W związku z tym, że wiele organizacji przemysłowych podjęło już pierwsze kroki w zakresie cyfryzacji, istnieją potencjalne zakłócenia dla producentów w procesie transformacji cyfrowej.
Spostrzeżenia dotyczące transformacji cyfrowej
– Czynniki napędzające transformację cyfrową pozostaną takie same w branży przetwórczej i produkcyjnej.
– Najnowsze platformy oprogramowania ujednolicą ludzi, dane i systemy, aby zwiększyć wydajność operacyjną i wydajność zakładu poprzez zautomatyzowane przepływy pracy, zaawansowaną analitykę i ulepszone wsparcie decyzyjne.
– Ethernet i usuwanie barier danych również usprawni transformację cyfrową.
Julian Annison, dyrektor ds. transformacji cyfrowej w Emerson, uważa, że główne czynniki napędzające transformację cyfrową – takie jak osiągnięcie lepszego zarządzania energią i emisjami, poprawa bezpieczeństwa i zwiększenie niezawodności operacyjnej – pozostaną takie same w przemyśle przetwórczym i produkcyjnym. “Za cyfryzacją zawsze musiał stać cel biznesowy i nadal tak jest” – powiedział. “Zmienia się jednak to, że od organizacji oczekuje się teraz osiągnięcia tych usprawnień biznesowych, przy jednoczesnym spełnieniu trudnych celów w zakresie zrównoważonego rozwoju środowiska i dekarbonizacji – zarówno w perspektywie krótkoterminowej, jak i do 2050 r.”.
Annison podkreślił, że rosnąca presja i oczekiwania ze strony interesariuszy spowodowały skokową zmianę w sposobie postrzegania transformacji cyfrowej i przyspieszają potrzebę nie tylko wdrożenia najnowszych technologii cyfrowych, ale także dostosowania praktyk pracy. “Podczas gdy transformacja cyfrowa była kiedyś postrzegana jedynie jako pożądany cel, a organizacje mogły być skłonne do wypróbowania małych projektów pilotażowych, obecnie jest ona często postrzegana jako fundamentalna dla przetrwania, z uznaną potrzebą znacznie szerszego wdrożenia” – powiedział.
Według Annison, osiągnięcie celów w zakresie zrównoważonego rozwoju środowiska w perspektywie krótkoterminowej, do 2030 r., jest wyzwaniem, któremu można sprostać poprzez wdrożenie technologii cyfrowych, które są już dostępne. “Wiele zakładów zostało zaprojektowanych do pracy z minimalną możliwą automatyzacją, więc wprowadzenie rozwiązań cyfrowych zaprojektowanych w celu poprawy bezpieczeństwa i niezawodności, optymalizacji produkcji i osiągnięcia celów zrównoważonego rozwoju jest szybko osiągalne. Jednak osiągnięcie celów w zakresie zrównoważonego rozwoju środowiska do 2040 r. lub nawet 2050 r. będzie wymagało znacznego zwiększenia tempa transformacji cyfrowej i całkowitej zmiany sposobu myślenia o tym, jak należy wykorzystywać technologię cyfrową”.
Podając przykład, wskazał na projekty elektryfikacji i wychwytywania, utylizacji i składowania dwutlenku węgla (CCUS), które mają do odegrania kluczową rolę w redukcji emisji i które wymagają nowego poziomu współpracy między firmami i interoperacyjności technologicznej w celu zarządzania procesami i danymi operacyjnymi. Innym ważnym sposobem na pomoc w osiągnięciu długoterminowych celów w zakresie zrównoważonego rozwoju środowiska jest wykorzystanie nowych aktywów, które nie są już tylko budowane do pracy, ale są gotowe do autonomicznego działania, z technologiami cyfrowymi i koncepcją transformacji cyfrowej wbudowaną od samego początku. Umożliwi im to ewolucję i dostosowanie się do zmieniających się wymogów regulacyjnych w nadchodzących dziesięcioleciach.
