Завод будущего: Часть 2

Источник

Майк Годси

Фабрики: из настоящего в будущее

Осознание концепций Интернет вещи (IOT) и Индустриальные Интернет вещи (IIOT) продолжает продвигаться. Поскольку концепция людей и машин, подключенных в глобальном масштабе, увеличивает свое применение, то работающие в индустрии уже начинают выяснять , как это отразится на производствах. Эта статья из  Microscan Systems - вторая в серии объясняющей, каким станет завод в будущем, и какова будет роль , которую будут играть IOT и IIOT.
Microscan является ценным поставщиком-партнером для  Cross Company's Automation Group.

Завод в настоящее время напоминает во многих отношениях персональный компьютер перед рассветом World Wide Web. Работая автономно, компьютер может сделать совсем немного со своими собственными данными, используя свою внутреннюю сеть, собственные операционные системы и установленное на нем программное обеспечение. Однако, процесс сбора данных медленный и очень мало точек входа доступны, основная точка входа - это  ручной ввод человека-оператора. Даже тогда, когда компьютер подключен к другим устройствам в локальной сети, например, к принтеру или беспроводной акустической системе, он выполняет не более, чем перепрофилирование своей собственной информации. Любая информация ПК зависит от внешнего мира, например, от технического обслуживания или обновления программного обеспечения, и они должны быть доставлены на индивидуальной основе с помощью физического вмешательства в реальном мире. Это, пока компьютер не связан с глобальной сетью - World Wide Web - которая умеет общаться с другими «вещами» в мире. Этот общий поток данных позволяет ПК получить доступ к информации из любой точки мира в режиме реального времени, что позволяет проверить наличие доступных обновлений от поставщиков программного обеспечения и даже обновить самого себя, когда это необходимо.

Этот уровень автономности является конечной целью концепции Индустриальный Интернет Вещей, что позволяет машинам взаимодействовать с машинами в любом секторе и делать прогностические анализы, которые управляют самоокупаемой прибыльной деятельностью. Для завода, чтобы ему достичь такого уровня производительности, требуется, однако, переход к совершенно новой инфраструктуре. Как уже отмечалось ранее, заводские устройства в первую очередь должны иметь Интернет-доступ (то есть, чтобы быть с IP-адресацией). Во-вторых, необходимо создать замену системам, зависящим от протокола, который связывает все фабричные устройства в локальной сети и за пределами веб-сервисов. В-третьих, предприятия через вертикальные рынки должны быть готовы поделиться собранными данными по общему Интернету для того, чтобы реагировать на глобальные тенденции осмысленно (это является самым большим препятствием для преодоления).

Дело в том, что практическое применение Индустриального Интернета Вещей все еще в значительной степени теоретическое. Большинство заводов не догнали интернет-тенденции, в значительной степени из-за отсутствия доступных технологий. Поставщики единой технологии для фабрик сегодня (например, MES, ERP систем, ПЛК и других промышленных систем протоколов и устройств) могут сопротивляться переходу к Интернет-услугам, поскольку она расходится слишком сильно с их бизнес-моделью. С несколькими альтернативами на рынке, завод в настоящее время имеет мало выбора, кроме как реализовать традиционные промышленные технологии (как правило, EtherNet / IP или PROFINET системы I / O), пока не стало больше интернет-пользователей такой системы, чтобы она стала более доступной. Результатом является то, что завод в настоящее время продолжает функционировать в бункере, на основе локально-сетевых технологий.

Как подготовиться к фабрике будущего

Понятно, что достижение настоящей реализации Индустриального Интернета Вещей является сложной перспективой для промышленных производителей сегодня. С ограниченной технологией, стандартизацией, или образцами, доступными сейчас на рынке, компании будет трудно продавить, чтобы реализовать свои собственные системы IIoT без значительных инвестиций в развитии собственных инструментов, которые могут стать несовместимыми с глобальными системами IIoT в дальнейшем при их развитии. Поэтому завод в настоящее время остается похож на завод 30-летней давности, и работает он с небольшим количеством связей во внешнем мире. Это станет не просто подвигом - преодолеть разрыв между интранетом и Интернетом. Те, кто этим занимается, однако, будут первыми, кто получит преимущества IIoT, которые эта технология может предложить, в том числе не только значительные конкурентные преимущества на своем рынке, но и долю в ожидаемом рынке размером 14 триллионов американских долларов.

Интернет Вещей - Каков его потенциал?


