"La digitalización no es posible sin interfaces estándar"

El mayor obstáculo al que se enfrenta la Industria 4.0 es la ausencia de una interfaz uniforme. Esta es la única forma de que las máquinas y dispositivos de distintos fabricantes puedan conectarse en toda la empresa.  Pero, ¿cómo beneficia esta conectividad a las propias empresas procesadoras? ¿Y por qué resulta tan difícil desarrollar un estándar de interfaz que permita conectar cualquier dispositivo periférico a una máquina, de la misma forma que se hace con USB para PC? Para averiguarlo, nos reunimos con el Dr. Harald Weber, responsable de la estandarización de interfaces en la Asociación Alemana de Ingeniería VDMA; con Patrick Bruder, director de tecnología global de B&R para la industria del plástico; y con Sebastian Sachse, director de marketing de B&R para la tecnología de automatización abierta, que incluye interfaces y protocolos.

Patrick Bruder, B&R: La necesidad proviene de nuestros clientes, los fabricantes de máquinas. Se enfrentan al reto de tener que unir varias máquinas y componentes, por lo que una interfaz estandarizada sería obviamente una gran ayuda. Es probable que esta iniciativa haya partido de sus clientes, los usuarios, que tienen dificultades para conectar un dispositivo de dosificación tanto a la Máquina A como a la Máquina B cuando cada una utiliza un sistema de control diferente.

Sebastian Sachse, B&R: Así es, y ahora las plantas de sus fábricas son una mezcolanza de soluciones de sistemas muy dispares. En la era de la digitalización, debemos disponer de una comunicación fluida entre sistemas.  Y eso resulta difícil de conseguir si cada sistema habla un idioma diferente. Junto con VDMA y EUROMAP, estamos intentando encontrar una solución efectiva para armonizar estos idiomas.

Sachse: Explicaré un buen ejemplo. Imaginemos que tenemos una enorme planta de producción y que, desde el principio de un ciclo de producción, una máquina CNC no genera más que residuos.  Por desgracia, el usuario no se da cuenta hasta la inspección final. Y su duda es: "¿Cómo puedo saber qué máquina tiene la culpa y qué ha fallado?" Ahora mismo, su única opción es comprobar las máquinas una a una. Mientras tanto, el producto inservible termina en la basura y se pierde todo el valor. En cambio, si fuera posible localizar el fallo en la fresa CNC de inmediato (quizás el cortador penetra demasiado y daña la carcasa exterior), entonces todo lo que debería desecharse es una pequeña pieza de metal. El resto de la inversión en creación de valor que se destina al producto final todavía no se ha realizado y, por lo tanto, se ahorra. Este es el aumento de la eficiencia que muchos están buscando, y es algo que solo puede conseguirse con un sistema conectado.

Dr. Harald Weber, VDMA: Esta no es la única forma en que el aumento de la conectividad puede mejorar la eficiencia. Por ejemplo, las máquinas pueden compartir datos adicionales que pueden resultar de utilidad para las unidades posteriores. Si la unidad de secado, por ejemplo, transmite información acerca de la intensidad del precalentamiento del material, de cuál es el contenido de humedad, etc., la siguiente unidad puede definir ajustes para optimizar el consumo energético sin necesidad de utilizar sus propios sensores. El ahorro potencial se extiende también al trabajo de mantenimiento. Si la unidad de secado sabe que dentro de media hora se cambiará un instrumento en la máquina de moldeo por inyección, puede ajustarse a sí misma debidamente. Puede enfriarse un poco para conservar el material y luego volver a calentarse al cabo de 20 minutos para que esté lista a tiempo.

Sachse: El OPC UA tiene su origen en el mundo de la tecnología de la información y, con el tiempo, ha terminado convirtiéndose en un estándar abierto e intersectorial. Sus modelos de información permiten representar un gran volumen de datos de una forma estructurada y transferirlos de forma normalizada entre sistemas muy diversos. Actualmente, el OPC UA se utiliza de forma generalizada a nivel industrial, por ejemplo para transferir los datos de los sistemas de control a los sistemas informáticos. No obstante, si deseamos intercambiar datos vitales para el proceso entre las máquinas, necesitamos una sincronización uniforme, un comportamiento determinístico del sistema. Si enviamos una señal desde la Máquina A, debemos estar seguros de que llegará a la Máquina B al cabo de exactamente 10 milisegundos.  Si llega al cabo de 20 milisegundos, es posible que el brazo robótico todavía se encuentre en el interior en la máquina cuando se cierra el molde.