“W ostatnich latach wiele organizacji wyposażyło swoje zakłady w technologie cyfrowe, które umożliwiają im tworzenie i gromadzenie istotnych danych w obszarach takich jak stan sprzętu i emisje” – kontynuuje Annison. “Jednak dane są korzystne tylko wtedy, gdy można na ich podstawie wygenerować znaczące wyniki. Zarządzanie danymi jest zatem podstawowym wymogiem, a kolejnym krokiem na drodze cyfrowej transformacji wielu firm jest wdrożenie technologii umożliwiających gromadzenie danych z wielu źródeł, ich wizualizację i analizę w celu uzyskania przydatnych informacji”.
Zapoczątkowując nową erę możliwości zarządzania danymi, Annison uważa, że najnowsze platformy oprogramowania jednoczą ludzi, dane i systemy, aby poprawić wydajność operacyjną i wydajność zakładu poprzez zautomatyzowane przepływy pracy, zaawansowaną analitykę i ulepszone wsparcie decyzyjne. “Platformy te zapewniają pojedynczą lokalizację do zarządzania, ochrony i łatwej integracji danych technologii operacyjnej (OT) z narzędziami technologii informacyjnej (IT) i aplikacjami w chmurze, umożliwiając organizacjom płynne łączenie ludzi, procesów i danych. W tym środowisku współpracy dane operacyjne z różnych źródeł mogą być bezpiecznie i wydajnie gromadzone, kontekstualizowane i przekształcane w przydatne informacje, które mogą być dostarczane wszystkim decydentom za pośrednictwem spersonalizowanych treści i pulpitów nawigacyjnych.
“Organizacje mogą również poprawić swoje wyniki biznesowe, przechodząc od predykcyjnych do preskryptywnych praktyk konserwacyjnych” – kontynuuje Annison. “Różnorodne technologie mogą być wykorzystywane do zapewnienia konserwacji predykcyjnej poprzez monitorowanie stanu zasobów zakładu i wysyłanie alertów w przypadku wystąpienia problemu. Nadal jednak wymaga to ręcznej interwencji w celu przeprowadzenia zalecanych działań naprawczych, co czasami może prowadzić do przerwania łańcucha. Najnowsze inteligentne technologie cyfrowe mogą pójść o krok dalej, umożliwiając konserwację normatywną. Ponieważ technologie te są w stanie zrozumieć problemy i wiedzieć, co je powoduje, mogą nie tylko identyfikować i sygnalizować problemy, ale także automatycznie podejmować działania w celu ich rozwiązania. W ten sposób powstaje aplikacja “zamkniętej pętli”, która może stanowić część autonomicznego zakładu”.
Witamy w Metaverse
Sektor procesowy i produkcyjny nadal rozszerza swój cyfrowy ślad w celu poprawy wydajności operacyjnej, zmniejszenia ilości odpadów i umożliwienia inteligentnego sterowania czujnikami i siłownikami używanymi na obrzeżach hali produkcyjnej. “W miarę urzeczywistniania się pełnych możliwości cyfrowej fabryki pojawiła się nowa potrzeba wdrożenia inteligencji i płynnej łączności w celu zapewnienia dwukierunkowego przesyłania danych operacyjnych między urządzeniami brzegowymi a chmurą” – wskazuje Jeff DeAngelis, wiceprezes Digital Factory, Industrial Automation w Analog Devices.
“Aby wspierać pełne możliwości cyfrowej fabryki, DeAngelis uważa, że kolejnym wielkim przełomem w automatyce przemysłowej będzie możliwość płynnego przenoszenia danych między światem cyfrowym (DW) a sprzętem świata rzeczywistego (RW) na hali produkcyjnej”. “Ta ewolucja cyfrowej fabryki pozwala zakładowi samoregulować swoją wydajność i dostosowywać parametry, aby dopasować przewidywaną wydajność swojego cyfrowego bliźniaka do wydajności RW na krawędzi hali produkcyjnej. Ta wizja przyszłości i możliwość płynnego przenoszenia danych między DW i RW jest czasami określana jako Industrial Metaverse.
