Unified Namespace: La Fuente Única de Datos

El Unified Namespace (UNS), o Espacio de Nombres Unificado, está llamado a ser el siguiente paso evolutivo en los sistemas de automatización industrial basados en datos, conformando una "fuente única de verdad para todos los datos e información" en toda la infraestructura de cualquier organización. Tras mencionarlo previamente en el contexto de los historiadores de datos, hoy profundizaremos en el concepto de Unified Namespace, resumiendo todo lo que necesitas saber sobre estas soluciones de datos, su papel en la habilitación de las operaciones de una red empresarial moderna preparada para la Industria 5.0, y los aspectos técnicos de su implementación sobre tu infraestructura de automatización industrial existente.

¿Qué es Unified Namespace (UNS)?

Unified Namespace (UNS) es una tecnología relativamente nueva, por lo que no sorprende que incluso las personas que trabajan en el campo de la automatización industrial puedan no estar familiarizadas con este concepto y la solución técnica que describe. Comencemos aclarando qué es realmente el UNS.

Unified Namespace es una capa de software en el sistema de automatización industrial del futuro, que actúa como un repositorio centralizado de todos los datos recopilados de sensores, dispositivos IIoT, máquinas, soluciones robóticas y otros componentes del sistema, así como de todo su contexto.

Según Walker Reynolds, arquitecto de soluciones IIoT e Industria 4.0 y uno de los principales divulgadores de este concepto, "El Unified Namespace es una fuente única de verdad para todos los datos e información en tu negocio. Es un lugar donde reside el estado actual del negocio. Es el centro a través del cual las cosas inteligentes de tu negocio se comunican entre sí".

Según el experto, el UNS desempeñará un papel fundamental en la infraestructura de TI empresarial del futuro y en la arquitectura de cualquier proyecto de transformación digital en la era de la Industria 4.0/5.0.

El UNS es un ejemplo de patrón de diseño de software de arquitectura orientada a eventos (EDA), que se explicará con más detalle a continuación.

Un Unified Namespace típico consta de una instalación de almacenamiento físico donde se almacenan todos los datos, una API que permite a todas las aplicaciones y sistemas de software dentro de una organización acceder a los datos almacenados en el UNS, y una combinación de sistemas de software y hardware utilizados para recopilar datos de componentes de red que no pueden conectarse directamente al UNS.

El UNS registra y presenta solo el estado actual, en tiempo real, de cada proceso, aplicación o flujo de datos. Para acceder a datos históricos de series temporales, se requiere otro componente del sistema: el data lake.

Profundicemos un poco más en el concepto de data lake.

¿Qué es un Data Lake?

Un data lake (lago de datos) recopila y almacena todos los datos históricos de los componentes e infraestructura del sistema de automatización industrial, incluyendo SCADAs, ERPs y MES (sistemas de ejecución de fabricación). Los datos se recopilan y almacenan en todos los formatos y estructuras nativas: estructurados, semiestructurados y no estructurados.

La utilización de un data lake permite a las empresas almacenar datos de todas las fuentes dentro de su red empresarial en un solo lugar, permitiendo a los empleados encontrar y acceder rápidamente a la información que necesitan, realizar análisis y colaborar en tiempo real.

Data Lake vs. Data Warehouse

Existe otro concepto que puede ser confusamente similar al data lake: el data warehouse (almacén de datos). Aclaremos la diferencia entre estos dos.

¿Qué es la Arquitectura Orientada a Eventos (EDA)?

La arquitectura orientada a eventos (EDA) es un patrón de diseño de software centrado en proporcionar la arquitectura para el desarrollo de sistemas altamente cargados, escalables y manejables con grandes cantidades de datos y múltiples aplicaciones. EDA como patrón de diseño se enfoca en eventos generados por varios componentes del sistema (aplicaciones, sensores, PLCs y otros elementos), y luego detectados, recibidos y consumidos por múltiples otros nodos dentro de la red empresarial.

La arquitectura orientada a eventos ha ganado impulso en los últimos años como una forma de construir soluciones intensivas en datos capaces de manejar una carga significativa generada por una multitud de componentes de red. Proporciona a los ingenieros de sistemas un marco de diseño de software que puede soportar soluciones verdaderamente flexibles y escalables que procesan grandes cantidades de datos en tiempo real.

Como su nombre indica, en la arquitectura orientada a eventos, el sistema se construye alrededor de los eventos como fuerza impulsora detrás de las interacciones de red. Un evento puede definirse como un cambio significativo en el estado de un elemento de red, generado por cualquier componente dentro o fuera de la organización, incluyendo usuarios humanos, sistemas de software, sensores, etc.

Los eventos dentro de una red basada en EDA son generados por los llamados productores de eventos y consumidos por los consumidores de eventos (cualquier parte de la red que requiera la actualización de datos del nodo productor). En respuesta a un evento recibido, un consumidor puede guardarlo en un data lake o historiador de datos, o activar un nuevo proceso como respuesta a la actualización. Todos los eventos en EDA son inmutables (no se pueden cambiar ni eliminar) y se publican en orden de serie temporal.

