YO QUIERO SER CIENTIFICO: Yo quiero ser Ingeniero de Sistemas y Automática

Y yo quiero ser...Ingeniero de Sistemas y Automática

(Por Emilio Jiménez)

Escucha música mientras lees, vete al final.

Yo quiero ser Ingeniero de Sistemas y Automática, que afortunadamente es lo que soy, por lo que tengo la gran suerte de hacer lo que me gusta (y que además me paguen por ello 😉. Bueno, además de la Ingeniería de Sistemas y Automática me gusta enseñar, y me gusta investigar, ambas tareas en este maravilloso campo, y es lo que hago como catedrático de Ingeniería de Sistemas y Automática en la Universidad de La Rioja, donde también me dedico a hacer Transferencia, es decir, aplicar los resultados de la Investigación y la Innovación para mejora de los productos y de los procesos productivos (logística, producción, etc.), así como de los servicios (aeropuertos, hospitales, etc.). Por eso cuando Quintín me propuso hacer este capítulo acepté encantado, para poder orientar a todos los jóvenes que lo deseen en lo que consiste esta disciplina de la ingeniería y en lo que podrán hacer si optan por ella.

Todo lo que he adelantado que hago, no lo realizo yo solo, pues hoy en día un ingeniero que trabaje solo no puede competir ni puede avanzar al ritmo de los que trabajan en grupo, y por tanto lo que aquí os digo que hago en realidad no lo hago yo, sino que lo hacemos mi grupo. Y de nuevo me considero afortunado al contar con un grupo de amigos que trabajamos juntos, es decir, que además de trabajar en lo que nos gusta lo hacemos con quienes nos gusta hacerlo.

Lo que acabo de contar, no lo he hecho porque quiera “contar mi vida”, sino porque de ello se desprenden muchas ideas muy importantes sobre nuestro propósito. Algunas ya están adelantadas, como que el trabajo en equipo es fundamental, como lo es tener un buen ambiente de trabajo, tanto en la Ingeniería de Sistemas y Automática, como en la Ingeniería en general, como en cualquier trabajo. Pero hay otra idea oculta en todo ello que es la base de la Ingeniería de Sistemas: un sistema es un conjunto de elementos que se relacionan entre sí constituyendo una entidad que no es simplemente la suma de sus elementos.

Bueno, he dado una definición un poco rigurosa, y como Quintín me pidió que el capítulo fuese informal y directo para futuros científicos 😉 de ahora 14 a 18 años, voy a tratar de explicarlo de otra manera, y además voy a hacer referencia únicamente en este capítulo a las redes sociales (en lo que esos chicos de 14 a 18 años son mucho mejores que yo), y en concreto a la Wikipedia.

Supongamos que tenemos una caja con un cerebro (de un conejo por ejemplo, para no ser muy macabro), un hígado, unos riñones, unos cuantos litros de sangre, etc. Es decir, los elementos que constituyen el sistema que es el conejo. Por separado el cerebro no puede hacer nada, y de hecho muere en poco tiempo, como lo hace el resto de elementos sin el cerebro, o sin el hígado, etc. Pero todos juntos, y debidamente relacionados, constituyen un Sistema, y además un sistema fantástico, pues es un ser vivo. Lo mismo podríamos pensar con el disco duro, el teclado, la CPU, la memoria, etc. de nuestro ordenador, o con sistemas muy muy complejos, como puede ser los fenómenos atmosféricos y meteorológicos, los entornos naturales y los ecosistemas, etc.

Pues bien, entender las relaciones entre las partes que componen los sistemas y entender el comportamiento del sistema completo es la base de la Ingeniería de Sistemas. Voy a poner un par de ejemplos:

-Supongamos un modelo muy simple de un entorno natural en el que hay zorros y hay conejos. Tanto unos como otros se reproducen a un cierto ritmo, dependiendo del número de parejas de su especie que haya. Por otro lado, como los zorros se alimentan de conejos, cuantos más conejos haya más va a crecer la población de zorros, pero cuantos más zorros haya más va a decrecer la población de conejos. Se trata de un sistema muy simple, con sólo dos elementos (un depredador y una presa), y unas pocas relaciones entre ellos. Y sin embargo la evolución del sistema es muy compleja, con variaciones cíclicas de las poblaciones en unos casos, o la desaparición de los conejos y luego de los zorros, o la desaparición sólo de los zorros, dependiendo de los valores iniciales y del tipo de relaciones concretas que definamos. Ese análisis lo realizaron ¡hace menos de un siglo! de manera independiente dos matemáticos, Alfred J. Lotka en 1925 y Vito Volterra en 1926, y se conoce como Las ecuaciones de Lotka-Volterra o las ecuaciones predador-presa.

