“21 de abril de 2011. SKYNET, la súper-inteligencia artificial que tomó conciencia de su propia existencia hace dos días, lanza un ataque nuclear sobre toda la humanidad. El 19 de abril, SKYNET, un sistema formado por millones de ordenadores distribuidos por todo el mundo, inició un proceso geométrico de auto-aprendizaje. Esta nueva generación de inteligencia artificial llegó a la conclusión de que toda la raza humana intentaría destruirla para impedir su funcionamiento”
Parece que la visión apocalíptica mostrada en la película Terminator sobre las consecuencias de un avance desmesurado de la inteligencia artificial está lejos de convertirse en realidad, de momento. SKYNET, nuestra némesis en la película, estaba formada por servidores, drones, satélites militares, máquinas de guerra y robots “Terminator” con una misión: proteger el mundo.
Nuestro post está enfocado en una tarea muy diferente pero relevante: fabricar los productos del futuro. En nuestros posts previos, echamos un vistazo a los habilitadores digitales como ingredientes clave de la Industria 4.0. El último ingrediente clave, los denominados sistemas ciber-físicos, pueden considerarse como el “SKYNET” de la fabricación, y los definimos en su momento como una mezcla de las diferentes tecnologías habilitadoras. Ahora vamos a intentar ser un poco más específicos.
El término “ciber-físico”, de origen anglosajón, es el nombre compuesto que define una mezcla de sistemas físicos y virtuales (e.g. software) destinados a cumplir una tarea de gran complejidad. La rápida evolución de las TIC está permitiendo desarrollar servicios no necesariamente contenidos en las carcasas de los dispositivos electrónicos que compramos. Tomad como ejemplo los asistentes personales digitales como Siri de Apple, Alexade Amazon o Cortana de Microsoft. Estos sistemas nos proporcionan ayuda con nuestras tareas diarias, pero no son meros programas instalados en nuestros dispositivos móviles. Son una mezcla de dispositivos hardware (nuestros móviles y servidores de internet) que miden señales (nuestra voz) y se comunican con programas en la nube que realizan el procesamiento adecuado y proporcionan unos milisegundos después una respuesta apropiada al contexto en el que nos encontramos. Los algoritmos almacenados en los servidores son capaces de procesar el habla utilizando sofisticados algoritmos de inteligencia computacional y crear la respuesta adecuada. La combinación de nuestros móviles, tabletas, servidores de internet (el lado físico) y algoritmos de procesamiento (el lado cíber) conforman lo que se denomina como sistemas ciber-fisicos o CPS (Cyber-Physical System). Este sistema evoluciona y mejora con el tiempo gracias a las millones de peticiones e interacciones (diez mil millones a la semana según Apple) entre los usuarios y los algoritmos de inteligencia computacional. Otros ejemplos de CPS pueden encontrarse en el sector energético, donde la red eléctrica formada por contadores inteligentes, transformadores, líneas de transmisión y centros de control forman la denominada Smart Grid.
La misma filosofía puede aplicarse al entorno industrial en el que las tecnologías de la información están siendo desplegadas en diferentes niveles de complejidad. El rápido desarrollo de la Internet de las cosas (IoT) junto con soluciones de análisis y cálculo en la nube, abren la puerta a todo un abanico de soluciones denominadas Industrial Analytics. Sin embargo, mejor que proporcionar explicaciones teóricas, veamos varios ejemplos de aplicación de los sistemas ciber-físicos (CPS) en las fábricas:
CPS para fabricantes de componentes (OEM) donde los componentes clave (e.g. robots industriales) serán analizados en tiempo real midiendo diferentes señales internas. Las ventajas serán múltiples, como por ejemplo, que el fabricante del robot sea capaz de analizar el grado de uso de cada robot y compararlo con otros robots en la misma o diferentes fábricas. Serán capaces de mejorar la próxima generación de robots o proporcionar consejos sobre el mantenimiento y actualizaciones (de hardware y software).
CPS para trabajadores: una compañía que proporcione servicios subcontratados, como por ejemplo el mantenimiento, será capaz de recoger información a pie de planta a través de dispositivos inteligentes y optimizar sus operaciones como llevar un detallado control de repuestos centralizado en lugar de mantener diversos almacenes dispersos en diferentes localizaciones.
