Как определить данные о машине на интеллектуальных заводах

Хотя большинство компаний знают об IoT, не многие понимают, какую ценность они могут извлечь из машинных данных в данный момент; все дело в возможности связи между цехом и бизнес-средой.

“Цифровая трансформация” и “умная фабрика” - термины, которые существуют уже давно, но только передовые производители применяют их на практике. Идея межмашинного взаимодействия вызвала первоначальный ажиотаж и большие надежды, но теперь владельцы средних и малых заводов задаются вопросом: “Что дальше? Как мне начать внедрять эти технологии на своем предприятии?”

Хотя более 98 процентов бизнес-лидеров понимают концепцию "Интернет вещей" (IoT), многие не уверены в том, что IoT значит для их бизнеса, согласно исследованиям компании Aruba Networks. Это приводит к тому, что IoT не реализуется должным образом или используется только на базовом уровне, а не как полностью преобразующий процесс.

Однако, когда мы смотрим на производственные предприятия, которые ухватились за суть Промышленного Интернета Вещей (IIoT), это действительно сводится к способности связи между цехом и бизнес-средой. На практике он охватывает то, как данные о машинах передаются от оборудования к стандартным бизнес-приложениям в бэк-офисе: ERP, MES и CRM-системы, а также какие выводы можно сделать из этих данных и как они применяются в производственном процессе. В целом, успех цифрового преобразования зависит от способности организации осмыслить цифры из машин и превратить их в конкурентное преимущество.

Возникающие вызовы для бизнеса

Чарльз Кеттеринг, знаменитый изобретатель и руководитель исследовательского отдела GM, сказал: “Хорошо поставленная проблема наполовину решена”. Извилистый путь к "умной фабрике" ставит перед компаниями несколько новых и уже существующих задач, и производителям необходимо понять, как запустить цифровую бизнес-модель на своих производственных предприятиях.

Зачем тебе нужна "Умная фабрика"?

Прежде всего, машины могут генерировать большое количество данных, но бросание цифр в облако не означает автоматического получения из него полезной информации. Вам нужен контекст.

Заводское оборудование может предоставить наиболее точную информацию о производственных процессах в режиме реального времени, но как люди могут начать использовать ее и применять полученные знания в своей повседневной работе?

Будет ли речь о техническом обслуживании и о том, чтобы убедиться, что каждая деталь готова к работе? Или речь идет о так называемом прогностическом обслуживании: решение проблемы до того, как она возникнет, на основе совокупных данных от многих аналогичных устройств и ранних признаков проблемы?

Речь может идти и о деловой стороне производства: операторы, принимающие решения на основе отчетов, поступающих от машин в MES и ERP-системах. Embracing Industry 4.0 диктует не только модернизацию оборудования, но и изменение общей парадигмы мышления.

Соединительные вертикальные силосы

Чтобы завод не был “островом вещей”, а работал в соответствии с концепцией Интернета вещей, производственные машины должны общаться друг с другом и, в конечном счете, с устройствами на границе. Учитывая множество задействованных систем, возникает вопрос: как настроить такую связь?

Одна из проблем современного предприятия заключается в том, что машины часто взаимодействуют в рамках отдельных вертикальных силосов, передавая данные от устройства к HMI/SCADA и т. д., где оператор следит за конкретным участком производства. Руководители давно знают, что ценная информация содержится в системах, управляющих производством, но не имеют к ней прямого доступа. Проблема часто заключалась в том, что оба мира работают изолированно, между ними практически нет связи. Однако если речь идет о смешивании данных и передаче их в различные отделы, инфраструктура обмена данными на заводе должна строиться по-другому.

Поездка данных в ERP

Следующая проблема - подключение к данным. Как далеко нужно зайти в производственном процессе? Это только контроллеры, или вам действительно нужны данные с каждого датчика и т.д.? Это в значительной степени повлияет на объем информации, которой Вы пользуетесь, и на картину Вашего предприятия, включая весь завод в целом, отдельные производственные линии и отдельные используемые устройства.

Помещение данных из физического мира в кибернетический требует планирования аналитики. Необходимо понять, будет ли оператор использовать данные для улучшения локального управления, или сервер автоматически отправит агрегированную информацию в ERP или MES-систему. В общем, какие цифры из лавины данных нужно отправить вперед для лучшей аналитики и планирования на уровне завода, а какие данные останутся на месте для быстрого контроля и принятия решений.

