Pirámide de la automatización: dominar la Industria 4.0

La pirámide de automatización, como concepto fundamental en la automatización industrial, ofrece una jerarquía estructurada para la integración de tecnologías en los procesos de producción. 

Desde el nivel de campo, con la interacción directa con los sensores, hasta el nivel de empresa, para la toma de decisiones estratégicas, constituye la columna vertebral de los sistemas de producción modernos. 

En este artículo de blog, descubrirá en detalle cómo son los distintos niveles de la pirámide de automatización, qué objetivos y beneficios puede conseguir con esta estructura y qué aplicaciones prácticas son posibles.

definición de pirámide de automatización

Pirámide de automatización - Definición

La pirámide de la automatización es modelo jerárquicoque se utiliza en la automatización industrial para estructurar distintos niveles de control y supervisión en los procesos de producción. 

Esta pirámide suele constar de cuatro niveles principales:

  1. A nivel de campo: Aquí es donde los sensores y actuadores interactúan directamente con los procesos físicos. Este nivel está directamente conectado con las máquinas y los sistemas.
  2. nivel de control: En este nivel se procesan los datos del nivel de campo y se toman decisiones para controlar los procesos. En este nivel se sitúan los controladores lógicos programables (PLC) y otras unidades de control.
  3. Nivel de control: Este nivel supervisa y optimiza los procesos de producción. Aquí se utilizan sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) para ofrecer una visión completa de los procesos.
  4. A nivel de empresa: Las decisiones empresariales estratégicas se toman al más alto nivel. Aquí es donde se analizan los datos de producción para aumentar la eficiencia, controlar los costes y mejorar el rendimiento global de la empresa.

La pirámide de automatización permite la integración sistemática de tecnologías de automatización, lo que se traduce en un control eficaz y coordinado de los procesos de producción. Este modelo constituye la base de una automatización organizada y bien estructurada en la industria.

Los distintos niveles de la pirámide de la automatización

La pirámide de la automatización consta de varios niveles, cada uno con funciones específicas en la automatización industrial. Automatización cumplir. 

Los principales niveles de la pirámide de automatización son los siguientes:

  1. Sobre el terreno

Función: En este nivel se produce la interacción directa con los procesos físicos. Los sensores y actuadores se localizan aquí y recogen datos directamente de máquinas y sistemas.

Tareas: Registro de variables de proceso como temperatura, presión, posición, etc. y ejecución de comandos por actuadores.

  1. Nivel de control

Función: Este nivel procesa los datos del nivel de campo y toma decisiones para controlar los procesos.

Tareas: Aquí se encuentran los controladores lógicos programables (PLC) y otras unidades de control. Supervisan y controlan los procesos en tiempo real.

  1. Nivel de control

Función: El nivel de control supervisa y optimiza los procesos de producción. Proporciona una visión global de los procesos.

Tareas: Los sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) permiten visualizar y controlar los procesos. Se registran y analizan datos exhaustivos.

  1. Empresa

Función: El nivel más alto de la pirámide de automatización, donde se toman las decisiones empresariales estratégicas.

Tareas: En este nivel se analizan los datos de producción para alcanzar los objetivos empresariales. Aquí se toman las decisiones sobre asignación de recursos, planificación de capacidades y objetivos estratégicos a largo plazo.

Estos niveles funcionan conjuntamente, los datos fluyen desde el nivel de campo hacia arriba a través de la jerarquía y los comandos de control se transmiten de arriba abajo al mismo tiempo. La pirámide de automatización crea un entorno estructurado para la implantación de tecnologías de automatización en la industria.

objetivos de la pirámide de automatización

Objetivos y ventajas de la pirámide de automatización

La pirámide de la automatización ofrece una jerarquía estructurada para la implantación de tecnologías de automatización en la producción industrial. 

Los objetivos y beneficios de esta pirámide son múltiples:

Objetivos de la pirámide de automatizaciónVentajas de la pirámide de automatización
Aumento de la eficacia: Los procesos pueden organizarse y controlarse más eficazmente estructurando claramente las funciones de automatización.Aplicación estructurada: Permite implantar tecnologías de automatización paso a paso, empezando por el nivel de campo y ascendiendo gradualmente.
Mejora de la calidad: El control preciso de los procesos de producción mejora la calidad de los productos.Fácil mantenimiento: Una jerarquía clara facilita la identificación de problemas y el mantenimiento a todos los niveles.
Reducción de costes: Los costes de explotación pueden reducirse mediante la automatización, en particular aumentando la eficiencia y reduciendo los errores.Adquisición de datos integrada: Desde el nivel de campo hasta el de empresa, la pirámide permite una recogida de datos integrada para el análisis y la toma de decisiones.
Flexibilidad: La estructura piramidal permite una adaptación flexible a los cambiantes requisitos y tecnologías de producción.Escalabilidad: Las empresas pueden escalar la automatización en función de sus necesidades, ya sea añadiendo nuevos sensores a nivel de campo o implantando tecnologías más avanzadas a niveles superiores.
Seguridad: Una jerarquía clara facilita la aplicación de medidas y protocolos de seguridad a varios niveles.Ampliación sencilla: Las nuevas tecnologías e innovaciones pueden integrarse fácilmente en la estructura existente, con lo que la pirámide está preparada para el futuro.

