Guía de introducción al IIoT

Probablemente, muchos de nosotros hemos oído hablar del Internet de las Cosas (IoT), pero ¿qué significa exactamente? En pocas palabras, IoT es un término amplio que se refiere a todos los dispositivos inteligentes que están conectados a Internet más allá de los habituales PC, portátiles, teléfonos y tablets. Se utilizó por primera vez para describir los dispositivos y productos conectados digitalmente en el mercado de consumo.

Entonces, ¿qué es el Internet Industrial de las Cosas? En breve, IIoT indica la conexión de una red de dispositivos a Internet para compartir y analizar datos (de forma local o remota) en fábricas, procesos de producción e instalaciones industriales. Los sensores recogen la información, que se consolida y se envía a través de un gateway a la red local, y luego, a través de un controlador periférico, se transmite a Internet o a la nube (servidores de datos pertenecientes a grandes centros de datos).

La principal diferencia entre IoT e IIoT radica en su aplicación. En lugar de pulseras inteligentes o asistentes de voz, el IoT industrial se centra en la recopilación y análisis de datos en tiempo real de datos procedentes de sensores conectados, lo que permite mejorar la planificación del mantenimiento, la productividad, controlar los stocks al instante y ahorrar costes.

El control directo y automático de un dispositivo por ordenador se denomina a veces sistema ciberfísico.

El IoT industrial se basa en un concepto ya utilizado en la fabricación controlada por ordenador: los “sistemas de control distribuidos”. Esto significa que las funciones de control se asignan a través de la red a múltiples dispositivos autónomos interconectados, cada uno de ellos capaz de ajustar y optimizar su parte de la línea de producción sin la necesidad usar un sistema de control central y sin el riesgo asociado a la existencia de un único punto de fallo. El IIoT aprovecha los sistemas modernos de informática en la nube para facilitar el intercambio, la visualización y el análisis de los datos, todo prácticamente en tiempo real.

El Internet Industrial de las Cosas se ha convertido en un sector gigantesco en tan solo unas décadas. Más del 60 % de los fabricantes del mundo utilizan ya las tecnologías IIoT para optimizar y analizar sus líneas de producción, y la previsión era que el volumen de mercado a nivel global fuese de 200.000 millones de dólares en 2020.

Es posible que también hayas escuchado el término Industria 4.0 en relación con el IoT. Aunque los términos se utilizan a veces indistintamente, no son sinónimos. Esto se debe a que IoT y e IIoT son, de hecho, una parte de la Industria 4.0.

Industria 4.0 es un término más amplio que engloba la aceleración del uso de todas las tecnologías de automatización avanzadas disponibles en la actualidad para la industria y la fabricación inteligente, así como los beneficios derivados de las mismas. Esto incluye:

• La comunicación entre máquinas (Machine to Machine o M2M).
• La implementación de sistemas autónomos.
• La informática en la nube.
• La inteligencia artificial y las tecnologías “cognitivas” relacionadas, por ejemplo, el reconocimiento de imágenes.

El Internet de las Cosas puede parecer un concepto muy moderno, pero algunas de las principales tecnologías de la Industria 4.0 se remontan a la década de los 60. El controlador lógico programable (PLC, Programmable Logic Controller), que en realidad es un precedente del ordenador industrial, se inventó en 1968 y se diseñó para perfeccionar los procesos de fabricación. Los primeros sistemas de control distribuido para instalaciones industriales aparecieron en la década de los 70, lo que desencadenó la sustitución gradual del trabajo manual por la automatización en las fábricas.

En las siguientes décadas, los sistemas automatizados evolucionaron mucho, mejorando el rendimiento y ofreciendo más posibilidades de configuración para una mayor versatilidad. Sin embargo, no fue hasta principios de la década del 2000 cuando empezó a salir de los laboratorios universitarios para convertirse en productos comerciales. Este crecimiento se vio acelerado por el desarrollo de tecnologías que facilitaban su implantación, como la conexión Bluetooth, la comunicación NFC (Near Field Communication o comunicación de campo cercano) y las redes de telefonía 4G/5G.

En la primera década del siglo XXI se produjeron otros avances, como la creación de las ahora omnipresentes tecnologías de computación en la nube, que aceleraron la evolución del IIoT.

¿Quién acuñó los términos IIoT e Industria 4.0?

Sabemos de dónde proviene el término Internet de las Cosas, pero resulta más difícil saber quién acuñó la expresión IIoT.

El término “Industria 4.0” lo inventó el gobierno alemán en 2011 para fomentar el uso de las tecnologías de la información en los procesos de producción. Pretendía sugerir que la tecnología moderna de automatización e intercambio de datos tiene la misma trascendencia que las tres revoluciones industriales anteriores, a saber:

El desarrollo de la tecnología de fabricación con máquinas de vapor en la segunda mitad del siglo XVIII y primera mitad del XIX.

