PRINCIPIOS DE UNA METODOLOGIA PARA INTEGRACION EMPRESARIAL BAJO UN ENFOQUE HOLONICO

Transcripción

1 PRINCIPIOS DE UNA METODOLOGIA PARA INTEGRACION EMPRESARIAL BAJO UN ENFOQUE HOLONICO EDGAR A. CHACÓN R. *, JUAN M. VELASCO M. +, OSCAR A. ROJAS A. +1 * Laboratorio de Sistemas Distribuidos y Automatizació Idustrial, Escuela de Igeiería de Sistemas, Uiversidad de Los Ades Nucleo Uiversitario La Hechicera, Edificio B, ala sur 3 er Piso, Mérida, Veezuela + Grupo de I+D e Automática Idustrial, Departameto de Electróica, Istrumetació y Cotrol, Uiversidad del Cauca Calle 5 No 4-50, Popayá, Cauca, Colombia s: echaco@ula.ve, jmvelasc@uicauca.edu.co, orojas@uicauca.edu.co Abstract The itegrated processes automatio buildig is a hard to achieve, because several aspects must be take ito accout such as: process itself, equipmet, maagemet orgaizatio, coordiatio amog productio uits ad logistical aspects. It is ecessary to have a methodology that helps i the buildig process of a Iformatio ad Commuicatio Architecture that supports the automatio of the productio process. I this work, we propose a methodology based o holoic systems that are coordiated by usig Discrete Evet Systems (DES) supervisio, i order to obtai a Iformatio ad Commuicatio Architecture, which supports the global automatio for the process i a itegrated visio. Keywords Itegrated Systems Automatio, Discrete Evets Dyamical Systems, Holoic Systems. Resume La obteció de ua automatizació itegral de procesos de producció debe tomar e cueta diferetes aspectos tales como, el proceso mismo, la estructura orgaizativa de la empresa, los equipos y la gestió de los isumos. Para obteer u sistema itegrado, que maeje los distitos aspectos, es ecesario dispoer de ua metodología que permita seleccioar las estrategias de cotrol, la itegració horizotal etre los distitos procesos, y la coordiació de los mismos. E el trabajo se propoe ua metodología que permite alcazar u esquema itegral de automatizació a partir de u efoque holóico, estrategias de supervisió y coordiació basadas e Sistemas a Evetos Discretos (SED), hasta alcazar las tecologías de iformació y comuicacioes que permita implatar la automatizació. Palabras-clave Automatizació Itegrada de sistemas, Sistemas Diámicos a Evetos Discretos, Sistemas Holóicos de Maufactura. 1 Itroducció La itegració empresarial es u aspecto fudametal para romper co las barreras comerciales y cumplir las exigecias de la ecoomía global actual, siedo idispesable recurrir al modelado empresarial co el objetivo de exteriorizar el coocimieto de la empresa, agregado valor o compartiédolo segú la ecesidad; el modelo asociado debe represetar la estructura, el comportamieto y la orgaizació de la empresa, idetificádose así los esquemas de cotrol y coordiació de los procesos de egocios y los ambietes de toma cooperativa de decisioes. (Veradat, 2002). Por lo tato, uevas técicas, herramietas, métodos y metodologías so ecesarios para hacer frete a la complejidad de estos sistemas, los cuales debe cumplir co las características expuestas e (Botti ad Giret, 2005) para lograr la competitividad global. La metodología que se preseta, se desarrolla bajo el paradigma de Sistemas Holóicos de Maufactura (HMS), el cual está basado e ua orgaizació distribuida de etidades autóomas e iteligetes deomiadas Holoes, que trabaja de maera cojuta detro de jerarquías temporales u holarquías e búsqueda del cumplimieto del objetivo global (Koestler, 1971). E las holarquías se defie reglas de cooperació etre los compoetes para restrigir sus decisioes autóomas, asegurádose desempeños cotrolables y predecibles e búsqueda de la optimizació de recursos y la respuesta e el tiempo. E este artículo se propoe los pricipios de costrucció de ua metodología para la itegració empresarial bajo el paradigma HMS, e la cual se defie y especifica las fases que la costituye, buscado su aplicabilidad si restriccioes e los grados de automatizació de la empresa. Para cumplir este objetivo, se propoe u acercamieto dode el comportamieto del proceso, las codicioes de la operació y las codicioes del equipo se itegra e ua arquitectura de automati- 1 Actualmete e itercambio académico e el Laboratorio de Sistemas Distribuidos y Automatizació Idustrial (LaSDAI) de la Uiversidad de los Ades, Mérida (Veezuela).

