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Uso de algoritmos genéticos en el diseño de una metodología para el desarrollo de sistema de monitoreo remoto de procesos industriales






ALGORITMOS GENETICOS

Esta es una técnica heurística [2], relativamente nueva, que como se dijo anteriormente permite hallar soluciones de buena calidad, a problemas donde las opciones de solución son infinitas o por lo menos muy grandes, se inspira en la evolución natural (Darwin) donde generación tras generación los mejor adaptados cuentan con mayor probabilidad de reproducirse y subsistir al punto de entregar parte de su estructura genética a sus descendientes.

El algoritmo genético aplicado a un problema real se basa básicamente en la codificación (normalmente binaria) y los operadores de cruzamiento y mutación. Además la evolución de este se apega a una función objetivo o fittnes que se desea minimizar o maximizar.


La codificación es el proceso mediante el cual se representan o se modelan en general las posibles soluciones del problema; mediante la codificación en cadena numérica de longitud fija (genoma). Formando entonces por cada cadena un individuo que no representará nada más que alguna posible solución al problema

El operador de cruzamiento, es el que se encarga de recombinar el material genético de los individuos para dar paso a nuevos individuos con características combinadas (genes) de sus padres. Por lo general este proceso de cruzamiento se aplica por parejas (probablemente las más aptas) de individuos con uno o varios puntos de combinación o mezcla.

JUSTIFICACIÓN

El control remoto de dispositivos a través de una página web y en forma segura, nos ha obligado en cierta manera a estudiar otras posibilidades de control remoto cada vez más demandados por la industria, usos específicos a la medida, o para el hogar, representando esté ultimo ámbito, el de mayor desarrollo en los próximos años, con antecedentes en la denominada “Domótica”, es decir, control de las variables ambientales/consumo energético , electrodomésticos y ventanas fundamentalmente, y que a partir de ahora se está extendiendo a la seguridad (intrusos/robo, antiincendio, escapes de gas o agua), teleasistencia (discapacitados o ancianos) y a la conectividad residencial entre viviendas de un mismo complejo o de éstas con el exterior dando lugar al “Hogar Inteligente” también denominado “Hogar Digital”.

Involucrar la técnica de Algoritmos Genéticos en los controles remotos de proceso industriales, sobre todo en la implementación de metodología que ayude a realizar la selección del diseño óptimo, en cuanto a la escogencia de los recursos, tanto físicos, económicos como lógicos, no es descabellado y es algo novedoso, ya que teniendo en cuenta que los Algoritmos Genéticos, son una técnica heurística, relativamente nueva, que permite hallar soluciones de buena calidad, a problemas donde las opciones de solución son infinitas o por lo menos muy grandes, y dado a que se inspira en la evolución natural (Darwin) donde generación tras generación los mejor adaptados cuentan con mayor probabilidad de reproducirse y subsistir al punto de entregar parte de su estructura genética a sus descendientes.

El diseño de la metodología se trata de recrear unas variables como:
El agente de monitoreo
El agente controlador
El agente controlado
Ubicación
Terreno
Distancia
Software (el de automatización a utilizar, el de navegación, otros)
Protocolos de comunicación
Tipo de red
Elementos de la red
Costos
Otros elementos que en su momento serán bien definidos

En fin se trata de tomar cada uno de los diferentes elementos que se involucran en la implementación del sistemas de monitoreo de un proceso industrial(la señal que se genera en el agente controlado y desde que sale de allí hasta que llega al agente de monitoreo) y codificar cada uno de ellos, ya sea utilizando el sistema binario o el entero propuesto por Carlos Gonzales (1997) Teniendo en cuenta que la codificación es el proceso mediante el cual se representan o se modelan en general las posibles soluciones del problema; mediante la codificación en cadena numérica de longitud fija. Formando entonces por cada cadena un individuo que no representará nada más que alguna posible solución al problema e introducirlos en el sistema para que el genere la mejor propuesta de diseño del sistema de monitoreo de un proceso industrial.

El algoritmo genético aplicado a un problema real se basa básicamente en la codificación (normalmente binaria) y los operadores de cruzamiento y mutación. Además la evolución de este se apega a una función objetivo o fittnes que se desea minimizar o maximizar.



