Integracin de Sistemas Heterogneos de Automatizacin

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Integración de Sistemas Heterogéneos de
Automatización

• Aplicación a sistemas de producción continua
• Edgar Chacón. Dr. En Ingeniería. Es Automática

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Alcance de la presentación

• Introducción Las tendencias en la automatización
  en la industria.
• Automatización en cada nivel
• Implementación de las Técnicas
• Tecnologías
• Integración
• Una visión del futuro
• Conclusiones

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Introducción

• Porqué automatizar? (Económicos)
• Realidad
• Una sociedad abierta.
• Precios, productos, costos de producción son
  conocidos por todos los participantes.
• Los consumidores seleccionan el mejor producto al
  mejor precio.
• La competencia tiene nuevos métodos de
  producción.
• La competencia responde rápidamente ante
  requerimientos del mercado.
• Reingeniería del proceso costosa
• Infraestructura difícil de cambiar

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Introducción

• Porqué automatizar? (Económicos)
• Salida
• Mejorar la cadena productiva.
• Mejorar los procesos de transformación de la
  materia.
• Disminuir los costos de producción
• Eliminar desperdicios
• Manejar la información del mercado
• Determinar los mejores proveedores.
• Determinar precios y calidad esperada, oferta,
  demanda.
• Responder eficientemente ante cambios
• Ajustes internos en la cadena productiva
• Manejo eficiente de los procesos.

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Introducción

• Porqué automatizar? (Ingeniería)
• Seguridad de las operaciones.
• Evitar daños al hombre, ambiente, equipos
• Mantener la operación de manera segura y continua
• Comodidad de la operación
• Facilitar la operación del hombre
• Evitar labores tediosas
• Conocer mejor el proceso
• Analizar los datos
• Generar modelos
• Qué pasa si?
• Cómo hacer?
• Qué hacer?

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Evolución en la automatización
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Introducción

• Evolución en automatización
• Etapa 1. Sistemas desconectados
• El proceso se ve de manera independiente. Cada
  sistema de control se ocupa solo de una parte
  de la planta.
• No hay conexión con los otros elementos.

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Introducción

• ... Evolución en automatización
• Etapa 1. ... Sistemas desconectados
• Solo importan los aspectos de regulación del
  proceso. Costos de producción? Ignorados.
  Disponibilidad del sistema?. Lo resuelve la
  gente de planificación
• La tecnología es propietaria. Por ende cerrada.
• La coordinación entre los procesos productivos
  son manejados de manera manual. Se fijan a priori
  las consignas.

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Introducción

• ... Evolución en automatización
• Etapa 2. Sistemas Centralizados
• Control total del proceso desde una pirámide.
• La inteligencia está ubicada en los más altos
  niveles.

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Introducción

• ... Evolución en automatización
• Etapa 2. ...Sistemas Centralizados
• La falla del sistema central implica la pérdida
  del sistema.
• Difícil de obtener el modelo global
• Difícil de lograr el rendimiento de tiempo real.

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Introducción

• ...Evolución en automatización
• Etapa 3. Sistemas Descentralizados
• Introducción de los aspectos de coordinación.
• Mayor reactividad.
• Se evitan incoherencia entre formas de operación

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Introducción

• ...Evolución en automatización
• Etapa 3. ... Sistemas Descentralizados
• Sistemas de apoyo al operador. (Sistemas Expertos
  en Línea)
• Interfaces orientadas al usuario.
• Especialización de los equipos.

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Introducción

• ...Evolución en automatización
• Etapa 4. Situación actual. descentralizados
  jerárquicos
• Coordinación, inteligencia en campo, optimización
  centralizada.

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Tendencias en Automatización. La jerarquía de las
decisiones

• La jerarquía de los sistemas decisorios.

