El Hilo Digital en la Tecnología Blockchain

Blockchain tiene varias capacidades que pueden aprovecharse en la creación de genealogías e hilos digitales para productos en todos los sectores verticales de la industria.

Resumen

Los fabricantes se esfuerzan constantemente por servir mejor a sus clientes y, al mismo tiempo, utilizan la información para mejorar el rendimiento del producto y reducir los costos. Gracias a la caída de los costos de la tecnología de sensores y la capacidad de la nube para almacenar y analizar enormes cantidades de datos, los fabricantes han encontrado nuevas formas de obtener información sobre el producto y el cliente. También han comenzado a extender esto a sus propias operaciones de ingeniería y fabricación, lo que hace posible crear un hilo digital de los productos que conciben, producen, venden y mantienen. Blockchain nos permite capturar, mantener y compartir la enorme cantidad de datos, así como utilizarlos para cualquier análisis avanzado o simulación de eventos pasados ​​o escenarios futuros.

Este ensayo explica varios componentes del sistema y como las organizaciones pueden usarlos de manera efectiva para convertirse en líderes dentro de su campo de operaciones.

¿Por qué el hilo digital?

El subproceso digital es un marco que integra el diseño, la ingeniería, los proveedores, la fabricación, el mantenimiento, el almacén, el transporte, las operaciones de garantía y servicio, y los sistemas para proporcionar un flujo de información sin interrupciones. Aprovecha el hilo de datos/digital capturado del producto para realizar análisis clave en todo el ciclo de vida del producto con el fin de optimizar la capacidad de los procesos, la eficiencia y la eficacia, el diseño del producto, el rendimiento de los activos/OEE, las operaciones de fabricación, las operaciones de servicio, la satisfacción del cliente y mejorar y mantener la reputación de la marca. El hilo digital incluye atributos/registros clave de trazabilidad/genealogía del producto y sus partes y presenta el nombre del fabricante, el número de pieza, el país de origen, la planta de fabricación, la información de la línea de producción, la fecha de fabricación, los parámetros reales del proceso aplicados durante la fabricación y el ensamblaje del producto. Producto individual, historial de proceso, código de lote/código de fecha y otros registros relevantes. Esto ayuda a los fabricantes de equipos originales, proveedores de servicios y partes interesadas a:

• Aislar productos potencialmente defectuosos o con ciertos atributos de trazabilidad (como números de serie, nombre del fabricante, código de fecha/número de lote)
• Retirar/reparar proactivamente productos ensamblados con componentes defectuosos
• Rastrear la historia completa del producto durante su ciclo de vida para predecir mejor el comportamiento operacional y mejorar la confiabilidad del producto a través de mejores diseños y capacidades de procesos
• Administrar efectivamente las garantías y servicios para mejorar la satisfacción del cliente y la lealtad de marca
• Facilitar mejores procesos administrativos de proveedores
• Reducir costos de riesgos

Tener un hilo digital de cualquier producto, mejora la confiabilidad de este, servicio al cliente, diseño de producto y la reputación de la marca. También reduce el número de reclamos de garantía fraudulentos y lidera a una mejor posición competitiva.

Requerimientos clave para implementar proyectos con hilo digital

La implementación del hilo digital depende del tipo de producto e industria. Podría ser necesario para cumplir con requerimientos regulatorios, reforzar la satisfacción del cliente o servir como una diferencia competitiva. Usualmente, el canal maestro/OEM lidera la implementación de proyectos de hilo digital a lo largo de la cadena. Seleccionar una solución de hilo digital requiere identificar el correcto uso/caso de negocio. Es igualmente importante que los KPIs del negocio estén claramente mapeados con el problema/caso de negocio o las metas a resolver o cumplir. Este acercamiento ayudará a los equipos de negocio y TI a:

• Determinar elementos de datos y registros que requieren ser capturados a lo largo de la cadena de suministro
• Identificar la fuente de registro de datos
• Determinar cómo y con qué recurrencia (plan de muestreo, frecuencia) se tiene que recolectar datos
• Establecer qué partes (junto con sus respectivos proveedores/fabricantes) serán impactados ya que los registros genealógicos de partes identificadas tendrán que ser asociadas con el número de serie del producto durante sus procesos de fabricación y ensamblaje
• Recolectar etapas clave del procesamiento de datos
• Capacidades existentes del sistema (incluyendo las capacidades deseadas del sistema)
• La necesidad de tecnologías AIDC (Identificación Automática y Captura de Datos por sus siglas en inglés) tales como RFID, Código de Barras, Sistema TI (por ejemplo, MES, WMC, Sistema de Administración de Transporte, IIoT, etc.) para capturar los datos deseados a lo largo de la cadena de suministro

