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ABB Revista 1/2002 35
urante los últimos años, los cálcu-
los numéricos por ordenador han
pasado a formar parte del proceso de des-
arrollo de productos. Concretamente ha
aumentado mucho el interés por el análisis
numérico de modelos 3D generados
mediante sistemas CAD. Con los modernos
sistemas CAD, los proyectistas pueden
crear en pocas horas o días un prototipo
virtual de un nuevo producto. Aunque en
principio sería de esperar una eficiencia
semejante en la simulación de los efectos
mecánicos, térmicos o electromagnéticos,
esto solo sucede en determinados casos,
por varias razones:
n Los módulos de análisis avanzado nor-
malmente no están integrados en los siste-
mas CAD. Se encuentran disponibles en
forma de herramientas autónomas, con
capacidad para importar datos de los siste-
mas CAD, pero frecuentemente requieren
procedimientos propios de procesamiento
previo.
n Las herramientas de análisis son caras y
necesitan ser ejecutadas en equipos especia-
les de hardware de alto rendimiento.
n Es necesario conocer los complejos pro-
cesos específicos de cada herramienta. Este
conocimiento no suele estar disponible
directamente y la actualización del mismo
D
¡Valor neto!
La capacidad de los sistemas tridimensionales o 3D de Diseño Asistido por Ordenador (CAD) para
generar rápidamente prototipos virtuales ha generalizado el empleo de estos para el desarrollo de
productos. Sin embargo, las herramientas de simulación y modelización más complejas, que tienen en
cuenta los efectos mecánicos, térmicos y electromagnéticos, exigen una infraestructura, equipos y
conocimientos que no suelen estar disponibles en los departamentos de desarrollo de productos. Dado
que estas herramientas, están siendo utilizadas en algunas áreas de ABB, es razonable ponerlas a
disposición de los diferentes departamentos a través de la Intranet de la empresa.
En la actualidad, los centros de investigación corporativa de ABB están prestando este servicio, del que
se benefician tanto las unidades de ABB como nuestros clientes.
Computación por Intranet, bajocoste y altas prestaciones
Andreas Blaszczyk, Harsh Karandikar, Giovanni Palli
¡Valor neto!
36 ABB Revista 1/2002
raras veces sería rentable para un equipo de
trabajo normal.
n Al trabajar con calendarios muy apreta-
dos, los proyectistas no suelen ser muy
proclives a invertir el tiempo y los esfuerzos
necesarios para las simulaciones. Por ello,
aunque localmente pudiese disponerse de
todos de los recursos necesarios, estos no
se utilizarán con la suficiente frecuencia
como para hacer rentables su instalación y
mantenimiento locales.
Muchos de estos problemas pueden
evitarse si se dispone del acceso por Intra-
net a recursos de simulación remotos que se
integran en las herramientas locales de dise-
ño. ABB ha implantado dicha solución
como parte de su iniciativa LCC de cálculo a
bajo coste (Low Cost Computing), una solu-
ción que se adapta muy bien a la organiza-
ción de ABB.
Las nuevas tecnologías hacen fácil y efi-
ciente la utilización de recursos remotos.
Las unidades de negocio de ABB pueden
obtener los recursos de simulación en los
centros de investigación corporativa de
ABB, pudiendo acceder así a las más avan-
zadas tecnologías de simulación sin necesi-
dad de instalar localmente la infraestructura
necesaria, con el consiguiente ahorro de
decenas de miles de dólares anuales. Los
centros de investigación corporativa (ABB
dispone de ocho en total, repartidos por
todo el mundo) proporcionan este tipo de
conocimiento, que tan necesario es para los
proyectos avanzados de investigación.
Esta solución también afecta a los clien-
tes de ABB, especialmente a los que
adquieren productos tecnológicos. La utili-
zación de los servicios avanzados de simula-
ción hace que los productos de ABB sean
todavía más fiables y acelera el proceso de
diseño de los mismos, garantizando así la
entrega puntual de los pedidos.
La tecnología
Para crear un entorno de simulación para
Intranet es necesario reunir diversas tecno-
logías sobre componentes.
