Simio Arquitectura e integración de TI de gemelos digitales de procesos adaptativos inteligentes

1. Integración

A diferencia de las herramientas tradicionales de modelado de simulación, Simio se ha diseñado desde cero para convertirse en el Gemelo Digital de procesos, centrándose en la integración de datos con los ERP/SCP/MES/IOT existentes y cualquier otra fuente de datos. Este requisito ha impulsado el diseño tanto de los datos como de las funciones de modelado de Simio.

Simio se conecta tanto a los datos maestros (estáticos), como los materiales, la lista de materiales, las rutas, los centros de trabajo, los niveles de personal, etc., como a los datos transaccionales (dinámicos), como las órdenes de trabajo, el trabajo en curso, el estado de los recursos y el inventario de materias primas y materiales acabados. La relación de Simio RPS con los sistemas de la empresa se ilustra con un ejemplo en la Figura 1 .

Figura 1: Simio como gemelo digital de procesos conectado a los sistemas de empresa

Aunque los datos transaccionales pueden proceder de muchas fuentes diferentes, la mayoría de los datos críticos proceden de los sistemas ERP, SCP y MES. Estos sistemas proporcionan las fuentes de datos primarias para gestionar la producción. Proporcionan una lista maestra de órdenes de producción -como fechas de lanzamiento, fechas de vencimiento y cantidades pedidas- junto con los productos componentes y los productos finales necesarios para satisfacer la demanda de los clientes.Esta lista también tiene datos secundarios asociados, como las hojas de ruta de los trabajos, la lista de materiales, etc. También proporciona un programa de compra de materiales que enumera los artículos necesarios de proveedores externos, incluida su hora de llegada prevista, con el objetivo de hacer coincidir estos materiales con el programa de producción.

En algunos casos, algunos de los datos transaccionales pueden residir fuera de los sistemas ERP, SCP y MES en hojas de cálculo, bases de datos, archivos planos u otras formas. Simio está diseñado para importar datos transaccionales de todas estas fuentes variadas.

Simio ofrece tres (3) características clave para integrar el modelo de programación en los datos transaccionales y operativos. La primera es una base de datos relacional en memoria totalmente configurable para adaptarse al esquema de cualquier fuente de datos externa. La segunda es una arquitectura abierta que permite configurar conectores de datos para importar datos transaccionales u operativos de fuentes externas. La tercera son las construcciones de modelado totalmente configurables para asignarse a datos relacionales en memoria en las tablas de datos.

La base de datos relacional configurable en memoria de Simio proporciona la interfaz clave entre los datos de la empresa y la lógica del modelo. Los datos transaccionales y operativos se importan a esta base de datos y se almacenan en memoria para una ejecución rápida del modelo de gemelo digital. La lógica del modelo puede leer y escribir en esta base de datos en memoria.

El esquema de la base de datos es totalmente configurable y puede coincidir exactamente con el esquema existente de las fuentes de datos externas, lo que a menudo elimina la necesidad de transformar los datos durante la importación/exportación. La acción de importación/exportación se realiza a través de los conectores de datos de Simio. Se proporcionan conectores de datos estándar para las bases de datos más populares, Excel y archivos CSV, así como API web.

Simio proporciona interoperabilidad entre sistemas, tal y como se resume y muestra en la Figura 2 a continuación:

• Conectores Excel y CSV (Excel)
• Conectores de bases de datos (SQL/Oracle, etc.)
• AVEVA, Tulip MES (u otros) utilizando las API estándar o los servicios Web
• Dispositivos IoT, Solucionadores Externos y herramientas de IA utilizando PTC Kepware, HighByte, etc.
• API web o base de datos (integración en la nube) (SAP S4 HANA, Oracle, Kinaxis, Microsoft Dynamics, OMP, etc.)

Figura 2: Capacidades de integración y conectores de datos de Simio

Los datos transaccionales para el modelo de gemelo digital suelen importarse o descargarse del ERP al principio de cada periodo de planificación y son estáticos durante el periodo de planificación. En cambio, los datos operativos del MES cambian constantemente y, por lo tanto, el conector de datos del MES suele ser un conector dinámico. Por ejemplo, un fallo de una máquina detectado por el MES puede hacer que Simio genere automáticamente un nuevo programa basado en el tiempo de inactividad previsto para la máquina. El marco de integración de Simio admite conectores de datos estáticos y dinámicos tanto para los datos transaccionales como para los operativos.