-Más tarde todavía (para que veáis lo reciente que es esta disciplina), otro ingeniero, Jay Wright Forrester (1918-2016) se dio cuenta de que en un simple almacén con mercancías almacenadas para vender, empleados, y clientes, con unas relaciones muy simples se producían unas oscilaciones similares en el número de empleados y el producto almacenado, y lo plasmó en el célebre libro Industrial Dynamics (en 1961, ayer mismo como quien dice), considerado el origen de la dinámica de sistemas, de la que Forrester es considerado el padre.

La dinámica de sistemas busca los elementos que componen los sistemas, analiza las relaciones entre ellos (especialmente buscando ciclos de relaciones) y determina de qué tipo será la respuesta. Para ello emplea diagramas causales, que después se depuran en diagramas de Forrester, y finalmente se transforman en ecuaciones para analizarlas (eso ya hoy en día lo hacen muy bien las aplicaciones informáticas).

Por ejemplo, un ingeniero de sistemas puede determinar de esta manera cómo evolucionará una epidemia (pongamos que de gripe) en la población, en la que habrá personas sanas (sin contagiar), personas contagiadas, personas que ya se han curado y por tanto están inmunizadas, etc. Así que cuando oigamos por los medios de comunicación que se espera un descenso de la incidencia de une epidemia con un repunte posterior, además de médicos seguro que hay un ingeniero de sistemas que ha analizado la evolución de la epidemia y ha generado un modelo para determinar su dinámica.

Por eso la ingeniería de sistemas está hoy en día relacionada con la disciplina conocida como Modelado y Simulación, consistente en eso mismo, modelar las partes del sistema y sus relaciones, simularlo computacionalmente, y determinar el comportamiento. Y eso se emplea en cualquier campo de la ingeniería: comportamiento del viento en lo aerogeneradores, comportamiento de las aeronaves y su capacidad de vuelo, determinación de movimientos de personas, equipajes y aviones en un aeropuerto, etc.

Un ejemplo muy divertido es el “juego de la cerveza” (the beer game), que simula la producción y venta de una fábrica de cerveza, y muestra la dificultad que tiene hacer los pedidos de varios puestos intermedios sin llevar la fábrica a la ruina. Y todo ello está relacionado con la automática como veremos. En realidad el término automática comprende dos cosas diferenciadas: la Ingeniería de Control y la Automatización Industrial.

La Ingeniería de Control lo que hace es, no sólo determinar el comportamiento de un sistema, sino la forma de controlarlo para que su comportamiento sea el adecuado. Es decir, se diseñan y desarrollan “controladores” y algoritmos de control, que son los encargados de hacer que el sistema se comporte como deseamos. Se basan en conocer el comportamiento, compararlo con el que queríamos, y determinar la acción de control necesaria en cada momento. Por ejemplo un avión no podría volar como lo hace sin un sistema de control automático, y mucho menos una nave espacial, pero también sistemas tan sencillos como motores, aires acondicionados, amortiguación activa de los coches, etc. emplean controladores.

Por otro lado la automatización Industrial lo que hace es emplear sistemas o elementos computarizados y electromecánicos para controlar maquinarias y procesos industriales, incluyendo robótica, visión artificial, y técnicas de inteligencia artificial para la toma de decisiones.

Es evidente la relación directa que todo ello tiene con la nueva revolución industrial, la cuarta revolución industrial o Industria 4.0, también conocida como la de los sistemas ciberfísicos, que tenemos ya a la vuelta de la esquina, y que va a cambiar el mundo (no sólo la producción y el trabajo sino toda la sociedad) en muy pocos años. Por eso, como resumen, no puedo deciros que si decidís como yo haceros ingenieros de sistemas y automática vayáis a trabajar con robots, visión artificial, sistemas inteligentes de producción, modelado y simulación, regulación automática, o analizando, comprendiendo y controlando sistemas complejos de cualquier tipo, porque en pocos años, muy pocos, lo que van a hacer los Ingenieros de Sistemas y Automática es adaptar los sistemas productivos a la Industria 4.0, para lo que ADEMÁS de todo lo anterior trabajaréis con Big Data, Realidad Aumentada, Cloud Computing, Robótica colaborativa, Internet de las Cosas, etc., es decir, las disciplinas en las que se basa la Industria 4.0.

Como ejemplo, cuelgo unas imágenes de algunos de nuestros trabajos en esas líneas: Un simulador de robótica colaborativa (desarrollado como proyecto fin de carrera por el mejor estudiante que he tenido, ahora ya compañero) y dos plantas industriales en las que hemos sido capaces de aplicar los conceptos de Industria 4.0, y desarrollarlas plenamente de manera virtual, antes de que ese concepto se pusiese en marcha. Es el futuro, que ya está aquí, y es lo que tendréis que hacer en este oficio.