IIoT: Combinando lo mejor de TO y TI

Por qué las organizaciones industriales necesitan cerrar la brecha

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Las tecnologías disruptivas están causando grandes olas en el sector industrial, lo que permite a las organizaciones mejorar enormemente la accesibilidad de los datos para conectar personas, organizaciones y tecnologías.

Estas tecnologías disruptivas permiten a las organizaciones acceder directamente a la planta, la fabricación y los datos de dispositivos industriales remotos. Ninguna tecnología ha sido más disruptiva en los últimos años que la Internet de las cosas (IoT).

El IoT se refiere a la red de objetos físicos hechos "inteligentes" con electrónica, sensores, software y conectividad de red, lo que permite que estos objetos recopilen e intercambien datos. El IoT se está expandiendo rápidamente: para 2020 habrá un estimado de 20.8 mil millones de dispositivos en el IoT, y más de 30 mil millones de dispositivos estarán conectados de forma inalámbrica ¹.² IoT marca el comienzo de una era en la que los objetos se pueden monitorear y controlar a través de las infraestructuras de red existentes, incluida Internet, para mejorar la eficiencia, la precisión y el costo. En el mercado de consumo, esto ha dado lugar a una avalancha de productos como cerraduras de puertas inteligentes y electrodomésticos conectados.

Los datos están revolucionando la industria

Las organizaciones industriales y los integradores de sistemas están comenzando a darse cuenta de los enormes beneficios de IoT y han acuñado su propio término: el Internet industrial de las cosas (IIoT). Enfrentadas a un mundo donde los datos se infunden cada vez más en todos los aspectos de los negocios, las empresas con visión de futuro ahora están invirtiendo en datos como nunca antes.

General Electric (GE) y Siemens son dos de las principales empresas líderes en lo que la revista Smart Industry Magazine llama la "digitalización continua y 'data-ficación' de la industria". Por ejemplo, GE ha cambiado todo su enfoque del valor de los datos en los últimos años al invertir mil millones de dólares en reconstruir su enfoque de software y análisis, y contratar un equipo de 1,000 ingenieros de software. GE continúa construyendo grandes máquinas como locomotoras y motores a reacción, pero ahora también incorpora inteligencia dentro de sus máquinas para recopilar y analizar datos. A través de estos esfuerzos, GE espera lograr una mejora del 1% en la productividad, que para una empresa de su tamaño puede equivaler a cientos de miles de millones de dólares ⁴.

Muchas otras organizaciones también están adoptando IIoT. Una encuesta de Gartner encontró que la cantidad de organizaciones que adoptarán IoT alcanzará el 43% en 2016, y eso incluye muchas organizaciones industriales.⁵ A medida que más organizaciones adoptan IIoT, la tecnología operativa (TO) y la tecnología de la información (TI) están convergiendo.

Adaptarse a esta convergencia requerirá que las organizaciones industriales cambien la forma en que piensan sobre TO y TI. Desafortunadamente, las organizaciones industriales han mantenido los datos y el control en el piso de fabricación, residiendo en sistemas restrictivos y costosos, a diferencia de los sistemas que se encuentran en TI. Básicamente, esto ha impedido que los datos útiles lleguen a quienes los necesitan a nivel empresarial para ayudar en la toma de decisiones.

Con la gran necesidad de aprovechar IIoT para hacer que los datos industriales sean más accesibles en todos los niveles, es importante que los profesionales industriales comprendan por qué se está produciendo la convergencia entre TO y TI. Además, deberían trabajar activamente para alinear la TO y la TI. Aunque la TO y la TI se han considerado dos dominios distintos durante décadas, ahora deben trabajar juntos para comenzar a llevar la IoT al nivel industrial.

La división TO-TI

Es más probable que piense en TI como el software, hardware, redes, tecnologías de comunicación y sistemas que almacenan, procesan y entregan información a todos los aspectos de una organización. Los profesionales de TI son expertos en tecnologías de redes y están muy familiarizados con la escalabilidad rápida, las infraestructuras en la nube, las implementaciones basadas en la web y tecnologías como SQL, Java y Python.

TO abarca maquinaria, equipo de planta física y software y hardware industrial remoto. Los profesionales de TO se centran en los sistemas que se utilizan para el seguimiento y el control. Son expertos en controladores lógicos programables (PLC), unidades terminales remotas (RTU), interfaces hombre-máquina (HMI), sistemas de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) y tecnologías informáticas integradas.