Gestión flexible de licencias
La gestión de licencias basada en la red se
ha convertido en un estándar de hecho para
la concesión de licencias de productos de
software (www.globetrotter.com). Una
empresa concreta solo utiliza unas pocas
veces al año productos de software para el
análisis técnico, así que le resulta razonable
compartir una licencia con otras empresas.
En ABB, los propietarios de licencias de
software para el análisis avanzado son nor-
malmente los centros de investigación, que
las transfieren a las empresas interesadas.
De especial interés para compartir licen-
cias son los sistemas de pre y postratamien-
to, como los módulos adicionales de CAD
(por ejemplo los módulos de análisis ProEn-
gineer, como Pro/Mesh y Pro/FEM-POST, o
incluso el propio ProEngineer). Las empre-
sas de ABB pueden realizar las tareas de
simulación en cooperación con los centros
de investigación, sin que en ello esté impli-
cado en modo alguno el vendedor.
Este tipo de licencia es también posible
para muchos paquetes comerciales de ele-
mentos finitos (resolutores). En este caso,
sin embargo, las empresas han de tener en
cuenta diversas necesidades especiales de
hardware.
Colaboración distribuida
en tiempo real
Los proyectistas que realizan simulaciones
solo ocasionalmente necesitan la asistencia
de consultores expertos en simulación, que
trabajan en los centros de investigación. La
asistencia la reciben normalmente por una
línea telefónica directa, pero desde hace
algún tiempo también emplean herramien-
tas de colaboración en tiempo real, como
Lotus Notes Sametime y CoCreate OneSpace
(www.lotus.com, www.cocreate.com). La
primera de ellas permite compartir aplica-
ciones, algo de gran utilidad cuando se pro-
porciona soporte para módulos de análisis
interactivo. La segunda se utiliza para cele-
brar sesiones en colaboración en que todos
los participantes puedan ver y editar mode-
los tridimensionales completos, así como
para discutir los resultados de la simulación
en formato VRML.
ABB Revista 1/2002 37
Acceso a las aplicaciones
a través de la Web
El software Citrix Nfuse y MetaFrame
(www.citrix.com) ofrece una interesante tec-
nología para acceder a todas las aplicacio-
nes Windows y Unix mediante un buscador
de Web. Este software mejora de forma muy
económica el acceso a distancia a todas las
herramientas de simulación no basadas en
Web/Java, que no permiten compartir la
licencia o que exigen un nivel de hardware
no disponible en los ordenadores clientes.
Esta tecnología permite la recepción y
publicación centralizada de aplicaciones
desde un portal Web. Un protocolo ICA
especial, de arquitectura de computación
independiente, permite también acceder a
herramientas de simulación gráfica interacti-
va desde el explorador Web y utilizarlas
eficientemente en un ordenador cliente.
Linux
Durante los últimos años, Linux se ha con-
vertido en una plataforma Unix de uso
común para las estaciones de trabajo tradi-
cionales y para vendedores de superordena-
dores como SGI, HP e IBM. Los fabricantes
de ordenadores han reducido el desarrollo
de procesadores y sistemas operativos pro-
pios y han adoptado Linux y los procesado-
res Intel para el desarrollo de nuevas arqui-
tecturas de ordenador. Linux se ha converti-
do de hecho en el estándar del sector como
alternativa económica a Windows, especial-
mente para aplicaciones de servidores que
requieren una gran estabilidad y disponibili-
dad del sistema (www.redhat.com).
La desventaja actual de Linux es que no
todos los productos de software disponibles
son apropiados él para. Algunos paquetes
especiales de mecánica estructural, por
ejemplo, y algunos sistemas CAD únicamen-
te están disponibles para sistemas Unix o
Windows.
Linux es un sistema operativo con códi-
gos fuente disponibles y por tanto tiene una
ventaja fundamental sobre Windows: los
usuarios y fabricantes de hardware pueden
introducir rápidamente cualquier cambio o
innovación. Recientemente ha sido utilizado
como sistema operativo para el nuevo pro-
cesador Intel Itanium de 64 bits. En el mer-
cado ya se dispone de dos máquinas Ita-
nium Linux: Silicon Graphics 750 y Hewlett
Packard i2000 (www.sgi.com, www.hp.com).
