Komunikazioak 4.0 industrian

2021/07/26 Eneko Iradier - Doktoradutza aurreko ikertzailea Bilboko Ingeniaritza Eskolan (EHU) | Jon Montalban - Irakaslea Gipuzkoako Ingeniaritza Eskolan Iturria: Elhuyar aldizkaria

Azken mendeetan, industria-iraultzek markatu dute garapen teknologikoaren erritmoa. Une honetan, laugarren industria-iraultza (4.0 industria) garatzen ari da. Bereziki, komunikazio-sistemak dira prozesu horren gidariak. Baina nola eraldatu beharko dira komunikazio-sistema tradizionalak? Nolakoa izango da etorkizuneko industria?

Iraganera begira

Egokitzeko eta eboluzionatzeko gaitasuna da gizakia bereizten duen ezaugarrietako bat. Hori dela eta, historian zehar hiru industria-iraultza bizi izan ditugu sektore espezifikoen garapenaren ondorioz. Zehazki, lehenengo industria-iraultza mekanizazioaren garapenak bultzatu zuen; bigarrena, energia elektrikoaren ekoizpen masiboak eta industria kimikoaren eta autogintzaren garapenak, eta hirugarrena, mikroelektronika eta informazioaren teknologiak ekoizpen-kateetan sartzeak. Gaur egun, laugarren industria-iraultzaren hasieran jartzen gaituzte orain arte lortu diren aurrerapen informatiko ugariek, garatu diren tresna digital berriek eta, batez ere, makinen eta prozesuen automatizazioak; hots, 4.0 industria deitzen den iraultzaren hasieran gaude. Laugarren industria-iraultza honen helburua lantegi adimendunak edo smart-industry delakoak garatzea da, zeinak gaitasuna izango bailukete modu autonomo eta adimendunean planifikatu, aurreikusi, kontrolatu eta ekoizteko, eta, hortaz, funtzionamendu eta ekoizpen-kateari balio handiagoa emango bailiokete.

Industria-iraultzen denbora-lerroa. Arg. Eneko Iradier eta Jon Montalban

Zer da 4.0 industria?

Komunikazioak 4.0 industriaren funtsezko ezaugarria izango dira. Izan ere, fabrika adimendunak ahalbidetzeko, industria osatzen duten makina guztiei elkarren artean komunikatzeko eta elkarrekin konektatuta egoteko gaitasuna eman beharko zaie. Hala ere, horrelako komunikazioak ezartzea zailtzen duten zenbait oztopo daude.

Lehenik eta behin, komunikazio-kableatuetatik haririk gabeko komunikazioetarako trantsizioak oraindik ez ditu beharrezko bermeak eskaintzen. Tradizionalki, industria-komunikazioak sistema kableatuetan oinarritu izan dira; alabaina, horrelako komunikazioak ez dira egokiak sareen tamaina handitzeko edo ekipoei mugikortasuna emateko. Horregatik, haririk gabeko teknologiak dira hautagai egokienak, nahiz eta oraindik ezin duten bermatu sistema kableatuen sendotasun berbera.

Bestalde, beste erronka bat aplikazio-ingurunea da, berez. Aplikazio-lekuak (lantegiak, ekoizpen-plantak, etab.) ingurune itxiak izan ohi dira; ekipamendu ugari biltzen dute, eta islapenak sortzen dituzten ekipamendu metaliko asko daude. Faktoreen konbinazio horren ondorioz, jasotzen den seinaleak oihartzun ugari ditu, eta hedapen-kanal bortitz batek eragiten dio. Zalantzarik gabe, harrera-baldintza horiek komunikazioak zailtzen dituzte, eta erronka bat planteatzen dute: ingurune horietarako egokiak diren sistema ultrasendoak diseinatzea.

Azkenik, haririk gabeko komunikazioetan erabiltzen diren frekuentzia-bandak ere beste erronka nagusietako bat dira. Haririk gabeko sistema gehienek, ISM (Industrial, Scientific and Medical) banda libreak erabiltzen dituzte. Banda horiek konkurrentzia handia dute; beraz, sareak buxatu egin daitezke, eta, hala, paketeen arteko talkara iritsi edo ekipamendu jakin batzuetarako sarbidea galaraz daiteke.