TO y TI tienden a utilizar diferentes enfoques para la resolución de problemas. TI implementa soluciones utilizando un enfoque de arriba hacia abajo, comenzando con el panorama general, como las necesidades generales de una organización. Luego, el panorama general se divide en subcomponentes y se desarrollan soluciones para cada subcomponente. El enfoque de arriba hacia abajo lo obliga a comprender el método de la solución y no solo el problema.

Los profesionales de TO abordan las soluciones desde cero, comenzando por los componentes individuales para construir un sistema más complejo. Los entornos SCADA recopilan datos de diferentes procesos en el piso de la planta, por lo que aquellos que trabajan en TO deben descubrir cómo integrar todos los sistemas para que funcionen juntos. Debido a que la mayoría de las tecnologías TO son propietarias, muchas soluciones SCADA pueden ser difíciles de integrar. Los profesionales de TO trabajan con sistemas sensibles, de misión crítica y de alto riesgo; por lo tanto, su principal preocupación es la seguridad, razón por la cual la conectividad a Internet y la red de área amplia no ha sido una prioridad para ellos.

Con la introducción de máquinas inteligentes, Big Data e Internet industrial, TO y TI se encuentran en la necesidad de resolver el mismo problema: acceder a datos industriales. Desafortunadamente, dado que la TO y la TI han existido en planos separados, ninguna de las partes comprende realmente las necesidades de la otra desde el punto de vista de las soluciones. Es posible que los profesionales de TI no comprendan las razones por las que TO todavía utiliza equipos heredados y se ocupa de soluciones patentadas a precios astronómicos. Es posible que los profesionales de TO no tengan un conocimiento profundo de las bases de datos SQL o de la amplitud de los protocolos de seguridad que se utilizan en la TI en la actualidad.

Incluso con esta división, existe una gran oportunidad para que TO y TI se unan y aprovechen las fortalezas de cada uno para llegar a una tecnología verdaderamente disruptiva. Mantener la TO y la TI separados es una mentalidad anterior a IIoT de la Industria 3.0. Para satisfacer las demandas del entorno actual de uso intensivo de datos e ingresar a la Industria 4.0, las empresas deben trabajar para alinear la TO y la TI.

Beneficios de la alineación TO-TI

Gartner define la integración de TO-TI como: “el estado final buscado por las organizaciones (más comúnmente, organizaciones intensivas en activos) donde en lugar de una separación de TO y TI como áreas de tecnología con diferentes áreas de autoridad y responsabilidad, hay un proceso integrado y flujo de información." La alineación de TO y TI aporta muchos beneficios importantes. Uno de los mayores beneficios es una mejor toma de decisiones. Al tener acceso a una mayor cantidad de datos de alta calidad, todas las personas de una empresa pueden tomar mejores decisiones con más frecuencia. Si las máquinas y los dispositivos no están conectados a una infraestructura de red de TI, las otras partes de la empresa no pueden aprovechar los datos útiles en tiempo real y la inteligencia operativa.

Veamos un oleoducto como ejemplo. En cualquier instalación dada, puede haber más de 10,000 millas de tuberías, miles de PLC y dispositivos y millas de cableado. En un entorno operativo típico, solo se utilizan datos operativos críticos para el monitoreo y la operación segura. Aproximadamente el 80% de los datos se dejan en el campo. IIoT puede llevar todos esos datos de canalización y mucho más al nivel empresarial. Los datos adicionales sobre el estado de salud de todos los dispositivos en la red ayudan a tomar decisiones como si enviar un vehículo de reparación o resolver el problema a nivel local.

Muchas empresas dejan el 80% de sus datos en el campo. IIoT puede llevar esos datos y mucho más al nivel empresarial.

Otros beneficios de la alineación TO-TI incluyen la reducción de costos, procesos comerciales optimizados, menores riesgos, tiempos de integración y desarrollo más rápidos y comunicaciones y control estandarizados. Conectar TO al nivel empresarial puede ser un costo elevado, y TO puede beneficiarse de la asequibilidad de los costos de mantenimiento y licencias que TI tiene para ofrecer. Además, ahora que se puede acceder fácilmente a los datos, aquellos en TO y TI pueden compartir datos en una organización para tomar mejores decisiones en su conjunto. Al integrar los sistemas de TO y de TI, el sistema general tiene un mayor valor, optimizando la forma en que las empresas comparten información.