Debido a que varios agentes están involucrados en una cadena de suministro para mover el producto final desde proveedores de materia prima al consumidor final y porque el producto pasa por varios procesos, locaciones y entidades durante su viaje, se crea muchas transacciones en varios sistemas. Para poder construir un hilo digital, cada sistema debe capturar, validar y almacenar los elementos necesarios de los datos en tiempo real y almacenar los datos capturados para una futura referencia y análisis operacionales clave. Cada agente en la cadena de suministro puede tener su propio conjunto de sistemas para almacenar datos, o cada agente puede enviar datos a un repositorio central para mantenerlos seguros. Aquí los requerimientos clave para implementar proyectos de hilo digital:

Alineamiento y Regulación de Proveedores: La alineación de proveedores de partes es esencial al implementar el hilo digital. El hilo digital de cualquier producto incluye archivos genealógicos de las partes (nombre y número del fabricante/proveedor, número de parte OEM, fecha de fabricación/código de fecha, lote/código de lote, número de serie de las partes, etc.) que han sido utilizados para fabricar y ensamblar el producto. Todos los elementos de los datos deben ser estandarizados a lo largo de los proveedores. Además, OEM/asociados de fabricación deben evaluar continuamente a sus proveedores para asegurar la precisión de los archivos y que estén completos al igual que los requerimientos contractuales entre los OEMs y los proveedores (contactos inteligentes).

Socios de fabricación: Si el proceso de fabricación es tercerizado, los socios de fabricación también deben de alinear su estrategia de recolección de datos (construyendo un hilo digital) con los requerimientos de los OEMs. Esto requeriría que el hilo digital de cada unidad de producto se envíe desde el sistema del socio de manufactura al sistema del OEM. Para construir un hilo digital en tiempo real, los socios de manufactura deben implementar sistemas de información integrada para que ellos puedan recolectar los datos correctos a lo largo del proceso (ERP, MES, DCS/OPC, Equipo de Prueba, Calidad, WMS, etc.)

Los archivos genealógicos para partes suministradas por un proveedor pueden ser capturados en un ERP en el área de recepción. Sin embargo, ligar los archivos genealógicos de las partes con su ensamblaje de alto nivel (número de serie) normalmente tomará lugar en sus respectivos escenarios del proceso de producción (según el flujo del proceso o enrutamiento) mediante el MES/Sistema de compra en piso seguido por una validación BOM. De manera similar, los archivos de parámetros de procesos pueden ser capturados durante la fase de fabricación (mediante OPC/DCS–MES) seguido por una validación con programas o procesos específicos. Las reglas de validación deben ser construidas en cada escenario del flujo de producción para asegurar que los datos o hilo digital sean correctos y completos. En esencia, un proceso completo de hilo digital de cada unidad debe construirse a medida que el producto avanza a lo largo de la cadena de suministro, tocando diferentes sistemas donde cada uno va a capturar, asociar y almacenar parámetros y elementos de datos (junto con la marca de tiempo) validados con especificaciones.

OEM: Mientras se recibe y actualiza el hilo digital desde la locación del socio de fabricación, los archivos deben ser validados conforme a los requerimientos SLAs/contractual en el servidor de recepción de OEM. Si el hilo digital de cualquier unidad es incorrecto, el sistema debe levantar una alerta al socio de manufactura para que sepan qué archivos deben ser actualizados. Estos archivos son cruciales para realizar analíticos claves.

Organización de Ventas: Se debe asociar el número de serie del producto con la orden de venta para capturar detalles del cliente (nombre, locación, sitio de instalación del producto, etc.)

Transporte: Se debe capturar la historia completa del producto mientras se encuentra en tránsito. Comida, fármacos, y otros productos perecederos que requieren una temperatura, humedad u otros parámetros de empaque específicos deben de ser monitoreados en tiempo real y los datos recolectados en bases de datos respectivos para futuras referencias.