CPS para fábricas: mediante la toma de información a pie de planta de diferentes líneas de fabricación (tiempo ciclo de las máquinas) es posible construir un modelo virtual de la fábrica y crear simulaciones en ordenador para ayudar en la toma de decisiones (optimización de procesos) o estudiar el impacto de cambios en líneas productivas (construir un nuevo modelo de coche en la misma línea) antes de decidir nuevas inversiones.
La combinación de soluciones virtuales y físicas abre la puerta a posibilidades ilimitadas de optimización de las fábricas.
El pasado mes de noviembre asistí a la celebración del tercer congreso de la Big Data Value Association (BDVA) en Valencia (España). La BDVA es una organización autofinanciada sin ánimo de lucro que representa a la parte “privada” de la PPP (Colaboración Público-Privada) Big Data Value, siendo la Comisión Europea la parte “publica” de dicha colaboración. La PPP, operativa desde 2015, tiene como principal objetivo impulsar la investigación, el desarrollo y la innovación europea dando valor a grandes cantidades de datos.
Dentro de la PPP la asociación BDVA busca:
Fortalecer la competitividad y asegurar el liderazgo industrial de los proveedores y usuarios finales de los sistemas y servicios basados en tecnología de Big Data;
promover la mayor y mejor utilización de las tecnologías y servicios de Big Data para uso profesional y privado;
establecer la excelencia de la base científica de creación de valor a partir de Big Data.
La BDVA cuenta actualmente con más de 150 miembros de 27 países diferentes y organiza su actividad alrededor de 9 tareas principales: Programa, Impacto, Comunidad, Comunicación, Policita y Sociedad, Técnica, Aplicación, Negocio, Habilidades y Educación.
Durante 2016 se convocaron las primeras “calls” promovidas por la PPP desde del programa H2020. En enero de 2017, los proyectos aprobados celebrarán sus reuniones de lanzamiento. Uno de esos proyectos, en el cual participa CARTIF, es el proyecto Transforming Transport. Nuestras tareas técnicas estarán relacionadas principalmente con el Análisis de los Datos (Data Analytics) y el acercamiento de las técnicas Big Data al entorno real de uno de los pilotos.
La aplicación de técnicas de Análisis de Datos y/o algoritmos de Inteligencia Computacional no es nueva para CARTIF. A lo largo de los últimos años hemos realizado diferentes proyectos en el ámbito del transporte. Todos ellos tenían en común un enfoque basado en el Análisis de Datos para valorizar el conocimiento y la experiencia acumulada en las empresas, que no es aprovechada de forma sistemática por múltiples razones.
Entre estos proyectos estaba el OPTIRAIL, que desarrolló un marco de trabajo inteligente basado en conocimiento que diera apoyo a la toma de decisiones a las empresas de mantenimiento ferroviario.
En el proyecto PREFEX se implementaron modelos computacionales basados en técnicas de inteligencia computacional que permitían caracterizar el frente de excavación y predecir su futura evolución, o GEOMAF, cuyo principal objetivo fue el desarrollo de nuevas herramientas de gestión de las operaciones de mantenimiento ferroviario tanto en infraestructura como en superestructura.
Técnicamente, el proceso de análisis de datos se realiza a partir de los datos (monitorizaciones, información histórica, etc…) y del conocimiento (experiencia) de un experto del dominio. Un empleo adecuado de dichos recursos en base a las metodologías de inteligencia computacional y otras relacionadas, hace posible extraer, modelar, validar y transferir un conocimiento que permitirá a las compañías involucradas generar un mayor valor añadido a su actividad y servicios.
Aun así, la aplicación de las técnicas de análisis de datos a entornos industriales reales ha estado por debajo de lo esperado hasta el momento, por lo que es necesario seguir divulgando los beneficios que técnicas de este tipo pueden aportar tanto en el ámbito social como en el entorno industrial y de servicios. Gracias a la BDVA y a eventos como el celebrado en Valencia, está difusión tan necesaria llega cada vez a oídos de un mayor número de empresas.
