Automatización
El 5G y la fábrica del futuro
May
La conjunción del 5G y la computación Edge está transformando las fábricas en áreas como la seguridad, la protección y la calidad de los trabajadores. La fábrica del futuro ya está aquí.
Cómo funciona el 5G
Los sistemas de comunicaciones inalámbricas utilizan frecuencias de radio (también conocidas como espectro) para transportar información por el aire.
5G funciona de la misma manera, pero usa frecuencias de radio más altas que están menos saturadas. Esto le permite llevar más información a un ritmo mucho más rápido.
Si bien las bandas más altas son más rápidas para transportar información, puede haber problemas con el envío a grandes distancias. Son fácilmente bloqueadas por objetos físicos como árboles y edificios. Para evitarlo, 5G utilizará múltiples antenas de entrada y salida para aumentar las señales y la capacidad en toda la red inalámbrica.
Utilizará transmisores más pequeños. Se colocarán en edificios y mobiliario urbano, en lugar de utilizar mástiles individuales independientes. Las estimaciones actuales dicen que 5G podrá admitir hasta 1,000 dispositivos más por metro cuadrado que el 4G. Por lo tanto nos permitirá una gran densidad de sensorización en la fábrica del futuro.
La tecnología 5G también podrá «dividir» una red física en múltiples redes virtuales. Esto significa que los operadores podrán entregar la porción correcta de red, dependiendo de cómo se utilice, y por lo tanto administrar mejor sus redes.
Esto significa, por ejemplo, que un operador podrá utilizar diferentes capacidades de corte según la importancia. Esta es un funcionalidad que puede ser vital en la fábrica del futuro.
La fábrica del futuro. Seguridad en el Edge
El viejo dicho “construya una ratonera mejor y el mundo abrirá un camino hasta su puerta” se cita a menudo como una metáfora del poder transformador de la innovación. En la actualidad, ese dicho bien podría ser «construya una mejor planta de fabricación y los datos llegarán a su puerta».
La adopción cada vez mayor de redes inalámbricas 5G privadas, junto con el concepto aceptado de computación perimetral o Edge computing, está brindando a los fabricantes la capacidad de obtener información procesable en tiempo real que está transformando la industria en áreas que incluyen la seguridad, la seguridad de los trabajadores y la calidad.
En un estudio realizado justo antes de la pandemia por Deloitte, los encuestados citaron ganancias de dos dígitos en la productividad laboral (12 %), la utilización de la capacidad de la fábrica (11 %) y la producción total (10 %) durante los tres años anteriores como resultado de sus iniciativas de fábrica inteligente.
Con el 5G, estos fabricantes pioneros tendrán la capacidad de conectar más dispositivos y recopilar más y nuevos tipos de datos, lo que les permitirá permanecer a la vanguardia de la industria.
Cuando se combinan, 5G y la computación perimetral proporcionan la infraestructura fundamental para nuevas formas de operar en la fábrica del futuro. Si bien Wi-Fi es lo suficientemente potente como para admitir múltiples dispositivos en un hogar u oficina, no es adecuado para los cientos o miles de sensores y otros dispositivos en un entorno de fabricación o almacén.
De manera similar, las conexiones por cable tienen restricciones obvias para las máquinas en movimiento. 5G está permitiendo que las organizaciones industriales aprovechen cada vez más la poderosa computación edge para cerrar la brecha tradicional entre las operaciones digitales y físicas.
La calidad en la fábrica del futuro
El estudio de Deloitte también encontró que los primeros en adoptar la IA en la fabricación estaban probando un promedio de 10 iniciativas diferentes. Estos iban desde la conservación de energía y la asignación de recursos hasta la automatización de procesos robóticos, la ingeniería colaborativa y los gemelos digitales.
Debido a las interrupciones en la cadena de suministro y la escasez de materia prima en los últimos dos años, un área con un claro impacto en el resultado final es la detección de calidad y la detección de productos imperfectos o defectuosos.
Este monitoreo de equipos en tiempo real requiere cámaras y análisis de IA basados en modelos de datos que pueden entrenar el sistema para «ver» rápidamente fallas en los productos y eliminarlas de la línea de producción, alertando a los ingenieros, que pueden ajustar las especificaciones o recalibrar la maquinaria para corregir la causa raíz. Según Deloitte, estos sistemas pueden reducir el envío de productos defectuosos hasta en un 90%.
