Resumen de Propuesta de arquitectura basada en servicios web y agentes para el desarrollo de aplicaciones de seguimiento y trazabilidad de productos
En el mundo cambiante y dinámico en el que vivimos actualmente, las empresas tienen que procesar y enviar sus pedidos de la forma más rápida y eficiente para poder ser competitivas y satisfacer así las solicitudes de sus clientes. Desde el inicio de la globalización de la producción existe una evolución en los flujos de información existentes entre la demanda de productos y la fabricación de estos. El aumento de la producción en las empresas y de la diversidad de referencias existentes permite a los clientes tener un gran abanico de opciones a la hora de elegir sus artículos. Dentro de la empresa esto supone buscar una rápida satisfacción de la demanda, pudiendo influir en el precio de los productos y una disminución en los márgenes de beneficio. A su vez los clientes demandan una innovación constante, precios cada vez más ajustados, con un nivel de calidad cada vez mayor y que los productos se adapten cada vez más a sus necesidades. Las empresas necesitan adaptarse a esas necesidades para obtener una ventaja competitiva respecto al resto. En la actualidad, existe una gran cantidad de aplicaciones logísticas, pero suelen estar centradas únicamente en una parte determinada de la cadena de suministro: aplicaciones de control de inventario, aplicaciones de localización de pedidos o control de flotas, aplicaciones de monitorización de productos, aplicaciones para el empaquetado eficiente de pedidos, etc. Tampoco existe ninguna aplicación en la que se automatice la toma de determinadas decisiones de la empresa a través de Sistemas Multiagente (MultiAgent System, MAS). En este trabajo pretendemos desarrollar un sistema en el que todas estas funcionalidades se engloben en un único sistema. Esta Tesis se centra en el desarrollo de una plataforma logística desde la que cualquier empresa pueda controlar todos los procesos de sus productos durante todo el ciclo de vida, en cualquier punto de la cadena de suministro y automatizando o dando soporte a la toma de determinadas decisiones dentro de la empresa. El objetivo es mejorar las prestaciones de operatividad y competitividad de cualquier empresa, aprovechándonos de los avances tecnológicos desarrollados durante los últimos años y utilizando la tecnología más puntera existente en la actualidad. Proponemos una solución que engloba diversos aspectos existentes dentro de las empresas: identificación y trazabilidad de productos (materias primas, productos semiacabados y acabados) desde el origen al destino, localización y seguimiento de productos en interiores, control de stock, preparación de picking, localización y seguimiento de productos y vehículos en exteriores, sensorización de productos en fabricación, expedición y transporte, etc. La arquitectura de cuatro capas propuesta nos servirá para la identificación y seguimiento de productos, gestión del transporte e implementación de módulos que utilizarán los usuarios finales. Cada capa será capaz de interactuar con las que está directamente conectadas para obtener o transmitir la información que necesite en cada momento y utilizando un modelo de comunicación estándar basado en la tecnología XML. Como base para el desarrollo hemos decidido utilizar el estándar proporcionado por EPCGlobal, tanto para la identificación de productos como para el desarrollo de sistemas. Una vez concretado el modelo teórico y como aplicación, implementamos una plataforma logística formada por varios módulos principales encargados de la identificación y trazabilidad de artículos, seguimiento de productos, coordinación del transporte, negociación, consulta de toda la información generada por el resto y un módulo middleware de comunicación y traducción. Esta plataforma nos sirve para poner en práctica el modelo teórico presentado en una aplicación real por medio de 3 casos de estudio como son la trazabilidad de paneles de hormigón y GRC, productos farmacéuticos y productos de un supermercado. El trabajo de esta Tesis permite abordar todos los aspectos logísticos dentro de una empresa para mejorar su competitividad y operabilidad, apostando por el uso de nuevas tecnologías y estándares para la identificación de productos, monitorización en tiempo real, toma de decisiones automatizada, control de inventario, localización de transporte y pedidos, etc. Contenido de la investigación La motivación para el desarrollo de esta Tesis surge como continuación de estudios y trabajos previos dentro de los campos de la trazabilidad, localización, sensorización de productos y logística, llevados a cabo dentro del grupo de investigación al