La alineación de TO y TI reduce el riesgo para una organización. No solo obtiene una mejor accesibilidad a los datos, sino que también obtiene la estabilidad y fluidez de una infraestructura de TI para un entorno de TO. La instalación de una infraestructura para acceder a un mayor volumen de datos de alta calidad desde el lado TO se puede hacer sin afectar el sistema SCADA actual. Con la nube y las tecnologías de virtualización, los servidores de la planta o de la planta de fabricación se pueden mover a la nube, lo que ayuda a reducir los equipos y mantiene los sistemas actualizados. Con los protocolos de seguridad de TI estándar de hoy en día, TO puede estar seguro de que su sistema SCADA no se verá comprometido.

Con las fortalezas de TI en la estandarización, las organizaciones pueden aprovechar tecnologías como bases de datos SQL, Java y SSL para desarrollar e implementar rápidamente una solución sólida y segura. La necesidad de tecnología patentada es cosa del pasado. Las organizaciones pueden monitorear y controlar múltiples sistemas sin incurrir en altos costos y estar encerrados en un entorno HMI / SCADA altamente restrictivo.

Desafíos de la alineación TO-TI

La preocupación más urgente sobre la integración de TO y TI es la seguridad. La realidad es que la proliferación de sensores y otros dispositivos inteligentes conectados ha traído consigo un aumento de las vulnerabilidades de seguridad. TO y TI históricamente han tenido diferentes necesidades de seguridad, aunque se han vuelto más similares con el tiempo.

Los sistemas TO han utilizado tecnologías patentadas que los hacían menos propensos a ser blanco de ataques (es decir, seguridad por oscuridad). Los sistemas TO también han sido bastante autónomos al tener solo unas pocas conexiones a otros sistemas. Por otro lado, los sistemas empresariales y de TI están bien conectados y con frecuencia están bajo ataque, pero tienen un nivel más alto de riesgo de seguridad aceptable porque TI generalmente tiene una mayor tolerancia al tiempo de inactividad. Desde una perspectiva de TO, el tiempo de inactividad podría equivaler a millones en ingresos perdidos y, por lo tanto, su tolerancia al tiempo de inactividad es menor.

Otro gran desafío al que se enfrentan las organizaciones es el retorno de la inversión (ROI). El director de investigación de Gartner, Chet Geschickter, dijo, “el gran desafío ahora es demostrar el retorno de la inversión. Los ejecutivos deben validar la contribución que puede hacer IoT para justificar los despliegues a gran escala ”. ⁶ Dado que IIoT es esencialmente un mercado nuevo, las organizaciones industriales deben demostrar que IIoT es la solución más rentable para llevar datos industriales al nivel empresarial .

Luego está el hecho de que los dispositivos de borde de red tienden a usar diferentes protocolos para enviar y recibir datos, y está el problema de la interoperabilidad: ¿cómo hacemos que todos estos diferentes tipos de dispositivos se conecten entre sí? Los clientes quieren lograr una infraestructura común y, para ello, es necesario sentar las bases para lograr un protocolo de comunicación estandarizado.

Intentar implementar IIoT sin un conocimiento sólido de TO es muy parecido a no saber lo que no sabes.

¿Debería el IIoT construirse de arriba hacia abajo o de abajo hacia arriba?

SCADA ya ha estado realizando muchas de las tareas asociadas con IIoT durante años, incluso antes de que el término entrara en uso. Desde hace unos 30 años, industrias como la del petróleo y el gas, la química, la farmacéutica y la fabricación han utilizado sensores para mejorar sus procesos. Esas industrias capturan grandes cantidades de datos de los PLC y los pasan a los sistemas SCADA como datos en tiempo real, que luego se almacenan y muestran, lo que permite una mejor toma de decisiones. Desde esta perspectiva, IIoT no es tanto una cosa nueva como una redefinición y una extensión de lo que los profesionales de TO ya están haciendo.