El operador de cruzamiento, es el que se encarga de recombinar el material genético de los individuos para dar paso a nuevos individuos con características combinadas (genes) de sus padres. Por lo general este proceso de cruzamiento se aplica por parejas (probablemente las más aptas) de individuos con uno o varios puntos de combinación o mezcla.










El control remoto de dispositivos a través de una página web y en forma segura, nos ha obligado en cierta manera a estudiar otras posibilidades de control remoto cada vez más demandados por la industria, usos específicos a la medida, o para el hogar, representando esté ultimo ámbito, el de mayor desarrollo en los próximos años, con antecedentes en la denominada “Domótica”, es decir, control de las variables ambientales/consumo energético , electrodomésticos y ventanas fundamentalmente, y que a partir de ahora se está extendiendo a la seguridad (intrusos/robo, antiincendio, escapes de gas o agua), teleasistencia (discapacitados o ancianos) y a la conectividad residencial entre viviendas de un mismo complejo o de éstas con el exterior dando lugar al “Hogar Inteligente” también denominado “Hogar Digital”.

Hoy es posible pensar en mantener el contacto con todos los elementos activos del hogar o la empresa, dentro y fuera. Así por ejemplo, ya no es ningún misterio hablar de aplicaciones que nos permiten monitorear el cuarto de los niños, mediante una cámara IP y cualquier computadora conectada a Internet, accionar las luces desde un teléfono fijo o desde un celular, controlar la temperatura o mover las cortinas mediante las aplicaciones de infrarrojo o Bluetooth del teléfono celular.

Por otra parte, los nuevos sistemas de telecomunicación, permiten, gracias a su alta velocidad de transmisión, eficiencia y fiabilidad, el control remoto en tiempo real con respuesta prácticamente instantánea, a través de diferentes sistemas de transmisión de la señal: Vía radio, ADSL o Cable coaxial y Fibra óptica. Dicho control puede realizarse o monitorizarse desde una página web en: Un PC, PDA ó también Teléfono móvil.

Actualmente, a nivel industrial se cuenta con sofisticados instrumentos y herramientas de monitoreo que permiten detalladamente ver el estado de funcionamiento y operabilidad de una máquina; pero sus costos son elevados, de tal forma que quienes pueden estar a la vanguardia de dicha tecnología son las grandes empresas, quedando los demás sectores a la espera de soluciones económicas, eficientes y a la medida en precio.

Paralelo a lo anterior, la implementación de estos recursos de alto costo, implican una nueva adaptación a señalizaciones no convencionales que, entre otras situaciones, generan el requerimiento de capacitaciones especiales o mano de obra calificada, que finalmente repercute en el incremento de los costos. Así mismo los diseños e implementaciones de dichos autómatas se rigen a unas necesidades generales y no particulares de cada sector o empresa, de tal manera que se genera un desperdicio de recursos; y si el requerimiento se es específico en algo adicional, sus costos son bastante representativos.

En el mercado Colombiano existen empresas dedicadas a brindar soluciones en automatización industrial pero sus costos en asesoría e implementación son elevados para los sectores mediano y pequeño; más aún es el costo cuando se pretende implementar un proceso de monitoreo sistematizado sin que previamente se encuentre una automatización en el dispositivo industrial.

Implementar un protocolo de comunicación en una máquina industrial para su monitoreo y control, sobre todo en aquellos dispositivos o máquinas que no lo tienen, implica cambiar el autómata por uno de última generación y adicional a ello se requiere un software especializado entregado por el mismo fabricante, con el aliciente que sólo funciona para ese autómata. Si no se cuenta con el autómata, entonces se requiere instalar uno actual o un dispositivo similar que contenga además el puerto o puerto convertidores de protocolo de comunicación.

La propuesta realizada pretende en una forma económica acceder a la sistematización de un proceso sin que ello implique grandes inversiones en tiempo y dinero para la automatización de los recursos industriales. Dicho en cifras lo anterior, implementar una solución de monitoreo vía Web, los recursos necesarios, cuesta, aproximadamente lo siguiente:

Convencional
PLC con protocolo de comunicación o puertos Ethernet para transmisión de datos 6 a 8 millones,
Los aplicativos de monitoreo entre 5 y 7 millones
Capacitación y mano de obra calificada entre 2 y 3 millones
Para un total aproximado en implementación de 15 a 18 millones de pesos.

