Simplificar los datos industriales con Barbara: un caso de uso del espacio de nombres unificado para alimentos y bebidas

Introducción

En los entornos industriales altamente automatizados de hoy en día, la capacidad de recopilar, procesar e integrar a la perfección datos de diversas máquinas y sistemas es clave para lograr la excelencia operativa. Esto es especialmente relevante en el sector de Alimentación y Bebidas, donde la visibilidad en tiempo real, la trazabilidad y la agilidad no son negociables. Entra el Espacio de Nombres Unificado (UNS), un potente paradigma de arquitectura de datos que Barbara hace increíblemente fácil de implantar y escalar.

¿Qué es un espacio de nombres no especificado (UNS)?

Un SNU es una capa de datos estructurada y en tiempo real construida sobre protocolos como MQTT y Sparkplug. Actúa como la única fuente de verdad, donde los datos de los activos industriales, independientemente del proveedor o protocolo, se publican en un formato estandarizado. Esto permite la visibilidad de los datos en toda la empresa, facilitando la integración con sistemas SCADA, MES, BI y AI.

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La plataforma de Barbara facilita el despliegue de un SNU, incluso en configuraciones industriales complejas, gracias a su arquitectura nativa, el despliegue de aplicaciones en contenedores y la compatibilidad integrada con protocolos industriales.

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Visión general del caso de uso: Una arquitectura multinivel de alimentos y bebidas

En este ejemplo, implantamos un SNU en una empresa de Alimentación y Bebidas con varias fábricas.

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Desglosemos la arquitectura:

Niveles definidos

Hay 3 niveles:

• Nivel empresarial: Centro neurálgico de inteligencia y análisis empresarial. Desplegado opcionalmente en la nube o en un centro de datos local. 
• A nivel de planta: Un nodo de borde en cada planta agrega datos de las líneas de producción para su almacenamiento, visualización y análisis.
• Nivel de línea: Cada línea de producción (en este caso, 2 por planta) tiene su propio nodo de borde conectado a la maquinaria industrial.

Máquinas por línea de producción

En este caso, consideraremos las siguientes máquinas en las 2 líneas de producción de nuestra planta.

Línea de producción 1:

• Amasadora (MX-5000): Mezcla los ingredientes para formar la masa.
• Cinta transportadora (CB-200): Transfiere la masa a través de la línea.
• Horno (OVN-750): Hornea productos a temperatura controlada.
• Unidad de refrigeración (CL-300): Reduce la temperatura del producto antes de envasarlo.
• Máquina de embalaje (PKG-400): Sella y etiqueta productos acabados.

Línea de producción 2:

• Mezcladora de líquidos (LM-8000): Mezcla ingredientes líquidos para bebidas.
• Pasteurizador (PST-600): Calienta los líquidos para matar las bacterias.
• Sistema de embotellado (BTL-900): Llena y tapa botellas.
• Máquina etiquetadora (LBL-500): Aplica etiquetas de productos.
• Paletizador (PLT-700): Apila los productos para su envío.

Los nodos de borde situados a nivel de las líneas de producción deben recopilar datos de todas las máquinas definidas anteriormente.

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Adquisición de Datos: Parámetros y Tipos de Datos

Las máquinas de cada línea de producción generan datos clave del proceso, clasificados de la siguiente manera:

Estructura de datos normalizada UNS 

El SNU sigue una estructura jerárquica de temas MQTT, lo que garantiza un intercambio de datos organizado

• Fábrica/Línea 1 Temas
  
  • Barbara/Madrid_01/cocina/línea1/Mezcladora_MX-5000
  • Barbara/Madrid_01/cocina/línea1/Cinta transportadora_CB-200
  • Barbara/Madrid_01/cocina/línea1/Horno_OVN-750
  • Barbara/Madrid_01/cocina/línea1/CoolingUnit_CL-300
  • Barbara/Madrid_01/envasado/línea1/Envasadora_PKG-400
• Fábrica/Línea 2 Temas
  
  • Barbara/Madrid_01/cocina/línea2/LiquidMixer_LM-8000
  • Barbara/Madrid_01/cocina/línea2/Pasteurizador_PST-600
  • Barbara/Madrid_01/envasado/línea2/Sistema de embotellado_BTL-900
  • Barbara/Madrid_01/envasado/linea2/Etiquetadora_LBL-500
  • Barbara/Madrid_01/embalaje/línea2/Palletizador_PLT-700

Captura y publica

OPC UA publica la siguiente información obtenida del dispositivo MX-5000:

Barbara/Madrid_01/cocina/línea1/Mezcladora_MX-5000

{

    "deviceDisplayName": "DoughMixer_MX-5000",

    "data": {

        "VelocidadMotor": 1932,

        "Nivel de vibración": 2.259999990463257,

        "ConsumoEnergético": 0.43700000643730164,

        "AlarmStatus": falso,

        "CódigoDeFallo": "",

        "Descripción del fallo": ""

    },

    "marca de tiempo": 1743610661504,

    "error": falso,

    "errorDescription": ""

Transformación de bujías

La información anterior se traducirá a la norma de bujías y se volverá a publicar en el corredor. 