Wszystko zależy od sieci Ethernet
Benedikt Rauscher, szef globalnych projektów IoT i Przemysłu 4.0 w Pepperl+Fuchs, uważa, że Ethernet stanie się powszechną podstawową technologią komunikacji dla danych z i do dowolnego urządzenia obiektowego w przemyśle procesowym – w taki sam sposób, w jaki jest już w sektorze produkcyjnym.
“Ethernet-APL wchodzi na rynek już teraz. Pierwsze komponenty są już dostępne i wprowadzają protokoły oparte na sieci Ethernet na poziom polowy – w sposób iskrobezpieczny” – powiedział. “Sprawdzona technologia IT jest dostosowana do specyficznych potrzeb instalacji procesowych, takich jak iskrobezpieczeństwo Ex-i i instalacja dwuprzewodowa do zasilania i komunikacji ze śrubami zaciskowymi. Równolegle, zdalne systemy IO są w stanie zaoferować sposoby podłączenia konwencjonalnych urządzeń 4-20mA/HART do infrastruktury Ethernet. Płynne wykorzystanie sieci Ethernet w automatyzacji procesów z pewnością przyspieszy cyfrową transformację”.
Kolejną kwestią podkreśloną przez Rauschera jest powłoka zarządzania aktywami. “Jego podstawowa standaryzacja została sfinalizowana, a koncepcja jest gotowa do użycia” – powiedział. “Obecnie w niemal każdej dziedzinie automatyzacji eksperci ze wszystkich głównych producentów, środowisk akademickich i organów normalizacyjnych pracują nad definicjami konkretnych podmodeli, aby otworzyć znormalizowane sposoby dostępu do właściwości, opisów, dokumentacji lub danych na żywo z dowolnego zasobu – w sposób całkowicie niezależny od producenta. Nie będzie już konieczne wdrażanie zastrzeżonych protokołów lub narzędzi ani ręczne wyszukiwanie informacji” – kontynuuje Rauscher.
Koncepcja powłoki administracyjnej aktywów umożliwi całkowicie cyfrową wymianę informacji między maszynami, co uprości procesy w całym cyklu życia aktywów technicznych. “Podmodel ‘cyfrowa tabliczka znamionowa’ jako pierwszy przykład, demonstruje potencjał powłoki zarządzania aktywami dla cyfrowej transformacji. Dane identyfikacyjne aktywów różnych producentów są dostarczane cyfrowo w formacie całkowicie nadającym się do odczytu maszynowego i mogą być bezpośrednio wykorzystywane przez usługi cyfrowe” – podsumował.
Bez barier
Według dr Franka Possel-Dölkena, dyrektora ds. cyfrowych w Phoenix Contact, kolejnym wielkim przełomem będzie płynna, pozbawiona barier logistyka danych oparta na standardach kontenerów danych Międzynarodowego Porozumienia w sprawie Transferu Danych (IDTA), które obniżają koszty krańcowe nowych i dodatkowych przepływów danych do zera.
“W kontekście Przemysłu 4.0 często słyszymy stwierdzenie, że “dane są nowoczesną ropą naftową”. Jednak “nowy boom naftowy” jak dotąd się nie zmaterializował” – powiedział Possel-Dölken. “Przeglądanie statystyk ekonomicznych w poszukiwaniu dowodów na przewidywany potencjał wydajności / produktywności wydaje się daremne”.
