Introducción
Una vez definidos requisitos técnicamente verificables, el siguiente punto crítico en cualquier proyecto industrial es la arquitectura del sistema. Sin embargo, en muchos desarrollos esta se plantea únicamente desde una perspectiva funcional: qué módulos hay, qué hacen y cómo se conectan entre sí.
Lo que a menudo se ignora es que la arquitectura también determina cómo —y si— el sistema podrá validarse de forma eficaz.
En entornos industriales reales, y especialmente en sistemas safety-critical, no todas las arquitecturas son igual de válidas, aunque todas “funcionen”. Algunas facilitan la simulación, el test y la trazabilidad. Otras convierten la validación en un proceso complejo, costoso y frágil.
Diseñar arquitecturas pensadas para validar no es una opción avanzada: es una necesidad básica de ingeniería.
El error habitual: arquitecturas funcionales, pero opacas
Un patrón muy común en proyectos industriales es el siguiente:
- El sistema cumple los requisitos funcionales
- Los módulos están correctamente interconectados
- El comportamiento global parece correcto en operación nominal
Sin embargo:
- No es fácil observar estados internos
- No se pueden aislar comportamientos concretos
- La simulación solo es viable a nivel global
- Los fallos aparecen únicamente en integración o en campo
Estas arquitecturas no fallan porque estén “mal diseñadas”, sino porque no se pensaron para ser validadas, solo para funcionar.
Qué caracteriza a una arquitectura pensada para validar
Una arquitectura orientada a validación presenta una serie de características recurrentes, independientemente de la tecnología empleada (PLC, FPGA, software embebido o sistemas mixtos).
1. Modularidad real (no solo estructural)
La modularidad no consiste únicamente en dividir el sistema en bloques, sino en que cada módulo:
- Tenga una responsabilidad bien definida
- Pueda validarse de forma independiente
- Pueda simularse sin el sistema completo
Cuando los módulos están fuertemente acoplados, la validación deja de ser progresiva y pasa a depender de la integración final.
2. Interfaces claras y bien definidas
Las interfaces son el punto de contacto entre diseño y validación.
Una interfaz bien definida:
- Limita lo que un módulo puede hacer
- Facilita la generación de estímulos de test
- Permite observar comportamientos de forma controlada
Interfaces ambiguas o implícitas suelen traducirse en:
- Dependencias ocultas
- Tests difíciles de reproducir
- Validaciones poco trazables
3. Observabilidad como requisito de diseño
En muchos sistemas, los estados internos relevantes solo existen “en la cabeza del diseñador”. Desde el punto de vista del sistema, no son observables ni medibles.
Diseñar para validar implica preguntarse desde el inicio:
- ¿Qué estados necesito poder observar?
- ¿En qué puntos del sistema debo medir?
- ¿Cómo accederé a esa información en simulación y en test real?
La observabilidad no es un añadido posterior; debe formar parte de la arquitectura.
4. Capacidad de aislamiento y test incremental
Una buena arquitectura permite:
- Validar módulos de forma individual
- Integrar progresivamente
- Detectar errores en fases tempranas
Cuando todo depende de todo, la validación se convierte en un “todo o nada”, y cualquier fallo exige revisar el sistema completo.
El papel clave de la simulación en la arquitectura
La simulación no solo valida el comportamiento, también revela la calidad de la arquitectura.
Arquitecturas pensadas para validar suelen:
- Permitir simulación por capas
- Facilitar la inyección de estímulos controlados
- Hacer visibles los efectos de condiciones límite o de fallo
Por el contrario, si simular el sistema requiere montar casi todo el entorno real, el problema no está en la herramienta de simulación, sino en el diseño del sistema.
Arquitectura y tecnología: el orden importa
Un error frecuente es dejar que la tecnología dicte la arquitectura:
- “Esto en PLC se hace así”
- “La FPGA obliga a hacerlo de esta manera”
- “La herramienta no permite otra cosa”
En realidad, en sistemas industriales bien diseñados:
- Se definen requisitos verificables
- Se diseña una arquitectura orientada a validación
- Se elige la tecnología que mejor encaja
Invertir este orden suele conducir a arquitecturas rígidas y difíciles de validar, independientemente de la potencia de la tecnología utilizada.
Impacto directo en mantenimiento y evolución
Las arquitecturas pensadas para validar no solo facilitan la puesta en servicio inicial. También:
- Simplifican el diagnóstico de fallos
- Facilitan cambios controlados
- Reducen el riesgo en evoluciones del sistema
- Mejoran la trazabilidad a lo largo del ciclo de vida
En sistemas industriales con larga vida útil, este aspecto es tan importante como el propio funcionamiento inicial.
Conclusión
Una arquitectura no se evalúa únicamente por lo que hace el sistema, sino por cómo permite demostrar que lo hace correctamente.
Diseñar arquitecturas pensadas para validar implica asumir que la validación no es una fase final, sino un criterio de diseño al mismo nivel que la funcionalidad o el rendimiento.
En el siguiente artículo abordaremos cómo esta filosofía se traduce en decisiones prácticas sobre qué simular, cuándo y con qué nivel de detalle en proyectos industriales reales.