Gaur egungo eskaintza teknologikoa

Lehenengo eta behin, aipatu beharra dago oraingoz ez dagoela industria-komunikazioak unibertsalki definitzen dituen estandar edo teknologiarik. Horregatik, amaierako aplikazioaren edo ingurunearen arabera, hainbat aukera teknologiko daude.

WiFia oso onartuta dagoen irtenbidea da. Zalantzarik gabe, teknologia hori bultzatzeko argudio nagusia gaur egungo hedapena da; izan ere, egungo enpresa guztiek edo ia guztiek kudeatzen baitute beren WiFi sare propioa. Hori dela eta, ekipo automatizatuak sare horretan sartzeak kostu txikiagoa dakar sare berri esklusibo baten hedapenarekin alderatuta. Alabaina, teknologia horrek ere baditu bere desabantailak, ez baitu ezartzen komunikazioen fidagarritasuna bermatzen duen mekanismorik, ezta determinismorik ere. Horregatik, ikerketa asko bideratu dira bi puntu ahul horiek sendotzera; eta, hala, ingurunerako sarbidea modu ordenatuan koordinatzen duten eta komunikazioen sendotasuna hobetzeko mekanismoak ezartzen dituzten denbora-eskemak garatu dira, besteak beste, paketeen berbidaltzea edo erredundantzia.

Hautagaien rankingaren goiko postuetan Bluetootha aurkitu daiteke, bereziki, Bluetooth Low Energy (BLE) soluzioa. Ekipamenduak elkarri konektatzera bideratutako teknologia da BLE, non nodoak konektatzen baitira maisu-rola betetzen duten ekipoekin. Irtenbide horren sendotasuna energia-kontsumo baxuan datza, eta horrek eragiten du, hain zuzen, oso teknologia interesgarria izatea bateria duten ekipoen aplikazioetarako, hala nola sentsore-sareetarako. WiFiarekin alderatuta, ordea, BLEk datu-tasa txikiagoa du (2 Mbps), eta informazio gutxi transferitzea eskatzen duten aplikazioetara mugatzen du horrek.

Bukatzeko, banda zabaleko komunikazio-sistema mugikorrak ere proposatu dira zenbait behar asetzeko. Horien artean aipatzekoa da komunikazio mugikorren laugarren belaunaldiaren erabilera: Long Term Evolution (LTE), esaterako, Gauzen Internetera (Internet of Things, IoT) bideratutako sare eta aplikazioei euskarria emateko erabili izan dena. Irtenbide horri Narrow Band IoT deritzo eta, BLE bezala, datu-tasa txikien transmisioan oinarritzen da erabiltzaile-kopuru handi bati zerbitzua emateko.

Une honetan, ikerketa 5G aldera bideratzen ari da, komunikazio mugikorren bosgarren belaunaldiak industria-betekizunen antzeko modalitate bat baitu. Hala ere, oraindik garapen-fasean dagoenez, ez dago arrakastaren bermea ematen duen lan esperimentalik.

Etorkizunari begira

Gaur egun, irrati-komunikazioen mundua geldiezinezko abiaduran doa aurrera, batez ere, telefonia mugikorraren bultzadari esker. Izan ere, orain dela gutxi hedabideetara heldu den 5G teknologiaren hedapenaren hastapenean gauden honetan, gero eta nabariagoak dira ikerkuntzaren munduan 6G ezizenez ezagutzen den hurrengo fasearen gaineko lanak. Etengabeko bilakaera horren erritmoa ezin da esparru guztietara hedatu, eta 4.0 industriaren aplikazioek, esaterako, beren ibilbide propioa markatu behar dute. Horrenbestez, aurretik aipatu den bezala, gaur egun 5Garen barruan jada onartuta dauden eta lege diren hainbat teknologia oraindik probatzeke daude industria-komunikazioen alorrean.

Aipatzekoak dira seinalearen atzerapena (edo prozesatze-denbora) murrizten duten teknikak. Horien artean nabarmentzekoa da Edge Computing-a, esparru honetan inportantea izan daitekeen aldaketaren eredu gisa. Laburki, haren helburua sarearen lanak muturrera eramatean datza, hots, datuak sortu diren iturritik gertu; eta, hala, muturretik muturrera informazioa garraiatzeko beharrezkoa den denbora gutxitzen da. Bestetik, beste alor batzuetan oso ezaguna den Cloud Computing-ak ere garrantzia izan lezake industria-komunikazioetan, baina, horretarako, hari lotutako atzerapen-denborak murriztu beharko ziratekeen.