Muchos de los jugadores en el espacio IIoT de hoy son profesionales de TI que no necesariamente comprenden el lado operativo. Incluso algunas alianzas y consorcios de IIoT han propuesto la idea de que IIoT debe construirse utilizando metodologías de arriba hacia abajo impulsadas por TI. El problema es que si intenta lanzar una solución IIoT de arriba hacia abajo centrada en TI que no sea adecuada para los profesionales de TO, simplemente no tendrá éxito. Los profesionales de TI deben demostrar la excelencia operativa y el desempeño en seguridad ante un gerente de operaciones; de lo contrario, el proyecto se paraliza por completo. Esto hace un caso sólido de que TO debería impulsar la implementación de IIoT, en lugar de TI.

Para que IoT funcione en un entorno industrial, el enfoque debe ser desde cero. El lado de TI debe reconocer que las metodologías de arriba hacia abajo pueden no tener en cuenta la importancia de la estabilidad y la seguridad, y la variedad de protocolos, en las soluciones SCADA. El lado de TO debe reconocer que TI tiene un potencial increíble para llevar datos de TO a la empresa. Dado que la mayoría de los datos necesarios residen en el nivel de TO, el enfoque desde cero es el mejor camino hacia una solución IIoT completamente funcional que combina tecnologías probadas de TO y TI.

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Una solución de IIoT que no es solo una posibilidad teórica sino una realidad concreta debe construirse sobre tecnologías que se asientan directamente en la intersección de TO y TI. Hay dos piezas de tecnología específicas que son cruciales para una verdadera solución IIoT: una plataforma y un protocolo.

Habilitación de IIoT: La plataforma ideal

Con la llegada al mercado de muchas de las llamadas soluciones IIoT, ¿qué características son necesarias para ofrecer realmente una plataforma IIoT sólida? El IIoT requiere la conexión de muchos dispositivos y sistemas para recopilar y compartir la gran cantidad de datos de alta calidad en una empresa industrial. Es vital que la plataforma IIoT sea extraordinariamente flexible, escalable e igualmente capaz de lidiar con tecnologías TO y TI.

A diferencia de la mayoría de las soluciones SCADA, la plataforma IIoT ideal debe exhibir una agilidad y flexibilidad extremas: sin soluciones patentadas, sin datos bloqueados y sin frustraciones innecesarias. La plataforma ideal de IIoT debe poder adaptarse rápidamente a una amplia gama de industrias y aplicaciones sin obstaculizar las infraestructuras empresariales actuales. Además, debería ser capaz de realizar cambios sin interrumpir los procesos y el flujo de trabajo actuales. Listo, configurado, conéctese y los datos están disponibles con un solo clic.

La escalabilidad es una característica increíblemente importante de la plataforma IIoT ideal. A medida que se activan más sistemas y dispositivos, la plataforma IIoT debe poder adaptarse rápidamente a la afluencia de puntos de datos, lo que brinda a las organizaciones la capacidad de compartir y analizar cantidades masivas de datos en poco tiempo. La plataforma IIoT también debería escalar sin restricciones. Tomando una página del libro de jugadas de TI, la plataforma IIoT debería ofrecer licencias ilimitadas, permitiendo un número ilimitado de conexiones, etiquetas y clientes de usuario. La licencia ilimitada permite una escalabilidad increíble y resulta en ahorros de costos significativos.

La plataforma IIoT ideal debería brindar interoperabilidad entre TO y TI al comunicarse con la mayoría, si no todos, los sistemas y dispositivos industriales y empresariales. La plataforma combina estándares de TI como SQL, Python y Java con estándares de TO como OPC-UA y Modbus. Al tener una plataforma que puede unir los mundos de TO y TI, las empresas industriales pueden compartir datos en toda una organización fácilmente. La plataforma IIoT ideal puede realmente empoderar a las organizaciones para que tomen mejores decisiones con mayor frecuencia al aprovechar SQL y Java para recopilar datos de PLC, RTU y sistemas HMI / SCADA.

Habilitación de IIoT: El protocolo ideal

El transporte de telemetría de Message Queue Server (MQTT) se ha convertido rápidamente en el protocolo de mensajería estándar para aplicaciones industriales M2M. Desarrollado en 1999 por Arlen Nipper, quien ahora es presidente de Cirrus Link Solutions, y el Dr. Andy Stanford-Clark de IBM, MQTT se ha convertido en uno de los protocolos de transporte de mensajes IIoT más dominantes.