Конечная цель завода сейчас должна состоять в том, чтобы попасть на борт IIoT тенденции как можно скорее. Это не означает, что внедрение этой технологии в полной мере реально в следующем году, возможно, даже не в ближайшие 10 лет, но небольшие шаги в направлении интернет-соединения теперь будут иметь решающее значение для готовности, когда заводские технологии, наконец, догонят Интернет в глобальном масштабе. Сами основы интернет-чистых технологий только сейчас появляются на рынке. Ведущие поставщики фабричных решений, в ожидании сближения с технологиями, дружественными Интернету, начали предоставлять как аппаратные, так и и веб-сервисы с IP-адресацией для подключения устройств на таком уровне, который является более простым и более универсальным, чем традиционные промышленными протоколы. Многие из этих новшеств используют веб-браузеры в качестве стандартного программного обеспечения для размещения веб-интерфейса пользователя, с возможностью подключения к заводским системам с любого веб-совместимого устройства и данных, которые переносимы между устройствами, локальными серверами и облаками. Эта инфраструктура поддерживает удаленные и в режиме реального времени связи с заводскими операциями, даже если они еще не подключены к World Wide Web. Независимо от того, на каком уровне конкретный завод может быть на пути к IIoT, Интернет-революция хорошо продвигается, и есть несколько изменений, которые компании могут сделать уже сейчас, даже в базисных способах, которые подготовят их, чтобы защитить свою конкурентную позицию, когда эта новая эра наступит.

Получить Digital

Для того, чтобы подготовиться к подключению к Интернету, данные должны быть доступны в формате, который Интернет сможет понять. Фабрики, которые в настоящее время не ведут записи информации в электронном виде, должны начать передачу в цифровую среду быстрее. Все точки данных, которые отслеживаются и отношение к прибыльности бизнеса должны быть записаны. Эти данные могут быть отслежены с помощью машин: как считывателями штрих-кодов и распознающими машинами для перевода 2D информации из штрих-кодов и изображений в строки данных. Например, в производстве электроники, это может иметь отношение к записи количества плат PCB, которые входят в процесс сборки, а также число тех, которые отклонены из-за дефектов или ошибок сборки, для достижения оптимальных эксплуатационных показателей. Это может быть сделано с помощью считывателя штрих-кода для декодирования символа на плате - например, указывая 1 для новой печатной платы и -1 для отвергнутого PCB.
Данные также должны быть стандартизированы и использовать общие, повторяющиеся теги (в пределах строки данных), которые имеют отношение к операции выполнения. Это позволяет фильтровать цифровые данные, чтобы их сортировать и принимать меры в цифровой системе или в базе данных. Например, строка в кодировке данных о серии молочных бутылок может содержать номер партии или дату изготовления, которая позволила бы фильтровать данные, чтобы показать, куда каждый продукт пошел, или изолировать партию в течение дня, если производство было скомпрометировано, например, испорченными продуктами.

Digital, фильтруемые данные позволяют также посмотреть на историю производства и отслеживать операции. Возможность оглянуться на данные и увидеть тенденции в истории данных, проблемы и события, которые позволяет компаниям принимать прогностические меры для выявления проблем, избежать потери и увеличить прибыль, к чему это имеет самое непосредственное отношение. Если эта информация была распознана в World Wide Web, компании будут иметь непосредственный, удаленный доступ к этим точкам данных и лучше оснащены для привода оптимизации кросса-объекта или принять меры, чтобы остановить и решить проблемы глобального масштаба, прежде чем они станут катастрофами.



Получить автоматизацию

Хорошая практика в подготовке к IIoT оправдана своей целью: быть более взаимосвязанными, более заметными, более в режиме реального времени, и с более самостоятельной инициативой. С тех пор как Интернет был интегрирован с потребительскими устройствами, ожидания и спрос на доступность данных и скорость росла в геометрической прогрессии. То же самое можно ожидать и от IIoT в ближайшие 10 до 20 лет, с прогнозируемыми 50 миллиардами IP-адресов «вещей», подключенных к Интернету 20224. Количество данных, которые будут передаваться от машины к машине, будут неисчислимы. Важность создания средства, чтобы действовать и реагировать мгновенно и автоматически на соответствующие данные в промышленных условиях не может поэтому быть занижена.