2 zació que toma como referecia la arquitectura deomiada: Modelo Referecial de Automatizació Idustrial - MRAI, desarrollado e el Laboratorio de Sistemas Distribuidos y Automatizació Idustrial (LaSDAI) de la Uiversidad de los Ades de Mérida Veezuela, el cual está basado e el cocepto de uidad de producció de la cadea de valor de la empresa. Para describir la metodología, el trabajo está orgaizado de la siguiete maera: e la secció 2 se describe el cocepto de uidad de producció para la costrucció del HMS co base e el MRAI. E la secció 3 se describe todos los elemetos que coforma el modelo de referecia MRAI, sobre el cual se emarca la metodología. E la secció 4 se describe las fases que compoe la metodología propuesta, y fialmete la secció 5 icluye la discusió del alcace de la metodología y las coclusioes del trabajo. 2 Modelo de la uidad de producció El modelo de referecia MRAI se basa e el modelo de la cadea de valor co el objetivo de obteer ua adecuada defiició de los procesos de egocio de la empresa. Dado que el compoete jerárquico de las empresas de maufactura siempre se ecuetra presete, el modelo MRAI se basa e la estructura jerárquica mostrada e la figura 1 e la cual la Uidad de Producció (PU) es el compoete fudametal de la orgaizació de la empresa (Chacó et al, 2002). Esta uidad de producció puede aalizada desde la composició de varias uidades de producció que coforma u Complejo de Producció (PCx), y la uió de ellos compoe la empresa; dode todos ellos so cosiderados así mismos como uidades de producció (holoes). Figura 1. Arquitectura Orgaizacioal de ua Empresa de Maufactura. La represetació de la arquitectura global de la empresa se puede describir por medio del diagrama de clases que se preseta e la figura 2, el cual se ha desarrollado co el Leguaje Uificado de Modelado (UML, 2003). Figura 2. Diagrama de clases para arquitectura orgaizacioal de ua empresa Por lo tato, ua uidad de producció se cocibe como la composició de u cojuto de uidades elemetales o recursos que so orgaizados y cofigurados, de tal maera que permita realizar los procesos de trasformació e la cadea de valor de la empresa de maufactura, co el objetivo de obteer los productos exigidos co las características especificadas. La uidad de producció puede tomar sus propias decisioes respecto al cumplimieto de su objetivo, pero detro de la holarquía está obligada a iformar su estado e el cumplimieto de ua meta o si ésta o se puede cumplir debido a fallas o errores e su comportamieto. Por lo tato, ua uidad de producció se puede represetar como se muestra e la figura 3. Figura 3. Uidad de producció. E la figura 3, se puede observar que iteramete la uidad de producció está compuesta por dos elemetos: los elemetos físicos, químicos o de iformació asociados al proceso que se ecarga de trasformar los productos, y la base de coocimieto de la uidad de producció que se ha deomiado: decisió e iformació, la cual se ecarga del cotrol, supervisió y gestió de los procesos de acuerdo a las metas de producció y del itercambio de la iformació del estado de la uidad de producció co los demás compoetes de la holarquía. E la figura 4, se relacioa los compoetes de ua uidad de producció, dada e térmios de objetos iteros y exteros que puede itroducir cambios e su misió (Chacó et al, 2002). El estado de la uidad de producció es u elemeto relevate detro de la holarquía, debido a que a través de él cada PU iforma su comportamieto actual, y como éste es afectado por la presecia de cambios iesperados e los objetos exteros.