Sachse: El OPC UA tiene su origen en el mundo de la tecnología de la información y, con el tiempo, ha terminado convirtiéndose en un estándar abierto e intersectorial. Sus modelos de información permiten representar un gran volumen de datos de una forma estructurada y transferirlos de forma normalizada entre sistemas muy diversos. Actualmente, el OPC UA se utiliza de forma generalizada a nivel industrial, por ejemplo para transferir los datos de los sistemas de control a los sistemas informáticos. No obstante, si se desea intercambiar datos vitales para el proceso entre las máquinas, se necesita una sincronización uniforme, un comportamiento determinístico del sistema. Si enviamos una señal desde la Máquina A, debemos estar seguros de que llegará a la Máquina B al cabo de exactamente 10 milisegundos. Si llega al cabo de 20 milisegundos, es posible que el brazo robótico todavía se encuentre en el interior en la máquina cuando se cierra el molde.

Bruder: Si nos fijamos en el ejemplo de las máquinas de moldeo por inyección, éstas dispusieron de EUROMAP 63 relativamente pronto. Quizás no permitía transferir tantos datos como la nueva EUROMAP 77, pero fue un muy buen comienzo. De modo que, con esta base, puedes plantearte si es necesario realizar una modificación o actualización. Si es así, el usuario tiene la posibilidad de sustituir su antiguo sistema de control.  Pero conseguir que sea compatible con OPC UA probablemente resulte algo más difícil. También podría trabajarse con puertas de enlace que dispongan de la interfaz EUROMAP 77 en su capa superior. Entonces pasa a ser una cuestión de coste frente a beneficio, pero una actualización sin duda es factible.

Bruder: Puesto que no existía nada de eso en el pasado, las industrias individuales ahora están comenzando a encontrar sus propias soluciones. Espero que los próximos diez años traigan muchos cambios en este campo. En mi opinión, el enfoque más genérico es el camino a seguir; donde se empieza representando una máquina con los datos típicos y luego se amplía gradualmente con funciones adicionales.

Dr. Weber: Hemos notado estas mismas tendencias en la VDMA. En el ámbito de las máquinas de plástico y caucho, estamos trabajando en EUROMAP 79 como interfaz entre máquinas de moldeo por inyección y robots. Al mismo tiempo, la asociación profesional de robótica y automatización VDMA ahora también está comenzando a desarrollar interfaces. Dicen que, evidentemente, no solo estamos conectando robots a máquinas de moldeo por inyección, sino también a máquinas herramienta, máquinas de procesamiento de madera, etc. Los fabricantes de robótica afirman con razón que, ciertamente, no quieren un modelo separado para cada tipo de máquina. Cuando tienes una máquina de moldeo por inyección que trabaja junto con un robot, realmente estás lidiando con la posición de la herramienta, la posición del núcleo y el eyector. Se trata de una característica muy específica de las máquinas de moldeo por inyección, por lo que está claro que tendrá que desarrollarse un modelo correspondiente. En cuanto a las cuestiones genéricas de nivel superior, tuvimos que empezar por definir algunas cosas nosotros mismos, ya que éramos los primeros y no teníamos nada más en que basarnos. Ahora los fabricantes de robótica son muy activos. Podemos intercambiar ideas y ver qué están desarrollando que pueda resultarnos útil.

Bruder: Apoyamos las interfaces EUROMAP 27 y 63 desde el principio en la medida en que eran relevantes para nosotros. En estos casos, las implementamos como módulos de software o librerías. El hecho de que EUROMAP se esté moviendo hacia OPC UA realmente nos ayuda, puesto que OPC UA está presente en nuestros sistemas de control desde hace bastante tiempo. Así que ya tenemos una gran experiencia en esta área y ahora estamos en el proceso de añadir capacidad de tiempo real a OPC UA con TSN. Ello nos permite asegurar casi desde el principio a nuestros clientes (fabricantes de máquinas) que están apostando por la tecnología adecuada.  Tan pronto como se finalice y se publique la especificación EUROMAP, también ofreceremos soluciones de software que faciliten la implementación para nuestros clientes.

Sachse: En cuanto a nuestra cartera, ya ofrecemos un gran número de productos con cliente y servidor OPC UA integrados. Nuestro control de bus OPC UA es un buen ejemplo de un dispositivo OPC UA con funcionalidad de servidor. Los usuarios pueden integrar estos controles en su sistema, conectar los sensores que necesitan y acceder a los datos de producción directamente a través de una red informática utilizando cualquier cliente OPC UA. Ello permite una comunicación fluida de datos desde el sensor hasta la nube.