Ambos suministradores ofrecen un soporte
completo para distribuciones certificadas de
Linux. Estas máquinas están consideradas
como soluciones de buen precio y alto
rendimiento para aplicaciones de análisis
técnico.
Es de esperar que, en un próximo futu-
ro, las agrupaciones de ordenadores tipo PC
basados en una combinación de Linux y
Windows proporcionen un entorno apropia-
do para todas las aplicaciones numéricas
que utiliza ABB.
Computación en grupo
Desde finales de los años noventa, los gru-
pos (clusters) de ordenadores personales
están considerados como la plataforma más
económica para la computación de altas
prestaciones (www.beowulf.org). El fuerte
crecimiento de la computación en grupo
también aparece reflejado en la última edi-
ción de la lista de los 500 ordenadores más
potentes del mundo. La mayor instalación
de grupos (clusters) del mundo, basada en
servidores Itanium de IBM con 320 procesa-
dores y en servidores Netfinity, también de
IBM, con 1024 procesadores, ofrece presta-
ciones de hasta 0,6 teraflops (situados en
los puestos 34 y 41 de la lista de los 500
ordenadores más potentes en noviembre de
2001, www.top500.org).
El primer grupo (cluster) de ordenadores
personales que ejecuta Linux Red Hat fue
creado por ABB en cooperación con el Poli-
técnico de Munich; actualmente se está utili-
zando un cluster Linux con 18 procesadores
para soportar la iniciativa LCC. La red inter-
na primaria se basa en Ethernet rápida. Ade-
más se ha instalado una red de altas presta-
ciones, basada en la tecnología SCI (Interfaz
Coherente Escalable) (www.scali.com), que
en las aplicaciones electromagnéticas y de
dinámica de fluidos ha permitido conseguir
una importante reducción de costes, de
38 ABB Revista 1/2002
hasta un orden de magnitud en compara-
ción con las estaciones estándar de multi-
procesadores.
Los clusters basados en Linux son las
máquinas preferidas de las comunidades
académicas e investigadoras. Las universida-
des están desarrollando diferentes aplicacio-
nes numéricas paralelas en este entorno de
hardware. Esto brinda a ABB una excelente
oportunidad para aprovechar los últimos
avances de la investigación académica. En
el marco de la cooperación entre la Escuela
Técnica Federal ETH de Zúrich y ABB en el
campo de las matemáticas numéricas, los
científicos de Zúrich desarrollaron un prea-
condicionador especial para el resolutor
GMRES, lineal e iterativo, que normalmente
se aplica a las fórmulas de corrientes de
Foucault. El software desarrollado pudo ser
inmediatamente transferido al cluster de
ABB y ser utilizado para resolver los com-
plejos problemas de pérdidas en los trans-
formadores de potencia.
Gestión de cargas
Tradicionalmente, la gestión de cargas esta-
ba limitada al ámbito de los grandes centros
de cálculo con ordenadores. Sin embargo, la
rápida expansión de los grupos de estacio-
nes de trabajo y de los ordenadores perso-
nales durante los años noventa introdujo
esta tecnología en la gestión de sistemas
distribuidos heterogéneos. En ABB, conti-
nuando los trabajos realizados en la década
de los noventa, se está utilizando LSF (Load
Sharing Facility) de Platform Computing
(www.platform.com) en un cluster o grupo
formado por estaciones de trabajo SGI y
ordenadores personales basados en Win-
dows. En un próximo futuro implantaremos
esta tecnología en grupos mixtos basados
en Linux-Windows.
Desarrollo de entornos
de simulación basados en
modelos
Para poder implantar entornos de simula-
ción adaptados a las necesidades del cliente
es necesario desarrollar componentes espe-
ciales de software. Por ejemplo, un compo-
nente para la interacción cliente-servidor
entre un usuario de CAD y el sistema cen-
tral depende de los procedimientos de
simulación aplicados por los proyectistas.
