizada por NetApp Data Fabric, allana el camino.

Antes, las empresas necesitaban una solución de gestión de datos que llevara los datos al lugar donde se iban a procesar y los recuperara después. Sin embargo, hoy en día ya no basta con copiar los datos de extremo a extremo. Una aplicación debe ser capaz de llegar de extremo a extremo.

Un servicio nativo de infraestructura de datos que se integra con los mayores hiperescaladores y está listo en cuestión de segundos resuelve este reto. En NetApp, este almacenamiento de datos nativo de la nube se denomina Cloud Volumes Service.

Proporciona a las aplicaciones, ya sean analíticas, bases de datos o DevOps, un acceso rápido a los datos. El sistema operativo de almacenamiento ONTAP acelera las operaciones hasta 20 veces la velocidad habitual.

La personalización y la producción en serie van de la mano

De momento, no hay límites técnicos para conectar todo con todo. Hasta dónde quieran llegar las empresas depende de ellas. Con Shopfloor 4.0, ya está disponible una solución que despeja el camino hacia la Industria 4.0 para las empresas manufactureras y simplifica la digitalización integral de los procesos.

La intervención continua en el sistema de control de la planta, el procesamiento paralelo de los pedidos y la rápida puesta en marcha de una nueva línea de producción son algunas de las características más importantes de los entornos de producción en red que se basan en la combinación de tecnología y conocimientos de los socios colaboradores.

En la implantación, los socios comparten las tareas: NetApp proporciona la pila de TI, Fraunhofer IESE integra su software de código abierto BaSys 4.0 y Objective Partner proporciona soporte de primer nivel para la solución, en la que BaSys 4.0, la infraestructura de datos y los procesos SAP interactúan a la perfección, para una fabricación basada en servicios que aúne la individualidad del cliente y la producción en masa.