Industrijski internet kot nastajajoči poslovni model in paradigma aplikacij, oblikovana z globoko integracijo informacijske tehnologije naslednje-generacije z industrijskim gospodarstvom, je ključna podlaga za industrijska podjetja pri doseganju digitalne preobrazbe. V zadnjih letih so se pojavile številne integrirane rešitve z inovacijami, prilagojenimi proizvodnim značilnostim in težavam ključnih industrij. Primeri vključujejo sodelovanje v dobavni verigi pri-proizvodnji vrhunske opreme, daljinsko upravljanje in vzdrževanje glavne opreme, varčevanje z energijo in zmanjšanje emisij v jeklarski industriji ter spremljanje varnosti proizvodnje v petrokemičnem sektorju. Te rešitve v celoti izkoriščajo učinke združevanja in ojačanja industrijskega interneta, spodbujajo digitalno preobrazbo proizvodnje in zagotavljajo temeljno vrednost pri izboljšanju kakovosti, zmanjšanju stroškov in povečanju učinkovitosti.
Industrijske internetne platforme zagotavljajo zmožnosti za združevanje, integracijo, shranjevanje, obdelavo, računalništvo in analiziranje ogromnih industrijskih podatkov, kar podjetjem omogoča izgradnjo poenotenih podatkovnih platform operativnega nadzora-življenjskega cikla. Številne tehnologije,-povezane s platformo, se nenehno posodabljajo in napredujejo (npr. komponente mikrostoritev, vsebniki, paketna obdelava podatkov, obdelava toka). Te tehnologije nam postopoma omogočajo izvajanje-poglobljene analize heterogenih, ogromnih industrijskih podatkov, hkrati pa pospešujejo kopičenje industrijskega znanja, ločujejo strojno in programsko opremo ter hitro uvajanje inovativnih aplikacij. Vendar se zavedamo, da so te napredne,-odprtokodne tehnologije v osnovi orodja za pomoč podjetjem pri doseganju inteligentne proizvodnje-in ne končni cilj sam po sebi. Z uporabo takšnih platform lahko velika podjetja optimizirajo proizvodnjo v celotnem proizvodnem obsegu, izboljšajo celotno vrednostno verigo sredstev in operacij ter na koncu dosežejo-optimizacijo vrednosti celotnega življenjskega cikla. Skupina Abu Dhabi National Oil Company (ADNOC) na primer izkorišča svoj panoramski digitalni ukazni center za centralno spremljanje in optimizacijo sredstev in operativne uspešnosti 14 operativnih podjetij s svojega sedeža. Z rešitvami, kot sta prediktivno vzdrževanje in optimizacija vrednostne verige, je identificiral potencialne priložnosti za optimizacijo vrednosti v vrednosti od 60 do 100 milijonov dolarjev za skupino (zagotavljanje rešitev za optimizacijo vrednostne verige nafte in plina, vključevanje vrednostnih verig sredstev in delovanja ter maksimiranje proizvodnih in operativnih donosov).
Industrijski internet ponuja številne rešitve v scenarijih, kot so razširitev storitev, omrežno sodelovanje in prilagojena prilagoditev s povezovanjem podjetij, uporabnikov in izdelkov. Vendar ostaja v raziskovalni fazi za scenarije inteligentne proizvodnje in podjetja se še vedno soočajo s pomembnimi izzivi pri proizvodnih operacijah.
Izzivi, s katerimi se soočajo današnja proizvodna podjetja
Tržni izzivi: Globalne gospodarske in tržne negotovosti prisilijo proizvajalce, da hitro prilagodijo strategije, da se prilagodijo pogostejšim in hitrejšim-povpraševanjem trga, medtem ko krmarijo zaradi nihanj v stroških surovin in energije. Ta trend sili podjetja, da ponovno razmislijo o svojih operativnih pristopih: nenehno morajo uvajati nove izdelke, hkrati pa skrajševati cikle nabave opreme, razvoj novih izdelkov in čas-za-trženje. Vzpostaviti morajo-poslovne modele-na podlagi povpraševanja,-usklajene optimizacije dobavne verige in prilagodljive proizvodne sisteme, kot je-mešana-linijska proizvodnja v velikem obsegu-, kar je še posebej kritično za diskretni proizvodni sektor.
Izzivi pri človeških virih in ohranjanju znanja: ko se starejše generacije delavcev upokojijo, obstaja nevarnost izgube njihovega strokovnega znanja o nadzornih sistemih, delovanju in vzdrževanju. Industrijska podjetja se soočajo s precejšnjimi izzivi zaradi prehodov delovne sile. Nova generacija digitalnih domorodcev pričakuje, da bo znanje o industrijski avtomatizaciji vgrajeno v sisteme, ki jih uporabljajo, medtem ko tradicionalni talent za OT postaja vse redkejši.
