Priemyselný internet ako vznikajúci obchodný model a aplikačná paradigma vytvorená hlbokou integráciou informačných technológií ďalšej{0}}generácie s priemyselnou ekonomikou slúži ako rozhodujúci základ pre priemyselné podniky na dosiahnutie digitálnej transformácie. V posledných rokoch sa objavilo množstvo integrovaných riešení prostredníctvom inovácií prispôsobených výrobným charakteristikám a problémom kľúčových priemyselných odvetví. Príklady zahŕňajú spoluprácu dodávateľského reťazca pri výrobe špičkových{3}}zariadení, diaľkovú obsluhu a údržbu hlavných zariadení, šetrenie energiou a znižovanie emisií v oceliarskom priemysle a monitorovanie bezpečnosti výroby v petrochemickom sektore. Tieto riešenia plne využívajú agregačné a zosilňovacie efekty priemyselného internetu, poháňajú digitálnu transformáciu výroby a prinášajú kľúčovú hodnotu v oblasti zvyšovania kvality, znižovania nákladov a zvyšovania efektívnosti.
Priemyselné internetové platformy poskytujú možnosti na agregáciu, integráciu, ukladanie, spracovanie, výpočtovú techniku a analýzu rozsiahlych priemyselných údajov, čo umožňuje podnikom vytvárať jednotné platformy prevádzkových riadiacich údajov s úplným{0}}životným cyklom. Početné technológie súvisiace s platformou{2}}prechádzajú neustálou iteráciou a pokrokom (napr. komponenty mikroslužieb, kontajnery, dávkové spracovanie údajov, spracovanie prúdov). Tieto technológie nám postupne umožňujú vykonávať-hĺbkovú analýzu heterogénnych, masívnych priemyselných údajov, pričom urýchľujú akumuláciu priemyselných znalostí, oddelenie hardvéru a softvéru a rýchle nasadenie inovatívnych aplikácií. Uvedomujeme si však, že tieto pokročilé-technológie s otvoreným zdrojom sú v zásade nástrojmi, ktoré pomáhajú podnikom dosiahnuť inteligentnú výrobu-nie samotný konečný cieľ. Využitím takýchto platforiem môžu veľké podniky optimalizovať výrobu v rámci celého výrobného rozsahu, zlepšiť celý hodnotový reťazec aktív a operácií a v konečnom dôsledku dosiahnuť optimalizáciu{11}}celoživotnej hodnoty. Napríklad skupina Abu Dhabi National Oil Company (ADNOC) využíva svoje panoramatické digitálne veliteľské centrum na centrálne monitorovanie a optimalizáciu aktív a prevádzkovej výkonnosti 14 prevádzkových spoločností zo svojho ústredia. Prostredníctvom riešení, ako je prediktívna údržba a optimalizácia hodnotového reťazca, identifikovala pre skupinu potenciálne príležitosti na optimalizáciu hodnoty v hodnote 60 miliónov až 100 miliónov USD (poskytovanie riešení optimalizácie hodnotového reťazca ropy a zemného plynu, integrácia aktív a prevádzkových hodnotových reťazcov a maximalizácia výrobných a prevádzkových výnosov).
Priemyselný internet ponúka množstvo riešení v scenároch, ako je rozšírenie služieb, sieťová spolupráca a personalizované prispôsobenie prepojením podnikov, používateľov a produktov. Zostáva však vo fáze prieskumu pre inteligentné výrobné scenáre a podniky stále čelia významným výzvam vo výrobných operáciách.
Výzvy, ktorým čelia dnešné výrobné podniky
Trhové výzvy: Globálna ekonomická a trhová neistota núti výrobcov, aby rýchlo prispôsobili stratégie, aby sa prispôsobili častejším a rýchlejším{0}}požiadavkám trhu a zároveň zvládali výkyvy v nákladoch na suroviny a energiu. Tento trend núti spoločnosti prehodnotiť svoje prevádzkové prístupy: musia neustále uvádzať na trh nové produkty a zároveň skracovať cykly obstarávania zariadení, časové harmonogramy vývoja nových produktov a čas-uvedenia{3}}na trh. Musia zaviesť obchodné modely-poháňané dopytom a dodávateľským reťazcom-koordinované optimalizačné obchodné modely a flexibilné výrobné systémy, ako sú veľkokapacitná -zmiešaná{8}}linková výroba-, ktoré sú obzvlášť dôležité pre sektor diskrétnej výroby.