Еще одним важным вопросом является обмен данными между подразделениями и третьими сторонами. На передовых заводах ERP-система может автоматически заказывать сырье или информировать сервисную службу о необходимости проведения проверки на основе уведомлений, поступающих с производственных мощностей. Такой обмен информацией может также работать на благо машиностроителей: на основе автоматических отчетов, поступающих с различных заводов, они планируют техническое обслуживание, заранее заменяют детали и обеспечивают более качественное обслуживание клиентов, избавляя их от раздражающих и дорогостоящих простоев.

Безопасность данных о машинах

Наконец, главная проблема “умной фабрики” - обеспечение безопасности открытых коммуникаций. Согласно отчету Eclipse Foundation за 2019 год, безопасность занимает первое место среди проблем разработчиков IoT (31 %), а подключение (21 %) и сбор и аналитика данных (19 %) занимают лишь два следующих места. По данным Gartner, расходы на решения для обеспечения безопасности конечных точек IoT вырастут до $631M в 2021 году. Открытие производственных мощностей для всего мира требует соответствующих мер защиты.

От OPC к OPC Unified Architecture

С конца 1990-х годов автоматизация производства строилась на базе сервера OPC, обеспечивающего передачу данных от устройства к компьютеру оператора в диспетчерской независимо от того, от одного поставщика оборудование и программное обеспечение или нет. Протокол OPC стандартизировал обмен данными и предопределил прорыв в автоматизации производства. Протокол OPC использовал объектную модель распределенных компонентов Microsoft Distributed Component Object Model (DCOM), которая является частью операционной системы Windows. В начале 2000-х годов этот протокол положил начало промышленной автоматизации и позволил заводам перейти к более безопасному, точному и экономичному производству. Фактически, многие производственные предприятия по всему миру до сих пор полагаются на эту технологию.

Однако вскоре после выхода программного обеспечения на рынок стали очевидны недостатки протокола OPC. Во-первых, DCOM делает OPC ограниченным только операционной системой Windows. Далее, специалисты жалуются на сложности в поиске и устранении программных сбоев, а также на невозможность обмена данными через Интернет. И наконец, технология OPC ненадежна с точки зрения информационной безопасности. Именно поэтому в ответ на многочисленные запросы индустрии OPC Foundation создала новый стандарт: OPC UA. Он основан на предыдущих версиях, но лишен недостатков и предлагает совершенно новый подход к межмашинной коммуникации и цифровой трансформации промышленности.

Его новые характеристики включают в себя следующее:

• Независимость от платформы. OPC UA больше не зависит от технологий OLE или DCOM от Microsoft. Вы можете запустить его на любой платформе: Apple, Linux (JAVA) или Windows.
• Упрощенная настройка обмена данными между несколькими компьютерами. Вместо DCOM используйте общие стандарты обмена данными: TCP/IP, HTTP(S) и SOAP.
• Упрощение управления данными и их обслуживания. Можно использовать структуры или модели, а также группировать и задавать контекст для тегов или точек данных. Все это обеспечивает гораздо большую гибкость и позволяет соединять заводы между отделами, а не работать только в вертикальных хранилищах данных.
• Простая интеграция в SCADA. Сервер OPC UA может быть прямой частью ПЛК, который встроен в устройство. Нет необходимости покупать и настраивать OPC UA сервер.
• Экономия ресурсов. С OPC UA вам не нужно много компьютеров, которые находятся на объекте и осуществляют перевод между системами.
• Шифрование данных. Безопасность OPC UA основана на многослойной концепции, охватывающей прикладной и транспортный уровни. Она содержит аутентификацию и авторизацию, а также шифрование и целостность данных путем подписания.
• Гибкость интеграции. UA API доступны на нескольких языках программирования. Доступны коммерческие SDK для C, C++, Java и .NET. Стеки с открытым исходным кодом доступны как минимум для C, C++, Java, Javascript (узел) и Python.
• Экономическая и временная эффективность. Наличие разъёмов OPC UA позволяет интегрировать данные о машине в режиме реального времени в системы CRM, ERP, BI, Exchange, а также в системы управления документами, такие как SharePoint, для улучшения планирования, обслуживания и повышения эффективности производства.
• Подключение к унаследованной инфраструктуре. Наличие механизмов для миграции с OPC на OPC UA; обёртки OPC UA.