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Introducción

• ...Evolución en automatización
• Etapa 4. Situación actual. descentralizados
  jerárquicos
• Modelos de Integración. PERA, SP95
• Descripción utilizando XML
• Uso de orientación a objetos

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Introducción

• ...Evolución en automatización
• Etapa 5. Tendencias. Sistemas integrales
• IAM-CMM Control Maintenance Managament
• Sistemas planos Heterárquicos. El fantasma en
  la máquina, Sueños, Pesadillas y Realidades
• Sistemas Holónicos. Holarquías
• Conocimiento global del proceso productivo en
  cada instancia

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Introducción

• El intercambio a nivel de gestiónnivel de gestión

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(No Transcript)
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Introducción La empresa inntegrada
Sistema De ejecución
Proceso
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Estrategia para la automatización en la empresa.
21
Estrategia para la automatización en la empresa.

• El diseño de una empresa

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Estrategia para la automatización en la empresa.

• La empresa su organización
• Un sistema estructurado de alguna manera, con el
  fin de cumplir una misión.
• Estructura
• Unidades de producción. Asociada a la cadena de
  valor de la empresa
• Unidades de soporte. Facilitan los recursos a las
  unidades de producción para que cumplan su misión
• Estructura de planificación y coordinación.
• Coordina las actividades de producción
• Planifica dichas actividades
• Asegura los recursos para el cumplimiento de las
  actividades.

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Estrategia para la automatización en la empresa.

• Aspectos a evaluar para definir el nivel de
  automatización

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Estrategia para la automatización en la empresa

• Modelos empresariales. Cadena de valor
• Empresa petrolera

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Un modelo de integración de procesos

• Modelos empresariales. Tres ejes.

Ingeniería
Indicadores
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Un modelo de integración de procesos. Flujo de
información
Proyecciones Anuales de Ventas Producción y
Presupuesto
Planes Operativos Resultados de Producción
Indicadores Financieros y Plan de Costos
Operativo
Facturación Atención al Cliente Conexión y
Reinstalación
Control de Procesos Almacén, Despacho y Compras.
Mantenimiento Control de fallas Almacén y
Despacho Compras
Contabilidad Nómina Tesorería Presupuesto Activos
Fijo

Logística
Desarrollo de R. H. Clasificación y Remuneración
Indicadores de Costo Control Presupuestario Presup
uesto Operativo
Indicadores de Producción Cantidades de
Presupuesto consumido Ordenes de Compras y
despacho
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Ambientes de procesamiento

• Integración de aplicaciones

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Ambientes de procesamiento
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Tecnologías para cada nivel
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Tecnologías para cada nivel

• Cuatro grandes niveles
• Control directo Secuencial, regultorio.
• Control Supervisorio Supervisión, coordinación,
  concentrador de datos
• Gestión de la producción Logística, Inspección,
  Mantenimiento, Optimización de la producción,
  Ingeniería de Procesos.
• Gestión Empresarial. Manejo corporativo,
  integración con el manejo financiero,
  planificación empresarial.

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Tecnologías para cada nivel

• Nivel de control regulatorio.
• Medición de variables
• Control. Medición de las variables necesarias al
  proceso
• Detección de fallos Basados en modelos o basados
  en condición del instrumento
• Control inteligente (Capacidad de tomar
  decisiones). Alejamiento del modelo teórico
  Control adaptivo
• Control supervisorio Detección de eventos
• Uso de energía, insumos, y otros elementos
• Actuación
• Actuadores inteligentes. Ej. Válvulas con PID
• Control
• PID, Control avanzado, control neuromimético
  (biología)
• Supervisores Modelo de Wonham Ramadge
• Híbridos Lygeros, Tittus Lennarson

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Tecnologías para cada nivel

• Nivel de control regulatorio. Sistemas
  inteligentes.
• Sistemas que se adaptan a situaciones diferentes.
• Aseguran el control de manera autónoma. (Control
  llegar a un punto en la trayectoria del sistema,
  de manera segura, en tiempo finito, y permanecer
  en él) (Passino)
• El punto puede cambiar en el tiempo.

