WhatsApp Facebook Twitter LinkedIn Mail

Un breve resumen de lo que son los CPS (Cyber Physical Systems) sus implicaciones y los desafíos futuros

Cyber-Physical Systems (CPS) se refiere a los sistemas que integran redes de comunicaciones, capacidad de cómputo, inteligencia y autonomía integradas con procesos físicos, este es el caso por ejemplo de los vehículos autónomos, sistemas de monitoreo de la salud humana en tiempo real y el futuro de las redes eléctricas inteligentes “Smart grids”. Los desafíos giran en torno a conseguir avances y mejoras en la conformación, desempeño y herramientas para equipos multidisciplinarios de trabajo responsables de la construcción de CPS, la interoperabilidad de sistemas, enfrentar la complejidad de los nuevos sistemas, la calidad y control de defectos de software, el análisis de riesgos aplicado a los CPS y los problemas que pueden ser resueltos mediante CPS. Se explican términos como IoT (Internet de las cosas), IIoT (Internet industrial de las cosas) y I4.0 (Industria 4.0). Se aborda también los factores que empujan el desarrollo de los CPS los desafíos futuros, sus limitaciones e implicaciones en la sociedad.

Expert Insights | acerca de este artículo:

Autor: Marcelo Guato Burgos
Función: Coordinador de Proyecto at Schneider Electric
Sobre el autor: Jefe de proyectos y docente. Ingeniero informático por la UCE y master en Gestión TIC por la US. Marcelo está interesado en la Ciencia, la Tecnología, la Educación y los Derechos Humanos. Su lema: la constante más poderosa e inevitable del mundo es el cambio.

Autora: Nancy Judith Cruz Hinojosa
Función: Doctora Investigadora at Universidad de Alcalá
Sobre la autora: Ingeniera en Sistemas Computacionales por la UNITEC (Universidad Tecnológica de México), Máster en Dirección de Proyectos Informáticos y Doctorado en Ingeniería de la Información y del Conocimiento, ambos por la Universidad de Alcalá. Cuenta con más de 10 años de experiencia en el sector tecnológico y bancario. Le interesa el Liderazgo, la Tecnología, la Investigación y la Gestión de Proyectos.

1. Cyber-Physical Systems: teminología, definiciones, características, ejemplos, tendencias

La palabra cyber o ciber hace referencia a lo que está relacionado o involucra computadores o redes de computadores, cuando se usa el término ‘Cyber-Physical Systems’ (CPS) se está haciendo referencia a una unión entre un mundo de componentes físicos capaces de ser autónomos con un mundo digital capaz de controlar lo que ocurre en lo físico. Es decir, se trata de sistemas en los cuales una capacidad de cómputo con una infraestructura de red es capaz de coordinar o controlar procesos físicos en diferentes escalas (local o global) mediante el uso de tecnologías de la información y de las comunicaciones.

Un ejemplo de CPS son los vehículos con conducción autónoma, o aquellos sistemas relacionados a una conducción más segura, por ejemplo, control de estabilidad, detección de obstáculos en la vía y frenado autónomo. Otro ejemplo son las redes eléctricas inteligentes o “Smart Grids” donde procesos cibernéticos permiten gestionar el suministro de energía en redes de amplia cobertura, ciudades, regiones o países, además de actuar en procura de una gestión óptima y eficiente de la energía en función de la capacidad de los productores de energía y las características de consumo de los clientes.

IoT, son las siglas de internet de las cosas (Internet-of-Things), puede verse como un subconjunto de los CPS, se centra en dispositivos físicos controlables y disponibles como parte de una red conectada al internet. Como ejemplos se podrían mencionar los hogares inteligentes que incorporan sistemas de videovigilancia accesibles desde internet; electrodomésticos, lámparas, alarmas, capaces de ser controlados desde teléfonos móviles con acceso a internet.

IIoT, se conoce como el internet industrial de las cosas, se trata de la incorporación del IoT a los procesos industriales, por ejemplo: la manufactura, la fabricación en líneas de producción, gestión de energía, agua, gas, petróleo. Se trata de lograr un uso eficiente de la maquinaria, del transporte de productos, y de infraestructura industrial interconectada en general.

I4.0, o industria 4.0 es sinónimo de cuarta revolución industrial, este es un concepto de fábrica inteligente que incorpora CPS + IIoT con inteligencia artificial de tal manera que se logre una alta adaptabilidad a las necesidades de los mercados y en consecuencia de los procesos de producción, junto al uso más eficiente e inteligente de los recursos.

Los CPS desempeñan un papel clave en una gran cantidad de dominios de aplicación, por mencionar algunos: transporte, energía, salud, fabricación, infraestructuras y ciudades inteligentes; es decir, no se limita tan solo a dominios de aplicación industriales.

Los avances combinados de múltiples tecnologías impulsado por la tendencia de involucrar equipos de trabajo multidisciplinares van marcando un cambio tecnológico donde los nuevos tipos de sistemas y “sistemas de sistemas” están surgiendo dentro de dominios como se menciona en párrafos preliminares, los CPS se están convirtiendo en autónomos, inteligentes, conectados y colaborativos, resultando en el surgimiento de sistemas de sistemas cibernéticos (CPSoS, Cyber Physical Systems of Systems).