que pertenezco y sirviendo como complemento a Tesis desarrolladas por otros compañeros del grupo. Este documento de Tesis se centra en el desarrollo de una plataforma logística, desde la que cualquier empresa pueda controlar todos los procesos de sus productos durante todo el ciclo de vida, en cualquier punto de la cadena de suministro y automatizando la toma de determinadas decisiones dentro de la empresa. Para realizar estas tareas se propone una solución que engloba diversos aspectos existentes dentro de las empresas: identificación y trazabilidad de productos (materias primas, productos semi-acabados y acabados) desde el origen al destino, localización y seguimiento de productos en interiores, control de stock, preparación de picking, localización y seguimiento de productos y vehículos en exteriores, sensorización de productos en fabricación, expedición y transporte, etc. Para la identificación y trazabilidad de productos desarrollamos una aplicación que utiliza la tecnología de Identificación por Radiofrecuencia (Radio Frequency IDentification, RFID), bien conocida dentro del grupo de investigación y que ha sido utilizada en diversos trabajos relacionados, y nos permite identificar unívocamente productos o grupos de productos. Esta aplicación también nos permite realizar automáticamente el control de stock de los productos. El desarrollo del módulo Logístico nos servirá para realizar el seguimiento tanto de productos como de vehículos, además de para consultar cualquier tipo de información que se genere durante toda la cadena de suministro de la empresa. Desde este módulo e implementados como Servicios Web (Web Service, WS) podremos realizar consultas para obtener información relacionada con pedidos, productos, proveedores, vehículos, información sobre el almacén, etc. La automatización de tareas dentro de la empresa estará centrada en el uso de Sistemas Multiagente (MultiAgentSystem, MAS).Los MASse introducirán en el proceso de toma de decisiones de la empresa y facilitarán tareas como: control de stock, negociación con empresas de transporte, negociación con proveedores y clientes, preparación de pedidos, almacenamiento de productos de forma eficiente, comprobación de estacionalidad de productos y gestión de imprevistos. Objetivos El objetivo principal de esta Tesis es presentar una solución total a los sistemas de producción y logísticos de almacenamiento y transporte mejorados con RFID utilizando sistemas de seguimiento y localización tanto en interiores como en exteriores, facilitando la toma de decisiones dentro de las empresas y la negociación entre distintas empresas haciendo uso de MAS. Pretendemos mejorar las prestaciones de operatividad y competitividad de las empresas aprovechándonos de los avances tecnológicos desarrollados durante los últimos años y utilizando la tecnología más puntera existente dentro de los campos de logística, localización en interiores y exteriores, trazabilidad, sensorización, MAS y WS. Para ello, planteamos la definición de una arquitectura abstracta de cuatro capas en la que cada capa posee una tarea bien definida. Cada capa será capaz de comunicarse con las capas que la rodean, interactuando entre ellas para obtener o solicitar la información que necesite en cada momento. Como base para el desarrollo de nuestro sistema utilizamos el estándar proporcionado por EPCGlobal, tanto para la identificación de productos como para el desarrollo de sistemas. Como punto de partida para el diseño e implementación de nuestro sistema utilizamos Fosstrak EPCIS Project, que nos proporciona elementos certificados por EPCGlobal. Para poner en práctica ese modelo teórico desarrollaremos una plataforma logística, que hemos llamado Aplicación Logística Total (ALT), formada por tres módulos principales (identificación, logístico y negociación) y completado con un módulo middleware de comunicación y traducción, que nos sirve para comprobar que lo definido de forma teórica tiene una aplicación real. Con esta aplicación pretendemos innovar en un campo como es el de las empresas de producción y logística, incluyendo el uso de MAS dentro de la toma de decisiones dentro de la empresa utilizando la capacidad de negociación de dichos MAS para obtener, por ejemplo, mejores productos o más baratos y utilizar los WS para obtener todo tipo de información que pueda servirnos para mejorar nuestra empresa. Por un lado, con el uso del estándar EPCGlobal obtenemos información de la identificación y trazabilidad de cualquier tipo de producto. Esta información sigue el estándar del Código Electrónico de Producto (Electronic Product Code, EPC) y es utilizada por las etiquetas RFID, lo que nos permite compartir información con