Las herramientas de simulación, los elemen-
tos de evaluación y las necesidades del pro-
yectista varían de una empresa a otra y por
tanto es necesario que los componentes de
software puedan adaptarse a entornos dis-
tintos. Este problema puede ser resuelto
fácilmente implantando los componentes,
en forma de modelos UML, en Rational
Rose (www.rational.com). Una extensión
interesante de Rose es el paquete llamado
ArcStyler (www.io-software.com). Estos dos
sistemas, utilizados conjuntamente, propor-
cionan una plataforma para el futuro des-
arrollo de entornos de simulación basados
en modelos, y en particular, permiten alcan-
zar los siguientes objetivos:
n El modelo desarrollado puede ser amplia-
do rápidamente y ser reutilizado en otras
aplicaciones. Una de sus características fun-
damentales es que el código fuente (en
Java) puede ser regenerado automáticamen-
te para crear una variante del modelo. Las
partes del código escritas manualmente que-
dan protegidas y no se pierden durante la
regeneración.
n La implantación no depende de la tecno-
logía actual. Partiendo del modelo Rose-
ArcStyler es posible generar automáticamen-
te el código fuente de cualquier tecnología
de implantación. Por ejemplo, el acceso
remoto a los recursos de simulación des-
arrollados en los centros de investigación se
basa actualmente en Java/RMI, pero la apli-
cación de otras plantillas/cartuchos inclui-
dos en ArcStyler permite cambiar automáti-
camente la implantación a otra tecnología,
como es por ejemplo CORBA. De este
modo no nos afectan los rápidos cambios
tecnológicos propios de Internet y estamos
en condiciones de concentrarnos en las fun-
ciones de nuestro entorno de simulación.
Visualización tridimensional
Varios sistemas comerciales de procesa-
miento ulterior, como por ejemplo
Pro/FEM-POST, ofrecen solo un subconjun-
to de las funciones necesarias para visuali-
zar tridimensionalmente las magnitudes
específicas de diseño contenidas en las nor-
mas técnicas de ABB. Se trata de una limita-
ción importante a la hora de evaluar los
resultados de una simulación y presentar los
mismos a los clientes de ABB. Por esta
razón hemos estudiado el lenguaje VRML
(Virtual Reality Modeling Language)
(www.vrml.org). Los resultados de una
simulación permiten crear modelos VRML,
que se visualizan con los buscadores Web
estándar. El lenguaje VRML nos ofrece muy
buenas posibilidades para presentar en
Internet el comportamiento físico y otras
características de los productos de ABB.
Iniciativa LCC de computación
a bajo coste
La iniciativa LCC iniciada en los centros de
investigación corporativa tiene los siguientes
objetivos:
n Implantar portales basados en la Web
para herramientas seleccionadas de simula-
ción y hacerlas disponibles a través de bus-
cadores estándar de Internet.
n Integrar procedimientos completos de
simulación en el entorno CAD de unidades
comerciales de bus, seleccionadas, basándo-
ABB Revista 1/2002 39
se en el acceso remoto a recursos y exper-
tos en computación.
El primer objetivo ha sido alcanzado con
la tecnología de portales Web Citric. Las
aplicaciones de análisis técnico se integran,
personalizan y publican en un formato
interactivo basado en XML sin necesidad de
codificación adicional alguna. Las aplicacio-
nes implantadas actualmente aparecen men-
cionadas en la sección siguiente.
El segundo objetivo se alcanzó con por-
tales altamente personalizados, integrados
en el entorno CAD. Se basan en modelos de
software especialmente desarrollados, que
incluyen varios componentes específicos de
ABB tales como la evaluación de criterios
de diseño y las visualizaciones VRML y se
implantan por medio de la tecnología Java.
A continuación se describe una implanta-
ción piloto para la unidad de negocio
Power Transformers.
