Integracja sieci i systemów celów koncepcji standardu Przemysłu 4.0

Integracja systemów z wykorzystaniem technologii chmury czyni pracę w sieci na poziomie produkcji łatwiejszą i bezpieczniejszą, zarówno na skutek zintegrowania funkcji zarządzania i systemów w hierarchii pionowej, jak i dostarczania funkcji bezpieczeństwa dla realizacji koncepcji standardu Przemysłu 4.0.

Wdrożenie różnych technologii i platform inteligentnej fabryki, takich jak Przemysł 4.0, przyciąga obecnie wiele uwagi w środowisku przemysłowym i wymaga podjęcia działań w kierunku większej integracji i optymalizacji systemów informatycznych (IT), wykorzystywanych w zarządzaniu, produkcji oraz urządzeniach obiektowych. Jednak integrowanie sieci obiektowych z systemami wyższego poziomu, przy wykorzystaniu rozwiązań klasy IT, może stanowić problem ze względu na wymagane prędkości przesyłu danych i pojemności sieci.

Tradycyjnie poziom zarządzania został fizycznie zlokalizowany w pomieszczeniach zarządów firm, natomiast poziomy produkcji i obiektowe znajdują się w fabrykach. Jednak z powodu globalizacji wiele poziomów produkcyjnych i obiektowych jest rozproszonych w różnych częściach świata, co wymaga zbudowania systemów odpowiednich dla obsługi poszczególnych regionów. Aby osiągnąć zoptymalizowane systemy teleinformatyczne oraz funkcje zarządzania, we współczesnych aplikacjach poziom zarządzania jest często zlokalizowany regionalnie (rys.1).

Globalna integracja systemów informatycznych zarządzania produkcją, wykorzystująca technologię chmury, wymaga ograniczenia wpływu wielu przeszkód, czynników, takich jak wahania kursów wymiany walut. Oznacza to, że informacje o zmianach tychże czynników muszą być dostępne natychmiastowo, aby reagować na te zmiany. W większości przypadków system informatyczny wykonany według wymagań klienta mógłby być zoptymalizowany pod kątem operacji biznesowych, ale będzie to wymagało olbrzymich inwestycji w kategoriach czasu i pieniędzy. Ponadto istnieje prawdopodobieństwo, że system może być już przestarzały w momencie jego uruchomienia.

Dlatego odejście od tradycyjnych systemów IT wykonanych według wymagań klienta oraz idea wykorzystania usług w chmurze do spełnienia wymagań dotyczących operacji biznesowych ma na celu zwiększenie efektywności i sprawności zarządzania.

Integracja systemów za pomocą technologii chmury czyni pracę w sieci na poziomie produkcji łatwiejszą i bezpieczniejszą, zarówno na skutek większego zintegrowania funkcji zarządzania i systemów w pionowej hierarchii różnych poziomów sieci, jak i dostarczania funkcji bezpieczeństwa. Ponadto podejście do spraw bezpieczeństwa danych różni się na poziomie obiektowym, ponieważ jest tam wymagane zachowania stałego poziomu produktywności w obsługiwanych procesach, nawet w przypadku wystąpienia incydentu. Bezpieczeństwo na tym poziomie jest także kwestią niezwykle istotną dla firmy. Ze względu na to, że poziom obiektowy często będzie obejmował różne sieci, wymagana jest płynna i niezawodna komunikacja tak, aby zapewnić sprawną wymianę danych pomiędzy różnymi warstwami sieci w czasie rzeczywistym.

Przyszłe systemy informatyczne zarządzania produkcją.

W przyszłości aplikacje oparte o technologię Chmury zostaną zaadoptowane w celu obsługi technologii Big Data oraz sztucznej inteligencji (ang. artificial intelligence, AI). W międzyczasie przemysł produkcyjny będzie wykorzystywał takie aplikacje, jak konserwacja zapobiegawcza do minimalizowania czasów przestojów. Aby uwzględnić potrzeby tych nowych aplikacji, sieci poziomu obiektowego będą musiały posiadać wysoką szybkość przesyłu danych oraz posiadać odpowiednią pojemność, aby obsługiwać duże ilości danych z czujników.

Trend do odejścia od produkcji masowej do produkcji na zamówienie polega na przygotowaniu się do produkcji pojedynczych sztuk. Aby uzyskać niskie koszty takiej produkcji muszą być rozwiązane różne problemy techniczne, np. wykonana rekonfiguracja sieci obiektowej, aby ulepszyć optymalizację.

Zabezpieczanie danych jest realizowane na poziomie produkcyjnym, zaś sieci obiektowe są optymalizowane pod względem kosztów, ze skoncentrowaniem się na czynnikach wpływających na produktywność, takich jak czas przetwarzania danych. Jednym z najważniejszych wymagań dla Przemysłowego Internetu Rzeczy (IIoT) jest zapewnienie bezpieczeństwa danych i informacji.

Stefan Hoppe, wiceprezes organizacji OPC Foundation powiedział: “W świecie połączonym w sieci łączność i zdolność do współpracy nie posiadają żadnej wartości bez zapewnienia bezpieczeństwa”.

Bezpieczna komunikacja może obejmować zarówno komunikację pomiędzy obiektowymi urządzeniami zabezpieczającymi, a sterownikiem bezpieczeństwa, jak i transmisję i odbiór danych pomiędzy sterownikami. Gdy jeden proces zostanie zatrzymany przez funkcję bezpieczeństwa, to inne związane z nim procesy zostaną zsynchronizowane, w celu ich zatrzymania, aby pozwolić na ich natychmiastowe wznowienie po usunięciu awarii.

Integracja systemów i urządzeń w sieci

Protokół płynnego przesyłania komunikatów (ang. seamless message protocol, SLMP) jest definiowany, jako mechanizm służący do integracji i płynnej realizacji połączeń pomiędzy różnymi typami sieci obiektowych. Protokół ten umożliwia realizowanie połączeń pomiędzy systemem wyższego poziomu a urządzeniami obiektowymi bez względu na istniejące pomiędzy nimi różnice.

Standard Ethernet jest adoptowany jako warstwa komunikacyjna niższego poziomu, zaś tzw.  wykorzystywanie znacznika (ang. token passing) jest jej metodą sterowania komunikacją wyższego rzędu. W metodzie przekazywania znacznika tokeny (żetony) praw do transmisji danych są przekazywane pomiędzy stacjami dookoła sieci, przemierzając wyznaczoną trasę. Tylko te stacje, które posiadają prawo do transmisji danych mogą wysyłać dane.

Obecnie tokeny krążą dookoła trasy wyznaczonej statycznie, ale technicznie możliwa jest także dynamiczna zmiana tej trasy w losowych przedziałach czasowych. W przyszłości umożliwi to przełączanie tras w zależności od wyrobu, który ma być wyprodukowany (rys.2).

Jednoczesne rozwiązywanie problemów jest także ważne w konfiguracji sieci. Musi być możliwe łatwe odnajdowanie miejsc występowania problemów w sieci. Narzędzia do zarządzania historią zdarzeń w sieci oraz dedykowane do diagnostyki sieci, mogą pomóc użytkownikom w szybkim znajdowaniu przyczyn problemów.

Autor: Haruyaki Otani należy do Stowarzyszenia Partnerów CC-Link (CC-Link Partner Association, CLPA).

Zapraszamy na portal Control Engineering

Facebook
LinkedIn