Garantía y servicio: Los equipos de servicio deben capturar los datos de instalación, parámetros de desempeño del producto y otros detalles como acciones realizadas para resolver problemas cuando el producto se instala o repara.

Sistemas de TI: El requisito del sistema de TI depende de la parte de la cadena de suministro y del papel que esa parte desempeña en la cadena de suministro de extremo a extremo. Por ejemplo, los proveedores nivel uno deben proveer archivos genealógicos de la parte que están proveyendo al OEM o al socio de manufactura. Para capturar archivos genealógicos al nivel de lote, los proveedores necesitan por lo menos un sistema ERP para capturar archivos del lote de las partes. De manera los similar, OEM/socios de manufactura deben implementar ambos sistemas ERP y MES para recibir material en ERP y asociar partes con los niveles altos de ensamblaje y capturar archivos de proceso para cada etapa de la producción durante el proceso de producción. Esto es posible con sistemas MES o de compra en piso. Por lo tanto, el sistema requerido dependerá de la parte de la cadena de suministro y su rol.

Figura 1 – Arquitectura de implementación del hilo digital con base de datos centralizada

Uso de tecnologías AIDC en el hilo digital: Las tecnologías de identificación automática y captura de datos proveen la base para la implementación del hilo digital y ayuda a identificar objetos por datos que requieren ser recolectados. Esta tecnología incluye código de barras, escáneres y etiquetas RFID. Esta tecnología ayuda a asegurar que los elementos de datos sean capturados de manera precisa y a tiempo en el sistema. Las entradas manuales son en su mayoría offline, algunas veces parciales y fáciles de manipular y esto siempre va a despistar y puede tener un impacto severo en el negocio. También, es prácticamente imposible capturar, validar y enviar archivos operacionales y de rastreo manualmente en grandes volúmenes y procesos complejos de fabricación.

Infraestructura: La implementación del hilo digital también requiere de derechos de infraestructura; el ancho de banda de la red debe identificarse con base en la complejidad operacional, complejidad del producto, procesamiento de datos en tiempo real vs por lote, costo, etc. La capacidad de la base de datos es otra necesidad crítica y el periodo de retención de datos, desempeño, requisitos analíticos, en local vs nube, requisitos del cliente, conformidad regulatoria, etc. Deben de ser considerados por cada parte de la cadena de suministro cuando se selecciona el tamaño correcto.

Auditorías: Los sistemas de hilo digital deben de soportar auditorías rápidas para asegurar conformidad del proveedor, calidad de datos, reglas de validación, etc.

La figura 1 indica la solución de arquitectura del hilo digital de alto nivel para un producto simple desde un proveedor de primer nivel hasta clientes de primer nivel. La solución describe los elementos de datos clave que se pueden capturar para crear subprocesos digitales con una base de datos centralizada única y con informes básicos a través de un motor de análisis simple (sólo como referencia).

¿Cómo el blockchain puede apoyar el hilo digital?

Un blockchain es una tecnología de base de datos distribuida que se basa en una lista a prueba de falsificaciones de registros de transacciones con sello de tiempo. Su poder innovador se deriva de permitir que las partes de la cadena de suministro realicen transacciones con otros en los que no confían en una red global en la que nadie es de confiar. Se habilita mediante una combinación de redes de igual a igual, creación de consenso, criptografía y mecanismos de mercado. Cada constituyente de esta base de datos representa un “bloque”.

Nosotros nos dimos cuenta de que el blockchain, tiene muchas capacidades que pueden ser aprovechadas para construir hilos digitales y genealógicos para productos a lo largo de las verticales de la industria (aeroespacial, defensa, alimentos, automotriz, farmacéutica, electrónicos de consumo, comunicaciones, etc.) que beneficiarán a OEMs, proveedores, proveedores de servicios, consumidores y gobiernos. En este ensayo, discutimos la factibilidad de implementar el hilo digital en la tecnología blockchain para la industria manufacturera. El objetivo de esta sección es discutir el cómo la tecnología blockchain puede apoyar en la implementación del hilo digital.