cualquier empresa del mundo que utilice el estándar de EPCGlobal. Por otro lado, la información de localización obtenida a la hora de la entrega de productos a clientes nos va a permitir obtener rutas cada vez más rápidas y eficientes, con el consiguiente ahorro de costes por parte de la empresa. Para alcanzar los objetivos marcados se plantea la consecución de los siguientes objetivos específicos: Análisis de las distintas tecnologías para el desarrollo de nuestra arquitectura, indicando por qué se han elegido dichas arquitecturas y no otras de entre todas las existentes en la actualidad. Definir detalladamente la arquitectura propuesta que sustentará el desarrollo de nuestra Aplicación Logística Total. Concretar la forma en la que se van a comunicar las distintas capas de nuestra arquitectura. Proponer un diseño para el desarrollo una aplicación para la identificación y trazabilidad de productos. Diseño, desarrollo e implementación un módulo Logístico orientado a la empresa para comprobar el funcionamiento de nuestro modelo teórico. El módulo debería ser accesible desde cualquier lugar con conexión a internet y desde cualquier dispositivo. Determinar los Servicios Web (Web Services, WS) de nuestro sistema y seleccionar qué tecnología vamos a utilizar para su implementación. Definir y desarrollar los Agentes de la plataforma Sistemas Multiagente (MultiAgent System, MAS). Analizar qué tareas principales es posible automatizar dentro de la empresa utilizando la tecnología de Agentes. Implementación de la negociación entre Agentes, distinguiendo entre Agentes internos a la empresa y Agentes que negociarán con los de otras empresas. Comunicación entre Agentes y acceso a la Base de Datos para obtener información que podrá ser utilizada para la toma de decisiones. Implantar estándar para que cualquier empresa pueda conectar o comunicar su propio Sistema de Planificación de Recursos (Enterprise Resource Planning, ERP) a nuestro sistema. Estructura de la Tesis La estructura de la Tesis está formada por seis capítulos, un anexo y la bibliografía relacionada. A continuación describimos brevemente cada uno de los capítulos. Este primer capítulo sirve para situar al lector en contexto, explicando el enfoque y motivación para el desarrollo de la Tesis Doctoral, marcando los objetivos generales y específicos para su consecución y presentando también la estructura final del documento. En el segundo capítulo hacemos una revisión del estado del arte de las tecnologías y estándares más importantes existentes que están relacionados con nuestra investigación. Realizamos un análisis que abarca tecnologías para la identificación y trazabilidad de objetos, sistemas de localización, Sistemas Multiagente, Servicios Web, objetos y dispositivos inteligentes, sistemas de almacenamiento información, finalizando con un estudio de sistemas de control y gestión de la producción y aplicaciones de logística. En el tercer capítulo definimos teóricamente el marco de trabajo. Realizamos una propuesta de modelo de cuatro capas describiendo en detalle cada una de ellas, describiendo los módulos que forman cada capa, el modelo estándar de comunicación entre capas y el módulo middleware de traducción utilizado para el almacenamiento de información en Bases de Datos y recuperación de información de las Bases de Datos. En el cuarto capítulo describimos el diseño e implementación de cada uno de los módulos que se encuentran dentro de cada capa. También se incluyen los casos de uso relacionados con la interacción de usuarios finales con cada una de las aplicaciones. En el quinto capítulo se plantean tres casos de estudio, cada uno con sus propias particularidades, para comprobar el correcto funcionamiento del marco de trabajo haciendo una valoración cualitativa al final de cada apartado. El sexto capítulo está formado por las conclusiones y aportaciones de la Tesis. Indicamos también futuras líneas de trabajo, las publicaciones relacionadas y basadas en los distintos trabajos de investigación realizados durante el desarrollo de la Tesis. El anexo se centra en la definición de ficheros XML utilizados por el módulo middleware de traducción. El último capítulo se corresponde con la bibliografía utilizada para el desarrollo de la Tesis. Conclusiones La motivación para el desarrollo de esta Tesis surgió como continuación de estudios y trabajos previos realizados dentro de los campos de la trazabilidad, localización, sensorización de productos y logística llevados a cabo. En estos estudios y trabajos proponíamos el desarrollo de una plataforma logística desde la que cualquier empresa pudiese controlar todos los procesos de sus productos durante su ciclo de vida, en cualquier punto de