En ambos casos utilizamos en la parte
del servidor la misma tecnología base: gru-
pos de PC controlados por sistemas de ges-
tión del trabajo. En se muestra la arqui-
tectura desarrollada del entorno de simula-
ción basado en Intranet, que establece un
nexo entre el entorno de diseño técnico y el
mundo de la simulación. El principal objeti-
vo es poner los más recientes avances de
las tecnologías de simulación al alcance de
los ingenieros mientras se recurre a fuentes
externas para la computación de altas pres-
taciones y el mantenimiento de los resoluto-
res de análisis numérico.
Aplicación Piloto 1:
Portal Informático de Web (WCP)
El centro de investigación de Milán (Italia)
ha creado un Portal Informático piloto que
permite acceder a las aplicaciones técnicas a
través de un buscador de Web. Para habili-
tar completamente la interfaz gráfica de
usuario (GUI) no es necesario instalar soft-
ware alguno en el ordenador cliente, excep-
to las conexiones del buscador. Los servi-
cios disponibles se ‘publican’ en WCP
mediante descriptores de servicios XML.
Solo los usuarios autorizados pueden acce-
der a dichos servicios. Los componentes
básicos de WCP aparecen representados
en .
El portal está siendo mejorado de forma
continua. Por el lado del servidor, la aten-
ción se centra actualmente en la implanta-
ción de la gestión de cargas y en el almace-
namiento de datos en un entorno grupal
2
1
Objeto general WebPortales de computación
CITRIX / XMLTecnología Web
Ges
tión
flexi
ble
de
licen
cias
Gestión de carga
Tecnologías básicas ABB para la simulación de alto rendimiento
Entorno CAD de bus
Portales CAD integrados
Rose/ArcStylerTecnología Java
Col
abor
ació
n a
dis
tanc
iaen
tie
mp
o re
al
Computación de grupos Linux
Componentes de computación de bajo coste
Arquitectura del entorno de computación a bajo coste1
Nivel cliente
Objetivo:accesibilidad a todos
los dispositivos
Solución:
Nivel medio
Objetivo:interfaz intuitiva
de usuario
Solución:
Nivel servidor
Objetivo:alto rendimiento
y fiabilidad
Solución:
Navegador(es)estándar
Servidor de Web+ servelets
Gestión de cargay grupos
Arquitectura del portal de computación de Web2
ABB Revista 1/2002 41
que el producto pasa directamente de la
fase de diseño a la de fabricación, los pro-
yectistas deben asegurarse de que los pro-
ductos superarán a la primera las pruebas
finales de alta tensión. La simulación tridi-
mensional del aislamiento permite identifi-
car y evaluar los puntos críticos (véase
ejemplo en ). A partir de las simulacio-
nes, los técnicos pueden evaluar cuantitati-
vamente el riesgo de fallo y compararlo con
las directrices de diseño para el producto en
cuestión. Si no se dispone de simulación, el
procedimiento de diseño estará ‘basado en
la experiencia’ y la calidad del producto
final dependerá en buena medida de los
conocimientos personales del proyectista
responsable.
Los intentos para integrar la simulación
tridimensional en el diseño de los transfor-
madores de potencia no son nada nuevo.
Durante la década de los noventa se realiza-
ron grandes esfuerzos para desarrollar un
procedimiento de simulación eficiente que
incluyera la mejora del código Polopt de
elementos límite de ABB y su integración en
ProEngineeer. Sin embargo, no pudo conse-
guirse que los proyectistas utilizasen dicho
procedimiento en la práctica. La iniciativa
LCC ha eliminado esta laguna; en particular,
se han definido los siguientes requisitos
para la unidad de negocio Power Transfor-
mers:
n A partir de una documentación clara y
permanentemente actualizada, un experto
en CAD puede realizar el análisis anterior y
posterior al procesamiento en ProEngineer;
no es necesario que sea un experto en
simulación (eventualmente, un experto le
proporcionará el soporte necesario a distan-
cia, a través de una línea directa).
n Debería poder accederse al resolutor y al
correspondiente hardware, situados en un
centro de investigación a distancia. En las
unidades de negocio no se instala software
o hardware para simulación. El resolutor
remoto se activa directamente desde ProEn-
gineer.
n Los proyectistas deberían poder evaluar y
visualizar criterios específicos de diseño en
sus estaciones de trabajo CAD a partir de
los datos del resolutor almacenados en un
ordenador remoto.
n Todo el procedimiento de simulación es
transparente y fácil de utilizar para un pro-
yectista sin experiencia en estos procedi-
mientos; en pocos días se deberían poder
calcular incluso disposiciones complejas.