A medida que el panorama de los datos empresariales evoluciona y los clientes desarrollan almacenes de datos centrales, normalmente en la nube, utilizando técnicas como Unified Name Space (UNS) para mapear y transformar los datos de modo que estén listos y puedan ser utilizados por la mayoría de las aplicaciones, como las herramientas de análisis, pero que también admitan la creación de un gemelo digital como Simio, que es totalmente gata generado y dirigido a partir de datos estáticos y dinámicos de la fábrica/cadena de suministro/almacén. La figura 3 muestra un enfoque más progresivo o moderno para apoyar mejor a los gemelos digitales y alcanzar objetivos tales como "low-touch/no-touch" o incluso una fábrica o sistema completamente inteligente.

Figura 3: Integración de Simio en un almacenamiento central en la nube del SNU

Para dar soporte a la mayoría de las integraciones en los sistemas ERP, SCP y MES, Simio ha creado dos metodologías principales de implementación basadas en la infraestructura de TI existente del cliente y en sus preferencias. Este soporte es tanto para un enfoque Indirecto ("Push") como Directo ("Pull") de la integración basado en los requisitos del cliente.

1.1 Integración directa ("Pull")

En este enfoque, Simio desencadenará una extracción de los sistemas de datos relevantes basándose en un evento programado o en una entrada del usuario, como el uso del SAP API Business HUB mediante el Simio Web API Data Connector. Esto garantiza que Simio utiliza la información más actualizada. El enfoque de integración directa se muestra en la Figura 4 a continuación:

Figura 4: Ilustración del enfoque de integración directa ("Pull")

El enfoque de integración directa ("Pull") se describe a continuación en un nivel alto:

1. Simio inicia el flujo de trabajo de integración enviando una solicitud GET a una aplicación middleware asociada a un sistema ERP, MES, SCP o IoT.
2. Al recibir la llamada iniciada desde Simio, la aplicación de middleware actúa como un mensajero web, reenviando la solicitud al sistema ERP/MES/SCP/IoT, que a continuación genera los datos necesarios y los devuelve a la aplicación de middleware.
3. La aplicación middleware envía el mensaje a Simio formateado en JSON o XML, que se almacena en la base de datos relacional residente en memoria de Simio utilizando una hoja de estilo XSLT (v1.0) para el mapeo y la traducción de datos.
4. Una vez finalizada la simulación, Simio aprovecha todas las capacidades de integración bidireccional, lo que le permite enviar (POST) la información de programación a la aplicación de middleware y, posteriormente, al sistema ERP/MES/SCP/IoT de origen.

1.2 Enfoque de integración indirecta ("Push")

Gracias a una capa de datos de persistencia adicional, Simio también ha creado un enfoque "Push" para la integración con los sistemas ERP, SCP y MES existentes, tal y como se ilustra en la Figura 5 a continuación. Las actualizaciones se envían desde los sistemas ERP, SCP y MES a través de un middleware a la base de datos de almacenamiento (capa de persistencia) que gestiona Simio, por ejemplo mediante la interfaz de optimización de la producción (POI) de SAP. De este modo, los datos están listos cuando los usuarios desean crear una programación y funcionan bien para la programación rutinaria diaria o semanal. Las actualizaciones deben sincronizarse para garantizar que Simio no activa la siguiente sesión de planificación o experimentación hasta que se haya completado la actualización.

Figura 5: Ilustración del enfoque de integración indirecta ("Push")

El método de integración indirecta ("Push") se describe a continuación:

1. El sistema ERP/MES/SCP/IoT genera mensajes que se envían a una aplicación de middleware a partir de un proceso de programación de tareas o un disparador.
2. Antes de enviar los mensajes a Simio, la aplicación de middleware puede tener que realizar una transformación basada en el uso previsto de los datos para alinearlos con los requisitos de la tabla modelo de Simio. A continuación, los mensajes actualizados se transfieren a la base de datos de preparación utilizando los adaptadores de base de datos de middleware o archivos XML.
3. A continuación, Simio extrae los datos de la tabla de la base de datos mediante un conector de datos y actualiza las tablas en memoria de Simio.
4. Una vez finalizada la ejecución de la simulación, Simio aprovecha todas las capacidades de integración bidireccional, lo que le permite enviar la información de programación de vuelta al área de preparación para que la aplicación de middleware pueda acceder a ella y, posteriormente, el sistema ERP/MES/SCP/IoT de origen.

2. Arquitectura de sistemas

La arquitectura de sistemas es diferente en la mayoría de las implantaciones en función del entorno informático del cliente. Basándose en los requisitos de experimentación, planificación y programación y en los flujos de trabajo, los sistemas de origen se identificarán como parte del proceso de integración e identificación de flujos de trabajo. La figura 6 ofrece un ejemplo ilustrativo de lo que puede contener el entorno de sistemas y cómo interactuarán los distintos sistemas en una implantación empresarial típica.