EDA permite el procesamiento rápido y sencillo de datos en tiempo real, simplificando la sincronización de eventos entre un gran número de nodos de red. Los principales beneficios del uso de sistemas de automatización industrial basados en EDA son que pueden mejorar significativamente la eficiencia de la gestión de datos y facilitar la implementación de integraciones funcionales de diferentes componentes de red entre sí.

¿Por qué implementar UNS?

La implementación de un Unified Namespace puede proporcionar una multitud de beneficios a una organización, aumentando la eficiencia, agilizando la comunicación entre varios equipos y empleados, mejorando la seguridad, reduciendo costos, minimizando errores de producción, etc.

Todo esto se puede lograr porque el UNS facilita enormemente a una empresa establecer y mantener una infraestructura de TI que proporcione a las personas en cada capa de la estructura empresarial la capacidad de obtener los datos correctos en el momento adecuado.

Para entender por qué el UNS es tan beneficioso como parte de un sistema de automatización industrial de próxima generación, primero debemos analizar la arquitectura industrial tradicional. Tiene una serie de debilidades en comparación con una arquitectura basada en UNS.

Debilidades de la Arquitectura Industrial Tradicional (Pre-UNS)

La arquitectura tradicional que todavía se utiliza actualmente en la mayoría de los sistemas de automatización industrial es una estructura jerárquica. De acuerdo con este modelo, todas las plataformas que forman parte de la red de TI empresarial están conectadas en una estructura piramidal donde cada capa de software comparte datos solo con las capas que están directamente encima o debajo. De esta manera, los datos solo pueden moverse secuencialmente hacia arriba o hacia abajo de una capa a otra a través de conexiones punto a punto entre ellas.

Veamos las debilidades más notables de este enfoque para la utilización de datos industriales.

• Requiere múltiples conexiones de datos punto a punto. Para habilitar la transmisión de datos de una máquina industrial o PLCs (controladores lógicos programables) a la nube con arquitectura tradicional, se requieren múltiples conexiones de datos punto a punto. Los datos del PLC, por ejemplo, deben ir al sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), luego al MES (sistema de ejecución de fabricación), del MES al ERP, y solo entonces del ERP a la nube.
• Altos costos. No hace falta decir que tal enfoque no es muy eficiente, ya que tanto la implementación de múltiples conexiones de datos punto a punto como el mantenimiento de dicho sistema son bastante caros.
• Incompatibilidad de formatos de datos. Otro gran problema de la estructura jerárquica de integración de datos es que los diferentes sistemas de software empresarial, como SCADAs y ERPs, suelen utilizar formatos de datos variados, lo que lo hace adicionalmente lento, ya que los mismos datos deben convertirse a formatos compatibles a medida que viajan a través de las capas del sistema de infraestructura de TI empresarial.
• Brechas en los datos y retrasos en su entrega. Debido a los factores descritos anteriormente, los datos recibidos a través de esta arquitectura vertical tradicional a menudo son de baja calidad con errores y brechas. Además, requiere conexiones de alta velocidad, consumiendo grandes volúmenes de tráfico y causando retrasos en la entrega de datos cuando el ancho de banda no es lo suficientemente alto.
• Escalabilidad deficiente. La necesidad de implementar múltiples conexiones de datos punto a punto de arriba a abajo de la infraestructura de TI empresarial también hace que las soluciones basadas en dicha arquitectura sean muy difíciles y costosas de escalar.
• Terreno fértil para la deuda técnica. Con tantas integraciones de datos, interfaces de aplicaciones y formatos de datos involucrados, tales sistemas también acumulan rápidamente deuda técnica, volviéndose cada vez más problemáticos con el tiempo.

Beneficios de la Arquitectura Unified Namespace

Una arquitectura Unified Namespace, por otro lado, generalmente se construye sobre una sola interfaz de comunicación que conecta cada capa de la red a un repositorio centralizado de datos que contiene toda la información sobre la estructura jerárquica de todos los componentes del sistema.

Típicamente, una arquitectura UNS se construye sobre uno de los protocolos IIoT más comunes. Con mayor frecuencia, se utiliza un broker MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) para estos fines.

MQTT es un protocolo de red de comunicación industrial ligero de publicación-suscripción que transporta mensajes entre dispositivos. MQTT fue diseñado para ubicaciones remotas y conexiones con alta latencia, bajo ancho de banda y redes poco confiables.

MQTT es uno de los principales protocolos de mensajería utilizados en sistemas IIoT (Internet Industrial de las Cosas). Debido a su simplicidad y flexibilidad, hoy en día MQTT se utiliza comúnmente en entornos integrados para la comunicación máquina a máquina y se está convirtiendo en un protocolo de código abierto estándar de facto para conectar dispositivos IoT.

En la arquitectura UNS, un broker MQTT sirve como entidad intermediaria, recibiendo datos de los nodos de red y transmitiéndolos a los suscriptores relevantes. Se utiliza una pasarela IIoT para conectar componentes que no están preparados para IIoT. El protocolo MQTT se utiliza en soluciones UNS con mayor frecuencia, ya que tiene arquitectura abierta, es ligero, basado en el borde (edge-driven) y admite informes por excepción. Hablaremos de la importancia de estos cuatro factores al integrar una solución UNS en las siguientes secciones.

Aquí están los beneficios más notables de implementar la arquitectura UNS en comparación con los modelos jerárquicos tradicionales.