La difusión de la electricidad y el ferrocarril en la segunda mitad del siglo XIX, que dio lugar a numerosos avances tecnológicos e industriales. El teléfono, el automóvil, la fotografía y el cine aparecieron aproximadamente entre 1870 y el comienzo de la I Guerra Mundial.

La revolución digital, es decir, la creación de la informática moderna en la segunda mitad del siglo XX.

Puede que no sepamos con seguridad quién acuñó la expresión “Internet Industrial de las Cosas”, pero la denominación “Industria 4.0” tiene lógica y ayuda a comprender mejor el significado del concepto.

La Industria 4.0 puede reportar numerosas ventajas a un amplio abanico de industrias y sectores, ya que, entre otras cosas, permite tomar decisiones que permitan reducir costes.

Estos son algunos ejemplos de aplicaciones del IIoT:

• Fábricas inteligentes.
• Optimización de la cadena de suministro y los inventarios.
• Análisis de datos.
• Edificios inteligentes.
• Monitorización del estado de sistemas y dispositivos

Para entender el impacto que tendrá el IoT en las distintas industrias a medio y largo plazo, es importante entender cómo está utilizando el IIoT la industria manufacturera en la actualidad. Por supuesto, la fabricación no es el único sector industrial que puede beneficiarse de la Industria 4.0. Está claro que el IoT está transformando también las industrias energética y minorista gracias al uso de dispositivos y sistemas inteligentes conectados.

Entonces, ¿qué ventajas tiene el Internet Industrial de las Cosas para la fabricación? Veamos algunos ejemplos de cómo la industria manufacturera está utilizando el IIoT:

• Optimización de la línea de producción: los sensores utilizados en el IoT industrial permiten vigilar continuamente la línea de producción, desde el inicio hasta el producto final. Esto permite a los operarios ajustar continuamente el proceso de fabricación, con el consiguiente ahorro de tiempo y dinero.
• Gestión de inventarios y de la cadena de suministro: la fabricación depende del suministro de materias primas y componentes. Las etiquetas RFID (identificación por radiofrecuencia) y otras tecnologías similares ofrecen la posibilidad de rastrear en tiempo real la ubicación de los componentes y suministros, lo que permite controlar continuamente el inventario y realizar ajustes de compensación.
• Control y evaluación del embalaje: los sensores IIoT permiten a los fabricantes supervisar el estado de los embalajes y envases durante el transporte y almacenamiento, e incluso evaluar la forma en que los clientes interactúan con ellos para mejorar el diseño.
• Datos de fabricación en tiempo real: los dispositivos IIoT pueden suministrar datos operativos en tiempo real a los proveedores, de manera que estos pueden realizar ajustes rápidamente y gestionar las unidades de producción de forma remota.
• Datos de mantenimiento: los dispositivos conectados al Internet Industrial de las Cosas pueden emitir avisos cuando se producen averías y se necesita mantenimiento. También pueden emitir alertas en respuesta a problemas de funcionamiento, como temperaturas de trabajo superiores a las recomendadas o vibraciones excesivas que podrían indicar un fallo inminente de algún elemento físico de la línea de producción. Estas alertas representan una ventaja clara, ya que permiten programar un mantenimiento predictivo con antelación y, de esta forma, reducir los parones de actividad y el riesgo de accidentes. Estos datos pueden combinarse con los registros de salud y seguridad para mejorar sustancialmente la seguridad general.
• Control de calidad: en el mundo del IIoT, los datos procedentes de múltiples fuentes, incluidos los proveedores, los procesos de fabricación y los usuarios finales, pueden combinarse para introducir mejoras generales en el diseño y fabricación de los productos.

Es una pregunta compleja para la que no hay una respuesta sencilla.

En su sentido más amplio, la Industria 4.0 es una configuración de múltiples tecnologías de red, por lo que los principales retos se centran en mantener unas conexiones fiables y seguras entre dispositivos. Esto se consigue mediante:

• La selección de redes robustas y adecuadas a su finalidad, ya sean con cable o inalámbricas.
• La adopción de protocolos que faciliten la interoperabilidad, por ejemplo, OPC UA.
• La constante vigilancia de la seguridad de la red para protegerla de posibles ciberataques.

Por lo tanto, los principales retos del IIoT giran también en torno al almacenamiento de los datos y la seguridad digital, además de los requisitos técnicos asociados a la necesidad de mantener la conexión de forma ininterrumpida entre los dispositivos. También es importante entender cuáles son los problemas de seguridad que entraña la adopción del IIoT para garantizar una implementación eficiente y sin sobresaltos.

Entonces, ¿qué riesgos conlleva el IIoT?