Výzvy v oblasti ľudských zdrojov a uchovania znalostí: Keď staršia generácia pracovníkov odchádza do dôchodku, hrozí, že sa stratia odborné znalosti v oblasti riadiacich systémov, prevádzky a údržby. Priemyselné podniky čelia významným výzvam v súvislosti s prechodmi pracovnej sily. Nová generácia digitálnych domorodcov očakáva, že znalosti priemyselnej automatizácie budú zabudované do systémov, ktoré používajú, zatiaľ čo tradičné OT talenty sú čoraz vzácnejšie.
Výzvy v oblasti celkových nákladov a súladu: Ako optimalizovať a znižovať náklady na nové stavebné projekty a prevádzkové náklady pri dodržiavaní čoraz prísnejších národných zákonov a predpisov na ochranu životného prostredia, aby sa umožnil trvalo udržateľný rozvoj.
Manažéri priemyslu dúfajú, že Priemysel 4.0 a technológie priemyselného internetu im pomôžu riešiť tieto nové výzvy. Priemyselní analytici odhadujú, že flexibilnejšie výrobné technológie-generácie by mohli zvýšiť produktivitu výroby o 30 %. Výskum však tiež ukazuje, že 60 % spoločností nedokáže posunúť svoje projekty za pilotnú fázu. Tento výsledok pramení z rôznych faktorov súvisiacich s personálom, procesmi a technológiou. Na technologickom fronte sa väčšina výrobcov snaží dosiahnuť vyššie výnosy z týchto inovácií, predovšetkým preto, že ich prevádzkové systémy závodu zostávajú uzavreté, proprietárne nastavenia. Od 70. rokov 20. storočia, keď systémy DCS a PLC vstúpili do priemyselnej automatizácie, sa vyvinuli proprietárne systémy. K dnešnému dňu sa trh rozvinul okolo modelov spájania hardvéru{11}}softvéru, pričom každý dodávateľ automatizačných a informačných systémov si vytvoril svoj vlastný softvérový ekosystém. To núti používateľov udržiavať viacero systémov OT a IT, čím sa podporuje vysoká závislosť od dodávateľov systémov.
Aktuálne úzke miesta na okraji priemyselného internetu
Ne-digitálna architektúra{1}}Väčšina moderných automatizačných systémov je vysoko optimalizovaná na riadenie v-reálnom čase, ale nedokáže využiť rýchlo sa rozvíjajúce technológie vznikajúce v oblasti IT. Tieto špičkové-digitálne technológie-vrátane analytiky, umelej inteligencie/strojového učenia, objektovo-orientovaných prístupov a{7}}architektúr orientovaných na služby- sú nevyhnutné na dosiahnutie inteligentnej výroby.
Hardvérové{0}}centrické obchodné modely{1}}Hardvérové vylepšenia síce môžu optimalizovať existujúce riadiace prostredia, nie sú však tým najdôležitejším aspektom digitálnej transformácie. Skutočný kľúč spočíva v softvérových-inováciách, ktoré inteligentne riešia výzvy prevádzkových technológií. V dôsledku toho sa obchodná hodnota neustále presúva z modelov poháňaných hardvérom-na modely poháňané softvérom-.
Obmedzenia proprietárnych systémov-Automatizačné aplikácie vyvinuté pre jeden systém v súčasnosti nemožno spustiť na inom. Počas posledných desaťročí v IT však otvorené operačné systémy, ako je Linux, podporili vývoj aplikácií tretích-stran, čo umožnilo rýchle rozširovanie ekosystému a vytváranie bohatých softvérových portfólií, ktoré spĺňajú obchodné potreby vo viacerých odvetviach a trhových segmentoch. Žiaľ, patentované systémy v priemyselnom sektore vytvárajú prekážky inováciám: používatelia nemôžu za rozumnú cenu{4}}efektívne vylepšovať výrobné systémy alebo integrovať a spájať najlepšie-vo-produkty od rôznych dodávateľov. Ich inovačné tempo je obmedzené ich závislosťou od dodávateľov proprietárnych systémov. Tieto bariéry v konečnom dôsledku zvyšujú celkové náklady podniku.
Výzva pre výrobcov originálneho vybavenia (OEM) spočíva vo vyvažovaní dvoch priorít: využitie virtuálnych možností ladenia počas modulárneho dizajnu na premostenie virtuálneho a fyzického sveta-a tým zníženie nákladov, zmiernenie rizík a zrýchlenie času-na-uvedenie-na trh a súčasne zvýšenie hodnoty stroja-pridanej služby na rozšírenie trhov.