3 3.2 Arquitectura de Tecologías de Iformació y Comuicacioes (TIC s) E este compoete de la pirámide del Modelo Referecial de Automatizació Idustrial, se defie las arquitecturas de redes de comuicacioes y los equipos ecesarios para los sistemas de almaceamieto y trasferecia de iformació, así como la ejecució de aplicacioes y los procedimietos de tomas de decisioes del proceso. La arquitectura de TIC s para cada uidad de producció este compuesta por tres iveles, los cuales se muestra e la figura 6. Figura 4. Compoetes de ua uidad de producció 3 Modelo Referecial de Automatizació Idustrial (MRAI) El MRAI relacioa todos los elemetos que coforma la pirámide de automatizació mostrada e la figura 5, la cual costituye la arquitectura de referecia para describir los elemetos tecológicos y de gestió eseciales para alcazar los iveles de automatizació e itegració deseados e la empresa (Motilva et al, 2000). Figura 5. Arquitectura de referecia para automatizació A cotiuació se da ua breve descripció de cada ua de las caras de la pirámide que costituye la arquitectura de referecia, la cual tiee como base el proceso de producció represetado por el coocimieto adquirido a través de la cadea de valor. 3.1 Arquitectura de Gestió E este compoete de la pirámide de itegració se defie los procedimietos de tomas de decisioes orietados a cumplir la misió de las diferetes holarquías que coforma la empresa, siedo relevate que tega u adecuado comportamieto diámico dode las tomas de decisioes de los diferetes iveles e la estructura de la empresa sea eficietes y eficaces. Figura 6. Estructura HMS de la arquitectura de tecologías de iformació y comuicacioes E la figura 6, los iveles de Sistema de Ejecució de Maufactura (MES) y Plaificació de Recursos de Empresa (ERP) o correspode a las solucioes software clásicamete coocidas; se relacioa sus siglas para idetificar las fucioes que se debe establecer, cofigurar e implemetar e cada ua de las uidades de producció e la coformació de la holarquía. Por lo tato, cada ua de las uidades de producció, cotiee estos tres compoetes, debido a que ella autóomamete defie los mecaismos de gestió y plaificació, se supervisa, cotrola y programa para el cumplimieto de sus metas, además de iformar su estado a los iveles superiores detro de la holarquía. 3.3 Arquitectura de Aplicacioes E la arquitectura de aplicacioes se ecuetra las herramietas software para realizar las tareas cofiguració y programació de equipos de plata, así como fucioes de supervisió, programació, plaificació y gestió de las uidades de producció del sistema HMS, las cuales cotiee iformació sobre los procesos, recursos y los aspectos fiacieros. 3.4 Arquitectura de Tecologías de Producció Esta arquitectura está estrechamete ligada al proceso físico, debido a que las tecologías defiidas e ella permite el desarrollo de los procesos de egocios que costituye la cadea de valor del producto. El MRAI realiza la separació del proceso y sus tecologías de producció co el objetivo de idepedizar los procesos de egocios de ua tecología específica, bridado así la flexibilidad exigida actualmete a las idustrias y evitádose la formació de

4 islas de automatizació, lo cual reduce eormemete la iversió e herramietas software y/o hardware para la implemetació del sistema de automatizació. 3.5 Arquitectura de Objetos El objetivo de esta arquitectura del MRAI es obteer modelos diámicos que refleje el comportamieto de la cadea de valor; e estos modelos se defie el detalle del flujo de coocimieto, productos, datos e iformació etre las uidades de producció. Por ello, es relevate idetificar los objetos de egocio y defiir las reglas de egocios de la empresa para cada ua de las uidades de producció, lográdose así la característica distribuida de la holarquía. 4 Fases de la Metodología de Itegració A cotiuació se describe las fases que costituye la metodología de itegració empresarial co referecia al Modelo Referecial de Automatizació Idustrial. 4.1 Itegració Horizotal El objetivo de esta fase es describir el proceso de producció para teer el coocimieto de los procesos de egocio y la idetificació de los objetos de egocios, desde la demada del producto hasta la etrega a los clietes; utilizádose para ello la descripció del proceso de producció mediate la cadea de valor. Por tato, se obtiee u efoque co orietació al proceso de producció y o correspode a u efoque de itegració orietado al producto, al cliete o al dato, variable o tag como es clásicamete realizado e los sistemas cetralizados. El modelo basado e la cadea de valor toma e cueta el flujo de producto y de iformació, y los coocimietos que debe existir etre las distitas uidades de producció, co el fi de acrecetar el valor del producto a medida que el mismo se desplaza. El flujo de iformació y productos a través de la cadea de valor va produciedo cambios e el estado de la holarquía, el cual está costituido por el reporte autóomo de cada uidad de producció que la coforma. E la figura 7, a maera de ejemplo se muestra la cadea de valor de ua empresa de productos lácteos. Figura 7. Cadea de valor de ua empresa de productos lácteos. 