2. Cyber-Physical Systems: oportunidades y desafíos.

Los escenarios para el futuro potencial de los CPS apuntan a cambios sustanciales sobre aspectos de trascendencia directamente relacionados a las sociedades, su bienestar y desarrollo, cinco ejemplos se pueden mencionar: la movilidad inteligente, gestión inteligente de energía “smart grids”, sistemas de salud inteligente, producción industrial que incorpore inteligencia artificial, ciudades inteligentes.

Imaginemos, por ejemplo, una empresa que integra sus procesos de trabajo mediante software, un sistema de mercadeo que logra ventas en línea y que estas a su vez son enviadas como registros de un sistema ERP el cual interactúe con los procesos de fabricación y personalización de las compras, es decir que una transacción digital sea capaz de disparar de forma inteligente y autónoma un proceso físico de fabricación. La dinámica de las transacciones, los volúmenes de datos, el comportamiento de los mercados, lleva a los sistemas y procesos a incorporar cada vez más componentes de inteligencia artificial.

Para conseguir algo así, los desafíos son principalmente: tecnológicos en cuanto al desempeño de las herramientas de software, gestionar un acoplamiento adecuado a la constante innovación y cambios acelerados en función del tiempo, económicos respecto de la inversión, retorno y modelos como economía circular, de formación de profesionales capaces de abordar las soluciones integrados en equipos de trabajo colaborativos y multidisciplinarios, la legislación que afecte a la implementación de los CPS y los cambios en las sociedades (generacionales, conductuales, de consumo).

A gran escala la interoperabilidad entre sistemas representa un gran desafío, ya que la tendencia es integrar diferentes enfoques, proveedores, dispositivos, protocolos de comunicación, lo cual introduce un gran componente de complejidad en el diseño y desarrollo de los CPS.

Por ejemplo, si analizamos la complejidad de los computadores integrados en sistemas electrónicos de automóviles, robots, dispositivos de uso médico y en general instrumentos electrónicos de la vida cotidiana, se podrá intuir que es cada vez mayor desde la óptica de la ingeniería y más amigable desde la óptica del usuario, por lo tanto, es vital que sean confiables y que los defectos de software embebido no sean potencialmente un riesgo para la vida de las personas o para su economía.

La electrónica, la ingeniería de software, las redes de computadores, la electrónica de comunicaciones, economía y finanzas, son disciplinas que generalmente usan lenguajes y metodologías propias, en el contexto de los CPS se requiere líneas de investigación que aborden el tema relacionado a proporcionar un marco que permita a estas disciplinas cooperar entre sí y generar modelos de trabajo colaborativo que puedan ser implementados de forma eficaz.

3. Las Revoluciones Industriales y el rol del los CPS en este contexto

La construcción de CPS involucra varios factores, un nivel físico compuesto por hardware, sensores y actuadores, una capa de información y comunicación que debe ser altamente confiable y eficiente, datos y conocimiento asociados a tecnologías de la información que puedan involucrar el aprendizaje automático, y software sobre el cual es especialmente importante considerar durante sus etapas tempranas de diseño y durante el desarrollo los análisis de riesgos que permitan a los productos finales, tales como sistemas autónomos, ser seguros para los usuarios humanos.

La industria presta especial interés a los niveles crecientes de autonomía que guían los procesos de un sistema para desenvolverse en casos con distintos niveles de complejidad. Se ha ido pasando desde la no automatización, hacia niveles de automatización: asistida, parcial, condicional, alta y completa. Tomando en cuenta factores como eficiencia en la producción, costos y riesgos, parece ser que la industria se encamina al I4.0 apostando cada vez por niveles más altos de automatización de procesos con soporte en mecanismos de aprendizaje profundo (inteligencia artificial).

En resumen, la industria ha ido evolucionando desde aquella basada en el uso de equipos de producción mecánica impulsados por agua y energía de vapor (1.0), pasando por la división de tareas, fabricación en serie y uso de energía eléctrica (2.0), llegando en décadas recientes al uso de las tecnologías de la información y la electrónica para lograr una producción automatizada (3.0) y finalmente con la tendencia actual del uso de sistemas físicos cibernéticos (CPS) con un alto grado de complejidad que permiten aprendizaje automático propensión a la autonomía y adaptabilidad dinámica de procesos enfocados en los mercados, optimización de recursos y reducción de impacto medioambiental (4.0).

Factores que van influenciando hacia el desarrollo de los CPS pueden ser: el uso eficiente de la energía, el transporte tanto comercial como personal, la necesidad creciente del cuidado de la salud de las personas y el avance de la ciencia médica, la competitividad de la producción, la búsqueda del confort, la optimización del tiempo, el medioambiente, la industria del entretenimiento, la economía circular. Factores que soportan este avance son la ingeniería del software, el IoT, la evolución de sensores, de la mecatrónica, de la miniaturización, los métodos de control de procesos de producción, tecnologías de cómputo, inteligencia artificial, la integración e interoperabilidad de sistemas, y nuevos modelos de negocio.

Si hay interés en profundizar en estos temas recomendamos:

¿Quiere usar este artículo como fuente? Haga clic para copiar.

European Knowledge Center for Information Technology (Ed.). (2019, 20 febrero). Un breve resumen de lo que son los CPS (Cyber Physical Systems) sus implicaciones y los desafíos futuros. TIC Portal. https://www.ticportal.es/noticias/expert-insights/cps-cyber-physical-systems-implicaciones-desafios-futuros
guest
El nombre que aparecerá en tu reacción.
Para suscribirte a las notificaciones.
0 Reacciones
Inline Feedbacks
Ver todas las reacciones