En estos momentos, ya se están construyendo sistemas en red, cuyos sensores están recogiendo datos del mundo físico y proporcionándolos en todos los dominios o áreas del conocimiento, lo que es posible gracias a la capacidad de conectividad del sistema. Relaciones de comunicación acordadas bilateralmente o el uso de estándares de transferencia de datos específicos de la industria actuarán para establecer la transición de las redes hacia la Internet de las Cosas, Servicios, Personas y Máquinas en movimiento.

De acuerdo con varios estudios, más de 25 mil millones de “cosas” estarán conectadas a Internet para el año 2020 (Figura 1), lo que se hace por dos razones: en primer lugar, para aprovechar las redes inteligentes y la disponibilidad de la información relevante para establecer la cadena de valor óptimo en cualquier punto dado en el tiempo, y en segundo, para generar nuevos modelos de negocio. Esto requiere mejoras lógicas a componentes, sistemas y soluciones con el objetivo de crear conceptos radicalmente interoperables y simplificar el proceso de ingeniería y ponerlas en funcionamiento.

La descripción y definición de un modelo de arquitectura de referencia sirve para descomponer funciones, servicios y procesos en subprocesos más manejables. Es más, apoyan el proceso de implementación de las soluciones acompañantes. Al crear un modelo, el dilema a enfrentar normalmente reside en que debe proporcionar una descripción generalmente aceptada sobre la base de reglas y normas técnicas, además de facilitar los requisitos específicos en relación con numerosas aplicaciones y casos de uso que describirá. Como tal, un modelo sirve como una descripción muy generalizada dentro de unos parámetros de destino definidos, los que se derivan de las capacidades del dominio que describirán, el impacto del modelo con respecto a la implementación, y los límites del sistema y las interfaces que el modelo tiene para otros modelos.

Figura 1. De acuerdo con varios estudios, más de 25 mil millones de “cosas” estarán
conectadas a Internet para el año 2020. Fuente: MIT Technology Review, Julio-Agosto 2014.

Por lo tanto, varios consorcios diferentes se han establecido alrededor de todo el mundo con el propósito de redactar modelos (ostensiblemente) diferentes de referencia desde diferentes perspectivas y con diferentes puntos focales, entre los que se destacan el Modelo de Arquitectura de Referencia de la Industrie 4.0 (RAMI 4.0, por sus siglas en inglés), propuesto por Plattform Industrie 4.0, y el Modelo de Arquitectura de Referencia para Internet Industrial (IIRA) del Industrial Internet Consortium.

Figura 2. El modelo de arquitectura de referencia tridimensional RAMI 4.0 incorpora el mundo físico,
el ciclo de vida y el mapeo de los modelos de negocios basados en TI. Fuente: Plattform Industrie 4.0.

La digitalización y el Internet de las Cosas, Servicios, Personas y Máquinas son componentes centrales de ambos modelos. Esto plantea la cuestión de qué partes de estos modelos son complementarios o congruentes, y qué procesos y características comunes necesitan ser desarrolladas para asegurar el máximo beneficio posible para el usuario. Esto no es una cuestión de alternativas, sino más bien de la aplicación metódica de las estructuras generales, que se basan en mecanismos de Internet e incluyen la digitalización de extremo a extremo, en coordinación entre los órganos principales y las organizaciones de normalización. Esto es sumamente importante desde la perspectiva de los usuarios finales internacionales y de los productos utilizados, así como para las empresas globales. Actitudes hostiles con un trasfondo político, regional o estratégico retrasarían o crearían impedimentos técnicos para la implementación o generarían mayores costos.

Industrie 4.0 es una especialización dentro de la Internet de las Cosas y Servicios en el dominio de la “Producción y Producto”, integrando la ingeniería de las herramientas de producción y productos junto con el servicio en uso. Es así como el espacio “Industrie 4.0” se describe en un modelo tridimensional; las capas se utilizan en el eje horizontal para representar diferentes perspectivas, tales como mapas de datos, descripciones funcionales, comportamiento de la comunicación, hardware (activos) y procesos de negocio (esto corresponde al enfoque TI de agrupar proyectos complejos en sub-unidades manejables). Otros criterios importantes son el ciclo de vida (tipo) y vida útil (instancia) de los productos y sistemas de producción con el valor de las corrientes que contiene, los que se representan a lo largo del segundo eje. Dependencias (por ejemplo, la recolección completa de datos en todas las cadenas de valor), pueden ser claramente representados en el modelo de RAMI 4.0.