Хотя человеческие операторы все еще будут иметь место в промышленной революции в Интернете, их место будет отодвигаться дальше от сбора и передачи данных. Машины неутомимы, быстры, точны и надежны в выполнении предписанных задач и сохранении информации. Автоматизированные системы, которые полагаются на датчики в среде машина--машина уже имеют возможность отправлять и получать информацию для выполнения задач, которые не только отвечают оперативным целям, но помогают прогнозировать эксплуатационные препятствия. Например, машина распознавания и анализа изображения камеры на упаковочной линии, не только может читать штрих-код для извлечения данных продукта, но может определять степень деградации качества печати штрих-кода  для предупреждения других машин (или человеческих операторов во многих случаях сегодня) при выполнении регламентных работ на принтерах штрих-кода. Для кодов опускались пределы ниже приемлемых стандартов читаемости.



Очень важно для современных заводов приступить к реализации автоматизированного сбора данных и внести компонент управления в их деятельность по сбору и начать реагировать на данные быстрее. Автоматизация обученных компаний будет хорошо подготовлена, чтобы использовать огромное количество информации, собранное в Интернете. Системы, использующие большие данные, чтобы реагировать на внутренние и внешние тенденции, получат преимущество на своих рынках, при управлении производством, при более гибкой адаптированности к условиям окружающей среды и требованиям потребителей. Внедрение автоматизированных станков позволяет компаниям идти в ногу с тенденциями бизнеса сегодня и подготовиться к скорости бизнеса при использовании Интернета Вещей в ближайшее время, когда новые технологии придут на завод.

Присоединиться

Базой IIoT будет общение. Устройства будут обмениваться данными с устройствами, системы будут взаимодействовать с системами, и в конечном итоге вся бизнес-структура  потребительского рынка будет полностью подключена к Интернету. Но до достижения глобальной синхронности, несколько точек подключения должны быть установлены на датчиках, находящихся на заводе, как этап при соединении с World Wide Web. Есть целый ряд шагов, которые завод в настоящее времени может предпринять сегодня, чтобы подготовиться перед большой игрой и это хорошо на пути к полному подключению к Интернету.

Во-первых, промышленные устройства (такие, как датчики, устройства сбора данных, а также средства измерения) должны быть подключены к промышленным управлениям. Читателя штрих-кодов, который передает декодированную строку данных от продукта к ПК, достаточно для базовой информации заготовок продукта, но куда идут данные оттуда? Для информации, чтобы быть полезной по фабричным системам и за его пределами, оно не должно быть ограничено одной локальной машиной, но должно соединяться с центральным узлом. От устройства управления, данные могут быть переданы в другие машины или программному обеспечению на производстве. Это первый шаг в создании связи машина-машина, которая позволяет наладить автоматизацию производства.



Во-вторых, несколько устройств на заводе должны быть подключены к одной и той же системе управления, чтобы объединить операционные процессы по сети. Промышленная сеть обеспечивает завод его собственной нервной системой, которая способна передавать данные автономно. Вместо того, чтобы полагаться на человека-оператора, чтобы снабжать машину и передавать данные от машины к машине, они могут "говорить" непосредственно друг с другом и реагировать в запрограммированном, логическом порядке. Не удивительно, что наиболее распространенной системой управления, которая используется в промышленных сетях, это сегодня программируемый логический контроллер (ПЛК). Он представляет собой информационный хаб всех устройств на заводе.

В-третьих, сеть внутри завода должна быть подключена к другим критически важным бизнес-системам путем некоторых объединительных услуг или программного обеспечения. Данные, сообщаемые ПЛК, должны также быть также переданы системе закупок, системе продаж завода и за ее пределами. Это может быть достигнуто с помощью MES или другой платформы аналогично операции управления, чтобы включить кросс-отдел связи, независимо от различных протоколов устройств, что позволяет заводским данным быть доведенными до практического использования. Как описано в предыдущем примере, фабричные устройства, которые способны прочесть, епеовы доступные количества плат PCB в сборочной линии, могут общаться с Restock заказов на блоке закупаемых материалов путем отправки данных в систему ERP. Проблема заключается в получении уникальных устройств, со своими собственными целями и производителями, чтобы общаться на одном языке. Хотя датчики, ПЛК, и программное обеспечение, сеть завода все коммуникации идут в одном или нескольких промышленных протоколах, бизнес-системы за пределами заводского цеха могут использовать другие протоколы связи. Использование и deviceagnostic от протокола услуг (многие из которых сегодня являются запатентованными платформами, разработаны компаниями, специализирующимися на такого рода связи кросс-системы), информация может свободно и вертикально течь через бизнес-единицы, оптимизируя деятельность в рамках операций.