MQTT se desarrolló inicialmente para satisfacer las necesidades de la industria del petróleo y el gas. Las instalaciones de oleoductos y gasoductos pueden cubrir varios miles de millas en áreas remotas. Una sola instalación puede contener miles de PLC que se conectan a miles de dispositivos. Los protocolos de comunicación heredados utilizan una metodología de sondeo / respuesta que satura los canales de comunicación con datos sin cambios, lo que genera congestión en la red. MQTT es una solución ligera que hace que el volumen de datos utilizables esté disponible en aplicaciones como estas. Otras industrias también han descubierto el valor de MQTT: ahora se usa en Facebook Messenger y Amazon IoT, y es un estándar ISO y OASIS.

La metodología de publicación-suscripción de MQTT crea una única canalización de datos súper eficiente a través de la cual los datos se envían desde miles de dispositivos a una ubicación central a la que acceden las aplicaciones industriales y comerciales. MQTT mantiene sesiones con estado y es bidireccional. Su naturaleza liviana facilita una mayor tasa de rendimiento, lo que aumenta significativamente los datos monitoreados o controlados.

La capacidad uno a muchos de MQTT permite el uso de tecnologías de middleware orientado a mensajes (MOM), que desacoplan los dispositivos de borde de red y las aplicaciones cliente que consumen datos para una distribución de información más eficiente y una mayor escalabilidad. El desacoplamiento de los dispositivos de las aplicaciones es muy importante desde el punto de vista del desarrollo, la información y la seguridad.

Conectar dispositivos inteligentes a la infraestructura a través de MOM, en lugar de conectarlos directamente a las aplicaciones, logra tres cosas principales. En primer lugar, le permite explorar las posibilidades de IIoT: crear nuevas soluciones sobre la marcha e ir a donde lo lleven los datos. En segundo lugar, le permite traer muchos más datos mucho más rápidamente. En tercer lugar, mejora la seguridad al no exponer directamente los dispositivos del borde de la red. El middleware ayuda a mantener los dispositivos vulnerables, como los PLC, fuera de su alcance.

La solución óptima

A diferencia de otras soluciones de IIoT, Ignition IIoT se ha construido desde el nivel TO para conectarse hasta el nivel de TI.

Ignition ofrece una plataforma de desarrollo industrial sólida y segura para las aplicaciones industriales de uso intensivo de datos de la actualidad.

Ignition incluye características que lo hacen singularmente efectivo como plataforma de automatización industrial universal para HMI, SCADA, IIoT y MES. Tiene un modelo de licencia ilimitado, que permite etiquetas, clientes y conexiones ilimitados. Las licencias ilimitadas permiten que las soluciones crezcan junto con una organización sin restricciones ni costos adicionales. Ignition ofrece compatibilidad multiplataforma y puede ejecutarlo en la Web en computadoras de escritorio o dispositivos móviles. Cuenta con tecnologías estándar de TI y arquitectura servidor-cliente escalable. También es modular, lo que significa que puede configurar las capacidades de Ignition agregándole módulos.

Al agregar el protocolo MQTT a las capacidades inherentes de la plataforma Ignition, puede desacoplar los dispositivos inteligentes de las aplicaciones para que los datos estén disponibles para toda la empresa.

Ignition IIoT es una solución IIoT real que puede salvar las brechas entre el nivel empresarial y el piso de la planta mediante la convergencia de TO y TI. Satisface la necesidad fundamental de acceder a más datos para tomar mejores decisiones, más rápido.

1 "Gartner dice que 6.400 millones de 'cosas' conectadas estarán en uso en 2016, un 30 por ciento más que en 2015", Gartner.com

2 "Más de 30 mil millones de dispositivos se conectarán de forma inalámbrica a Internet de todo en 2020", ABIresearch.com

3 "Una Internet para llamar nuestra", revista Smart Industry

4 "Detrás de la visión de GE para el Internet industrial de las cosas", Fast Company

5,6 "La encuesta de Gartner muestra que el 43 por ciento de las organizaciones están usando o planean implementar el Internet de las cosas en 2016", Gartner.com

Publicado en español el 22 de Noviembre del 2021.

Originalmente publicado el 18 de Mayo del 2016.

Fuente original: https://inductiveautomation.com/resources/article/iiot-combining-the-best-of-ot-and-it