Propuesta
Tarjeta Interfase de comunicación entre máquina o dispositivo y el computador es de 1 millón
Software de monitoreo 2 millones
Mano de obra calificada 1 millón

Es de anotar que dicha implementación se torna viable para cualquier nivel de empresa que pretenda aprovechar y optimizar los recursos, permitiendo entre otros evaluar estados sencillos y de mayor complejidad en los dispositivos industriales; caso típico en una inyectora de plástico se podrían implementar medidas de gasto de material, presurizado del mismo, desgastes anormales de partes, fugas de aceites y temperaturas anormales u otro cualquier estado que sea importante su intervención inmediata para el parado de la máquina o corrección del inconveniente.

De igual manera, siempre ha sido una necesidad para el usuario administrador contar con información clara que precise detalladamente los rendimientos e inconvenientes presentados en los ciclos de operación de un dispositivo industrial y para ello se convierte en recurso adicional el poder desde un sitio remoto enterarse del estado de la máquina o del proceso en cualquier instante, y así mismo intervenir en forma interactiva con el dispositivo para mejorar o remediar anomalías.

Por todo lo anterior los servicios Web se han convertido, al lado de los dispositivos móviles y aplicaciones empresariales, en tecnologías de mayor impacto en los últimos años; así mismo, las líneas orientadoras en electrónica, telecomunicaciones e informática interpretan la asistencia remota como toda aquella información o comunicación establecida con la Web.






OBJETIVOS
General

Proponer una metodología para el desarrollo de sistemas de monitoreo remoto de procesos industriales Usando algoritmos genéticos que permita la optimización de los recursos

Específicos
• Identificar y caracterizar los diferentes elementos que integran un sistema de visualización(monitoreo) de procesos industriales
• Identificar y caracterizar los diferentes elementos que se involucran en el recorrido de una señal(mensaje) desde que se genera y sale del agente controlado hasta que llega y es visualizada en el agente de monitoreo
• Aplicar un sistema de codificación de los Algoritmos Genéticos (binario o entero) a los diferentes elementos que se involucran en el recorrido de la señal(mensaje) desde que se genera y sale del agente controlado hasta que llega y es visualizada en el agente de monitoreo
• Desarrollar el sistema de software que permite generar el diseño optimo propuesto a través de la aplicación de los AGs
• Establecer los requerimientos mínimos que se deben cumplir para la elaboración de los diseños de software de monitoreo remoto de procesos industriales bajo esta metodología
• Adaptar los modelos teóricos de software y hardware existentes para la visualización(monitoreo) de los controles de procesos industriales.


ALCANCES

Proponer una metodología para el desarrollo de sistemas de monitoreo remoto de procesos industriales Usando algoritmos genéticos que permita la optimización de los recursos

IMPACTOS

• El proyecto hace un aporte al desarrollo en investigación tecnológica en el área industrial.
• Permite nuevas formas de control de dispositivos mediante la plataforma de Internet, facilitando la auditoría de procesos en tiempo real y en forma remota.
• La posibilidad de masificar una aplicación de monitoreo y control por Internet, permite abrir un mercado importante que bien podría manejarse como un nuevo servicio público y de desarrollo industrial.
• Permite establecer políticas y horizontes en la implementación de laboratorios virtuales a nivel de educación superior o capacitación industrial.
• Permite establecer eficiencia en los procesos.
• Optimización de recursos.
• Posibilidad de aprovechar la GSM y otras de los celulares




BIBLIOGRAFÍA


Colciencias, Plan Estratégico Programa Nacional de Electrónica, Telecomunicaciones e Informática, 1ra edición 2005
AQUILINO RODRIGUEZ PENIN, Sistemas Scada 2eº
[HER98] HERNÁNDEZ SAMPIERI, Roberto, et al. Metodología de la Investigación, 2 ed. México: McGraw-Hill, 1998. 501 p.
Hola soy docente de una uniersidad en medellin de pregrado y pretendo que ellos conozcan las bondades del Software Libre, que entren a una comunidad de desarrolladores como la Advogato y puedan participar de un proyecto de desarrollo de software Libre.

Por esto necesito urgente subir el proyecto

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