• Acceso único a todos los datos empresariales. La arquitectura UNS permite a cualquier persona en todas las capas de la estructura organizacional, desde empleados regulares hasta responsables de la toma de decisiones y accionistas de la empresa, obtener acceso instantáneo a información contextualizada desde cualquier nodo de la red industrial, incluyendo todo el equipo de hardware, herramientas de software y dispositivos IIoT.
• Gran escalabilidad. Este enfoque hace que el sistema sea muy fácil de escalar, ya que la recopilación y el consumo de datos se ejecutan a través de un hub central UNS que puede habilitar una comunicación fluida e instantánea de una multitud de nodos simultáneamente.
• Menores costos. La implementación de la arquitectura UNS también permite a las organizaciones reducir los costos relacionados con la infraestructura de datos, ya que solo necesitan construir una interfaz de comunicación para cubrir su red de TI en lugar de múltiples conexiones punto a punto en la estructura jerárquica tradicional.
• Integración sencilla. Integrar nuevos nodos y elementos en la red también es considerablemente más fácil con la arquitectura UNS, ya que el proceso es mucho más simple y no requiere servicios de ingeniería altamente especializados.
• Mayor eficiencia y tiempo de comercialización más rápido. Con todos los beneficios descritos anteriormente, las organizaciones pueden mejorar la velocidad y eficiencia de todos sus procesos, logrando un tiempo de comercialización más rápido con acceso instantáneo a todos los datos requeridos en cada capa del proceso de producción, desde el diseño y la planificación hasta las pruebas y la fabricación.
• Presentación estandarizada de datos en todos los formatos. Los datos proporcionados por el UNS se representan de manera estandarizada y consistente, incluso cuando se recuperan en diferentes formatos de diversas máquinas y sistemas de software.
• Reducción de la complejidad de la red y menor necesidad de conocimiento detallado del sistema. El UNS, al ser mucho más simple en comparación con una estructura jerárquica tradicional, reduce la necesidad de conocimiento detallado del sistema, permitiendo que incluso personas con poco o ningún conocimiento de las tecnologías de red empresarial accedan y utilicen rápidamente los datos proporcionados por el UNS.

Aplicaciones de UNS

Revisemos algunas de las aplicaciones más comunes e importantes para un Unified Namespace dentro de una red de automatización industrial empresarial.

• Adopción de una convención de nomenclatura estándar para todas las capas de la infraestructura de TI. La implementación de un UNS permite a las organizaciones adoptar una convención de nomenclatura estándar para todos los componentes de la infraestructura de TI empresarial, incluyendo partes de maquinaria, equipos, robots, dispositivos IoT, herramientas y otras soluciones. Tener una convención de nomenclatura estándar facilita enormemente a la empresa crear tareas y asignarlas al personal apropiado, realizar el mantenimiento del equipo y ejecutar varios otros procesos que forman parte de las operaciones industriales.
• Acceso a tipos de datos definidos por el usuario (UDT) para todos los empleados de la empresa. La introducción de tipos de datos definidos por el usuario (UDT), que suele ser la base de cualquier estructura UNS, permite mejorar significativamente la eficiencia y uniformidad de todos los procesos industriales. Los UDT se utilizan para agrupar datos y simplificar la traducción de los datos recuperados de varios PLCs y otros equipos de hardware a un modelo estándar. Esto permite a los empleados de la empresa en todos los equipos y niveles corporativos acceder fácilmente a los datos recuperados de una pieza específica de equipo, incluso si está situada en una ubicación geográfica diferente y utiliza un formato de datos incompatible con los sistemas de software utilizados por un empleado para presentar esta información en un formato visible.
• Análisis y reporting avanzados en tiempo real. La implementación de una convención de nomenclatura estándar y tipos de datos definidos por el usuario facilita el uso de UNS para la generación de análisis y reportes en tiempo real sobre prácticamente todos los aspectos de los procesos operativos, desde el mantenimiento y las pruebas de equipos hasta la integración de nuevo hardware y los procedimientos de modernización. Con los reportes y análisis habilitados por UNS, las empresas pueden lograr una mejora significativa en el mantenimiento de sus equipos (extendiendo así la vida útil del equipo y reduciendo costos), optimizar los procesos operativos, reducir el consumo de recursos y realizar múltiples otros cambios basados en datos.
• Agilizar la comunicación y la colaboración. El uso de UNS también permite a los equipos industriales agilizar la colaboración y la comunicación, simplificando no solo el acceso a toda la información requerida, sino también el proceso de asignación de tareas, intercambio de conocimientos y actualizaciones de estado, y una multitud de otros procesos.
• Escalado de la implementación de IIoT. Otra aplicación muy importante de UNS a mencionar es su papel en el escalado de la implementación de dispositivos y soluciones IIoT. Sin tener un UNS implementado, la adopción de una red IIoT compleja puede tardar meses o incluso años en algunos casos. La disponibilidad de un repositorio centralizado de datos hace que este proceso sea mucho más fácil y rápido, reduciendo el tiempo necesario para implementar una nueva red IIoT compleja a días y, a veces, incluso solo unas pocas horas.