Como en todos los ámbitos del universo digital, la ciberseguridad es crucial cuando se trata del Internet Industrial de las Cosas. Mucha gente considera que el principal riesgo del IIoT tiene que ver con la seguridad en la red, pero lo cierto es que los problemas de seguridad son poco frecuentes. Tomar precauciones, aplicar medidas de ciberseguridad y mantener el sistema actualizado son las claves para evitar los riesgos asociados a esta tecnología y, al mismo tiempo, aprovechar al máximo las ventajas de los sistemas conectados.

En este sentido, es importante estar al tanto de las últimas novedades y actualizaciones tecnológicas para mantenernos protegidos a medida que evoluciona el IIoT.

Tanto el Internet de las Cosas como el Internet Industrial de las Cosas están en constante evolución. A medida que surgen nuevas tecnologías y las empresas se van interesando por las ventajas del IIoT, se abren cada vez más posibilidades. Esto da lugar a numerosas especulaciones sobre el rumbo que tomará esta tecnología.

Aunque es difícil saber con exactitud qué depara el futuro del IIoT, la conectividad digital tiene el potencial de cambiar la naturaleza de la industria y transformar las empresas de todo el mundo.

Como cualquier otra tecnología de la información, el IoT industrial utiliza diferentes protocolos (formatos de comunicación de datos) y tipos de redes. Por lo tanto, es importante tener claras las distintas opciones si tienes previsto crear una infraestructura de IIoT para tus centros de producción.

• MQTT (Message Queue Telemetry Transport) es un protocolo ligero y de baja potencia utilizado para transmitir conjuntos de datos sencillos entre sensores y aplicaciones. Se basa en el protocolo de red TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol).
• AMQP (Advanced Message Queuing Protocol) es un estándar internacional diseñado para transmitir mensajes entre dispositivos. Está aprobado como norma internacional.
• La Arquitectura Unificada de Comunicaciones de Plataforma o OPC UA (OPC Unified Architecture) es un protocolo abierto de comunicación entre máquinas (M2M) que permite compartir datos de automatización entre plataformas industriales con un alto nivel de interoperabilidad.

¿El IIoT puede sustituir a los sistemas MES?

Los sistemas de ejecución de la fabricación o MES (Manufacturing Execution System) son soluciones de control automatizado basadas en hardware que se utilizan habitualmente en procesos de fabricación complejos para aumentar la eficiencia y la productividad. Sin embargo, son sistemas limitados a la infraestructura interna y carecen del componente de análisis de datos basado en la nube y las funciones de conexión con redes externas que posee el IIoT. Por lo tanto, es mejor considerar este último como una extensión ligera y menos costosa de los sistemas MES tradicionales, más que como un sustituto de ellos.

¿Por qué el IIoT es importante para ingenieros y científicos?

El IIoT permite realizar análisis detallados de los datos recogidos en diferentes etapas del proceso de fabricación. A su vez, esto abre la posibilidad de optimizar y mejorar continuamente el sistema.

¿Cómo funciona el IIoT?

Una red IIoT está formada por múltiples sensores conectados a través de varios protocolos inalámbricos para intercambiar datos con la nube y entre sí. La estructura básica de una red IIoT es la siguiente:

• Dispositivos dotados de sensores, cada uno de ellos conectado a la red local.
• Red local conectada a la nube o a Internet.
• Servidores conectados a la nube, que reciben y procesan el flujo continuo de datos de sus dispositivos: por ejemplo, la temperatura de funcionamiento, la vibración y el consumo de energía. Estas “pequeñas unidades de datos” se consolidan con el tiempo en grandes cantidades que pueden analizarse para obtener una visión profunda de las operaciones.

¿Qué diferencia hay entre la Industria 4.0 y el concepto de Lean Manufacturing?

El modelo de fabricación ajustada o Lean Manufacturing es un método de organización industrial diseñado para minimizar la generación de residuos y maximizar la productividad. Algunos de sus principios fundamentales se remontan al siglo XVIII, pero el modelo de producción, tal y como se entiende actualmente, nació en la industria automovilística japonesa.

A diferencia del IIoT, no se basa en el uso de tecnología avanzada, sino en la correcta organización y distribución de las responsabilidades laborales.

¿Cuánto cuesta implementar una solución de Industria 4.0?

No existe una respuesta a esta pregunta. El coste depende de múltiples factores, como el tamaño y el tipo de proceso industrial que se desee optimizar y las tecnologías más adecuadas para hacerlo.

¿Estás preparado para iniciar tu viaje hacia el IIoT? Conoce las gamas de productos relacionadas con esta tecnología y pon en marcha tu revolución industrial.

• Módulos Ethernet de E/S
• Ordenadores industriales para IIoT
• Routers inalámbricos