Wyjaśniając dalej, Possel-Dölken wskazał, że obecne procesy transmisji danych w ramach jednej i między kilkoma firmami są bardzo czasochłonne i kosztowne; ustanowienie nowych połączeń danych wymaga więcej niż kosztów generowania prawie zerowych. “W przypadku transmisji danych z jednego systemu do drugiego, dane muszą zostać rozpakowane, sprawdzone, zreorganizowane i ponownie spakowane – w rzeczywistości jeszcze przed ich wysłaniem, a być może także po ich otrzymaniu. Proces ten obejmuje wiele czynności, a zatem jest niezwykle podatny na błędy. W związku z tym konieczne jest kompleksowe testowanie w celu zapewnienia operacyjności. Wymaga to dużych nakładów czasu i pieniędzy oraz wielu zasobów” – powiedział.
Sytuacja w firmach produkcyjnych odgrywa tutaj kluczową rolę: “Firmy wykorzystują różne systemy IT do wdrażania swoich modeli biznesowych. Duże podstawowe aplikacje to na przykład systemy zarządzania cyklem życia produktu (PLM), zarządzania zasobami przedsiębiorstwa (ERP) i zarządzania relacjami z klientami (CRM) – cyfrowe wagi ciężkie i wysoce zintegrowane środowiska systemowe! Są one zwykle oparte na indywidualnym i spójnym centralnym modelu danych, dla którego dostępne są różne moduły funkcjonalne, często ściśle ze sobą powiązane. Ponieważ duża liczba procesów biznesowych i roboczych jest zarządzana od początku do końca przez kilka z tych aplikacji, między podstawowymi aplikacjami zwykle istnieją szerokie i złożone interfejsy.
“Dziś znajdujemy się około 40 lat po rozpoczęciu ery komputerowo zintegrowanej produkcji (CIM) – i daleko nam do płynnej, pozbawionej barier logistyki danych. W wielu przypadkach fakt ten uniemożliwia obecnie zakłócenie procesów tworzenia wartości i modeli biznesowych” – argumentuje Possel-Dölken. “Rozwój logistyki transportu towarowego – zwłaszcza wprowadzenie i ustanowienie znormalizowanego kontenera ISO – stanowi dobrą analogię do obecnej sytuacji logistyki danych. Powinny one stanowić dla nas inspirację, jeśli chodzi o Przemysł 4.0 – ponieważ pozwoliły one na znaczne obniżenie kosztów globalnego transportu towarowego lub nawet stały się pomijalnie małe. Dotyczy to zarówno standaryzacji samego transportu towarów (w postaci kontenerów i nośników ładunku), jak i wieloletniego procesu opracowywania standardów przy udziale różnych podmiotów (takich jak porty, firmy żeglugowe i spedytorzy)”.
Podsumowując, Possel-Dölken wskazał, że potrzebna jest ścisła współpraca między firmami, organizacjami, stowarzyszeniami branżowymi, badaniami i edukacją, a także politykami, aby rozwiązać bieżące problemy – wszystko to w oparciu o udaną ewolucję cyfrowego bliźniaka i Asset Administration Shell.
Rajesh Ramachandran, dyrektor ds. cyfryzacji w ABB Process Automation, uważa, że po pierwsze jest to podejście do transformacji cyfrowej i realizacji wartości biznesowej, a po drugie są to czynniki zakłócające technologię cyfrową. “W pierwszej kategorii istnieje sześć kluczowych obszarów głównych zmian w przestrzeni transformacji cyfrowej, które już teraz zmieniają na lepsze zarówno procesy, jak i operacje produkcyjne” – powiedział.
“Realizacja wartości Przemysłowego Internetu Rzeczy (IIoT) i cyfryzacji drastycznie przeniosła się z technologii i platform na ‘aplikacje filarów wartości’. Sześć głównych filarów wartości, które dostrzegamy, to zrównoważony rozwój, zarządzanie wydajnością procesów, zarządzanie wydajnością aktywów, doskonałość operacyjna, bezpieczeństwo konwergencji OT/IT oraz rozszerzona automatyzacja i transformacja operacyjna”.