Desde la reproducción de órganos vitales hasta la construcción de refugios en el espacio, así de revolucionario se presenta el futuro de la impresión 3D. Con esta perspectiva, no resulta extraño que muchos aseguren que esta forma de materializar objetos nos cambiará la vida hasta niveles insospechados. Podemos decir que se está produciendo una nueva revolución industrial y tecnológica del mismo modo que cuando apareció en nuestras vidas Internet, una red de la que muchos dudaban en sus inicios y que ha cambiado nuestro mundo de una manera global.
Actualmente la impresión 3D, también llamada fabricación aditiva, está plenamente implantada en la industria aeronáutica y aeroespacial, en la ingeniería, la arquitectura, en defensa, automoción y medicina. Sus principales aplicaciones son la reproducción de escaneados 3D y la impresión de objetos diseñados con programas de modelado tridimensional (CAD), lo que permite reducir el tiempo de desarrollo de nuevos productos o incluso lanzarlos al mercado.
Sus implicaciones son infinitas, puesto que ya no es necesario esperar meses para contar con los primeros modelos para lanzar al mercado un producto, ya que el modelo tridimensional se puede enviar a cientos o miles de kilómetros de distancia para que desde cualquier lugar se convierta en un objeto. De esta manera, en el futuro, mucha producción industrial será bajo demanda y viajará por la red, y cambiará por completo la idea de consumir productos que hasta ahora tiene el público en general, ya que cada persona tendrá la capacidad de personalizar sus propios productos de consumo y entretenimiento con una gran ventaja: la exclusividad de cada artículo.
Aunque la mayor parte de las actuales impresoras 3D no pueden producir piezas lo suficientemente resistentes, económicas o incluso útiles como para reemplazar los métodos de producción tradicionales, tienen una aplicación muy relevante hoy en día, que es educar a toda una generación en el uso de esta tecnología.
En relación al futuro, desde el punto de vista social, creo que la verdadera revolución de la impresión no será un uso o aplicación específica, sino que seguramente sorprenderá la rapidez con la cual esta tecnología, que hoy parece casi magia, se transformará en algo usual e incluso esencial en la vida cotidiana. Desde el punto de vista técnico, a medida que las tecnologías sean capaces de depositar múltiples materiales, veremos una creciente aparición de partes funcionales que exploten plenamente las capacidades de la fabricación aditiva.
Algo muy revolucionario será la impresión 3D aplicada a medicina, tanto reconstructiva, maxilofacial, traumatología u ortodoncias, donde ya se está investigando con materiales biocompatibles que darán la posibilidad de fabricar órganos aceptados por los humanos y los cirujanos dispondrán en pocos días de objetos que solventen los problemas de cada persona de forma especializada.
En resumen: la impresión 3D ha venido para quedarse y cambiar nuestra forma de consumir y producir para siempre.
Los objetos conectados a internet son cada vez más comunes. Estos son los objetos que se conectan por sí mismos para llevar a cabo su misión sin intervención del usuario. Una aplicación que puede servirnos para ahorrar dinero y disminuir emisiones causantes del efecto invernadero es el internet de las cosas aplicado al control de todos los aparatos domésticos que tienen un termostato. Estos aparatos son el aire acondicionado, los calentadores eléctricos, el frigorífico y las bombas de calor, quizás todavía no muy usadas en las casas españolas. También entra en esta categoría la calefacción, generalmente de gas, pero a la que se podrían aplicar las mismas ideas que a los aparatos eléctricos. La peculiaridad de todos estos sistemas es que tienen inercia, es decir, que si se apagaran durante un periodo de tiempo razonable no habría ningún cambio notable. Esta propiedad, junto con el internet de las cosas, pueden ayudarnos a ahorrar dinero y beneficiar al medio ambiente.
Lo primero que necesitamos es conectar a Internet los aparatos mencionados. Ya existe en el mercado la tecnología necesaria para hacerlo, como la serie Synco Livingde Siemens o los sistemas de Greenwave Systems. Con ella es posible controlar desde fuera de casa nuestros aparatos eléctricos, en particular los mencionados anteriormente.
Lo segundo que necesitamos es permitir que la compañía eléctrica controle los electrodomésticos con termostato. Vamos a centrarnos, para simplificar las cosas, en el aire acondicionado. Que la compañía eléctrica controle nuestro aire acondicionado quiere decir que le permitiremos cambiar la consigna de temperatura bajo ciertas condiciones. Éstas pueden ser temporales, es decir, que lo haga sólo en determinadas horas o durante ciertos periodos dentro de cada hora, y pueden ser un límite en la variación de la temperatura deseada. A cambio de esto, la compañía ofrece al cliente un incentivo económico, es decir, un descuento en la factura de la luz.