La pirámide de automatización persigue objetivos como Aumento de la eficacia, Mejora de la calidad, Reducción de costes, Flexibilidad y Seguridad

Estos objetivos se consiguen gracias a diversas ventajas, como la implantación estructurada, el mantenimiento sencillo, la adquisición de datos integrada, la escalabilidad y la facilidad de ampliación.

Tecnologías de los niveles individuales

Los distintos niveles de la pirámide de automatización utilizan tecnologías diferentes para cumplir los requisitos específicos de cada nivel jerárquico. Estas son las tecnologías típicas de cada nivel:

  1. Sobre el terreno

Sensores y actuadores: Detectar parámetros físicos como temperatura, presión, posición y realizar acciones.

  • Sensores de temperatura
  • Sensores de presión
  • Motores paso a paso

Internet industrial de las cosas (IIoT): Conexión en red de dispositivos para la supervisión y adquisición de datos en tiempo real.

  • Etiquetas RFID
  • Cámaras inteligentes

Autobuses de campo: Protocolos de comunicación para el intercambio de datos entre sensores, actuadores y unidades de control.

  • Profibus
  • Modbus
  • DeviceNet
  1. Nivel de control

Controladores lógicos programables (PLC): Unidades de control para procesar los datos del campo y tomar decisiones.

  • Siemens S7
  • Allen-Bradley
  • ControlLogix

Sistemas de control distribuido (DCS): Sistemas de control distribuido para el control coordinado de múltiples procesos.

  • Yokogawa CENTUM
  • Sistema ABB 800xA

Autobuses a nivel de campo: Comunicación entre distintos componentes de control.

  • CANopen
  • EtherCAT
  • Interfaz AS
  1. Nivel de control

Control de supervisión y adquisición de datos (SCADA): Visualización y seguimiento de procesos en tiempo real.

  • Wonderware
  • Encendido
  • WinCC

Interfaz hombre-máquina (HMI): Interfaces de usuario para interactuar con los procesos.

  • Siemens SIMATIC HMI
  • Schneider Electric Vijeo Citect

Historiador: Guarda y analiza los datos históricos de producción.

  • Sistema OSIsoft PI
  • GE Historiador Digital
  1. Empresa

Planificación de recursos empresariales (ERP): Software para la planificación de recursos a nivel de empresa.

  • ERP SAP
  • Oracle E-Business Suite

Sistema de Ejecución de la Fabricación (MES): Coordina y supervisa los procesos de producción.

  • Apriso FlexNet
  • Werum PAS-X

Inteligencia empresarial (BI): Herramientas de análisis para la toma de decisiones estratégicas.

Cada una de estas tecnologías cumple funciones específicas en su nivel respectivo y permite una comunicación fluida entre los niveles. La integración de estas tecnologías garantiza una automatización eficaz y coordinada de los procesos industriales.

El papel de la pirámide de automatización en la Industria 4.0

La pirámide de automatización desempeña un papel clave en la aplicación de los principios de la Industria 4.0. 

Industria 4.0 hace referencia a la cuarta revolución industrial, que se caracteriza por la integración de la digitalización, las redes y las tecnologías inteligentes en la producción industrial. 

La pirámide de automatización actúa como Modelo organizativo y conceptualque constituye la base para la aplicación de los principios de la Industria 4.0. 

Estos son algunos aspectos de la relevancia de la pirámide de la automatización en la Industria 4.0:

  • Integración de las tecnologías de la información (TI) y las tecnologías operativas (TO): El objetivo de la Industria 4.0 es integrar a la perfección las TI y las OT. La pirámide de automatización proporciona una estructura que conecta los diferentes niveles de automatización de la producción, permitiendo la comunicación integrada de datos y el intercambio de información.
  • Redes horizontales y verticales: La pirámide de automatización permite la interconexión horizontal y vertical. Horizontal se refiere a la integración de tecnologías en un nivel jerárquico específico (por ejemplo, integración de máquinas en el mismo nivel), mientras que la interconexión vertical permite la comunicación entre niveles (por ejemplo, intercambio de datos del nivel de campo al nivel de empresa).
  • Flexibilidad y adaptabilidad: La Industria 4.0 aspira a sistemas de producción flexibles y adaptables. La pirámide de automatización proporciona una base estructurada que permite a las empresas reaccionar con flexibilidad a los cambios, ya sea añadiendo nuevos sensores a nivel de campo o implementando tecnologías avanzadas en niveles superiores.
  • Datos y análisis en tiempo real: La Industria 4.0 subraya la importancia de los datos y análisis en tiempo real para una producción basada en datos. La pirámide de automatización permite recopilar datos en tiempo real sobre el terreno y analizarlos en niveles superiores, lo que permite tomar decisiones rápidas y fundamentadas.