Tomando como base estos requisitos se
ha implantado un modelo cliente/servidor
, una de cuyas principales características
es la integración con un sistema CAD. Con
este modelo, un ‘cliente especial’ que deba
presentar un trabajo transferirá datos
desde/a la sesión de CAD, pondrá en mar-
cha el resolutor en el servidor y supervisará
la marcha de los cálculos. El acceso a los
datos de usuario en el servidor es controla-
do por un delegado del cliente, que se
comunica tanto con el cliente que debe
presentar el trabajo como con el cliente que
efectúa la evaluación y visualización. Este
último proporciona servicios tales como
5
4b
Ejemplo de modelo de transformador de potencia (a) y resultados correspondientes del cálculo de aislamientos (b).
Este ejemplo fue calculado en la unidad de transformadores de potencia de Bad Honnef (Alemania) utilizando recursos a
distancia del centro de investigación corporativa de Ladenburg, Alemania.
4
42 ABB Revista 1/2002
evaluación de los criterios de diseño, basán-
dose en datos remotos, conversión VRML y
acceso a la documentación más reciente.
La arquitectura representada en ha
sido implantada en forma de modelo UML
según la tecnología RationalRose/ArcStyler.
El código fuente ha sido generado para
Java/RMI. Una importante ventaja de este
enfoque es que puede reutilizarse el mode-
lo; ABB lo utilizará no solo para los trans-
formadores de potencia sino también para
el diseño de los aislamientos en todas las
empresas del Grupo (inclusive el aparellaje
eléctrico de Media y Alta Tensión). El siste-
ma ya se está implantando con carácter
piloto para los transformadores de potencia.
Resumen
El acceso a distancia a los recursos de cál-
culo constituye en el entorno de diseño de
ABB una nueva dimensión que hace más
rentable la utilización de herramientas de
análisis técnico. Ya no es necesario comprar
y mantener el costoso software y hardware
para cada unidad comercial, pues es posible
alojarlo de forma centralizada y ofrecerlo
por Intranet a los técnicos de ABB.
La iniciativa LCC (Low Cost Computing)
de computación a bajo coste asigna una
nueva tarea a los centros de investigación
corporativa en el marco de los procesos I+D
de ABB: explorar y adaptar las tecnologías
más recientes de simulación y ponerlas al
alcance de los proyectistas. Este nuevo
papel no solo incluye el desarrollo e
implantación de técnicas de acceso basadas
en Internet, sino también la integración en
el entorno CAD de los procedimientos de
simulación, simplificando así el uso de los
mismos por los proyectistas.
Pero lo que es más importante es que el
nuevo entorno ofrece una gran ventaja a los
clientes, ya que los productos de ABB son
diseñados desde el principio para que sean
de uso cómodo y sean fáciles de instalar,
utilizar y mantener.
5
Arquitectura de cliente-servidor para acceder a los recursos remotos,
integrada con el entorno CAD y la evaluación de criterios de diseño.
5
SesiónProEngineer
Cliente:Estación de trabajo CAD, Windows NT/200
Servidor:Grupo LINUX PC con multiprocesores
Criterios deevaluación
y visualizacióndel cliente R
ed d
e la
com
pañ
ía –
Intr
anet
Cubierta de resolutor
Base de datos: claves
de usuariosproyectos
tareas
Datosdel trabajoen marcha,
creadospor Solver
Criterios de evaluación
Conversión VRML
Documentación
Gestión de la sesiónProxy de cliente: controles contextuales
de sesión en marcha
Propuesta a clienteIniciada por ProE
Autores
Dr. Andreas Blaszczyk
Dr. Harsh Karandikar
Corporate Research Center
DE-68526 Ladenburg
Alemania
Dr. Giovanni Palli
Corporate Research Center
IT-20099 Sesto San Giovanni (MI)
Italia