Presentación

PRECON-I4
Sistemas informáticos predecibles y confiables para la industria 4.0
Predictable and dependable computer systems for Industry 4.0

PRECON-I4 es un proyecto coordinado financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades y los fondos FEDER (AEI/FEDER, UE) (TIN2017-86520-C3-[1-2-3]-R) formado por los grupos

Duración: 2018-2020

Resumen:

Existe mucha experiencia en torno a una industria automatizada a diversos niveles, desde los sistemas ciberfísicos que incluyen sistemas de monitorización y control de herramientas y máquinas, pasando por sistemas más o menos conectados a centros de control, hasta los niveles más altos de gestión de procesos industriales y dirección. Sin embargo, en la industria actual las conexiones entre estos elementos son incompletas y no es posible aprovechar la potencialidad de la fusión y convergencia de toda la información sobre la planta.

La Industria 4.0 pretende incorporar al ámbito industrial los conceptos de Internet de las Cosas (IoT) en donde cada dispositivo por minúsculo que sea se conecta a la red y se facilita su seguimiento, monitorización y control desde niveles superiores basados en tecnologías de computación en la nube y Big Data. Sin embargo, la industria presenta requisitos que no están presentes en la generalidad de los sistemas IoT, tales como la predictibilidad de los tiempos de respuesta y la confiabilidad expresada en términos de integridad y confidencialidad.

Por todo ello, en el desarrollo futuro de la Industria 4.0 son claves la incorporación de estas propiedades de predictibilidad y confiabilidad a todos los niveles involucrados en los sistemas industriales conectados: desde los sistemas ciberfísicos en el nivel inferior, hasta los sistemas de computación en la nube en los que se aplican técnicas de Big Data para gestionar la cantidad ingente de información que se genera en los procesos industriales, y sin olvidar el elemento aglutinador para la transmisión de información compuesto por las redes de comunicaciones y el software de intermediación (middleware). Este proyecto pretende abordar el desarrollo de tecnología facilitadora para integrar estas propiedades en un entorno de Industria 4.0.
Para alcanzar este objetivo general, en el proyecto se abordará toda la cadena de tecnologías en que se apoyan los sistemas industriales y su interconexión. En los niveles más bajos se establecerán mecanismos para reforzar la predictibilidad y el aislamiento de la ejecución en sistemas ciberfísicos y se diseñará y desarrollará middleware específico de comunicación horizontal entre ellos.

En los niveles intermedios se propondrá el uso de middleware de comunicaciones estándar orientado a los datos, para la comunicación vertical entre nodos en la fábrica y en la nube. Para que este middleware sea fácil de usar será necesario desarrollar herramientas para la monitorización, despliegue y elaboración de información.

En los niveles superiores se implementarán herramientas y mecanismos para el desarrollo de aplicaciones predecibles y confiables en máquinas virtuales, usando tecnologías del ámbito de la computación en la nube. Asimismo, se explorará el uso de una arquitectura de entorno industrial en base a tecnologías del ámbito de Big Data, que permita convivir aplicaciones con requisitos de tiempo real, integridad y confidencialidad con otras sin estos requisitos.

Como consecuencia de los métodos y herramientas desarrollados se elaborarán unos requisitos generales recomendables para los fabricantes de maquinaria industrial cuyo cumplimiento facilite su integración en entornos de Industria 4.0. Con objeto de comprobar la aplicabilidad de los resultados del proyecto se aplicarán los métodos y técnicas del proyecto a diversos casos de estudio.

Summary:

There is a lot of experience around automated industry at various levels, from cyber-physical systems that allow monitoring and controlling tools and machines, through systems partly connected to control centers, up to the highest levels of industrial process management. However, in current industry the connections between these elements are incomplete and it is not possible to take advantage of the potential of merging all the information about the plant.

Industry 4.0 is an initiative that aims at incorporating into the industrial environment the concepts of Internet of Things (IoT) where each device is connected to the network and facilitates its monitoring and control from higher levels, based on cloud computing and Big Data technologies. However, industry presents requirements that are not present in general IoT systems, such as the predictability of response times and dependability expressed in terms of integrity and confidentiality.

Therefore, in the future development of Industry 4.0, it is essential to incorporate these predictability and dependability properties into all the levels involved in connected industrial systems: from cyber-physical systems at the lower level, to cloud computing systems in which Big Data techniques are applied to manage the huge amount of information generated in the industrial processes, and not forgetting the components involved in the transmission of information, composed of communication networks and middleware. This project aims at addressing the development of enabling technology to integrate these properties in an Industry 4.0 environment.

To achieve this general objective, the project will address the entire chain of technologies that support industrial systems and their interconnection. At the lower levels, mechanisms will be established to reinforce the predictability and isolation of software components in cyber-physical systems. For this purpose, specific middleware will be designed and developed for the horizontal communication among these systems.

At the intermediate levels, the project will propose the use of data-oriented standard communications middleware for the vertical communication among the nodes in the factory and in the cloud. For this middleware to be easy to use, it will be necessary to develop tools for monitoring, deploying and elaborating the transmitted information.

At the higher levels, tools and mechanisms will be implemented for the development of predictable and dependable applications in virtual machines using cloud computing technologies. In addition, the use of an industrial environment architecture based on Big Data technologies will be explored, allowing applications with real-time, integrity and confidentiality requirements to co-exist with others without these requirements.

As a result of the methods and tools developed in the project, guidelines will be defined to aid industrial machinery manufacturers to comply with the integration of their equipment in Industry 4.0 environments. In order to check the applicability of the project results, the project methods and techniques will be applied to various case studies.

KEY WORDS OF THE COORDINATED PROJECT: Industry 4.0, Predictability, Dependability, Cyber-Physical Systems, Virtualization, Middleware, Cloud Computing, Big Data