En conjunto, la pirámide de la automatización proporciona una base estructurada para alcanzar los objetivos de la Industria 4.0, entre ellos el aumento de la eficiencia, la flexibilidad, la transparencia y la adaptabilidad en la producción industrial.

Desafíos

La pirámide de la automatización se enfrenta a varios retos que pueden influir en su implantación y utilización. 

Los retos que debe tener en cuenta son

  1. Interoperabilidad: Los distintos niveles de la pirámide de automatización suelen utilizar tecnologías y normas diferentes. Garantizar una interoperabilidad sin fisuras entre estos sistemas puede ser una tarea compleja.
  2. Seguridad: Con la creciente interconexión de los distintos niveles, el riesgo de Ciberataques. La seguridad de los sistemas de automatización, especialmente sobre el terreno, reviste una importancia crucial para evitar el acceso no autorizado y la manipulación de datos.
  3. Escalabilidad: La pirámide de la automatización debe ser escalable para hacer frente al crecimiento de las necesidades y los volúmenes de datos. Debe ser posible añadir nuevos dispositivos, sensores o aplicaciones sin grandes esfuerzos.
  4. Sistemas heredados: Muchas empresas utilizan sistemas de automatización antiguos que no se diseñaron para la Industria 4.0 desde el principio. Integrar estos sistemas heredados en soluciones de automatización modernas puede ser todo un reto.
  5. Seguridad y protección de datos: Con el aumento de la recopilación de datos en varios niveles de la pirámide de la automatización, es crucial proteger estos datos de accesos no autorizados y cumplir la normativa de protección de datos.
  6. Complejidad de la aplicación: La introducción de soluciones de automatización a todos los niveles suele requerir una amplia labor de formación e implantación. La complejidad de estos procesos puede suponer un reto para las organizaciones.
  7. Costes: Las inversiones en modernización e integración de sistemas de automatización pueden ser considerables. Las empresas se enfrentan al reto de sopesar los beneficios de estas inversiones frente a los costes.
  8. Dinámica del mercado: La rápida evolución de las nuevas tecnologías y las normas del sector puede dificultar que las organizaciones se mantengan al día de los últimos avances y actualicen sus sistemas en consecuencia.

Estos retos exigen una planificación cuidadosa, una estrategia clara y, a menudo, la colaboración con expertos para garantizar el éxito de la implantación y utilización de la pirámide de automatización.

casos de uso de la pirámide de automatización

Ejemplos

A continuación encontrará tres casos de uso de la pirámide de automatización en diversos sectores:

Industria de producción - Línea de producción automatizada

Problemas:

  • Las intervenciones manuales en la línea de producción provocan pérdidas de eficiencia
  • Dificultades para adaptarse rápidamente a los cambios de producción

Solución:

  • Integración de tecnologías de automatización sobre el terreno para una línea de producción continua y eficaz
  • Adaptación rápida a los cambios de producción gracias a la integración de los sistemas de control

Ejemplo: línea de producción automatizada en la industria del automóvil

Un fabricante de automóviles integra sistemas robotizados sobre el terreno para realizar diversas fases de montaje de forma automática. Esto incluye la soldadura, la pintura y el montaje de componentes. Esta automatización hace que la cadena de producción sea más eficiente y flexible para responder a los distintos modelos y requisitos de los vehículos.

Más información sobre el Digitalización del sector de la construcción en el artículo enlazado.

Suministro de energía - Supervisión automatizada de las redes eléctricas

Problemas:

  • La supervisión manual de las redes eléctricas requiere mucho trabajo y es imprecisa
  • Retrasos en la detección de fallos en la red eléctrica

Solución:

  • Utilización de sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) a nivel de control para la supervisión en tiempo real de las redes eléctricas.
  • Detección automática de fallos y respuesta rápida mediante la integración de sistemas de control

Ejemplo: supervisión automatizada de las redes eléctricas en el sector de la energía

Una empresa de suministro energético implanta sistemas SCADA para supervisar las redes eléctricas en tiempo real. Estos sistemas recogen continuamente datos sobre flujos de corriente, tensiones y otros parámetros relevantes. En caso de avería, se envía una notificación automática y el sistema de control permite una respuesta rápida para rectificar los problemas.