En esencia, el blockchain es una base de datos de igual a igual que ofrece acceso a históricos de todos los estados anteriores. Además, algunas características del blockchain que apoyan directamente a la implementación de la solución del hilo digital son:

• Bases de datos distribuidos y red de igual a igual: El blockchain puede capturar y ligar bloque de datos específicos a lo largo de todas las etapas, desde proveedores, fabricantes, pruebas de ensamble, etc hasta la unidad final del producto que alcanza al cliente. También, desde el sitio del producto del cliente se pueden enviar sus datos de operación al blockchain, para así, eliminar la necesidad de inversión en capacidades de almacenamiento de datos para manejar millones de archivos generados durante la fabricación y el proceso de ensamblado.
• Apoyar a contratos inteligentes entre las fases de la cadena de suministro (inter-organizacional y dentro de la organización): La función de contratos inteligentes de blockchain habilita las reglas de validación que pueden ser escritas entre las fases de la cadena de suministro (externos e internos) para asegurar que los datos no se pierdan y sean precisos y completos. Por ejemplo, para construir un hilo digital, la asociación de archivos genealógicos de las partes clave del nivel superior de ensamblado/producto, los proveedores respectivos deben proveer ciertos archivos genealógicos obligatorios de su parte, lo que requiere validación en la parte del OEM mientras se recibe esa parte, en el OEM se asegura la conformidad del proveedor. También, durante el proceso de ensamblaje y fabricación, los archivos genealógicos de las partes deben ser asociados con los números de serie del producto. Esto requiere validación del BOM y enrutar los archivos para asegurar que la parte correcta está siendo ensamblada en la fase correcta y requiere validación de Parámetros de proceso reales de la receta o programas de máquina. Los contratos inteligentes pueden ser especificados a lo largo del proceso de ensamblaje y fabricación. En cada fase, la validación será realizada y si algo no cumple con los términos y condiciones del contrato inteligente, el sistema levantará una alarma en tiempo real para evitar problemas potenciales que puedan impactar al negocio.
• Construye confianza al asegurar la precisión y autenticidad de los datos: A través del uso de contratos inteligentes y protocolos de validación, blockchain provee excelentes capacidades para asegurar (directo desde la fuente de la data) que es correcta y está siendo capturada desde la fuente correcta, en el plan de muestreo correcto en el momento adecuado, a través de todas las fases de la cadena de suministro. Los bloques de datos que consisten en archivos se vuelven inmutables una vez que entran al blockchain. Esta es la clave para asegurar la confianza entre partes localizadas a miles de kilómetros en una cadena de suministro compleja y global. Además, una copia del blockchain completo es albergado en cada nodo de la red y el consenso es archivado tanto por un algoritmo de prueba de trabajo o prueba de juego o al crear contratos inteligentes.
• Fácil de auditar: Un blockchain por diseño es perfectamente auditable. Cada operación individual (por ejemplo, parte de los archivos genealógicos desde un proveedor o fabricante) pueden ser fácilmente grabados, validados y archivados. Esto puede ser fácilmente auditable para un proveedor no conforme, por lo tanto, auditar es tan simple como unirte a una red de blockchain, ya que, esto te permite repetir operaciones pasadas. Está combinado con garantías de costo-efectividad para autentificar cada archivo.
• Acceso al correcto stakeholder y usuario con seguridad: Un aspecto interesante es que el blockchain se puede utilizar como un proveedor de autentificación. Usando su par de claves, los usuarios registran sus identidades dentro del blockchain. Otra manera de habilitar la seguridad es proveer servicios de membresías para administrar las identidades de los usuarios en un permiso de la red de blockchain a través del proveedor del Certificado de Autenticidad. Los servicios de membresías proveen una distinción de roles al combinar elementos de una llave pública (PKI) y la descentralización (consenso). Por el contrario, las redes sin permisos no proporcionan una autoridad específica del miembro o una distinción de roles. Con la tecnología Blockchain, el monitoreo de transacciones serán más seguras y transparentes. El hilo digital es una serie de transacciones de nodos que se ligan para capturar dalos mientras los productos se mueven desde un punto a otro. Al utilizar esta tecnología para capturar y almacenar datos a través de la cadena de suministro, las empresas pueden reducir el tiempo de retrasos, costos y error humano.
• Costo de implementación: El blockchain reduce signficativamente los costos de una transacción mientras asegura la precisión de los datos, que todo esté completo, transparencia y seguridad. Elimina la necesidad de una parte centralizada de confianza para invertir en la capacidad de almacenamiento de datos (por ejemplo, en algunas industrias, el OEM es requerido para retener datos del producto por mas de 15 años (conformidad regulatoira)