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Tecnologías para cada nivel

• Nivel de control regulatorio. Remotas
  inteligentes
• Comunicación con campo
• Capacidad de ejecución de Algoritmos
• Comunicación con Sistema Supervisiorio

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Tecnologías para cada nivel

• Nivel de centros de control
• Supervisión clásica
• IHM Servidores de datos Control de las
  remotas
• Manejo de alarmas.
• Sistemas expertos de apoyo en línea
• Recomendaciones al operador.
• Integración con los sistemas de optimización,
  historiadores
• Coordinación de sistemas de producción complejos

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Tecnologías para cada nivel

• Coordinación en SCADA

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Tecnologías para cada nivel

• El centro de control. Diseño del sistema

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Tecnologías para cada nivel

• El centro de control
• Control supervisorio
• Detección de fallas
• Coordinación de los procesos
• Ajuste de parámetros de controladores.
• Técnicas
• Sistemas expertos en línea
• Control supervisorio de eventos
• Control avanzado.

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Tecnologías de cada nivel

• Optimización Planificación Gestión

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Tecnologías de cada nivel

• Optimización Planificación Gestión
• Uso de Equipos de procesamiento generales
• Empleo de Middlewares. Corba Tuxedo
• Modelos de integración empresarial.
• Workflow
• Enterprise Jaba Beans
• CIMOSA
• SP-95
• Modelos de Gestión
• Balnce Score Card
• Bases de datos de Integración
• Datawarehouses
• Data minning

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Ambientes de Automatización Integral ...

• Procesos de Manufactura
• CAD/CAM

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Ambientes de Automatización Integral ...

• Automatización de Procesos Continuos y en lotes
• Simulación de procesos
• Optimización de los procesos
• Generación automática de secuencias y consignas
• Control automático

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Características de la información en un sistema
integrado.

• Inteligencia
  Precisión

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El modelo CIM

• Fábrica
• Unidades
• Celdas de ensamblaje
• Estaciones de trabajo
• Equipos

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Automatización de Procesos Continuos

• Integración por datos

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La Pirámide de Automatización ISO

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Una arquitectura de integración
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Arquitectura de Integración

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Arquitectura de Computador a nivel de control
directo

• Interfaz con el proceso
• Autodiagnóstico.
• Facilidades de comunicación.
• Elementos sensores.
• Elementos que integran las funciones de medición,
  filtrado, transmisión de variables.
• Mediciones indirectas uso de otras variables
  para la derivación de una medida
• Elementos actuadores.
• Control del lazo. Ej. Válvulas autoajustables

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Sistema de Comunicaciones (RED).

• Tendencias
• Uso de estándares.
• Incorporación de mecanismos que hagan
  independiente los sistemas de control de las
  interfaces con el proceso.
• Uso de las técnicas cliente suscriptor.
  www.rti.com

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Arquitectura de Computador a nivel de control
directo

• Estructura micro kernel para el manejo de las
  aplicaciones. Sistemas multitarea con carga
  remota de programas.
• Sistemas utilizados
• Unidades terminales remotas
• Controladores Lógico Programables
• Sistemas SCADA
• Sistemas DCS
• Tendencia a usar equipos basados en PC. Ej
  RTU-Linux

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Arquitectura de Computador a nivel de control
directo

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Flujo de información a nivel de control directo

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Algoritmos de control utilizados en control
directo

• PID
• Autoajustable
• Control multivariable
• Control basado en sistemas neuromiméticos
• Redes neuronales Medición, control
• Lógica difusa Control
• Sistemas híbridos. (Integración de redes
  neuronales y lógica difusa)
• Detectores de fallas
• Errores en modelo
• Errores en instrumentos
• Errores en proceso
• Sistemas supervisores locales
• Sistemas híbridos. Control autónomo.
• Contabilidad del proceso.

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Arquitectura de las aplicaciones Control directo

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EL control supervisorio
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Arquitectura tecnológica a nivel supervisorio

• Características
• Los equipos deben continuar el trabajo a tiempo
  real
• Concentran información proveniente desde los
  equipos de control directo.
• Soportan las actividades de supervisión /
  coordinación del proceso productivo
• Facilidades de comunicación con el operador
• Uso de servidores de aplicaciones
• Deben poseer posibilidad de comunicación con los
  equipos de control directo a través de las
  interfaces existentes en ambos niveles
• Deben interactuar con los equipos de gestión y
  planificación.