Logística - Gestión automatizada de almacenes

Problemas:

  • Los procesos manuales de gestión de almacenes provocan errores y retrasos
  • Dificultades en la gestión eficaz de las existencias

Solución:

  • Implantación de sistemas de automatización de almacenes a nivel de control y gestión
  • Gestión automatizada de los niveles de existencias, picking y expedición para una logística eficaz

Ejemplo: gestión automatizada de almacenes en logística

Una empresa de comercio electrónico utiliza sistemas de automatización de almacenes que emplean máquinas automáticas de almacenamiento y recuperación y cintas transportadoras. Estos sistemas permiten automatizar el almacenamiento, la preparación de pedidos y la recuperación de productos en el almacén. La integración de sensores y sistemas de control permite una gestión precisa y eficaz del almacén.

Estos ejemplos ilustran cómo la pirámide de la automatización puede utilizarse en distintos sectores para automatizar procesos manuales y aumentar la eficiencia, aunque no se tengan en cuenta tecnologías específicas de IA.

caja verde con logotipo konfuzio

Apoyo a la automatización con Konfuzio

Konfuzio es una plataforma de IA para el procesamiento inteligente de documentos que transforma los datos no estructurados en información práctica. 

Konfuzio utiliza el reconocimiento de imágenes y la extracción de texto para automatizar el tratamiento de documentos, optimiza los procesos empresariales y permite extraer datos con precisión para diversas aplicaciones. 

La plataforma es flexible, personalizable y ayuda a empresas de diversos sectores a automatizar los flujos de trabajo documentales.

Konfuzio y Pirámide de Automatización = ¿Combinación perfecta?

La pirámide de automatización y Konfuzio pueden trabajar juntos en varios niveles de la automatización industrial para permitir procesos más eficientes e inteligentes. 

La cooperación puede ser, por ejemplo, la siguiente:

  1. Adquisición de datos y nivel de campo:

    La pirámide de la automatización comprende el nivel más bajo, el de campo, en el que operan sensores y actuadores. 
    Para ello, Konfuzio permite el reconocimiento de imágenes y la extracción de texto a nivel de campo. 
    Esto incluye la captura automatizada de información de imágenes y documentos de texto en tiempo real.

  2. Nivel y control del proceso:

    Los procesos se supervisan y controlan en el nivel de control de la pirámide de automatización. 
    Konfuzio extrae datos de documentos no estructurados y los integra en el proceso automatizado de toma de decisiones. 
    Por ejemplo, se analizan facturas, informes u otros documentos para obtener información que permita tomar decisiones a este nivel.

  3. Seguimiento y diagnóstico:

    A nivel de supervisión, Konfuzio y la pirámide de automatización trabajan juntos para mejorar el reconocimiento de patrones y las funciones de diagnóstico. 
    Konfuzio ofrece, por ejemplo, reconocimiento de imágenes para la supervisión visual de sistemas o OCR (reconocimiento óptico de caracteres) para el análisis automatizado de documentos de texto.

  4. Nivel directivo y empresarial:

    A nivel empresarial, Konfuzio ayuda a convertir los datos no estructurados en información de negocio. 
    Esto es útil para la toma de decisiones en los niveles superiores de la pirámide de automatización, incluida la planificación y la gestión estratégica.

  5. Optimización y aprendizaje continuos:

    Konfuzio le ayuda a desarrollar modelos de aprendizaje automático basados en los datos recopilados. 
    A continuación, la pirámide de automatización utiliza estos modelos en tiempo real para optimizar continuamente los procesos. 
    Por ejemplo, podría utilizar el reconocimiento de imágenes para reconocer anomalías en una fase temprana y activar medidas preventivas.

La integración de Konfuzio en la pirámide de la automatización ofrece la oportunidad de aprovechar las ventajas del procesamiento inteligente de datos y el análisis de máquinas en todos los niveles de la automatización industrial. El resultado es una producción más eficiente, precisa y ágil.

Conclusión - Konfuzio y la pirámide de automatización crean sinergias inteligentes

La pirámide de automatización desempeña un papel decisivo en la industria al armonizar la jerarquía de niveles de automatización y permitir procesos eficientes y coordinados. 

La integración de aplicaciones como Konfuzio, una plataforma de IA para el tratamiento de documentos, refuerza este efecto al hacer un uso inteligente de los datos no estructurados. 

De cara al futuro, hay indicios de que el avance de tecnologías como la aprendizaje automático y los análisis avanzados optimizarán aún más la pirámide de la automatización y abrirán nuevas posibilidades a la Industria 4.0. 

La combinación de jerarquías establecidas y soluciones innovadoras de IA promete, por tanto, un desarrollo pionero en el campo de la automatización industrial.

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