4.2 Itegració Vertical La itegració vertical es el compoete que comprede los diversos iveles de admiistració de la uidad de producció, e la cual se defie el cojuto de requerimietos, estrategias y/o reglas de egocios para los holoes que se coordia detro de la holarquía. E el efoque propuesto, la itegració vertical de la orgaizació se realizará respecto al maejo del flujo de órdees de producció, las cuales se covierte e objetivos establecidos desde las uidades de producció de los iveles superiores hacia la holarquía imediatamete iferior, y la correspodiete iformació retroalimetada co los reportes de estado de esta holarquía. E cada ivel, la uidad de producció debe teer e cueta idicadores que permita evaluar su desempeño y establecer sus estrategias coformes a su etoro. E la coformació de la holarquía, las uidades de producció opera de ua maera coordiada para el establecimieto de su misió, la cual es comparada co su estado actual co el objetivo de defiir estrategias de plaificació, programació y cotrol. La defiició de la misió para cada uidad de producció debe cosiderar aspectos ecoómicos para optimizar los tiempos de respuesta, tales como costos de producció, costo de los isumos y costo de los productos itermedios y fiales. Estos coceptos so mostrados e la figura 8. Figura 8. Itegració vertical.

5 Por lo tato, el pricipal objetivo es asegurar el cumplimieto de la misió modificado, si es ecesario, la topología programació, o cambiado los iveles de producció. Este tipo de decisioes debe realizarse detro de los itervalos de respuesta esperados. De maera geeral, se puede describir la estructura de la orde de producció detro de cada uidad de producció como se muestra e la figura 9. la holarquía. E la figura 10, a maera de ejemplo, se preseta el modelo co WF-Nets de la regla de egocios del proceso de estadarizació de la leche detro de la uidad de producció de adecuació y almaceamieto de materias primas de la cadea de valor de ua empresa de lácteos mostrada e la figura 7. Orde Redimieto Orde Parcial Metodo de Producció Isumos Producto Etapas Subproducto Precedecia Fucioalidad Equipo Uso Equipo Uso RRHH Uso Servicios Servicios 1.. Especializac ioes Figura 9. Estructura de las órdees de producció. Proveedores de Servicios Recursos Humaos 4.3 Descripció de los objetos y procesos de egocios Para teer ua claridad completa del proceso de producció, tato e la itegració horizotal por medio de la cadea de valor como e la itegració vertical del sistema de toma de decisioes orietada al maejo de órdees, es relevate idetificar detalladamete los objetos de egocios y las reglas de egocios de la empresa. Los objetos de egocios so ua represetació metal de elemetos comúmete utilizados e u domiio particular del egocio, mietras que las reglas de egocios so setecias que idica como se realiza el egocio, sirviedo de guía que cotiee las restriccioes de los estados y procesos de ua orgaizació. (Chacó et al, 2003). La estructura geeral de las reglas de egocio permite modelarlas a través de Redes de Petri y represetarlas por medio u leguaje de marcado, etre los que se ecuetra: EPML (Evet-drive Process Chai Markup Laguage), UML (Uified Modelig Laguage), BPML (Busiess Process Modelig Laguage) y PNML (Petri Net Markup Laguage); estos leguajes permite exteriorizar y almacear el coocimieto del proceso de producció y los procesos de itercambio de iformació a través de la uiformidad de otació, formatos y coceptos, co el objetivo de producir el itercambio de datos eficiete y flexible que se requiere e la coordiació de procesos y e la toma cooperativa de decisioes detro de Figura 10. Modelo e WF-Nets de ua regla de egocios. Si embargo, los modelos del proceso de egocio por si solos o cotiee toda la iformació relacioada co la uidad de producció, la cual tiee que ser completamete coocida para permitir ua adecuada y eficiete coformació de la holarquía. Esta situació, adicioada a la aturaleza distribuida del sistema de producció, impoe ua agregació de los compoetes que tiee que cooperar para alcazar ua meta global de la producció. Por lo aterior, se puede cocluir que la descripció completa del estado de la uidad de producció resulta de los estados parciales relacioados co el comportamieto de los elemetos que la costituye, los