Отсюда теперь операционная система единой одной фабрики распространяется наружу поставщиками заводов, клиентам, или / и - в World Wide Web. Ключ к достижению такого уровня связности нужно унифицировать как способ системы общения как можно больше. Сети, которые полагаются на веб-сервисы для взаимосвязи будут отрываться от устройств на базе операционных систем и ограничений протокола и добиваться открытого общения по наиболее распространенным платформам. REST (репрезентативное состояние передачи) API (интерфейсы прикладных программ), например, разработаны для общения на вездесущем языке Интернета (HTTP, URI, JSON и XML). Разработчики сегодня использует REST API-интерфейсы для создания протокола агностика услуги, которые позволяют связать  все кросс-платформенно - от устройства промышленного управления, по всей сети, а также между системами.

Получить в режиме реального времени удаленный доступ

Существенным результатом присоединения устройств является возможность расширить охват данных далеко за пределы, где он был первоначально приобретен. В IIoT, достижение связи завода будет всего лишь предпосылкой к конкуренции на мировых рынках. Интернет пронизывает пространственные и временные расстояния, и все больше и больше подключенные устройства подают данные в коллективный резервуар World Wide Web. Субъекты, которые просят доступ в этот глобальный поток данных, станут столь же распространены, как и сам Интернет, неограниченный в своей способности использовать критически важные данные в любое время, в любом месте, по вертикали и по горизонтали процессов.

Для вертикальных процессов , связанных через Интернет, как , например, производство , принимающие решения получат картину текущих условий на заводе в любом месте - в офисе, за пределами площадки, или на ходу, идя по заводу. Вопросы снижения объема производства линии, большего или недопроизводства, техническое обслуживание оборудования, которое  необходимо, и другие важные события , требующие анализа или ручного вмешательства , могут быть переданы операторам через интерфейсы веб-мониторинга или с помощью текстов и оповещения по электронной почте , отправленных на их мобильные устройства.

Данные в режиме реального времени будут всегда доступны, менеджеры могут осуществлять оперативные изменения в данный момент , чтобы оптимизировать объемы производства, никогда не выходя на потенциальный риск и имея возможность адаптации для оперативного преимущества.



В горизонтальных процессах, данные будут передаваться через Интернет и от любого лица в жизненном цикле продукта. Рассмотрим бесчисленные элементы, которые могут повлиять на передвижение продукта, от приобретения материалов для сборки до отгрузки на полке магазина. Данные, полученные с помощью датчиков, расположенных в любой точке мира, при подключении к глобальной сети, могут быть использованы для отслеживания и оптимизации потока бизнеса от начала до конца. Подключение завода к этому Интернету Вещей позволяет работать в связи с поставщиком материалов, через цепочку логистики, в магазине розничной торговли, с потребителем. Например, производитель продуктов питания и напитков может использовать большие данные, которые собраны на World Wide Web, чтобы адаптировать операции как экономически, так и экологически. Точка выхода (продажи) данных, прогнозов погоды, быстроходных маршрутов и расположения грузовых автомобилей,

Чем дальше данные могут быть переданы, и тем более сразу же данные могут быть доступны на любом расстоянии, тем может быть сделано быстрее и более гибко управление данными. Вот где универсальность веб-сервисов (уже выступающая в виде интернет-протоколов) превзойдет аозможности сетей промышленных протоколов, не основанных на IIoT. Есть все большее число вариантов для достижения соединения с языком Интернета с использованием HTTP устройств и веб-служб, которые соединяют системы мульти-протокола в единые Интернет-дружественные структуры. Завод в настоящее время начинает инкорпорировать эти средства, чтобы реализовать преимущества немедленного, мобильного доступа к данным. Те предприятия, которые примут культуру повсеместной связи на раннем этапе, будут легко интегрироваться с Интернетом, когда она станет преобладающей средой промышленной коммуникации. Начиная простыми шагами, такими, как создание интерфейса мониторинга, что позволяет оператору видеть результаты осмотра камеры на основе веб-браузера или с помощью аналогичной веб-службы для запуска оповещения по электронной почте, когда проверка не удается, поставит бизнес на правильный путь к IIoT уже сейчас.