Dr. Weber: Publicamos la interfaz EUROMAP 77 en octubre del año pasado como la primera versión candidata. Se necesitaron algunos ajustes, así que pronto se publicará una segunda versión candidata. Es importante que la interfaz se implemente como un prototipo y se pruebe antes del lanzamiento final. Los fabricantes ya están en proceso de conseguirlo, pero luego tendremos que realizar un seguimiento con los ajustes correspondientes. Por lo tanto, es simplemente una cuestión de cuánto tiempo se tarda hasta que los fabricantes han probado y dado el visto bueno a sus productos.

Bruder: Cuando se publique la especificación, la implementación será posible de inmediato, en parte debido al hecho de que ya tenemos OPC UA en nuestros sistemas de control. También estamos trabajando en una solución para facilitar la implementación de la recomendación EUROMAP para los fabricantes de maquinaria.

Dr. Weber: La primera sesión para extrusoras tuvo lugar a mediados de junio. El propósito era examinar el alcance fundamental de lo que queremos centrarnos. Después de todo, podríamos estar hablando de cualquier cosa, desde una simple extrusora (un cilindro con un tornillo sin fin en su interior) hasta una línea de procesamiento completa. Como no podemos tratarlo todo a la vez, empezamos con el extrusor y los datos que debe emitir. El próximo paso probablemente serán las máquinas de moldeo por soplado. Todavía no existe un calendario fijo para este punto, pero, por supuesto, se tratará en un futuro próximo. Pronto también trataremos con dispositivos periféricos. Sin embargo, el problema principal que se debe solucionar es el extrusor.

Dr. Weber: Creo que lo esencial ahora es construir una estructura de alto nivel. No obstante, ello no significa que nos estemos poniendo límites ni que solo nos interesen las máquinas de moldeo por inyección y los ordenadores principales, ni que no nos preocupe lo que suceda fuera de ese ámbito limitado. En cambio, estamos diciendo que hay muchos elementos que se pueden reutilizar para otras combinaciones de máquinas y los estamos identificando. Es posible que debamos formular algunas cosas un poco más en general, pero entonces lo que queda es solo lo que es realmente específico de EUROMAP 77, y el resto son tipos de objetos de nivel superior que pueden reutilizarse fácilmente en otros lugares. Entonces, cuando llega el momento de comenzar con las máquinas de moldeo por soplado, uno descubre que, de hecho, ya existen muchos tipos generales y simplemente podemos utilizarlos. Entonces solo tendremos que ver qué más debemos incorporar para las máquinas de moldeo por soplado, en qué se diferencian de las máquinas de moldeo por inyección, en lugar de empezar desde cero.

Sachse: Por ahora, el protocolo TSN aún está en desarrollo, por lo que tendremos que esperar hasta finales de año para ver qué tipo de rendimiento se puede conseguir. Seguro que habrá un cierto solapamiento en aplicaciones donde el rendimiento de OPC UA TSN y POWERLINK, o de protocolos comparables, será suficiente. Por el momento, TSN no puede igualar el rendimiento de POWERLINK, por ejemplo, en una aplicación de movimiento.

Sachse: Lo más importante es la estandarización uniforme. En 2000/2001 ya se intentó con Ethernet. Por desgracia, lo que surgió fue una serie de protocolos diferentes en lugar de un estándar industrial universalmente compatible. Ahora, una vez más, tenemos la oportunidad de estandarizar algo de manera uniforme. Tenemos que aprovechar al máximo esta oportunidad. Las empresas también han aprendido mucho mientras tanto, así que somos optimistas en que esta vez podremos crear un estándar de comunicación uniforme para las aplicaciones de la IoT industrial.

Dr. Weber: Desde nuestra perspectiva, lo bueno es que estamos operando en un entorno precompetitivo. Los competidores se están uniendo y están desarrollando conjuntamente una interfaz estándar. No todos quieren ser "Apples" que solo tienen sus propias interfaces específicas y pobre del que quiera conectarse a otro sistema. Se han dado cuenta de que no tienen nada que ganar con eso. Y no temen ser intercambiables, porque en definitiva varían en cuanto al rendimiento, tiempos de ciclo y precisión. Nada de eso se ve afectado por los datos que se comparten externamente de manera estandarizada.

Autor: David Löh, editor de la publicación especializada "Plastverarbeiter", Hüthig Publishing House, Heidelberg. david.loeh@huethig.de