Izzivi pri skupnih stroških in skladnosti: Kako optimizirati in zmanjšati stroške za nove gradbene projekte in operativne stroške ob upoštevanju vse strožjih nacionalnih zakonov in predpisov o varstvu okolja, da se omogoči trajnostni razvoj.
Industrijski menedžerji upajo, da jim bodo Industrija 4.0 in industrijske internetne tehnologije pomagale pri reševanju teh novih izzivov. Industrijski analitiki ocenjujejo, da bi lahko bolj prilagodljive proizvodne tehnologije naslednje-generacije povečale produktivnost proizvodnje za 30 %. Vendar pa raziskave tudi kažejo, da 60 % podjetij svojih projektov ne napreduje dlje od pilotne faze. Ta rezultat izhaja iz različnih dejavnikov, povezanih z osebjem, procesi in tehnologijo. Na tehnološkem področju se večina proizvajalcev trudi doseči višje donose od teh inovacij, predvsem zato, ker njihovi operativni sistemi obratov ostajajo zaprti, lastniške nastavitve. Od leta 1970, ko so sistemi DCS in PLC vstopili v industrijsko avtomatizacijo, so se razvili lastniški sistemi. Do danes se je trg razvil okoli-modelov povezovanja programske opreme, pri čemer je vsak prodajalec avtomatizacije in informacijskega sistema ustvaril svoj lasten ekosistem programske opreme. To sili uporabnike, da vzdržujejo več sistemov OT in IT, kar spodbuja visoko odvisnost od prodajalcev sistemov.
Trenutna ozka grla na robu industrijskega interneta
Ne-digitalna arhitektura-Večina sodobnih avtomatizacijskih sistemov je visoko optimiziranih za-nadzor v realnem času, vendar ne uspejo izkoristiti hitro napredujočih tehnologij, ki izhajajo iz domene IT. Te najsodobnejše-digitalne tehnologije-vključno z analitiko, umetno inteligenco/strojnim učenjem, objektno-orientiranimi pristopi in-storitveno usmerjenimi arhitekturami-so bistvenega pomena za doseganje inteligentne proizvodnje.
-Poslovni modeli, osredotočeni na strojno opremo-Čeprav lahko izboljšave strojne opreme optimizirajo obstoječa nadzorna okolja, niso najbolj kritičen vidik digitalne preobrazbe. Pravi ključ je v inovacijah-na podlagi programske opreme, ki inteligentno obravnavajo izzive operativne tehnologije. Posledično se poslovna vrednost vztrajno premika od modelov,-ki jih poganja strojna oprema, k modelom, ki jih poganja-programska oprema.
Omejitve lastniških sistemov-Trenutno aplikacije za avtomatizacijo, razvite za en sistem, ne morejo delovati v drugem. Vendar pa so v zadnjih desetletjih v IT odprti operacijski sistemi, kot je Linux, spodbujali razvoj aplikacij tretjih-izdelovalcev, kar omogoča hitro širitev ekosistema in ustvarjanje bogatih portfeljev programske opreme, ki izpolnjujejo poslovne potrebe v več panogah in tržnih segmentih. Na žalost lastniški sistemi v industrijskem sektorju ustvarjajo ovire za inovacije: uporabniki ne morejo razumno stroškovno{4}}učinkovito izboljšati proizvodnih sistemov ali integrirati in uskladiti najboljših-izdelkov{-razreda različnih dobaviteljev. Njihovo inovacijsko hitrost omejuje njihova odvisnost od lastniških prodajalcev sistemov. Te ovire na koncu povečajo skupne stroške podjetja.
Za proizvajalce originalne opreme (OEM) je izziv v uravnoteženju dveh prednostnih nalog: izkoriščanje zmožnosti virtualnega odpravljanja napak med modularno zasnovo za premostitev virtualnega in fizičnega sveta-s čimer se zmanjšajo stroški, zmanjšajo tveganja in pospeši čas--na trg-ob hkratnem povečanju vrednosti stroja-dodanih storitev za razširitev trgov in spodbujanje poslovanja rast.