Wdrożenie na dużą skalę
Ramachandran wyjaśnił dalej, że główną zmianą, która już trwa, jest wdrażanie na dużą skalę – gdzie pilotaże dojrzały do przekształcenia się w programy. Organizacje zdają sobie sprawę, że rozwiązania cyfrowe działają najlepiej, gdy są wdrażane na dużą skalę albo poziomo – na przykład wdrażając optymalizację zużycia energii w różnych jednostkach, albo pionowo – wdrażając wiele filarów wartości, takich jak zrównoważony rozwój, zarządzanie wydajnością aktywów w konkretnym zakładzie operacyjnym, a następnie powielając je.
“Kolejną zmianą jest uświadomienie sobie, że korzyści można uzyskać dzięki konwergencji IIoT i przemysłowej sztucznej inteligencji (AI), szczególnie w kontekście skalowalnego wdrożenia. Musisz połączyć połączony świat ze sztuczną inteligencją i analityką, aby umożliwić optymalizację procesów i zasobów. Tam, gdzie kiedyś te elementy były postrzegane jako dwie różne kategorie, są one, całkiem słusznie, nierozerwalnie ze sobą związane” – kontynuował Ramachandran.
Wdrożenie technologii cyfrowych bliźniaków stało się bardziej ukierunkowane na wartość – obecnie cyfrowe bliźniaki są wykorzystywane w procesach, a nie tylko w aktywach. Operatorzy wdrażają cyfrowe bliźniaki procesów na dużą skalę – widząc w tym wartość dla optymalizacji nie tylko modeli 3D maszyn lub oprzyrządowania.
“Większe wykorzystanie chmury hybrydowej i przetwarzania brzegowego ma miejsce w całej branży – przybliżając integrację OT/IT do systemów sterowania i technologii automatyzacji procesów” – powiedział Ramachandran.
Wreszcie, uważa on, że największą obecną zmianą w sposobie myślenia o transformacji cyfrowej jest umieszczenie zrównoważonego rozwoju w centrum operacji. “Główny priorytet cyfryzacji przesunął się z doskonałości operacyjnej na zrównoważony rozwój i zarządzanie wydajnością aktywów i odgrywa kluczową rolę we wspieraniu zarządzania energią i optymalizacji; monitorowaniu emisji i kontrolowaniu ich w przewidywalny sposób; ochronie zasobów naturalnych – na przykład posiadaniu rozwiązań do monitorowania i kontrolowania zużycia wody; oraz optymalizacji procesów, dzięki czemu zużywamy mniej zasobów”.
Co będzie następne na liście przełomowych technologii cyfrowych? Według Ramachandrana jest to pojawienie się Edge AI – wprowadzenie większej inteligencji i przemysłowej sztucznej inteligencji na obrzeża, aby osiągnąć i zamknąć optymalizację pętli i sprawić, by autonomiczne operacje stały się rzeczywistością, a nie tylko przewidywaniami i zaleceniami dla ludzkich interpretacji.
Ponadto Ramachandran wspomniał o kontekstowych centrach danych, które mogą odblokować wartość danych przemysłowych. Obecnie ponad 80% danych nie jest wykorzystywanych do analizy, ale dzięki kontekstowym centrom danych, w których kontekst domeny przemysłowej w postaci metadanych może być zastosowany do ogromnej ilości starszych danych IoT i danych operacyjnych w celu uzyskania analityki predykcyjnej i preskryptywnej w zakresie funkcji procesu i sektorów produkcyjnych.
“Wierzę, że wkrótce wkroczymy w wirtualną (VR) i rozszerzoną rzeczywistość (AR) 2.0, gdzie połączeni pracownicy i technologie, które to umożliwiają, staną się krytycznym wymogiem, a nie tylko “miłym dodatkiem” do nowoczesnych operacji przemysłowych. Wreszcie, 5G ma również potencjał, aby radykalnie zmienić przemysłowy krajobraz IoT na lepsze dzięki szybkości, łączności i mocy zdalnych operacji”.