Получить удобные Интернет инструменты

Получение элементов подключенного завода, чтобы общаться через веб-службу, будет необходимым условием присоединения к IIoT. Для завода в настоящее время, крайне важно начать включение инструментов в виде Интернет-удобств - то есть инструментов, которые говорят на языке Интернета. Компании на ранних этапах внедрения технологии автоматизации и связи на заводе имеют преимущество выбора веб-совместимых инструментов в качестве основы для своих операций. Эти компании должны рассмотреть вопрос об инвестировании в устройства, которые имеют встроенную способность говорить в интернет-протоколах, таких как HTTP. Эти устройства станут более распространенным явлением, это будет языком продвинутой промышленности,

Промышленные HTTP устройства только теперь проделывают свой путь на рынок вместе с поставщиками оборудования завода, которые смотрят вперед на перспективу промышленной интернет революции. Для того, чтобы сделать эти инструменты простыми и доступными для заводских операторов, многие HTTP устройства снабжены размещенными на них собственными веб-интерфейсами пользователя. Эти интерфейсы предоставляют пользователям интуитивную среду для доступа, монитор и устройство управления с использованием веб-браузеров. Введя уникальный IP-адрес для устройства адреса в окне браузера,, данные, полученные с помощью устройства подаются и организуются  в простом графическом окне, которое появляется и ведет себя так же, как общие программные платформы сегодня. В отличие от программного обеспечения, однако, веб-интерфейсы не загружаются и не устанавливаются - они доступны на любом устройстве с веб-браузером. Это освобождает пользователя от операционной системы или ограничений протокола и делает данные в режиме реального времени доступными на разных платформах и даже удаленно при необходимости.
Компании с существующими сетями, использующими традиционные датчики EtherNet / IP или устройства управления PROFINET, вероятно, не хотят заменить весь свой фабричный пол HTTP устройствами для обеспечения совместимости с Интернетом. Затраты времени и энергии для такой миграции будут сродни восстановлению завода с нуля. К счастью, сегодняшние самые инновационные производители промышленных систем понимают и инженерный ряд новых платформ, которые приносят устройства с и без HTTP возможностей связи на объединительных веб-сервисах. Стоит отметить, что многие новые устройства HTTP имеют платформы разработки для веб-интерфейсов, которые могут быть специально спроектированы для подключения через веб-протоколы (за пределами собственной веб-интерфейса для устройства) в существующие не-HTTP системы или интерфейсы. Есть также много услуг устройств агностика, предлагаемых поставщиками веб-сервисов, которые используют ту же архитектуру API для подключения устройств с поддержкой нескольких протоколов через HTTP, и используют данные в интерфейсе браузера так же, как устройства со встроенными веб-интерфейсами. Любой сервис, который предлагает REST API может быть адаптирован для подключения и обслуживания данных в интернет-дружественной среде компаниями, желающими иметь пользовательскую объединяющую веб-систему для подключения существующих устройств.


На заводе , который на грани веб-интеграции, Интернет-чистые технологии в скором времени станут появляться в заводском оборудовании. Уже несколько вариантов подключения завода через веб-сервисы - даже если эти услуги ограничиваются подключением устройств локальной сети на данный момент - набирают обороты в промышленном производственном пространстве. Фабрики настоящего, с или без традиционных промышленных сетей на них, должны пробовать превратить свои операции путем включения этих Интернет-дружественных инструментов, чтобы их операции заговорили на HTTP, когда придет Интернет.

Вывод

Неизбежный Интернет Вещей уже принимает реальную форму, поглощая мир потребительских устройств и виден на горизонте промышленного производства. Необходимые ингредиенты для создания завода будущего уже на месте (рынок полон датчиков, новых удобных веб-служб, более быстрых сетей передачи данных; тут же. облачные системы хранения данных, передовые вычислительные мощности, а также способность анализировать большие данные разумно). Эти элементы являются ориентиром для завода в настоящее время. - Фабрика, которая была в значительной степени неизменной в течение более чем 30 лет идет к промышленной революции в Интернете. Устройства, данные и системы будут продолжать сближаться друг с другом через единую веб-среду. В этом климате, компании сталкиваются с грозной проблемой адаптации к изменению или потере их конкурентоспособности и актуальности. Но есть еще время. Промышленный Интернет вещей находится в зачаточном состоянии; большинство дискуссий о IIoT не более чем теории и производители только начинают плескаться в использовании веб-технологий. Интернет не собирается сразу попасть на завод; переход на подключение к глобальной сети будет постепенным. В то же время, предприятия имеют возможность подготовить свои операции, чтобы бесшовно интегрироваться с этой новой эрой промышленности путем принятия мер уже теперь для реализации цифровых, автоматизированных, подключенных устройств и услуг. Многие из них уже имеют возможность обмениваться данными в режиме реального времени из любой точки мира, на разных платформах, даже - для некоторых - через интернет-протокол. Реализуя эти инструменты, они станут более доступными.