UNS y Transformación Digital

En el mundo actual, las empresas y organizaciones no comerciales simplemente no pueden permitirse ignorar la necesidad de la transformación digital. De hecho, para muchas empresas, es una cuestión de mantenerse en el negocio y seguir el ritmo de la competencia. A medida que la penetración de tecnologías innovadoras en todas las industrias y segmentos de mercado continúa desarrollándose, las demandas del mercado y las expectativas de los clientes también aumentan. Y la transformación digital es la única forma en que las empresas pueden evolucionar y mantenerse en el juego cuando los estándares de productividad y eficiencia están aumentando, impulsados por nuevas tecnologías.

La transformación digital es un término general que describe varios procesos e iniciativas dirigidos a integrar nuevas tecnologías digitales en las operaciones comerciales, así como a modernizar los sistemas de TI/OT existentes, flujos de trabajo, enfoques y estrategias comerciales.

Observando el campo de la automatización industrial moderna, es seguro decir que un Unified Namespace es una de las partes más cruciales de los procesos de transformación digital. El UNS permite la ejecución de todas las principales innovaciones que un proyecto de transformación digital debe ofrecer a una empresa.

• Integración rápida y sencilla de varios dispositivos y sistemas dentro del entorno de fabricación y intercambio eficiente de datos entre ellos.
• Eliminación completa de formularios en papel y digitalización de todos los procesos.
• Intercambio de datos 100% en tiempo real entre todas las capas operativas de la infraestructura de la red industrial.
• Automatización y optimización de múltiples procesos y actividades de fabricación.
• Utilización de IA (inteligencia artificial) y ML (aprendizaje automático) para análisis de negocio, estimaciones y predicciones relacionadas con la utilización y el mantenimiento eficientes de los equipos.
• Recopilación y análisis automáticos de datos de todas las partes del sistema industrial.

UNS e Industria 4.0/5.0

Una solución de datos unificada, integrada en todos los componentes y capas de la infraestructura de TI empresarial, es uno de los requisitos previos centrales y más fundamentales para una migración exitosa a los estándares de la Industria 4.0 y ahora Industria 5.0 desde los sistemas y arquitecturas de automatización industrial de generaciones anteriores.

Naturalmente, desde el punto de vista de los datos, la implementación de un Unified Namespace juega un papel decisivo en la aceleración de los proyectos de Industria 4.0/5.0 y en la habilitación de operaciones fluidas de un sistema de Industria 4.0/5.0 con sus conexiones que abarcan todas las soluciones de software empresarial, incluyendo SCADAs, ERPs, MES y otras aplicaciones, así como con maquinaria y componentes de hardware como PLCs, sensores, actuadores, dispositivos robóticos, etc.

Resumamos brevemente dónde existen las soluciones UNS dentro de la arquitectura de Industria 4.0/5.0 y cómo un Unified Namespace puede habilitar y reforzar los proyectos de Industria 4.0/5.0 para empresas de automatización industrial en todos los campos.

• El UNS permite a los sistemas de Industria 4.0/5.0 utilizar un fácil acceso a los datos de diversas soluciones y fuentes dentro de la red de automatización industrial.
• Un UNS correctamente integrado en la infraestructura empresarial permite un nuevo nivel de comunicación eficiente entre departamentos y equipos dentro de la empresa, permitiendo a todos los empleados intercambiar datos rápidamente sin preocuparse por las diferencias en las convenciones de nomenclatura de elementos y otros problemas.
• El UNS también juega un papel clave en la habilitación del siguiente nivel de eficiencia en el mantenimiento de maquinaria y equipos, proporcionando a los departamentos y equipos de mantenimiento datos en tiempo real recuperados directamente de sensores, PLCs y otros componentes de hardware que forman parte de la maquinaria.
• Al depender de la arquitectura abierta y las conexiones sencillas basadas en API, el UNS facilita una integración rápida y simple de varios componentes de software y hardware que forman parte de la red de una organización, incluyendo ERPs, soluciones MES, CRM, CMMS y otras herramientas, entre sí.

Cómo integrar un UNS en la infraestructura de automatización industrial existente

Aquí están los pasos que recomendamos seguir al implementar un Unified Namespace en tu infraestructura de TI empresarial existente.