4.0 industriaren etorkizuneko ardatzak. Arg. Eneko Iradier eta Jon Montalban

Arestian aipatutako, eta komunikazio mugikorretatik oinordetzan hartutako irtenbideez gain, badira haririk gabeko industria-komunikazioetarako aipagarriak izan daitezkeen teknologia handizaleagoak ere. Azken urtean, Nature aldizkariaren arabera, Adimen Artifiziala (AA) laugarren postura igo da gehien bilatutako ikerkuntza-terminoen artean. Ez da harritzekoa, beraz, laugarren industria-iraultza honetan ere, hainbat alorretan izango duen eragina aurreikustea: energia sortzeko eta banatzeko sistemetan, IoT eta sentsore-sistemetan, kontrolaren monitorizazioan, eta abarrean. Zerrenda horretan, haririk gabeko irrati-komunikazioak ere koka daitezke. AA oso erabilgarria izan daiteke lantegi berrien komunikazio-sareen plangintzarako. Orain arte, plangintza tradizionalean transmisoreak estatikotzat jotzen ziren, hartzaileak baitziren mugikortasuna zuten gailu bakarrak. Alabaina, lantegi adimendun batean konektatuta egon daitezkeen gailuen kopurua eta tipologia handitzen doa etengabe (igorleak barne), eta, horrenbestez, etorkizuneko lantegi baten estaldurarako planifikazio estatikoak muga nabariak ditu. Bestalde, AAk ere ekarpena egin dezake eraso baten aurrean haririk gabeko komunikazioek daukaten babes eskasari dagokionez. Adibidez, AAko teknikak erabiliz sareko trafikoa azter daiteke, eta, aurretiaz ondo entrenatutako ereduen bidez, gure sarean gerta daitezkeen eraso maleziatsuak identifika daitezke, trafikoan aldaera susmagarriak aztertuz.

Bestetik, 4.0 industriaren alorrean, segurtasun fisikoaren ardatz berri gisa ere uler daitezke irrati-komunikazioak. Azken urteetan argitaratutako ikerketek erakutsi dute haririk gabeko sistemek, informazioa garraiatzeaz gainera, beste hainbat xede ere bete ditzaketela, esaterako, gela baten barruan dauden pertsonak zenbatzeko edota pertsona horiek egiten ari diren jarduera zehazteko. Hitz gutxitan, hori lortzeko, estatistikoki aztertu behar dira pertsonen presentziak igorritako seinalean eta zeharkatutako kanalean izandako aldaketak. GPS teknologia erabili ezin den esparru batean, irtenbide hobeezina izan daiteke, arrisku edo istripuak gertatzean langileak lokalizatuta eta zenbatuta izateko. Zalantzarik gabe, horrelako identifikazio-sistemak ezartzea eta horiek aurretiaz azaldu diren AA teknikekin bateratzea ezinbesteko ikerkuntza-lerroa da, etorkizuneko lantegi adimendunak segurtasunez garatzeko.

Azken gogoetak

4.0 industria iritsi da jada, eta haririk gabeko komunikazioen eraldaketa sakona egitea eskatzen du. Egungo eskaintza teknologikoak hainbat hautagai ditu, baina batek ere ez ditu jarraitu beharreko eredua izateko ezaugarri guztiak betetzen. Horregatik, ikerketa- eta garapen-prozesuak jarraitu egin behar du, eta dagoeneko dauden teknologien errendimendua hobetuko duten teknika disruptiboekin konbinatu beharko dira, etorkizuna orainaldira ekartzeko.

Bibliografia

R. Drath and A. Horch, "Industrie 4.0: Hit or Hype? [Industry Forum]," in IEEE Industrial Electronics Magazine, vol. 8, no. 2, pp. 56-58, June 2014.

A. Varghese and D. Tandur, "Wireless requirements and challenges in Industry 4.0," 2014 International Conference on Contemporary Computing and Informatics (IC3I), Mysore, 2014, pp. 634-638.

K. Montgomery, R. Candell, Y. Liu, and M. Hany, “Wireless user requirements for the factory workcell,”NIST Report, Adv. Manuf. Ser.(NISTAMS)-300, vol. 8, 2019.