El diseño de este tipo de solución informática perimetral requiere una funcionalidad similar a la nube. Si bien hay varias formas de lograr esto, el enfoque más eficiente es utilizar servicios de software que permitan:
- Despliegue eficiente de la captura de imágenes en tiempo real en la planta de producción.
- Modelos de IA que le enseñan al algoritmo de IA a generar conocimientos.
- Un controlador que supervisa la operación, se conecta a un software de fabricación (MES) e inicia la acción a partir de esos conocimientos.
Funcionalidad compartimentada e infranqueable
Al igual que con cualquier sistema crítico, desde el punto de vista operativo es necesario abordar las cuestiones de seguridad y protección. Uno de los grandes desafíos de la arquitectura del sistema es cómo combinar las redes de TI de una organización con la tecnología operativa mientras se garantiza la seguridad de los trabajadores, la calidad del producto y la disponibilidad/confiabilidad del sistema.
Cualquier solución edge implementada en un entorno industrial debe configurarse como un «modelo de privilegios mínimos» en el que las aplicaciones solo tienen acceso a los recursos del sistema que necesitan para realizar su función, nada más. Estos servidores virtualizados separan efectivamente la red IIot de otras partes de la red de la organización a las que se puede acceder a Internet.
Estos permisos deben ser inmutables para evitar una reconfiguración (ya sea maliciosa o accidental) que exponga el sistema. Todos los elementos del sistema están asignados a diferentes «salas» y cada una de ellas está bloqueada, por lo que en caso de que un área específica se vea comprometida, el acceso es limitado.
Ha habido un aumento significativo en el enfoque de hacer que los sistemas sean inmunes a los ataques en la megatendencia de la ciberseguridad. Un enfoque prudente es reconocer que ningún sistema es inmune a los ataques.
La inteligencia artificial está comenzando a aplicarse en ciberseguridad de la fábrica del futuro para aprender el comportamiento «normal» de un sistema integrado y recomendar cuándo es necesario evaluar un cambio significativo en el sistema como un posible riesgo de seguridad. Esto va en línea de las aplicaciones de detección del fraude ya implementadas en otros sectores.
Al igual que otras infraestructuras industriales, la maquinaria y el software de fabricación a menudo se implementan durante 10-15-20 años, o más. Los diseñadores de sistemas deben preparar sus soluciones para el futuro, de modo que estén diseñadas para permanecer impenetrables frente a cualquier ataque de cualquier fuente interna o externa durante décadas.
Aquí nuevamente, el software modular puede permitir que los segmentos del software se actualicen o actualicen sin la necesidad de reemplazar todo el sistema.
Decisiones en fracciones de segundo
Además de complicar los problemas de la cadena de suministro, la pandemia también aceleró la necesidad de nuevas medidas de seguridad diseñadas para minimizar la interacción y exposición humana. En respuesta a esta necesidad, algunos fabricantes implementaron robots colaborativos, «cobots», para garantizar que sus instalaciones de producción permanecieran en funcionamiento para satisfacer la demanda de los clientes.
En la fábrica del futuro, los cobots esencialmente interactúan con trabajadores humanos en un espacio de trabajo compartido y son bastante diferentes de la maquinaria industrial tradicional que hasta el momento funcionaba independientemente de la fuerza laboral humana. A medida que los cobots encuentran su lugar en la planta de producción, es primordial garantizar la seguridad de sus compañeros de trabajo humanos.
Este es un tema complejo que no se resuelve fácilmente. Sin embargo, una red 5G privada puede proporcionar un ancho de banda poderoso para que el cobot sirva como una «computadora de borde» y tome decisiones en una fracción de segundo en reacción al comportamiento de las personas a su lado en la línea, mejorando el nivel de seguridad.
Conclusión
La adopción de redes 5G privadas por parte de los primeros usuarios de hoy en día en la fabricación ofrece un adelanto de la fábrica del futuro. A pesar de lo transformadores y emocionantes que pueden ser las capacidades y el análisis en tiempo real de dicha fábrica del futuro, los diseñadores de sistemas deben mantener el mismo rigor y atención hacia la seguridad de estas redes que se aplica a los sistemas informáticos centrales de la organización, si no más.
La fábrica del futuro va a ser potenciada por esta tecnología transversal extrayendo el máximo rendimiento de otras nuevas tecnologías como la robótica colaborativa, la visión artificial o la inteligencia artificial.