Systémoví integrátori (SI) čelia kritickej medzere: automatizačným systémom chýbajú nástroje spájajúce IT a OT domény. V konečnom dôsledku sú nútení investovať značné ľudské zdroje do vývoja vysoko komplexných riešení na mieru. Rozhodujúce je, že takéto služby na mieru je ťažké široko replikovať na trhu. Hľadajú softvérové funkčné bloky, ktoré chránia ich priemyselné znalosti a -špecifické odvetvové riešenia, čím znižujú-technické úsilie s nízkou hodnotou (opätovným použitím objektov a procesných algoritmov vo viacerých projektoch). To umožňuje ich technickým odborníkom sústrediť sa sústredenejšie na riešenie problémov a problémov v rámci procesov výroby, prevádzky a údržby (MOM), čo v konečnom dôsledku vytvára vyššiu hodnotu.
Na strane koncového{0}}používateľa (EÚ) si riešenie týchto výziev naliehavo vyžaduje komplexnú správu systému, aby sa minimalizovali neplánované prestoje, aby sa zabezpečilo dodanie produktov počas špičiek a znížilo sa spoliehanie sa na externú technickú podporu. Existuje túžba po flexibilných systémoch/výrobných linkách, ktoré by zabezpečili agilitu výroby a umožnili väčšiu flexibilitu výroby pri zmenách dopytu alebo zmeny plánov údržby.
Efektívne vyriešenie týchto problémov a skutočné vytvorenie „softvérovo{0}}definovaného priemyselného“ digitálneho priemyselného ekosystému si vyžaduje riešenie uzavretých OT systémov, noriem a ekosystémových problémov pri ich zdroji. To znamená prijatie otvorených automatizačných systémov a štandardov a zároveň integráciu dodatočných technických možností na urýchlenie konvergencie IT-OT.
Budúcnosť otvorených automatizačných systémov
Budúce architektúry automatizačných systémov sa budú nevyhnutne vyvíjať smerom k otvorenosti, distribuovanému nasadeniu a vlastnej bezpečnosti. Technológia priemyselnej automatizácie a okrajové výpočty tvoria základ týchto otvorených systémov. V porovnaní s tradičnými proprietárnymi systémami budú otvorené automatizačné architektúry vykazovať nasledujúce transformácie:
Je zrejmé, že otvorené automatizačné architektúry urýchľujú technický vývoj, zvyšujú agilnosť systému, flexibilitu výroby a celkovú efektivitu. Tento posun predstavuje viac než len technickú inováciu,-zásadne nanovo definuje spôsob, akým sú procesy a strojové zariadenia navrhnuté. Dlhodobé-programovanie s nízkou{4}}hodnotou pre proprietárne ovládače prejde na automatizačné systémy typu plug{5}}and{6}}. Tieto systémy budú využívať rozsiahle, dôkladne overené softvérové funkčné bloky vyvinuté rozsiahlym ekosystémom. Budú fungovať na rôznorodom hardvéri od viacerých dodávateľov-od vstavaných riadiacich systémov až po výkonné zariadenia hraničnej inteligencie.
Otvorené štandardy sú nevyhnutné pre budovanie otvorených automatizačných systémov a IEC 61499 je kľúčovým štandardom, ktorý odomyká túto novú hranicu. Definovaním objektovo{2}}orientovaných pravidiel modelovania zapuzdruje riadiace modely a algoritmy riadených objektov do „čiernych skriniek“ (softvérových funkčných blokov). Tieto overené funkčné bloky možno opätovne použiť v rôznych scenároch, čím sa výrazne zníži úsilie o opakované programovanie. Používateľom stačí porozumieť poskytovaným funkciám bez toho, aby museli poznať detaily implementácie, čím chránia duševné vlastníctvo vývojárov. Na rozdiel od tradičných funkčných blokov fungujú tie, ktoré definuje tento štandard, skôr na základe spúšťania udalostí než na cyklickom skenovaní. To je v súlade s objektovo{7}}orientovanými konceptmi a programovacími prístupmi v oblasti IT, vďaka čomu ide o prirodzenú technológiu konvergencie IT/OT. Uľahčuje zlepšenú efektivitu procesora riadiacej jednotky a vyrovnávanie záťaže, je obzvlášť vhodný pre distribuované systémy a umožňuje bezproblémovú integráciu pokročilých IT technológií do automatizačných systémov. Norma ďalej definuje pravidlá pre aplikačné modely, systémové modely a modely zariadení/zdrojov. Ich integrácia umožňuje používateľom navrhovať aplikácie nezávisle od základného automatizačného hardvéru. Tento prístup abstrakcie hardvéru skracuje časové harmonogramy projektov a znižuje závislosť od výrobcov zariadení. V kombinácii s objektovo{13}}orientovaným vývojom funkčných blokov výrazne zjednodušuje online úpravy výrobných liniek a zariadení. Prirodzene, tento štandard poskytuje aj metódy na skladanie základných funkčných blokov do zložených blokov a na rýchle spájanie rôznych funkčných blokov (jednoduchým presunutím{15}}a{16}}uložením), čím sa výrazne zníži záťaž pri ladení softvérového programovania a chybovosť programu. Stručne povedané, dosiahnutie interoperability zariadení, rekonfigurovateľnosť systému a prenosnosť softvéru sú jeho hlavnými cieľmi. Organizácie ako Open Process Automation Forum (OPAF) a International Association of Process Industry Automation Users (NAMUR), ktoré sú v súčasnosti vedené účasťou koncových{19}používateľov, obhajujú odklon od existujúcich proprietárnych systémov automatizácie založených na tomto štandarde-najlepšou ilustráciou tohto úsilia.