Figura 3. El modelo IIRA está basado alrededor de cuatro perspectivas (o puntos de vista).

El tercer aspecto clave, representado por otro eje más, es la asignación de funciones y responsabilidades dentro de fábricas/ plantas. Esto representa una jerarquía funcional, y no las clases de dispositivos o niveles jerárquicos de la pirámide clásica de la automatización. El modelo RAMI 4.0 amplía los niveles de la jerarquía de la norma IEC 62264, añadiendo el nivel de “Producto” o de Pieza de Trabajo en la parte inferior, y el “mundo conectado”, yendo más allá de los límites de la fábrica en la parte superior (Figura 2).

Las características especiales de RAMI 4.0 son, por tanto, su combinación del ciclo de vida y de la cadena de valor con un enfoque estructurado jerárquicamente para la definición de componentes Industrie 4.0 (I4.0). El concepto permite la agrupación lógica de funciones y el mapeo de interfaces y estándares, lo que proporciona las condiciones necesarias para describir e implementar soluciones altamente flexibles utilizando el modelo de arquitectura de referencia.

En este contexto, la seguridad de inversión se interpreta como el uso de las normas internacionales vigentes, cuando sea posible, la armonización de normas compatibles, o un acuerdo sobre las alternativas. Estándares, así como los procesos para elaborarlos, deben ser definidos por los organismos internacionales como un medio para asegurar que no hay obstáculos que se interponen en el camino de su rápida implementación y adopción segura. Junto con la relación de comunicación, la semántica y la sintaxis en que se basa el intercambio de datos sirven como base de la comunicación entre las diferentes partes implicadas.

No todos los dominios comparten el mismo idioma. Sin embargo, si se utilizan normas estandarizadas es posible transponer (o traducir) las diferencias que puedan existir entre los idiomas -al igual que en el lenguaje humano- y, por lo tanto, restaurar la comunicación.

Figura 4. Las perspectivas del modelo IIRA pueden representarse en las capas correspondientes del modelo RAMI 4.0

Por su parte, el Industrial Internet Consortium desarrolló el modelo de arquitectura de referencia de Internet Industrial (IIRA, por sus siglas en inglés), basado en el estándar ISO/IEC/IEEE 42010:2011, el que describe los requisitos con respecto a la arquitectura a nivel de sistema, software y empresa. Cuando sea práctico y factible, la ISO/IEC/IEEE 42010 recomienda la identificación de los puntos de vista de los diferentes actores interesados (usuarios del sistema, operadores, propietarios, proveedores, desarrolladores y técnicos, entre otros), con el objetivo de describir desde su propia perspectiva las propiedades del sistema, que incluyen, por ejemplo, uso previsto y adecuación del concepto en términos de su aplicación, el propio proceso de aplicación, los riesgos potenciales y la capacidad de mantenimiento del sistema a lo largo de todo el ciclo de vida (Figura 3).

IIRA es un modelo de capas que tiene en cuenta cuatro puntos de vista diferentes (negocio, uso, funcional y de aplicación). Se centra en las capacidades desde la perspectiva del software y de sus procesos de negocio. Cada uno de los cuatro puntos de vista descritos en IIRA se puede comparar con las capas respectivas en el eje vertical de RAMI 4.0; RAMI 4.0 complementa el modelo con los ejes del “ciclo de vida” (con tipos e instancias) y “niveles jerárquicos”. Por otra parte, la relación con el mundo de las cosas es elemental. Esto se especifica como un componente Industrie 4.0 en el modelo de arquitectura de referencia e incluye, como se indicó anteriormente, una descripción de la comunicación en la sintaxis y la semántica en una herramienta administrativa (Figura 4).