la cadena de suministro e intentando automatizar la toma de determinadas decisiones dentro de la empresa. El objetivo principal de la Tesis consiste en la propuesta de una solución total a los sistemas logísticos de fabricación, almacenamiento y transporte mejorados con RFID, utilizando sistemas de seguimiento y localización en interiores y exteriores, facilitando la toma de decisiones y la negociación entre distintas empresas utilizando Agentes. Nuestra intención es mejorar las prestaciones de operatividad y competitividad de cualquier empresa, aprovechándonos de los avances tecnológicos desarrollados durante los últimos años y utilizando la tecnología más puntera existente en los campos de la logística, localización, trazabilidad, sensorización, Agentes y Servicios Web. Para ello proponemos uso de una arquitectura de cuatro capas, cada una con una tarea bien definida y con la posibilidad de comunicarse con las que la rodean a través del uso de la tecnología XML. Como base para el desarrollo de este modelo hemos utilizado las herramientas que nos proporciona el EPCGlobal, que nos sirve tanto para la identificación de productos como para el desarrollo de sistemas, y el estándar de red OSI para la arquitectura capeada. Los casos de estudio descritos en el capítulo 5 evidencian que, una vez analizados, cumplen con el objetivo principal de la Tesis gracias al uso del modelo propuesto y los módulos implementados dentro de cada capa del modelo. Al inicio de esta investigación también se propusieron una serie de objetivos específicos que complementan al objetivo principal. El estado de cumplimiento junto con su grado de implementación lo analizamos a continuación: Realizamos un estudio pormenorizado de las tecnologías existentes y que podríamos utilizar para el desarrollo de nuestra arquitectura, indicando por qué seleccionamos unas y no otras de las distintas opciones existentes. Hemos comprobado el funcionamiento de la arquitectura propuesta y para ello hemos implementado un módulo Logístico que es accesible desde cualquier dispositivo con conexión a Internet, cumpliendo así el objetivo específico marcado. Para solucionar la problemática de identificación y trazabilidad de productos se propone, diseña y desarrolla un módulo para la identificación de productos, que está presente en todo el ciclo de vida del producto. Utilizamos una solución basada en el estándar EPCIS y códigos EPC, más concretamente los códigos EPC presentes en las etiquetas RFID, que podemos adherir a cualquier producto y nos permite añadirle más información si fuese necesario. Además esta aplicación nos sirve para controlar el stock de los productos almacenados, cumpliendo otro objetivo de los propuestos inicialmente. Se propone y desarrolla un modelo de negociación estándar basado en SMA definiendo una serie de Agentes desarrollados en JADE y siguiendo la especificación del estándar FIPA. Definimos una plataforma de Agentes y los Agentes que podrían estar en la plataforma. Realizamos dos clasificaciones de Agentes: una primera que nos indica si trabajan dentro o fuera de la empresa; y la segunda que nos muestra si son Agentes que se encargan de la negociación con Agentes de otras empresas y de la automatización de tareas dentro de la empresa, realizando consultas a la Base de Datos y obteniendo información de ella. De esta forma, facilitamos el desarrollo de futuros Agentes de la plataforma y cumplimos con el objetivo específico marcado. A la hora de poder consultar toda la información en cualquier momento y desde cualquier dispositivo con conexión a Internet, hemos implementado un módulo Logístico desde el que es posible obtener cualquier tipo de información referente a productos, pedidos, clientes, proveedores, sensores, localización, etc. Las consultas se realizan a través de WS RESTful implementados para esa tarea. Para la comunicación entre capas hemos propuesto un modelo de comunicación estándar entre capas a través del uso del estándar de intercambio de información XML. Con este modelo, conseguimos que el intercambio de información esté bien estructurado y cumpliendo también con el estándar marcado por EPCIS. Este modelo también se ha propuesto para su uso en la comunicación entre empresas, consiguiendo agilizar el proceso al utilizar todas las empresas un modelo de comunicación común. También hemos diseñado e implementado un estándar para que cualquier empresa pueda utilizar su ERP en nuestro sistema, siempre que cumpla los estándares de identificación, negociación y comunicación marcados. Hemos propuesto una serie de tecnologías para su implementación, pero en el que se pueden utilizar otras tecnologías o dispositivos siempre que sigan el estándar marcado.