1. Identificar soluciones de software y hardware a incluir en el UNS. Debes comenzar identificando todos los activos —incluyendo sistemas de software como ERP, MES y otros, así como soluciones de hardware como PLCs, equipos, máquinas, herramientas robóticas, etc.— que se incluirán en el UNS.
2. Especificar objetivos y alcance del proyecto. El siguiente paso lógico sería especificar el alcance y los objetivos del proyecto y desarrollar un plan detallado. Al igual que con cualquier otra iniciativa de transformación digital, para maximizar las posibilidades de un resultado exitoso, es muy importante comenzar con un plan detallado y completo. Un plan de integración de UNS debe incluir no solo los objetivos, sino también los pasos de implementación del proyecto, los sistemas de software, las partes de equipos, las máquinas y otras herramientas que participarán en este proceso, los puntos de datos que deben recopilarse y rastrearse, etc.
3. Adoptar una convención de nomenclatura estándar. El proceso de integración de un UNS con otros sistemas empresariales existentes debe comenzar con el desarrollo de una convención de nomenclatura estándar para el nuevo UNS. Una convención de Unified Namespace debe incluir una estructura jerárquica que se utilizará para la organización de elementos en el sistema y un conjunto de reglas a seguir al asignar nombres a estos elementos.
4. Implementar un broker de datos UNS. Como mencionamos anteriormente, un broker de datos, con mayor frecuencia basado en el protocolo MQTT, se utiliza típicamente como un elemento de middleware central en proyectos de infraestructura UNS. La implementación de un broker MQTT simplifica el proceso de acceso a los datos UNS por parte de varios sistemas en las capas de la infraestructura de TI empresarial, haciendo que la estructura general de UNS sea más eficiente y fácil de escalar.
5. Asignar nombres únicos a los elementos en el sistema de namespace. Una vez adoptada una convención de nomenclatura estándar, procede a asignar identificadores únicos (nombres) a cada elemento que debe formar parte del sistema de namespace dentro de la jerarquía predefinida. La parte más complicada e importante de este proceso es asegurarse de que todos los elementos estén correctamente ubicados dentro de la estructura de clasificación predefinida.
6. Integrar data historian o data lake en el Unified Namespace. La mayoría de las empresas que integran un UNS ya tienen un data historian o una base de datos SQL como parte de su sistema de automatización industrial. En la mayoría de los casos, es un data historian.

   Un data o process historian (también llamado a veces operational historian o simplemente "historian") es un conjunto de aplicaciones de base de datos de series temporales diseñadas y típicamente utilizadas para recopilar y almacenar datos relacionados con operaciones industriales.

   Los data historians se desarrollaron originalmente en la segunda mitad de la década de 1980 para ser utilizados con sistemas de automatización industrial como los sistemas SCADA (supervisory control and data acquisition). Hoy en día, los process historians se utilizan ampliamente en todas las industrias, sirviendo como una herramienta importante para el monitoreo del rendimiento, el control de supervisión, el análisis y la garantía de calidad.

   En los sistemas de automatización industrial modernizados, un data lake desempeña el papel de un data historian / base de datos SQL. Dado que el UNS no trabaja con datos históricos y solo representa el estado actual, en tiempo real, de cada proceso, aplicación o flujo de datos, necesita integrarse con un almacenamiento centralizado de información para comunicarse y obtener datos de él.

   Asegúrate de que exista un proceso para rastrear las consultas más frecuentes al historian / data lake desde varios componentes del sistema para publicarlas de nuevo en el UNS automáticamente sin necesidad de conexiones estáticas (para solicitar datos relevantes).

7. Integrar otros componentes industriales centrales en el UNS. Cuando se complete la integración del almacenamiento de datos, puedes integrar otros componentes importantes de tu red de automatización industrial en él. Las siguientes son las integraciones más comunes que se realizan típicamente como parte de los proyectos de implementación de UNS.

   Integrar UNS con SCADA: La integración con SCADA es fundamental para tener una solución UNS que funcione correctamente. El UNS típicamente proporciona a SCADA múltiples tipos de datos relacionados con todos los procesos operativos. Esto permite a los operadores de la instalación optimizar la producción. Además, un SCADA puede usar UNS para publicar comandos de vuelta a varios nodos a través de la maquinaria de la planta.

   Integrar UNS con MES: El MES (manufacturing execution system) típicamente recibe múltiples tipos de datos del UNS, como información sobre indicadores clave de rendimiento, gestión de materias primas, órdenes de trabajo, etc. Utiliza estos datos para realizar cálculos que luego son consumidos por los nodos a través del sistema para generar reportes relevantes relacionados con su campo específico de operaciones.

   

   Integrar UNS con CMMS: Un CMMS (computerized maintenance management system) utiliza UNS para el monitoreo del uso de equipos y la eficiencia de procesos en todas las líneas de producción para rastrear, gestionar y optimizar las actividades de mantenimiento de maquinaria.

   Integrar UNS con ERP: Cuando se trata de un sistema ERP, recibe del UNS la información sobre los procesos que se están ejecutando en cada línea de producción en cualquier momento dado. Esto proporciona a los usuarios de ERP información en tiempo real sobre las operaciones, permitiéndoles tomar decisiones bien informadas y oportunas.

   Integrar UNS con solución de análisis de planta: La solución de análisis utilizada para analizar y visualizar datos relacionados con los procesos de producción en toda la planta también debe integrarse con el UNS. Dicha integración facilita que la herramienta de análisis obtenga datos contextualizados al elaborar reportes y rastrear procesos.

8. Ejecutar pruebas para validar todas las integraciones de UNS. Cuando se complete cada integración de UNS con otro sistema de software a nivel empresarial, ejecuta un conjunto de pruebas para validar que la integración funcione correctamente, que los identificadores de elementos de UNS estén alineados con los nombres de elementos utilizados por otros sistemas y que todos los nodos de datos se rastreen correctamente.
9. Capacitar a los empleados de la empresa para usar las integraciones de UNS dentro de ERP, MES y otros sistemas. Cuando se complete la implementación del sistema UNS con las integraciones requeridas, asegúrate de que todos los empleados de la empresa en todos los equipos y departamentos puedan asistir a una capacitación detallada y bien estructurada, enseñándoles cómo aprovechar los beneficios de la integración de UNS en su trabajo diario. Utiliza la convención de nomenclatura estándar y los identificadores asignados como parte de la implementación de UNS para familiarizar a los empleados de la empresa con los nuevos nombres de herramientas, máquinas y equipos que se agregaron como nodos de datos UNS.
10. Monitorear el rendimiento de UNS y proporcionar mantenimiento oportuno del sistema. Finalmente, un sistema UNS requiere mantenimiento de rutina con revisiones periódicas exhaustivas para asegurarse de que el sistema funcione en base a conexiones de datos actualizadas en línea con el plan inicial del proyecto. El mantenimiento del sistema UNS debe incluir revisiones de identificadores de elementos y sus descripciones con actualizaciones oportunas cuando sea necesario.