V posledných rokoch zaznamenala rýchly rozvoj aj technológia edge computingu. Kontajnerová technológia poskytuje efektívne metódy pre dávkovú aktualizáciu/aktualizáciu aplikácií pre kontrolu okrajov a zabezpečenie včasného prenosu a spracovania dát. Kontajnerové technológie, predovšetkým Docker, a nástroje na orchestráciu kontajnerov, ako je Kubernetes, teraz dozrievajú. Architektúra mikroslužieb neustále zvyšuje efektívnosť využívania zdrojov na okraji, podporuje funkčné oddelenie a opätovné použitie, urýchľuje vývoj aplikácií a stala sa kľúčovým trendom v technológii okrajových výpočtových technológií. Štandardy ako OPC UA a Time{4}}Sensitive Networking (TSN) poskytujú medzinárodné rámce a deterministické siete pre prepojenie zariadení v teréne, čím spĺňajú rôzne požiadavky na prenos a výmenu údajov v priemyselných aplikáciách. Integrácia týchto informačných a komunikačných technológií ďalšej{6}}generácie so štandardnými technológiami IEC 61499 urýchli pokrok v otvorenej automatizácii. Táto otvorenosť sa vzťahuje nielen na štandardy, ale aj na sieť, hardvér, softvér a systémovú architektúru, čím sa vytvára pevný základ pre dosiahnutie digitalizácie, sietí a inteligencie v továrňach a dielňach.
Otvorená automatizácia bude hnacou silou rýchleho rozvoja priemyselného internetu a v konečnom dôsledku rieši problémové body pre koncových používateľov, systémových integrátorov a výrobcov OEM. Tento prístup umožňuje flexibilnú výrobu, skracuje čas-uvedenia-na trh, znižuje čas a náklady na inžinierstvo, zvyšuje prevádzkovú a výrobnú efektivitu a chráni duševné vlastníctvo. Nedávna porovnávacia štúdia medzinárodnej tretej-firmy to skutočne zdôrazňuje: Na dokončenie typického malého-automatizačného projektu (úlohy vrátane vytvárania aplikácií, importovania relevantných databáz, vytvárania logiky, konfigurácie zariadení, vývoja HMI a nasadenia projektu) si tradičné automatizačné softvérové nástroje vyžadovali 40 hodín. Naopak, použitie otvoreného automatizačného systému skrátilo tento čas o 68 %. Aby sa otestovala agilita systému, ovládače boli manuálne vymenené medzi zariadeniami a novými ovládačmi nakonfigurovanými pre pôvodné zariadenia. Tieto operácie sa ukázali ako ťažkopádne s tradičnými proprietárnymi systémami, zatiaľ čo otvorené automatizačné systémy ich vykonávali o 70 % až 80 % rýchlejšie.
Stručne povedané, či budúci priemyselný internet dokáže prekonať súčasné úzke miesta a ďalej pokročiť v digitálnej transformácii priemyselných podnikov do hĺbky a šírky, závisí od vytvorenia otvoreného automatizačného systému postaveného na nových konceptoch, architektúrach a štandardoch. Tradičné hardvérovo-centrické proprietárne systémy budú nahradené softvérovými-otvorenými systémami. Viac cloudových technológií bude aplikovaných na edge computing, čo umožní veľkému fondu IT talentov hlboko sa integrovať so znalosťami priemyselných aplikácií v tomto otvorenom rámci. Môžeme predvídať, že priemyselný internet vytvorí zdravú a udržateľnú cestu vpred využitím tohto otvoreného ekosystému.