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Arquitectura tecnológica a nivel supervisorio

• Tecnología de los equipos
• Equipos de uso general.
• Sistemas operativos en tiempo real o de uso
  general
• Bases de datos para el almacenamiento de datos de
  proceso. Gran cantidad de información histórica

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Arquitectura tecnológica a nivel supervisorio

• Flujo de información

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Arquitectura tecnológica a nivel supervisorio

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Arquitectura tecnológica a nivel supervisorio

• Tendencias.
• Independencia de fabricantes.
• IHM basada en las tecnologías WEB
• Base de datos generales, con incorporación de
  restricciones de tiempo real Ej. Sybase.
• Independencia de las reglas de alarmas y control,
  no basados en los triger de las bases de datos y
  si en reglas de negocio. Sistemas de tres capas
  y multicapas.
• Uso de midleware para la interconexión de los
  equipos del centro de control.
• Independencia de los equipos de adquisición de
  datos del campo. Uso de un midleware para el
  campo. Ej OPC

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Arquitectura tecnológica a nivel supervisorio

• Arquitectura de Software.
• Tomado de CITECT

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Arquitectura tecnológica a nivel supervisorio

• IHM basadas en WEB

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Arquitectura tecnológica a nivel supervisorio

• Arquitectura de Software.
• Interfaz de despliegue
• Asocaida a los objetos de producción
• Sistema de supervisión
• Objetos de producción
• unidades del negocio
• Reglas de producción
• Dinámica del sistema
• Sistema de Almacenamiento
• Reglas de supervisión
• Llamadas a lo servidores de aplicaciones.
• Detección de eventos
• Entonación del proceso
• Interfaz con procesos

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Arquitectura tecnológica a nivel supervisorio

• Integración con el nivel gestión
• Realizado a través de los objetos de producción
• Estado del sistema
• Disponibilidad del sistema
• Confiabilidad del sistema
• Visualización
• Utilización de los esquemas ya implementados en
  el nivel supervisorio para la visualización del
  objeto.
• Uso de midlewares par la interacción entre los
  sistemas.
• Corba

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Arquitectura tecnológica a nivel supervisorio

• Arquitectura confiable en el centro de control
  (CITECT)

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Técnicas a nivel supervisorio

• Sistemas discretos
• Secuenciameinto de órdenes de producción
• Disparo de eventos para el nivel de gestión de
  producción
• Reportes de fallas
• Completación de tareas
• Sistemas expertos
• Apoyo a los operadores en situaciones críticas
• Inhibición de comandos erroneos
• Control predictivo.
• Modelos de producción que generan trayectorias a
  los controladores directos

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Nivel de gestión de producción
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Arquitectura tecnológica a nivel de gestión

• Características del proceso
• Agregación de datos del nivel de supervisión.
• Optimización del proceso
• Detección de situaciones de anomalías
• Posibilidad de generación automática de los
  datos.
• Uso de mecanismos de balance de masa y energía
  para la validación de datos
• Datos describen de manera completa el estado
  del proceso.
• Seguridad, confiabilidad disponibilidad
• Integración con las funciones de gestión de
  producción
• Planificación, programación de la producción
• Mantenimiento, ingeniería de producción
• Costos de producción
• Integración con las funciones de empresariales
• Manejo de la cadena de suministros
• Manejo de la cartera de clientes
• Economía de la empresa

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Arquitectura tecnológica a nivel de gestión

• Modelo PERA

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Arquitectura tecnológica a nivel de gestión