El tema se traducirá al siguiente tema de Sparkplug mqtt:

‍spBv1.0/Barbara:Madrid_01/DDATA/cocina:line1/Mezcladora_MX-5000

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Despliegue rápido y flexible con Barbara

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Barbara permite desplegar fácilmente tu infraestructura de SNU a través de su plataforma. Con aplicaciones de código abierto preintegradas y un modelo de despliegue mediante clic, puedes pasar de cero a estar en funcionamiento en cuestión de minutos.

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Así es como se configura cada nivel:

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Nodo de borde en la línea de producción 1 

Este nodo de borde funciona recopilando datos de la máquina, que luego se transmiten al Nodo de Borde del Sitio; al mismo tiempo, los datos se almacenan localmente, lo que permite la retención de datos in situ; para facilitar el análisis y la supervisión inmediatos, un panel de control Grafana proporciona la visualización local de los datos.

‍Servicios:

• Conector OPC UA/Modbus: Lee los datos de las máquinas situadas en la Línea 1 y publica los datos en el Broker Sparkplug MQTT local. 
• Corredor MQTT Sparkplug: Garantiza un formato coherente de los mensajes.
• Ingesta MQTT InfluxDB: Lee los datos del broker MQTT y los almacena en la base de datos InfluxDB local. 
• InfluxDB: Almacenamiento local temporal.
• Grafana: Cuadros de mando en tiempo real a nivel de línea.

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Nodo de borde en la línea de producción 2 

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Este nodo de borde funciona recogiendo inicialmente los datos de la máquina, que se almacenan localmente para un acceso inmediato; posteriormente, estos datos recogidos también se transmiten al Nodo de Borde del Sitio para su posterior procesamiento y una integración más amplia en la red.

Servicios:

• Conector OPC UA/Modbus: Lee los datos de las máquinas situadas en la Línea 1 y publica los datos en el Broker Sparkplug MQTT local. 
• Broker Sparkplug MQTT: Actúa como columna vertebral de la comunicación, transformando también la información recibida de las máquinas industriales al formato Sparkplug.
• Ingesta MQTT InfluxDB: Lee los datos del broker MQTT y los almacena en la base de datos InfluxDB local. 
• InfluxDB: Almacenamiento local temporal.

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Nodo de borde a nivel de centro

Este sistema agrega datos de todos los nodos a nivel de línea, lo que permite realizar análisis completos entre líneas, e incluso puede admitir funcionalidades avanzadas alojando modelos de IA diseñados para tareas predictivas.

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Servicios:

• Broker Sparkplug MQTT: Actúa como columna vertebral de la comunicación, transformando también la información recibida de las máquinas industriales al formato Sparkplug.

Nodo de borde a nivel de empresa

Este nivel de nodo superior en una arquitectura de Espacio de Nombres Unificado (UNS) facilita la agregación y el procesamiento centralizados de datos, actuando como un puente crucial entre la tecnología operativa (OT) y los sistemas de tecnología de la información (IT). Consigue esta conectividad utilizando MQTT para integrarse perfectamente con sistemas SCADA, plataformas ERP o herramientas de Inteligencia Empresarial (BI) basadas en la nube.

Para un análisis en profundidad, el nodo incorpora InfluxDB para la gestión de datos de series temporales e Ignition SCADA para una visualización y control exhaustivos, proporcionando una sólida plataforma para la toma de decisiones basada en datos

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Servicios:

• Broker Sparkplug MQTT: Actúa como columna vertebral de la comunicación, transformando también la información recibida de las máquinas industriales al formato Sparkplug.
• Ingesta MQTT InfluxDB: Lee los datos del intermediario MQTT y los almacena en la base de datos local. 
• InfluxDB: Base de datos local de series temporales.
• Encendido: Local SCADA.

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Conclusión

El despliegue de un Espacio de Nombres Unificado en un entorno de Alimentación y Bebidas utilizando la plataforma de Barbara muestra lo fáciles y potentes que pueden ser las soluciones de vanguardia modernas. Gracias a la transmisión de datos en tiempo real, la visualización local y la perfecta integración de la IA, las fábricas obtienen un control y una visión completos de sus operaciones, desde las mezcladoras individuales hasta los cuadros de mando empresariales.

Tanto si empiezas con la recopilación de datos básicos como si quieres añadir predicciones de mantenimiento basadas en IA, Barbara te proporciona las herramientas para que lo consigas más rápidamente.

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