Componentes del Sistema UNS

Naturalmente, cualquier UNS es una solución técnica compleja que consta de múltiples partes. Aquí tienes una breve descripción de los componentes principales del sistema UNS más típico.

• Hub Central: El hub central es el componente principal de cualquier UNS. Típicamente incluye una base de datos que almacena información sobre varios nodos de datos dentro de un sistema UNS, así como software que establece la integración y comunicación de componentes de hardware y software, que están conectados al UNS empresarial.
• Broker de Datos: Un broker de datos, típicamente basado en protocolos de comunicación MQTT, Sparkplug B o MQTT Sparkplug, como dijimos anteriormente, se utiliza típicamente como un elemento de middleware central de un sistema UNS, permitiendo una comunicación rápida entre el UNS y todos los nodos de datos conectados a él.
• Conexiones y Canales de Comunicación: Existen conexiones de red de software, hardware e inalámbricas y canales de comunicación utilizados como parte de un sistema UNS. Las conexiones de software son típicamente APIs o piezas de código de programa utilizadas para establecer la comunicación entre UNS y un nodo de datos. Los canales de comunicación incluyen redes inalámbricas como Ethernet e Internet, así como cables que conectan directamente un sistema o pieza de equipo al hub central del UNS.
• Nodos de Datos Conectados (dispositivos y sistemas): Naturalmente, todos los sistemas de software y dispositivos de hardware que están conectados al UNS, incluyendo ERPs, MES, CMMS, PLCs, sensores, maquinaria, sistemas de control y otros tipos de equipos industriales, son una parte importante de un sistema de Unified Namespace.
• Interfaz de Usuario y Software: Una interfaz gráfica de usuario y software utilizados para gestionar la comunicación entre el Unified Namespace y todos los nodos de datos (dispositivos, máquinas, equipos y software) también forman parte del sistema UNS. Específicamente, las soluciones UNS suelen utilizar diversas soluciones de software de fabricación.
• Protección de Ciberseguridad: Dado que cualquier sistema UNS incluye múltiples flujos de datos transmitidos a través de todos los elementos de la infraestructura de TI empresarial, contar con una tecnología de protección de ciberseguridad confiable también es esencialmente importante. Es aconsejable que todos los flujos de datos que entran y salen del sistema UNS estén cifrados de manera confiable y protegidos contra posibles interferencias externas.

Principales Requisitos para Implementar un Sistema UNS

Según Walker Reynolds, probablemente el experto en UNS más conocido y uno de los principales divulgadores de esta tecnología en el campo de la automatización industrial, para implementar un sistema UNS, la infraestructura de TI empresarial existente debe cumplir cuatro requisitos esenciales.

1. Red enfocada en el borde (Edge-focused network). En primer lugar, la fábrica digital inteligente que implementa una solución UNS debe tener una arquitectura enfocada en el borde. El uso de dispositivos de edge computing en toda la red empresarial proporciona a las organizaciones la máxima descentralización de la capacidad computacional, permitiendo recopilar, almacenar y analizar datos directamente en la fuente, sin necesidad de enviar grandes cantidades de datos al servidor y viceversa. La adopción de una arquitectura enfocada en el borde permite que los sistemas de control industrial y otras soluciones, incluido el Unified Namespace, adquieran la información necesaria para la gestión eficiente de todos los procesos industriales de máquinas y equipos en tiempo real. Una vez concluida la operación requerida, un dispositivo de borde puede eliminar los datos que ya no son necesarios o transferirlos a un servidor para almacenamiento a largo plazo y análisis posterior.
2. Reporte por excepción. Otro criterio crucial es contar con una función de reporte por excepción para todas las conexiones de nodos de datos en un sistema UNS. Poder utilizar una función de reporte por excepción es importante cuando se trata de la conexión de Unified Namespace porque, en la mayoría de los casos, solo los datos transmitidos después del cambio son relevantes para una consulta UNS. La mayoría de los datos transmitidos por los nodos en un sistema UNS en modo tiempo real tienden a ser los mismos, con menos del 10% de esta información cambiando realmente segundo a segundo. Un reporte por excepción permite al UNS recibir solo los datos que están ligados a un cambio específico en el flujo de información transmitida por un nodo de red. Esto, junto con la utilización de dispositivos de edge computing, hace que el sistema UNS sea mucho más rápido y eficiente, minimizando el uso de banda ancha requerido incluso para que cientos de nodos compartan actualizaciones en vivo con el hub central.
3. Protocolo de comunicación ligero como broker. Un protocolo de comunicación ligero, que admita una función de reporte por excepción y sea capaz de transportar mensajes rápidamente entre UNS y los nodos conectados, también es un requisito previo fundamental para una solución de Unified Namespace a gran escala. Como dijimos anteriormente, el protocolo MQTT es la opción de protocolo de comunicación industrial más común cuando se trata de implementar un sistema UNS.
4. Arquitectura abierta. Finalmente, el cuarto requisito previo fundamentalmente importante para una implementación de Unified Namespace es tener una arquitectura abierta que permita la comunicación de los componentes de la red empresarial entre sí. La utilización de arquitectura abierta es generalmente uno de los requisitos principales para una transformación digital y proyectos de Industria 4.0/5.0 exitosos. Permite la escalabilidad y el intercambio universal de datos requeridos por un sistema de automatización industrial moderno para mantener operaciones fluidas. Las especificaciones abiertas más comunes utilizadas para implementar proyectos UNS son MQTT, Sparkplug y OPC Unified Architecture (OPC UA).