• Modelo PERA

LEVEL 4B
PRODUCTION SCHEDULING AND MANAGEMENT INFORMATION
MANAGEMENT DATA PRESENTATION
PLANT MANAGEMENT INFORMATION
SALES ORDERS
(LEVEL 4)
LEVEL 4A
COMMUNICATIONS WITH OTHER AREAS
OPERATIONAL AND PRODUCTION SUPERVISION
PLANT PRODUCTION SCHEDULING AND OPERATIONAL
MANGEMENT
COMMUNICATIONS WITH OTHER SUPERVISORY SYSTEMS
SUPERVISORS CONSOLE
INTRA-AREA COORDINATION
(LEVEL 3)
CONTROL COMPUTATION, AND CONTROL ENFORCEMENT
COMMUNICATIONS WITH OTHER CONTROL SYSTEMS
SUPERVISORS CONSOLE
SUPERVISORY CONTROL
(LEVEL 2)
OPERATORS CONSOLE
DIRECT DIGITAL CONTROL
(LEVEL 1)
SPECIALIZED DEDICATED DIGITAL CONTROLLERS
ALL PHYSICAL, CHEMICAL OR SPATIAL TRANSFORMATIONS
PROCESS
(LEVEL 0)
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Arquitectura tecnológica a nivel de gestión

• PERA
• Los
• niveles
• de
• gestión

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Arquitectura tecnológica a nivel de gestión

• PERA Función de planificación

MODEL PRESENTS NEEDED INTERFACES HERE
EXTERNAL INFLUENCES
STATUS AND HISTORY INFORMATION
REQUIREMENTS SALES ORDERS PLANS
INTEGRATED INFORMATION MANAGEMENT AND AUTOMATION
SYSTEM (THE PRESENT CIM REFERENCE
MODEL COMPRISES THIS PART ONLY)
FOUNDATION FUNCTIONAL ENTITIES
SCHEDULING AND CONTROL HIERARCHY
MANUFACTURING SPECIFIC FUNCTIONAL ENTITIES
APPLICATION FUNCTIONAL ENTITIES
SENSOR READIINGS
ACTUATION COMMANDS
MANUFACTURING AND MATERIAL HANDLING EQUIPMENT
PLANT PRODUCTION MEDIA ENTITIES
LEVEL 0
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Arquitectura tecnológica a nivel de gestión

• El scheduler

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Arquitectura tecnológica a nivel de gestión

• Resultados de operación (Axeda Wizcon)

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Arquitectura tecnológica a nivel de gestión

• PERA Información desde gestión hacia control

Corporate Management
EXTERNAL ENTITIES
Policies
Purchasing
RDE
Marketing and Sales
Human Resources
Accounting
Manu- facturing Policies
Vendor Contracts
Know How
Require- ments
Man- Power
Requirements
FACTORY LEVEL 0.0
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Arquitectura tecnológica a nivel de gestión

• PERA Información desde control hacia gestión

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Arquitectura tecnológica a nivel de gestión

• Flujo de iformación en el nivel de gestión

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Arquitectura tecnológica a nivel de gestión

• PERA

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Arquitectura tecnológica a nivel de gestión
80
Arquitectura tecnológica a nivel de gestión
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Arquitectura tecnológica a nivel de gestión
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Arquitectura tecnológica a nivel de gestión

• Scope of S95.01

• Simplified functional hierarchy, illustrates
  S95 scope

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Arquitectura tecnológica a nivel de gestión

• SP 95

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Arquitectura tecnológica a nivel de gestión

• SP 95

Entrrprise / control boundary
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Arquitectura tecnológica a nivel de gestión
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Arquitectura tecnológica a nivel de gestión

• Equipos
• Tecnología de uso general
• Mainframes
• Computadores de escritorio
• Servidores
• Tecnologías de interconexión
• Middlewares
• Programas
• Manejadores de bases de datos relacionales
• Datawarehousing
• Intranet
• Sistemas Expertos, Sistemas de apoyo a la toma de
  decisiones

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Arquitectura tecnológica a nivel de gestión

• La arquitectura de integración

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Integración Control - Gestión

• Productos de integración de datos

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Integración Control - Gestión

• Generación de midlewares en control

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Una aplicación en el área de explotación petrolera

91
Una aplicación en el área de explotación
petrolera (producción)

92
Una aplicación en el área de explotación
petrolera (refinación)

93
Tendencias en integración

• Midlewares a nivel de gestión

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Tendencias en integración

• Desarrollos de sistemas a N-capas (Sistema Oracle)