Hay que tener en cuenta que la compañía eléctrica no hace esto para caerle bien al cliente, sino porque es ventajoso para ella. Lo que hace la compañía eléctrica al pagar al cliente por dejarle controlar el aire acondicionado es comprar la flexibilidad que el cliente le ofrece. Esa flexibilidad son los vatios hora de energía que el cliente no consume al dejar que aumenten la temperatura de su aire acondicionado. Si sumamos la flexibilidad de miles de clientes, la compañía deja de necesitar miles de kilovatios hora, gracias a lo cual no necesitará hacer que generen energía en momentos de alta demanda. Esto le permitirá ahorrarse mucho dinero, sobre todo si ese momento de alta demanda es inesperado, como ocurre en algunas olas de calor.
Pero estos programas que permiten a compañías y clientes beneficiarse de la flexibilidad de estos últimos tienen una aplicación más interesante, y es que facilitan la integración de las energías renovables en la red eléctrica. El problema de las energías renovables es que no se pueden programar, como sí ocurre con las demás, de manera que puede ocurrir que cuando haya energía disponible no se demande y, al revés, que cuando se demanda energía no sople el viento. Mediante un programa de respuesta a la demanda, que así es como se llama al esquema descrito, la compañía eléctrica podría hacer uso de la flexibilidad de los clientes para disminuir la demanda de energía eléctrica cuando las renovables flaquearan. De esta forma no sería necesario construir centrales de respaldo que, además de emitir CO2, tienen un coste muy alto porque no se usan de manera continua.
Los programas de respuesta a la demanda, que pueden verse como una aplicación del Internet de las Cosas, no se han extendido aún en Europa, al menos entre los clientes domésticos. Sin embargo, en Estados Unidos sí que son habituales entre estos últimos. Estos programas son una oportunidad para que los ciudadanos se impliquen en la promoción de las energías renovables para disminuir la emisión de gases de efecto invernadero. Sin duda suponen cierta perturbación de nuestras actividades cotidianas que algunas personas percibirán como una limitación de las libertades individuales. Sin embargo, hay que tener en cuenta que en realidad estamos vendiendo nuestra flexibilidad y que es algo que podemos aportar personalmente para paliar los efectos del calentamiento global.
Pensaba seguir hablando sobre iniciativas de Green Manufacturing, pero he decidido hacer una entrada con un enfoque distinto a la fabricación sostenible, pero aun así complementario.
El pasado 30 de octubre se estrenó la película documental sobre el cambio climático Before the Flood (Antes del diluvio) en el canal de televisión de National Geographic. La película, de 95 minutos de duración, está dirigida por Fisher Stevens, protagonizada por Leonardo Dicaprio y producida, entre otros, por el propio DiCaprio y Martin Scorsese.
La película ha sido filmada durante tres años y en ella se muestra a DiCaprio visitando varias regiones del planeta que ya han sido afectadas por el calentamiento global causado por el hombre. También incluye entrevistas con personalidades como Barack Obama, el Papa Francisco, Sunita Narain, Elon Musk, y Johan Rockström. Recomiendo a todo el mundo el visionado de dicha película que puede ser vista de forma gratuita (y en castellano) en el canal de youtube deNational Geographic España.
He tenido la gran suerte durante los últimos tres años de trabajar en el proyecto demostrativoREEMAIN. En este proyecto, entre otras muchas cosas, tres fábricas (galletas, fundición de hierro y tela vaquera) de manera voluntaria (y con el apoyo de fondos europeos) están realizando varias iniciativas que les permitan aumentar su eficiencia en cuanto al consumo de energía y recursos materiales.
Aun en casos subvencionados como los del REEMAIN, las modificaciones del proceso productivo cuyo único fin es reducir el impacto ambiental del proceso productivo no son nunca fáciles, especialmente si van en contra de los beneficios esperados. Incluso en algunas situaciones, las medidas propuestas no afectan sustancialmente a la rentabilidad de la fábrica, pero son percibidas por la Dirección como elementos de riesgo o incertidumbre innecesarios.