Desafíos en la Implementación de UNS

Aunque UNS es un concepto relativamente nuevo en el mundo de la tecnología empresarial, las empresas de muchas industrias hoy en día se apresuran cada vez más a comenzar a implementar un repositorio centralizado de datos como base de sus redes de automatización industrial.

Naturalmente, como siempre ocurre con sistemas complejos que requieren múltiples interconexiones entre los elementos de la red, existen una serie de problemas y desafíos comunes que muchas organizaciones enfrentan al intentar implementar un Unified Namespace.

Basándonos en la experiencia, aquí están los desafíos más comunes que puedes enfrentar al ejecutar un proyecto de implementación de UNS, junto con algunas recomendaciones básicas sobre cómo resolver estos problemas.

• Dificultad para componer un plan adecuado y seleccionar un enfoque. Como dijimos antes, la mayoría de los sistemas de automatización industrial hoy en día dependen de un enfoque jerárquico tradicional para la utilización de datos industriales, donde todas las plataformas que forman parte de la infraestructura de TI empresarial están conectadas en una estructura piramidal, con cada capa de software vinculada solo a las capas que están directamente encima o debajo.

  No debería sorprender que cambiar a una arquitectura de sistema moderna basada en UNS termine siendo un proceso difícil para muchas organizaciones con infraestructura de automatización industrial establecida y operativa desde hace mucho tiempo.

  Como sugerimos en la sección dedicada a la integración de UNS en la infraestructura de automatización industrial existente, la implementación de un sistema UNS siempre debe comenzar con un plan adecuado que incluya el alcance completo del proyecto, una identificación y descripción de todos los activos empresariales y elementos de infraestructura que necesitan conectarse al UNS, incluyendo sistemas de software como ERP, MES y otros, así como soluciones de hardware como PLCs, equipos, máquinas, herramientas robóticas, etc.

• Cambio a la nueva arquitectura e interrupciones de las operaciones existentes. Otro problema ocurre típicamente cuando las empresas comienzan a implementar el nuevo sistema basado en UNS y a utilizarlo en sus operaciones diarias. No es raro que las organizaciones enfrenten interrupciones tanto planificadas como inesperadas de sus operaciones existentes en el proceso de implementación de UNS y la transición a la arquitectura de red industrial basada en UNS desde el sistema jerárquico obsoleto.

  Nuestro consejo para las empresas que modernizan sus redes de datos industriales para cambiar de un sistema jerárquico tradicional basado en historiadores a UNS sería mantener ambas soluciones (la antigua y la nueva basada en UNS) funcionando concurrentemente en paralelo el mayor tiempo posible. De esta manera, estarás protegido contra tiempos de inactividad accidentales e interrupciones de la producción en las primeras etapas de prueba de la nueva solución UNS y su adaptación a tus necesidades comerciales.

• Dificultad para construir conexiones UNS con sistemas de datos no telemétricos. Aunque es altamente recomendable utilizar protocolos de comunicación de arquitectura abierta como MQTT y Sparkplug B al implementar un sistema basado en UNS, todavía es bastante común que las organizaciones enfrenten dificultades al intentar establecer la conexión de UNS con varios sistemas de datos no telemétricos. Especialmente ERPs, MES, CMMS, LIMS y otras soluciones basadas en software informativo que típicamente no tienen conexiones directas ni intercambio de datos establecido con maquinaria y hardware industrial.

  Nuestro mejor consejo con respecto a minimizar los problemas potenciales al construir conexiones UNS a sistemas de datos no telemétricos sería asegurarse de que tu sistema, antes de la implementación de UNS, cumpla los cuatro requisitos principales descritos anteriormente: estar enfocado en el borde, soportar la función de reporte por excepción, ser ligero y basarse en una arquitectura abierta.

  Específicamente, asegúrate de utilizar un Broker MQTT al establecer la comunicación entre UNS y ERP u otros sistemas de software orientados al usuario. Al sistema de software se le debe permitir publicar sus datos en el broker por sí solo, y solo cuando los datos cambian (ver la descripción de la función de reporte por excepción arriba).