Figura 6: Ejemplo de arquitectura de sistemas de implantación empresarial

3. Opciones de implantación de Simio RPS

Dado que Simio RPS es una solución de simulación y programación, es utilizada por diferentes personas en diferentes roles de usuario a medida que el proyecto avanza desde la fase de diseño (simulación y análisis) hasta la fase de explotación (planificación y programación). En función de los requisitos, un cliente puede desplegar Simio RPS en cualquiera o en todas las opciones de despliegue enumeradas y mostradas en la Figura 7.

3.1 Opción 1 - Escritorio

3.1.1 Diseñar y operar

Durante la fase de desarrollo y análisis del modelo, a menudo se prefiere desplegar Simio RPS en un ordenador portátil o de sobremesa. De este modo, los miembros del equipo del proyecto pueden trabajar sin conexión, ya que los modelos se almacenan como archivos XML comprimidos que son fáciles de transferir entre ordenadores e incluso de enviar por correo electrónico a los miembros del equipo cada vez que se realizan actualizaciones en el modelo para su revisión y comprobación. A menudo, los miembros del equipo trabajarán fuera de las instalaciones durante la mayor parte del proyecto, por lo que es mejor utilizar esta opción.Esta opción también es válida para el despliegue operativo del sistema de programación, siempre que el ordenador de sobremesa o portátil tenga acceso a la red del cliente para acceder a los datos operativos necesarios para ejecutar el modelo con fines de experimentación o para generar un programa de producción. Esta opción funciona especialmente bien durante la fase inicial de despliegue y prueba de la solución, mientras varios miembros del equipo deben realizar mejoras y cambios continuos en el modelo para afinar la lógica del modelo.

3.1.2 Operar

Simio puede configurarse para ofrecer una vista operativa. A través de esta vista operativa, el modelo Simio se utiliza para crear planificaciones y ejecutar diferentes experimentos para probar estrategias operativas modificando datos y propiedades preestablecidos incluidos durante la fase de desarrollo del modelo. El usuario no puede realizar ningún cambio en el modelo utilizando esta opción de despliegue.

3.2 Opción 2 - Solución en la nube (pública (Azure) o privada (local))

La solución en la nube de Simio, Simio Portal Edition, tiene 2 opciones de despliegue. Su opción pública se aloja en el servicio Microsoft Azure. La opción privada de Simio se instala en un servidor Windows con IIS (Internet Information Services).

Para alojar el portal local de Simio, el cliente deberá alquilar o adquirir la infraestructura de hardware necesaria para crear este entorno alojado detrás de sus propios sistemas de seguridad (cortafuegos). La opción alojada también puede utilizarse para experimentar y evaluar estrategias operativas modificando los datos y parámetros establecidos durante la fase de desarrollo del modelo.

Figura 7: Opciones de despliegue operativo de Simio

4. Requisitos de software para escritorio/servidor VM

1. Windows 8.1 o posterior, o Windows 10 Anniversary Update o posterior.
2. Los sistemas operativos de 32 y 64 bits son totalmente compatibles.
3. Si se instala en Windows 8.1, primero debe instalarse la actualización de abril de 2014 (KB2919355) (consulte https://support.microsoft.com/en-us/kb/2919355). También es necesaria la actualización 2919442 (consulte https:// support.microsoft.com/en-us/kb/2919442).
4. Simio requiere .NET Framework versión 4.7.2, que forma parte de la instalación por defecto.

5. Requisitos de hardware recomendados para la implantación de un portal local

Configuración de Windows Server

1. Ordenador con procesador de cuatro núcleos con una velocidad de reloj de 2,6 GHz o superior. Se recomiendan núcleos adicionales para un rendimiento óptimo.
2. 64 GB o más de RAM recomendados, 16 GB de RAM como mínimo.
3. Disco de 1 Terabyte (preferiblemente de estado sólido) con soporte RAID para datos. La cantidad de espacio en disco necesaria depende del tamaño del modelo, el número de pasos de trabajo que se programen, el número de escenarios que se guarden y la cantidad de datos que se mantengan en línea en la base de datos de producción.
4. Microsoft Windows Server 2012 R2 o superior
5. Microsoft SQL Server 2012 o superior.
6. IIS compatible con ASP.NET 4.7.

NOTA: Se puede configurar el uso de 3 servidores separados para base de datos, servidor de aplicaciones e IIS, pero no es obligatorio.

6. Materiales de referencia adicionales

A continuación se incluyen referencias adicionales que proporcionan información más detallada sobre los requisitos de integración específicos de los distintos sistemas empresariales.

Plataforma tecnológica empresarial SAP

https://github.com/SimioLLC/SAPCloudPlatformIntegration

AVEVA MES

https://github.com/SimioLLC/AVEVAMES