Sistemski integratorji (SI) se soočajo s kritično vrzeljo: sistemi za avtomatizacijo nimajo orodij za povezovanje domen IT in OT. Na koncu se znajdejo prisiljeni vložiti znatne človeške vire v razvoj zelo zapletenih prilagojenih rešitev. Najpomembneje je, da je takšne storitve po meri težko ponoviti na trgu. Iščejo funkcionalne bloke programske opreme, ki ščitijo njihovo industrijsko znanje in-panožne rešitve, s čimer zmanjšajo nizko{4}}vrednoten inženirski trud (s ponovno uporabo predmetov in procesnih algoritmov v več projektih). To omogoča njihovim tehničnim strokovnjakom, da se bolj osredotočijo na reševanje bolečih točk in izzivov v procesih proizvodnje, delovanja in vzdrževanja (MOM), kar na koncu ustvari večjo vrednost.
Na strani končnega -uporabnika (EU) reševanje teh izzivov nujno zahteva celovito upravljanje sistema za zmanjšanje nenačrtovanih izpadov, zagotavljanje dostave izdelkov v največjih sezonah in zmanjšanje odvisnosti od zunanje tehnične podpore. Obstaja želja po prilagodljivih sistemih/proizvodnih linijah, da se zagotovi agilnost proizvodnje, ki omogoča večjo prilagodljivost proizvodnje, ko se povpraševanje premakne ali se spremenijo urniki vzdrževanja.
Učinkovito reševanje teh težav in resnično vzpostavitev »programsko{0}}definiranega industrijskega« digitalnega industrijskega ekosistema zahteva obravnavanje zaprtih sistemov OT, standardov in izzivov ekosistema pri njihovem izvoru. To vključuje sprejetje odprtih avtomatizacijskih sistemov in standardov ob integraciji dodatnih tehničnih zmogljivosti za pospešitev IT-OT konvergence.
Prihodnost odprtih sistemov avtomatizacije
Prihodnje arhitekture sistemov za avtomatizacijo se bodo neizogibno razvijale v smeri odprtosti, porazdeljene uvedbe in inherentne varnosti. Tehnologija industrijske avtomatizacije in robno računalništvo tvorita temelje teh odprtih sistemov. V primerjavi s tradicionalnimi lastniškimi sistemi bodo odprte avtomatizacijske arhitekture pokazale naslednje transformacije:
Očitno je, da odprte avtomatizacijske arhitekture pospešujejo inženirski razvoj, povečujejo agilnost sistema, proizvodno prilagodljivost in splošno učinkovitost. Ta premik predstavlja več kot le tehnično nadgradnjo-temveč temeljito na novo opredeljuje način oblikovanja procesov in strojev. Dolgoročno-programiranje-nizke vrednosti za lastniške krmilnike bo prešlo na-in-avtomatizirane sisteme. Ti sistemi bodo izkoristili obsežne, temeljito potrjene programske funkcijske bloke, ki jih je razvil obsežen ekosistem. Delovali bodo na različni strojni opremi različnih prodajalcev-od vgrajenih nadzornih sistemov do zmogljivih robnih inteligentnih naprav.
Odprti standardi so bistveni za gradnjo odprtih sistemov avtomatizacije, IEC 61499 pa je ključni standard, ki odpira to novo mejo. Z definiranjem objektno{2}}usmerjenih pravil modeliranja ujema nadzorne modele in algoritme nadzorovanih objektov v "črne skrinjice" (programske funkcijske bloke). Te preverjene funkcijske bloke je mogoče ponovno uporabiti v različnih scenarijih, kar bistveno zmanjša ponavljajoče se programiranje. Za uporabnike zadostuje, da razumejo ponujeno funkcionalnost, ne da bi morali poznati podrobnosti izvedbe, s čimer se ščiti intelektualna lastnina razvijalcev. Za razliko od tradicionalnih funkcijskih blokov tisti, ki jih definira ta standard, delujejo na podlagi proženja dogodkov in ne na cikličnem skeniranju. To je usklajeno z objektno{7}}orientiranimi koncepti in programskimi pristopi na področju IT, zaradi česar je naravna konvergenčna tehnologija IT/OT. Omogoča izboljšano učinkovitost procesorja krmilnika in uravnoteženje obremenitve, še posebej je primeren za porazdeljene sisteme in omogoča brezhibno integracijo naprednih IT tehnologij v sisteme avtomatizacije. Standard nadalje opredeljuje pravila za modele aplikacij, sistemske modele in modele naprav/virov. Njihova integracija uporabnikom omogoča načrtovanje aplikacij neodvisno od osnovne strojne opreme za avtomatizacijo. Ta pristop abstrakcije strojne opreme skrajša časovne okvire projekta in zmanjša odvisnost od proizvajalcev opreme. V kombinaciji z objektno{13}}usmerjenim razvojem funkcijskih blokov znatno poenostavi spletne prilagoditve za proizvodne linije in opremo. Standard seveda zagotavlja tudi metode za sestavljanje osnovnih funkcijskih blokov v sestavljene bloke in za hitro povezovanje različnih funkcijskih blokov (prek preprostega povleci-in-spuščanja), kar bistveno zmanjša delovno obremenitev programiranja programske opreme za odpravljanje napak in stopnje napak v programu. Če povzamemo, so glavni cilji doseganje interoperabilnosti naprav, rekonfigurabilnosti sistema in prenosljivosti programske opreme. Organizacije, kot sta Open Process Automation Forum (OPAF) in Mednarodno združenje uporabnikov procesne industrije (NAMUR), ki ju trenutno vodi sodelovanje končnih-uporabnikov, se zavzemajo za odmik od obstoječih lastniških sistemov za avtomatizacijo, ki temeljijo na tem standardu-, kar je najboljša ilustracija tega prizadevanja.
