Sistemas ciberfísicos e industriales En términos generales, un sistema
ciberfísico es aquel en el que se fusiona la tecnología de la
información con los sistemas físicos, con la finalidad de monitorizar y
optimizar procesos, por ejemplo, mejorando su eficiencia, detectando
averías, etc. Estos sistemas constan de componentes físicos, incluyendo
sensores, actuadores y controladores locales, que están conectados a
través de redes de comunicación. Los componentes cibernéticos, como
servicios computacionales o bases de datos, se encargan de la analítica,
muchas veces integrando información de diferentes fuentes de información
para facilitar la toma de decisiones. Los campos de aplicación de los
sistemas ciberfísicos son muy amplios. Algunos de los principales
serían las Smart Cities. Para la exploración de redes IoT, aplicadas a
energía, seguridad, gestión de residuos, etc. Otro ejemplo sería el
transporte, en especial, sobre la logística, y los entornos
industriales y de manufactura, dentro del proceso de transformación digital
con el objetivo de mejorar la eficiencia y la sostenibilidad de
procesos industriales. Es en este último caso donde se identifican los
sistemas ciberfísicos industriales. Los sistemas ciberfísicos
industriales, ICPS, por sus siglas en inglés, son entidades que combinan,
como se ha comentado anteriormente, los elementos físicos de entornos
industriales y los componentes cibernéticos interconectados. Estos
sistemas resultan de la integración de la informática y los procesos de
automatización, y son producto de los entornos de fabricación inteligentes
impulsados por la Cuarta Revolución denominada como Industria 4.0. En un
CPS y, en general, en un ICPS, los servicios computacionales de gestión
de información pueden llegar a interactuar con el mundo físico en
tiempo real, lo que permite una amplia gama de aplicaciones de alto
rendimiento. Dichas aplicaciones van desde monitorización de activos,
control de distribución eléctrica en Smart Grid, gestión de
infraestructura y aplicaciones de seguridad. Los sistemas fíos físicos
industriales presentan una serie de características claves que los
distinguen de otros sistemas, como por ejemplo, sería la interconexión.
Los diferentes componentes del sistema están interconectados a
través de redes y protocolos de comunicación, generalmente de
carácter industrial, permitiendo una colaboración y coordinación efectiva
y fiable. Otra característica es, por ejemplo, el tiempo real. Los ICPS
pueden operar en tiempo real, lo que significa que deben responder y
adaptarse en un tiempo determinado a los cambios en el entorno industrial.
Otra característica es el control distribuido. La toma de decisiones y
el control del sistema se distribuyen entre los componentes computacionales
y los dispositivos físicos, respectivamente, permitiendo una
mayor eficiencia y adaptabilidad. La autonomía es otra característica de
los ICPS. Los sistemas fíos físicos pueden estar capacitados para la toma
de decisiones autónomas de manera automática, basadas en la información
que reciben de la planta industrial. La telegenidad es otra de sus
características. Los ICPS pueden estar compuestos por una variedad de
componentes físicos y computacionales, que pueden ser de
diferentes fabricantes y tecnologías o entornos industriales. Sin embargo,
a pesar de las numerosas ventajas y aplicaciones de los sistemas
ciberfísicos industriales, existen varios retos y consideraciones
importantes a tener en cuenta. Uno de estos retos, por ejemplo, es la
seguridad, ya que al tratar de evitar la vulnerabilidad y el acceso a la
información sobre los sistemas IoT, otro reto es la privacidad, derivada
de la recopilación e intercambio de información. Un reto más es la
escabelabilidad en relación a los procedimientos de despliegue de los
sistemas ICPS en entornos industriales y su expansión. La
interoperabilidad, además, en relación con la interconexión de
sistemas existentes en términos de intercambio de información y
coordinación de acciones. Es por estos motivos que para una
implementación efectiva y estandarizada de los sistemas
ciberfísicos industriales resulta fundamental la consideración de
normativas y estándares relacionados. En este sentido, el estándar ISA95
contiene modelos con terminología estandarizada para facilitar la
integración de todos los sistemas de información que participan en un
entorno de fabricación. Según la ISA95, estos sistemas quedan
distribuidos en niveles de automatización que se distribuyen
verticalmente y van desde los que están relacionados con el control de
la planta hasta los que se centran en la gestión empresarial. Aunque la
ISA95 representa el marco actual en la mayoría de entornos industriales,
existe una normativa promovida por la IEC que describe el concepto de
factoría digital, entendido como un modelo de organización más flexible
que la jerarquía de capas presentada por la ISA95. Por lo tanto, la idea
de base de la factoría digital consiste en disponer de un
repositorio central y definir representaciones digitales de objetos
reales en forma de gemelos digitales, tanto de los productos como de los
medios productivos, de forma que sea posible el concepto de ingeniería
recurrente desde los diferentes ámbitos industriales a lo largo del
ciclo de vida del objeto digitalizado. Ahora, la transición
hacia la industria 4.0 va un paso más allá, promoviendo una convergencia
integral entre las tecnologías de operación y las tecnologías de la
información bajo ese marco de digitalización de objetos. En este
sentido, se están extendiendo nuevas arquitecturas de referencia abiertas
y con un alto nivel de estandarización, como sería la
arquitectura Rami y la arquitectura de las 5 Cs, entre otras. En este
sentido, se sugiere implementar lo que se denomina como la arquitectura
de las 5 Cs, la cual proporciona una guía paso a paso para desarrollar e
implementar un ISPS para aplicaciones de fabricación. El primer nivel se
refiere a la conexión inteligente que está relacionada con la adquisición
de datos. El segundo nivel se refiere a la conversión de datos a
información. En este sentido, en los últimos años se han desarrollado
algoritmos específicamente para aplicaciones de prognóstico y de
gestión de la salud de los componentes industriales. El tercer
nivel se refiere al nivel cibernético y actúa como centro de información
central en esta arquitectura. Este análisis tiene la finalidad de
brindar a las máquinas la capacidad de autocomparación, donde el
rendimiento de una máquina se puede comparar con el resto de maquinarias.
El objetivo del cuarto nivel es el de generar el conocimiento del sistema
monitorizado. La presentación adecuada de conocimiento
y finalmente el quinto nivel, el nivel de configuración. Es la
retroalimentación del espacio cibernético al espacio físico y actúa
como control de supervisión para hacer que las máquinas se
autoconfiguren y se adapten a sí mismas.