cuales correspode al estado de la misió, el estado del proceso, el estado de los recursos y la actual ley de cotrol reflejada e el estado del supervisor. Para cada uo de estos compoetes se requiere obteer el modelo del comportamieto a través de su correspodiete Red de Petri co el objetivo de represetar y evaluar su fucioamieto itero, dado que los cambios iteros que se produzca puede modificar la meta de producció, la estrategia de cotrol o icluso se requiera ua recofiguració parcial o completa de la holarquía. Adicioalmete estos elemetos costituye el vector de estados completo de la uidad de producció, el cual se ecuetra distribuido detro de la holarquía, es mostrado e la figura 11. Figura 11. Vector de estados de la Uidad de Producció. Se puede evideciar que el comportamieto de ua uidad de producció debe ser modelado como

6 u sistema híbrido, el cual resulta de la composició y del acoplamieto del comportamieto discreto del sistema de cotrol (supervisor) y del comportamieto de proceso híbrido (discreto y cotiuo) dado por el método de producció; coformádose el esquema de supervisió que se muestra e la figura 12 (Chacó et al 2004). Por lo tato, existe ua familia parametrizada de cotroladores cotiuos que cotrola la diámica del sistema cotiuo e las diversas regioes de operació del proceso. Desde el efoque dado por Lygeros (Lygeros, 1996), el sistema híbrido está defiido por: HS = ( X,U,Y,f,E,h,I) (1) Dode: X= Xc Xd variables de estado, dode Xd es el subcojuto de variables discretas y Xc es el sistema de variables cotiuas. U = Ud Uc cojuto de etradas discretas y cotiuas. Y = Yd Yc cojuto de salidas discretas y cotiuas. f: X U TXc describe la diámica cotiua, dode q(t) es costate e el itervalo (t i o, t i f]. E X U X describe la diámica del sistema. q(t) represeta u cojuto de variables discretas y de variables cotiuas que permaece costate para cada estado discreto q del sistema. h: X U Y. I = (x(t o ), q(t o )) es la codició iicial dode x(t o ) y q(t o ) perteece a Xd. El supervisor al ser u sistema de evetos discretos, va a cumplir la fució de forzar ua combiació de predicados compuestos de variables cotiuas y variables discretas, depediedo del estado e el que se ecuetre la uidad de producció. Esta combiació de predicados correspode a ua activació de trasicioes e los modelos de los diferetes compoetes de la uidad de producció, las cuales debe ser disparadas e los tiempos de respuesta esperados, como respuesta a las situacioes ate las cuales el supervisor está diseñado. Estas situacioes se puede clasificar como evetos cotrolables (iicio de u proceso de producció, ueva cofiguració de operació, activació de mecaismos de parada, iiciació de actividades de mateimieto) y evetos o cotrolables (cambio de estado e ua meta de producció, estado de dispoibilidad de u recurso, situació aormal e u proceso de producció o fallas e u recurso). El supervisor debe teer ua respuesta para cada eveto detectado y si existe ua codició que o tega ua secuecia de activació de trasicioes predefiida, el estado de la uidad de producció será llevado por el supervisor a ua situació de parado de emergecia; estado que correspode al subcojuto Xd pleamete coocido y validado. Figura 12. Esquema de supervisió. 4.4 Arquitectura de Tecologías de Iformació y Comuicacioes Como fase siguiete de la metodología, se procede a defiir las arquitecturas de redes de comuicacioes y los equipos ecesarios que soporta los sistemas de almaceamieto, trasferecia de iformació, la ejecució de aplicacioes y los procedimietos de tomas de decisioes del proceso. E ivel iferior del proceso (holoes básicos) se ecuetra distribuidos los equipos y dispositivos de campo satisfaciedo requerimietos de tiempo real estricto co el itercambio de iformació a través de protocolos de buses de campo, trabajado co esquemas de comuicació asicróicos basados e el cambio de estado de los dispositivos de campo y comuicacioes sicróicas cofiguradas para la comuicació co los equipos de cotrol. Para el soporte de las operacioes de programació, supervisió, gestió y plaificació que debe realizarse e las uidades de producció, los equipos que se ecuetra e este ivel ejecuta procesos de egociació co el objetivo de coformar la holarquía que respoderá a las diámicas presetes e su comportamieto. A maera de ejemplo, e la figura 13 se preseta la propuesta de la arquitectura de TIC s para ua empresa de productos lácteos, e la cual o existe ua base de datos cetralizada, permitiedo mayor reactividad, agilidad y recofiguració e los procesos de tomas de decisioes para las diferetes uidades de producció que coforma el HMS. Figura 13. Propuesta de arquitectura teleiformática de ua empresa de productos lácteos.