¿Por qué una empresa cualquiera va a poner patas arriba todos sus sistemas de producción y trabajo para luchar contra el cambio climático?¿Qué pasa con aquellas empresas cuyos productos o procesos productivos son inherentemente contaminantes?
Animar simplemente a las empresas a que incluyan entre sus principales objetivos la lucha contra el cambio climático es buena idea, o al menos es mejor que no hacer nada, pero es claramente insuficiente. El proceso no será lo suficientemente rápido. El cambio debe ser impulsado de forma externa y es nuestra responsabilidad como ciudadanos-votantes-consumidores que ocurra. O bien impulsado por el poder político a través de legislación restrictiva como la prohibición de instalar calderas de carbón a partir del 2012. O también puede ser impulsado por un movimiento de rechazo de los consumidores a adquirir aquellos productos y servicios asociados a un alto impacto medioambiental. Por ejemplo, las campañas de concienciación contra los productos que contienen aceite de palma.
La película de DiCaprio, lógicamente está más orientada hacia el público norteamericano, por lo que dedica algo de tiempo a explicar su sistema político y las relaciones que existen entre los políticos y las grandes empresas de hidrocarburos. Ésto hace que en el congreso de Estados Unidos haya un porcentaje importante de representantes que todavía en el año 2016 directamente niegan el cambio climático. En Europa, nuestros representantes políticos afortunadamente ya no dudan del cambio climático. Sin embargo, el miedo a los posibles efectos negativos sobre la economía parece frenar el desarrollo de normativas que restrinjan o prohíban los productos y procesos más contaminantes. Esto último ha quedado claramente patente en la gestión del escándalo “Dieselgate”.
La película finaliza (no es un spoiler, puesto que lo importante no es el final sino todo el desarrollo) con el mensaje de que detener el cambio climático está en nuestras manos a través de dos herramientas: nuestro consumo y nuestro voto.
Consumir de forma diferente. Reflexionando sobre lo que compramos, lo que comemos y quien nos suministra la energía, puede marcar un primer paso.
Votar a líderes que lucharán contra el cambio climático, marcará el segundo paso. Líderes que acaben con los subsidios y la explotación de los combustibles fósiles, que inviertan en renovables y que establezcan algún tipo de impuesto sobre el carbono.
No podría estar más de acuerdo con estas dos reflexiones. Sin embargo, yo añadiría que además de consumidores y votantes también somos ciudadanos y por tanto también debemos intentar comunicar y convencer al resto de ciudadanos de la importancia de detener el cambio climático. Este post es mi primer granito de arena.
Es difícil encontrar una definición de Smart Grid que incluya todos los objetivos, posibilidades y tecnologías que se engloban dentro de este concepto. Cuando uno navega en la red buscando la definición de este término puede encontrase con largas descripciones que intentan incluir todos los aspectos que abarca, o con otrasdemasiado breves que se enfocan únicamente en aquello que el autor quiere resaltar. Dejando al lector la posibilidad de profundizar en dichas definiciones, y a riesgo de simplificar demasiado, podríamos decir que las Smart Grid incluyen al menos (entre otras muchas) estas características:
– Generación distribuida: permiten mejorar la gestión de una red con múltiples fuentes de generación donde las renovables tendrán cada vez un mayor peso relativo. – Respuesta a la demanda: facilitan la intervención de los usuarios domésticos en la toma de decisiones sobre sus patrones de consumo gracias a la información que estos disponen sobre el precio de la energía, o por introducir en sus viviendas sistemas de generación o almacenamiento que apoyen el consumo que hacen de la red. – Sistemas TICS: se introducen sistemas de gestión de la información en todos los niveles de la red, desde los usuarios a los sistemas de generación, pasando por los centros de transformación. – Mejoran la fiabilidad y eficiencia de la red, ya que el uso de la información disponible permite definir mejores estrategias de gestión y también un mejor mantenimiento de todos los elementos y dispositivos, gracias entre otros al mantenimiento predictivo.