  Además, concéntrate en habilitar la comunicación de los sistemas de software y el UNS con restricciones mínimas o absolutamente nulas. Aunque es importante contar con protocolos de ciberseguridad para proteger los canales de intercambio de datos de intrusos y fugas accidentales, deben equilibrarse para no restringir ni retrasar el flujo de datos entre los nodos en una red basada en UNS.

• Falta de talento experimentado en proyectos UNS. La falta de talento calificado y experimentado es uno de los mayores problemas en los campos y nichos de la industria tecnológica en general. Este problema se vuelve especialmente acuciante cuando se trata de implementaciones de UNS en entornos de automatización industrial. Como UNS es una innovación para la mayoría de las empresas de automatización industrial hoy en día, puede ser bastante desafiante para una organización encontrar y contratar suficientes especialistas con una amplia experiencia en este campo y capaces de anticipar todas las necesidades y requisitos de un proyecto UNS.

  No hay una manera fácil de evitar la escasez de talento de TI en cualquier proyecto de automatización industrial, incluida la implementación de UNS. Nuestra recomendación es buscar personas con un buen conocimiento práctico de protocolos de comunicación industrial y arquitectura abierta. Otra área de conocimiento altamente relevante cuando se trata de contratar expertos en implementación de UNS sería la de sistemas de automatización industrial como SCADAs y la integración de componentes de equipos industriales entre sí.

• Integración de equipos escasamente distribuidos en la red UNS. Una de las ventajas de un sistema basado en UNS es que el UNS facilita una integración sencilla de activos industriales, como equipos de planta e instalaciones de fabricación distribuidas en varias ubicaciones alrededor del mundo, a la red. Sin embargo, este proceso aún puede ser bastante problemático considerando que muchas grandes empresas de fabricación hoy en día tienen entornos industriales muy complejos con múltiples componentes distribuidos en múltiples ubicaciones, a veces situadas muy lejos unas de otras.

  La clave para evitar problemas al agregar nuevos componentes a tu red UNS ya establecida y para simplificar este proceso tanto como sea posible es adoptar una convención de nomenclatura estándar en las primeras etapas de la implementación del proyecto UNS, confiando en tipos de datos definidos por el usuario al agregar nuevos equipos y nodos de datos a la red UNS. Asegúrate de que todos los metadatos y las etiquetas específicas del equipo utilizados en todo tu sistema de automatización industrial puedan traducirse fácilmente a una convención estándar de Unified Namespace.

Consideraciones Finales

Uno de los puntos principales que buscamos destacar con esta breve guía sobre Unified Namespace y la implementación de UNS en entornos de automatización industrial es que el UNS es una innovación clave para las empresas que modernizan su infraestructura en línea con los estándares modernos de transformación digital e Industria 4.0/5.0.

Hoy en día, los datos y las tecnologías basadas en datos impulsan los sistemas de fábrica digital, permitiendo resultados más eficientes y productivos en cada capa de las operaciones comerciales, desde la gestión de recursos y el mantenimiento de equipos hasta la fabricación y el control de calidad. Cualquier empresa que implemente un proyecto de automatización industrial necesita dominar tanto las herramientas de conectividad que le permiten recuperar e intercambiar datos como las soluciones de software que ayudan a visualizar y analizar los datos para obtener información valiosa y conocimientos comerciales.

Independientemente de tus requisitos de gestión de datos, la plataforma UNS, cuando se implementa correctamente, actúa como un intermediario universal, aumentando tu infraestructura de gestión de datos y resolviendo desafíos con el procesamiento, la integración y la visualización de datos de series temporales en sistemas y componentes de software de automatización industrial.

Preguntas Frecuentes sobre Unified Namespace (UNS)

Aquí respondemos algunas preguntas comunes sobre el concepto técnico de Unified Namespace en automatización industrial.

¿Cuál es la principal diferencia entre UNS y la arquitectura tradicional?

La arquitectura tradicional utiliza conexiones punto a punto jerárquicas, lo que limita el flujo de datos. UNS crea un hub centralizado con una única interfaz de comunicación (típicamente MQTT) para todos los datos, permitiendo acceso y comunicación fluidos entre cualquier nodo.

¿Qué protocolo de comunicación se usa comúnmente con UNS?

El protocolo MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) es el más utilizado debido a su naturaleza ligera, publicación-suscripción y soporte para reporte por excepción, ideal para entornos industriales con ancho de banda limitado o conexiones inestables.

¿El UNS almacena datos históricos?

No, el UNS representa el estado actual, en tiempo real, de los datos. Para almacenar y acceder a datos históricos de series temporales, el UNS se integra típicamente con un Data Lake o un Data Historian.

¿Por qué es importante el Reporte por Excepción para UNS?

El reporte por excepción optimiza la comunicación al enviar datos solo cuando cambian. Esto reduce significativamente el volumen de datos transmitidos en la red, haciendo que el sistema UNS sea más eficiente y rápido, especialmente con muchos dispositivos.

¿Es el UNS solo para grandes empresas industriales?

Aunque los beneficios de escalabilidad y reducción de complejidad son muy notables en grandes entornos, el concepto de UNS y sus principios (fuente única de verdad, arquitectura basada en eventos, comunicación ligera) son aplicables y beneficiosos para empresas de cualquier tamaño que busquen modernizar su gestión de datos industriales.

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