V zadnjih letih se hitro razvija tudi robna računalniška tehnologija. Tehnologija vsebnikov zagotavlja učinkovite metode za paketno posodabljanje/nadgrajevanje aplikacij za nadzor robov ter zagotavljanje pravočasnega prenosa in obdelave podatkov. Vsebniške tehnologije, predvsem Docker, in orodja za orkestracijo vsebnikov, kot je Kubernetes, zdaj zorijo. Arhitektura mikrostoritev nenehno povečuje učinkovitost uporabe virov na robu, spodbuja funkcionalno ločevanje in ponovno uporabo, pospešuje razvoj aplikacij in je postala ključni trend v tehnologiji robnega računalništva. Standardi, kot sta OPC UA in Time-Sensitive Networking (TSN), zagotavljajo mednarodna ogrodja in deterministična omrežja za medsebojno povezljivost terenskih naprav, ki izpolnjujejo različne zahteve za prenos in izmenjavo podatkov v industrijskih aplikacijah. Integracija teh informacijskih in komunikacijskih tehnologij naslednje-generacije s standardnimi tehnologijami IEC 61499 bo pospešila napredek odprte avtomatizacije. Ta odprtost se ne razteza le na standarde, temveč tudi na mreženje, strojno opremo, programsko opremo in sistemsko arhitekturo, s čimer postavlja trdne temelje za doseganje digitalizacije, mreženja in inteligence v tovarnah in delavnicah.
Odprta avtomatizacija bo spodbudila hiter razvoj industrijskega interneta in na koncu odpravila boleče točke za končne uporabnike, sistemske integratorje in proizvajalce originalne opreme. Ta pristop omogoča prilagodljivo proizvodnjo, skrajšuje čas-do-tržišča, zmanjšuje čas in stroške inženiringa, povečuje operativno in proizvodno učinkovitost ter ščiti intelektualno lastnino. Nedavna primerjalna študija mednarodnega tretjega-podjetja dejansko to učinkovito poudarja: za dokončanje tipičnega majhnega-projekta avtomatizacije (naloge, vključno z ustvarjanjem aplikacij, uvozom ustreznih baz podatkov, vzpostavitvijo logike, konfiguracijo naprav, razvojem HMI-jev in uvajanjem projekta) so tradicionalna programska orodja za avtomatizacijo zahtevala 40 ur. Nasprotno pa je uporaba odprtega sistema avtomatizacije ta čas skrajšala za 68 %. Za preizkus agilnosti sistema so bili krmilniki ročno zamenjani med napravami in novimi krmilniki, konfiguriranimi za izvirne naprave. Te operacije so se izkazale za okorne pri tradicionalnih lastniških sistemih, medtem ko so jih odprti sistemi avtomatizacije izvajali 70 % do 80 % hitreje.
Če povzamemo, ali bo prihodnji industrijski internet lahko premagal sedanja ozka grla in nadalje napredoval pri digitalni transformaciji industrijskih podjetij v globino in širino, je odvisno od vzpostavitve odprtega sistema avtomatizacije, zgrajenega na novih konceptih, arhitekturah in standardih. Tradicionalne lastniške-sisteme, osredotočene na strojno opremo, bodo nadomestili-odprti sistemi, osredotočeni na programsko opremo. Več tehnologij v oblaku bo uporabljenih za robno računalništvo, kar bo omogočilo velikemu naboru IT talentov za globoko integracijo z znanjem o industrijskih aplikacijah znotraj tega odprtega okvira. Lahko predvidevamo, da bo industrijski internet z izkoriščanjem tega odprtega ekosistema ustvaril zdravo, trajnostno pot naprej.