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

andreas.blaszczyk@de.abb.com

harsh.karandikar@de.abb.com

Dr. Giovanni Palli

Corporate Research Center

IT-20099 Sesto San Giovanni (MI)

Italia

giovanni.palli@it.abb.com