Производители называют OPC Unified Architecture первым протоколом связи, который удаляет границы между предприятием и заводом. Но как на самом деле подключить производство к системам, которые помогают управлять предприятием?

Управление взаимоотношениями с клиентами (CRM), планирование ресурсов предприятия (ERP), система управления производством (MES), система документооборота (DMS), система бизнес-анализа (BI) и система управления складом - это наиболее распространенные программные продукты, помогающие управлять бизнесом. Поскольку многие компании, независимо от размера, используют эти приложения в различных комбинациях, можно с уверенностью сказать, что жизнь завода планируется, анализируется, прогнозируется и отражается в этих системах. Быть полностью автоматизированной умной фабрикой означает иметь точную актуальную информацию о производственном процессе, доступную в любое время в этих системах для анализа, своевременного оповещения, уведомления о техническом обслуживании и т. д., в зависимости от ваших приоритетов.

Интеграция данных о машинах в бизнес-системы может происходить двумя способами: 1) через пользовательскую разработку с помощью OPC UA API, и 2) через готовый OPC UA коннектор, который связывает данные о машине с ERP, CRM системами и т.д.

На наш взгляд, второй сценарий лучше, чем программирование на заказ. Во-первых, вы не тратите время и деньги на дорогостоящий труд программиста. Во-вторых, вам не нужно заботиться о дальнейшем обслуживании. Готовый OPC UA-коннектор, как правило, не содержит ошибок и готов к использованию с первого дня. Для этого требуются навыки программирования, но очень базовые. Достаточно двух-трех часов, чтобы понять принципы интеграции и построить логику для подключения машинных данных вашего предприятия к бизнес-системам.

От Устройства к Энтерпрайзу

Зачем вам нужно подключать данные о машинах к ERP, CRM и MES? Девиз OPC-UA - “от устройства к предприятию”, и в данном случае “предприятие” означает интеллектуальную систему планирования ресурсов предприятия.

Для принятия умных решений интеллектуальная ERP-система требует данных и аналитики IIoT в режиме реального времени. Они отличают компанию от конкурентов и представляют собой то, что называется "умной фабрикой".

Поскольку ERP-приложения выполняют так много задач - управление и обработка заказов, сбор данных, планирование на уровне производства предприятия, управление бизнес-процессами в целом и взаимодействие с другими системами, - своевременная работа интеллектуальных ERP-систем дает массу преимуществ.

Когда необходимо ускорить процессы, сократить ручной труд и ошибки, а также быстрее перемещаться между этапами, получая данные в реальном времени как можно ближе к источнику, который может быть от конкретной производственной линии или даже устройства, интеграция данных о машинах через OPC UA в ERP систему является революционной.

Кроме того, такая интеграция способствует культурному сдвигу, о котором мы говорили выше, поскольку сотрудники охотнее принимают новую технологию, если она представлена через знакомый интерфейс (и даже если она удобна для мобильных устройств!). Обеспечение принятия пользователями остается большой проблемой в IIoT, а представление данных через системы, которые все знают и используют - ERP, CRM, MES и т. д., - ускоряет переход к Индустрии 4.0.

Другими компонентами интеллектуального завода IIoT являются прогностическая аналитика, машинное обучение, запечатывание отчетов блок-цепочки, а также полуавтономные и автономные решения и действия. Все это может быть частью вашей ERP-системы, которая заказывает материалы или принимает решения по отгрузке, основываясь на многочисленных источниках и огромных объемах контекстных быстрых данных, которые анализируются и используются в режиме реального времени.

Заключение

IIoT уже превратился в требование для современных заводов. Чтобы не отставать от конкурентов, подключение данных оборудования к управляющим бизнес-системам уже не является чем-то необязательным. OPC UA отлично зарекомендовал себя в этой области, предоставляя гораздо больше возможностей и мер безопасности для открытия связи на производстве, так что пришло время пожинать плоды подключенного "умного" завода.