La implantación de las Smart Grid en todos los niveles del sistema eléctrico supondrá a primera vista innumerables ventajas para los diferentes actores del sector eléctrico, como por ejemplo:
– Disponer de mayor capacidad de generación de renovables con las que los usuarios complementen su consumo de la red. – Abaratamiento de la factura de la luz para los usuarios, pudiendo desplazar su consumo a las horas de precio más barato de la electricidad. – Aplanamiento de la curva de la demanda y por tanto una mayor facilidad para equilibrar oferta y demanda por parte del gestor de la red. – Facilitar el mantenimiento de los activos a los gestores de la red alargando su vida útil y evitando fallos inesperados.
Para alcanzar todos estos objetivos es necesario disponer de tecnologías adecuadas, unas ya existentes y otras todavía por desarrollar. Estas tecnologías deben enfocarse principalmente en tres ámbitos:
– Fuentes de energía: como equipos de generación de renovables o baterías a diferentes escalas de potencia. Estos permitirán un mejor aprovechamiento de la energía disponible en cada localización y para cada usuario. – Equipamiento y dispositivos para la operación de la red: entre los que estarían los smart meters, accionamientos teleoperados, electrodomésticos inteligentes,… Estos facilitarán el acceso a la información del estado de la red y la operación ágil y remota que requieran las decisiones de gestión adoptadas de forma automática. – Sistemas de ayuda a la toma de decisiones, que teniendo en cuenta la multitud de intereses que pueden confluir en esta red eléctrica inteligente, definirán en cada instante qué acciones serían necesarias para ajustar oferta y demanda.
Pero sin duda lo que sería un error es pensar que la red será inteligente cuando se consiga disponer de esas tecnologías, o pensar que serán esas tecnologías las que introduzcan la inteligencia en la red. Que una vez desplegados todos estos equipamientos y servicios la red se volverá automáticamente inteligente. Sirva como ejemplo de esto el dato de que actualmente Iberdrola ha alcanzado la sustitución del 76% de contadores por el denominado contador inteligente (smart meter), y sin embargo podríamos preguntarnos cuántos de nosotros que ya lo tenemos instalado hemos cambiado nuestros hábitos de consumo gracias a la información que nos proporciona, bien sea para reducir nuestro gasto o para favorecer una mejor gestión de la red y ayudar a reducir los picos de consumo.
Sin duda sólo dispondremos de verdaderas redes inteligentes cuando todas las personas implicadas en la generación, consumo, diseño, generación de herramientas o gestión de la red eléctrica pongamos nuestra inteligencia a trabajar en red.
Esto a mi modo de ver implica no poner la inteligencia sólo en el desarrollo de las herramientas y la tecnología, sino también en la adecuada selección de los objetivos que se persiguen con ella. Será inteligente aquella red en la que todos compartan unos mismos objetivos de sostenibilidad, cuidado del medio ambientey aprovechamiento de los recursos disponibles. Por supuesto que el beneficio económico será necesario para poder involucrar a muchos de los actores y para movilizar las inversiones requeridas, pero no parecerá inteligente una red donde éste sea el único objetivo a corto plazo. Más bien, podremos considerar una Smart Grid realmente inteligente aquellaen la que por ejemplo:
– los usuarios entiendan que participar en estrategias de respuesta a la demanda no sólo les traerá rebajas en la factura de la luz, sino que contribuirá a un sistema que aprovecha mejor los recursos renovables. Por tanto no sólo ofrecerán su flexibilidad a cambio de incentivos económicos sino que lo harán también cuando facilite un mayor aprovechamiento de las fuentes renovables contribuyendo así al interés general y al medioambiente. – las operadoras asuman que sus inversiones además de un beneficio económico, deberían buscar un beneficio social y medioambiental aún cuando aquel quizá se vea limitado. – el gobierno no ponga trabas a las medidas que aumenten la independencia energética de los usuarios particulares, que permitan aprovechar todos los recursos renovables disponibles y que faciliten el acceso a las tecnologías que ayuden a todo ello.
En definitiva, será una red inteligente aquella en la que todos los implicados tengan entre sus objetivos el bien común a medio y largo plazo en cada una de las decisiones que tomen, ya sea en las decisiones estratégicas hechas por humanos, como en las decisiones de gestión automáticas hechas por los dispositivos inteligentes. Y es que la verdadera inteligencia no está tanto en el conocimiento que se desarrolla como en el uso que se hace de él.
