Fabricación avanzada

Arquitecturas de control heterárquicas

Álvar Sánchez Fernández

Arquitecturas de control heterárquicas

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Heterarquía: estructura de organización basada en un conjunto de elementos interdependientes, que requieren la colaboración de otros a lo largo del tiempo, para desarrollar su función, pero sin existir relaciones de subordinación entre ellos.

Cada elemento realiza la función que le corresponde, pidiendo, en determinados momentos, la ayuda de otros, a través de un canal de comunicación común. Cada elemento es capaz de realizar diferentes tareas, de modo que no siempre una operación es llevada a cabo por la misma entidad. Al no haber jerarquías, nadie está obligado a colaborar, sólo lo hará si las condiciones en las que se encuentra lo permiten.

Las decisiones son tomadas sólo por el elemento del sistema que se vaya a ver afectado por esa decisión, el resto se mantienen al margen.

Características principales:

El sistema está formado por un conjunto de entidades semi-independientes relacionadas mediante una serie de reglas bien definidas.

No existen relaciones de subordinación, de modo que cada entidad dispone de un alto grado autonomía.

La configuración del sistema es transparente para las entidades: un elemento no tiene porqué saber dónde están exactamente el resto. Simplemente, cuando una entidad necesita colaboración, pregunta, a través del canal de comunicación, si alguien está disponible para realizar una determinada tarea, y en función de la respuesta, decide. Esto hace que el sistema sea modular, ampliable y autoconfigurable.

El software de control de cada entidad se simplifica respecto a un control jerárquico, ya que cada elemento del sistema tiene su control, que sólo se ocupa de una pequeña parcela del sistema, no hay un elemento que se ocupe de todo el conjunto.

Las entidades del sistema tratan de colaborar entre ellas, pero saben que no siempre van a estar todas disponibles para esa colaboración. Es decir, el sistema es tolerante a los fallos de las entidades que lo componen.

Las colaboraciones se basan en una negociación que cada entidad lleva a cabo aplicando el conocimiento adquirido y la información de la que dispone.

Las colaboraciones entre entidades deben ser rápidas y de corta duración, para evitar que se establezcan lazos fuertes entre elementos concretos. De esta forma se consigue mayor flexibilidad y tolerancia a fallos.

Los procesos que requieran respuestas inmediatas, deben ser ejecutados por las entidades de manera individual, y no depender de la colaboración entre componentes

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del sistema. Así se gana rapidez de respuesta, ahorro de costes de comunicación, y se evita que se establezcan relaciones fuertes entre entidades.

La información obtenida por cada entidad debe ser almacenada por ellas mismas, y la compartirán cuando les sea pedida por otra entidad. Pero ninguna de ellas almacenará datos de otra entidad. No existirá un registro de información global, sólo registros locales, eliminando así, los problemas de pérdida de datos del sistema, problemas de actualización de registros, reduciendo los costes de comunicación, etc.

Las entidades deben tener presentes los objetivos globales y locales, estableciendo un equilibrio entre ambos. Esto facilitará la consecución de los resultados buscados a nivel global.

Ventajas:

El sistema es muy ágil, permite ser reconfigurado en poco tiempo. Permite la realización de varios tipos de procesos, sin hacer apenas cambios. Es un sistema relativamente sencillo de diseñar. Los controles de cada entidad

también son de diseño sencillo. Se pueden añadir o sustituir elementos del mismo, fácilmente y sin tener que detener

ninguna parte del mismo. A su vez, el mantenimiento preventivo se puede planificar y realizar de una forma secuencial, sin necesidad de detener el proceso.

Es un sistema tolerante a fallos en sus elementos (salvo que ocurran muchas averías al mismo tiempo). Se evitan problemas derivados de fallos de un control central (mala planificación, averías, fallos en la comunicación, etc.)

No tiene por qué ser necesario disponer de elementos altamente especializados y optimizados para hacer su trabajo en el menor tiempo posible.

El rendimiento del sistema no está determinado por una o unas entidades concretas, que puedan ser más lentas, improductivas, etc. Es más fácil evitar los cuellos de botella (si el sistema está bien diseñado).

Desventajas:

Es más complejo de optimizar, ya que existen muchos elementos que cooperan entre sí, pero no siempre de la misma forma, es decir, no hay procedimientos de trabajo fijos, estandarizados, medidos, etc.

Es complicado llegar a un objetivo a nivel global. Es menos productivo que un sistema jerárquico, al no estar optimizado el sistema

para realizar un determinado proceso (equilibrio flexibilidad-productividad). Es muy sensible a fallos de comunicación entre elementos. Pueden aparecer incompatibilidades entre elementos, sobre todo, en los protocolos

de comunicaciones. (Es muy recomendable disponer de estándares de comunicación). Al disponer de muchas entidades, es imprescindible una red de comunicación bien

dimensionada (con capacidad suficiente y rápida).

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Es excesivamente dependiente de la calidad de la información. Si algún agente dispone de más información, la negociación estará viciada

Puede haber momentos en los que una entidad no encuentre colaboradores disponibles (por saturación del sistema). Es posible que algún elemento se quede bloqueado durante unos instantes.

Para evitar lo anterior, se hace necesario disponer de varios elementos que puedan realizar una misma tarea.

El sistema es menos previsible, pudiendo llegar a estados de bloqueo o incluso, inestabilidad, ante situaciones de sobrecarga de trabajo, etc.

Es necesario un software especializado en control distribuido que no siempre se puede encontrar.

Bibliografía:

D.M. Dilts, N.P. Boydb, H.H. Whorms (1991). The evolution of control architectures for automated manufacturing systems.

N. A. Duffie (1996) Heterarchical control of highly distributed manufacturing systems,International Journal of Computer Integrated Manufacturing,

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