7 4.5 Arquitectura de Aplicacioes Como se detalló ateriormete, e la arquitectura de aplicacioes se ecuetra las herramietas software para realizar las tareas de cofiguració y programació de equipos de plata, así como la supervisió, plaeació y gestió de los procesos, recursos y los aspectos fiacieros e los diferetes iveles de la holarquía. Por tato, es fudametal idetificar las herramietas software que requiere la empresa para su automatizació, debido a que e el uso de muchas aplicacioes se pierde eficiecia y garatía e las reglas de egocios. Es así como, se debe cocebir el desarrollo de aplicacioes que desligue a la empresa de solucioes propietarias, los cuales debe ser orietados a optimizar los procesos de egociació detro de las holarquías costituidas por las uidades de producció. 5 Coclusioes E el trabajo se ha mostrado ua metodología que permite obteer ua arquitectura de comuicació e iformació, que soporta de maera itegral los distitos procesos de decisió mediate ua jerarquía de sistemas diámicos a evetos discretos, costruida de acuerdo a la holarquía de las uidades de producció. La itegració vertical, de decisioes, es alcazada mediate los itercambios de mesajes (evetos) que iforma sobre el estado de cada Holó e la holarquía, y que recibe mediate mesajes, cosigas de producció, que autóomamete defie u esquema de producció iteros a partir de modelos coocidos e cada holó. La itegració horizotal y la coordiació que asegura ua cooperació etre los holoes, se obtiee de los modelos de flujo de materia y su icremeto de valor (cadea de valor del producto). Chacó, E; Besembel, I.; ad Rico, D. (2003). Bases de datos orietadas por objetos e la itegració y automatizació de procesos de producció cotiua. Techical report, Uiversidad de Los Ades. Chacó, E; Besembel, I.; ad Heect, J. (2004). Coordiatio ad optimizatio i oil ad gas productio complexes. Computers i Idustry 53: Koestler, A (1971). The Ghost i the Machie. Arkaa Books. Lygeros (1996). Hierarchical, Hybrid Cotrol of Large Scale Systems. Ph.D. Thesis, Electrical Egieerig Departmet, Uiversity of Califoria, Berkeley. Motilva, J.; Chacó, E.; ad Colia, E. (2000). Metas: U método para la automatizació itegrada e sistemas de producció cotiua. Actas de las IV Joradas Paamericaas de Automatizació. UML (2003). UML 2.0 superstructure specificatio. ptc/ , OMG, Veradat, F.B. (2002). Eterprise modelig ad itegratio (EMI): curret status ad research perspectivas. Aual Reviews i Cotrol, 26: Agradecimietos Este trabajo ha sido realizado co la colaboració del Postgrado e Igeiería e Cotrol y Automatizació de la Uiversidad de los Ades Mérida (Veezuela) y el Istituto de Estudios de Postgrado e Electróica y Telecomuicacioes de la Uiversidad del Cauca Popayá (Colombia). Referecias Bibliográficas Botti, V ad Giret, A (2005). ANEMONA: Ua metodología multiagete para sistemas holóicos de fabricació. PhD thesis, Uiversidad Politécica de Valecia. Chacó, E; Besembel, I.; Narciso, F; Motilva, J ad Colia, E. (2002).A itegratio architecture for the automatio of cotious productio complexes. ISA Trasactios 41, Uiversidad de Los Ades.