Diagrama de arquitectura – Hilo digital en Blockchain

Retos para implementar el hilo digital en Blockchain

A continuación, los retos que debemos considerar cuando se considera blockchain para soluciones de hilo digital:

1. Nuevas tecnologías: Resolver retos como la velocidad de transacción, la verificación de procesos y límite de datos será mas crucial para hacer a blockchain ampliamente aplicable.
2. Configuración frecuente: Cada producto requiere una configuración y desarrollo de reglas y contratos inteligentes de validación para capturar datos específicos y precisos a lo largo de la cadena de suministro, una actividad que consume tiempo pero de única realización.
3. Preocupaciones de integración: Las aplicaciones de Blockchain ofrecen soluciones que requieren modificaciones y customización de sistemas de TI existentes. Para implementar proyectos de hilo digital, de manera apacible y dentro del presupuesto, las empresas deben de planear una integración del sistema y customizarlo. También, no es claro todavía como la integración entre blockchain y otros sistemas como ERP, MES, PLM y WMS ocurrirá.
4. Mayor consumo de energía: El uso sustancial de cantidades de energía computacional para validar millones de archivos generados a través de la cadena de valor.
5. Control, seguridad y privacidad: Mientras la solución exista, incluye un blockchain privado o con permisos y una encriptación robusta, aún hay preocupaciones de ciberseguridad por solucionar antes de que el público en general confiar datos personales a una solución de blockchain.
6. Adopción Cultural: El blockchain representa un cambio completo a una red descentralizada que requiere la aceptación de sus usuarios y operadores. A la inversa, el hilo digital puede ser implementado fácilmente en una solución centralizada (local o con base en la nube)
7. Costo: Blockchain ofrece grandes ahorros en costos de transacción y tiempo, pero la alta inversión inicial podría ser un elemento disuasivo.

Conclusión

Blockchain provee una excelente plataforma para la implementación de un hilo digital. Sus capacidades para validar cada archivo capturado a lo largo de la cadena de suministro, incluyendo procesos de producción (por ejemplo, en el viaje de un producto de extremo a extremo), ayuda a los OEMs a asegurar datos precisos y a prueba de manipulaciones que generen confianza entre la cadena de suministro y las partes externas. El hilo digital puede cumplir con los objetivos de varias partes interesadas en la cadena (equipo de diseño, proveedores, OEM, proveedores de garantía y servicio, etc.) y ayuda a mejorar la confiabilidad del producto, la capacidad del proceso y la capacidad de la planta al eliminar el tiempo de inactividad no planificado. También permite la gestión efectiva de la garantía y mejora significativamente la reputación de la marca, manteniendo el costo en niveles óptimos.

La implementación del subproceso digital en blockchain puede ser un reto inicialmente ya que blockchain es una nueva tecnología. Por lo tanto, es muy recomendable utilizar un enfoque de bajo riesgo, es decir, un POC que use blockchain internamente (dentro de la organización) con un par de proveedores o fabricantes de piezas críticas como base de datos para registrar datos de genealogía de piezas y productos, proveedor y fabricante datos, datos internos, uso de contratos inteligentes en etapas seleccionadas, es decir, del proveedor de piezas (proveedor a OEM), registros de inspección y prueba de piezas (basados ​​en contratos inteligentes que pueden incluir la verificación de registros obligatorios y SLA, s), fecha de fabricación , registros as-built (donde la parte está asociada con el producto para crear la genealogía según las validaciones de la lista de materiales), el parámetro del proceso de captura que influye en el rendimiento del producto, etc., junto con los scripts de validación. Implementar y probar una parte más pequeña de los casos de uso de subprocesos digitales ayudará a las organizaciones a desarrollar las habilidades que necesitan para la implementación a gran escala.

Para una implementación exitosa, la clave es seleccionar el proveedor de servicios de blockchain correcto. Si lo haces, esto ayudará a las organizaciones a lograr sus objetivos específicos. Hay algunos servicios de blockchain basados ​​en la nube tanto para empresas de nueva creación como para grandes plataformas (como Amazon, IBM y Microsoft) que facilitan mucho la implementación de soluciones empresariales. Es muy recomendable tener un modelo de colaboración entre proveedores de servicios de blockchain, proveedores de piezas, socios de fabricación y otras entidades de la cadena de suministro para lograr los objetivos comerciales de manera oportuna.