Znaczenie danych dostarczanych przez systemy automatyki przemysłowej dla funkcjonowania współczesnych przedsiębiorstw jest coraz większe. I choć droga, jaką trzeba przebyć, by współpraca wszystkich systemów w zakładach stała się łatwa i nie
zawodna, jest jeszcze długa, jednakże już dziś widać, iż jej pokonanie jest możliwe.
Obserwowana w ostatnim czasie tendencja do unifikacji standardów wykorzystywanych w sferze biznesowej przedsiębiorstw stanowi doskonały pretekst do zmian również w sferze sieci automatyki przemysłowej, sieci stosowanych na poziomie produkcyjnym zakładów przemysłowych. Z historycznego punktu widzenia systemy sterowania ? zapewniające bezpieczeństwo i odpowiednią wydajność produkcji w przedsiębiorstwach ? tworzyły od szeregu już lat swego rodzaju wyizolowaną ?wyspę?. Oprzyrządowanie i całe systemy automatyki, wraz z generowanymi przez nie informacjami i danymi, były dostępne zasadniczo tylko dla wąskiego grona ekspertów tej branży. Pracownicy sfery zarządzania zakładem zainteresowani takimi danymi, musieli porozumiewać się z automatykami, np. telefonicznie lub też pieczołowicie pozyskiwać je z różnego rodzaju raportów.
Nigdy więcej takich sytuacji! ? Sprawny obieg informacji to najważniejsza obecnie gra, mogąca wyróżnić właściwą organizację twojego przedsiębiorstwa ? stwierdza Eric Rogge, wiceprzewodniczący i kierownik badawczy w firmie doradczej Ventana Research.
Informacja o przebiegu procesu produkcyjnego jest coraz częściej kluczowym elementem decydującym o konkurencyjności zakładu na rynku lub też całkowitej marginalizacji jego znaczenia. Ze względu na wprowadzane nowe standardy i normy oraz postępujący wzrost konkurencji na rynku światowym pracownicy pionu zarządzania w przedsiębiorstwach coraz częściej chcą mieć możliwość dostępu w czasie rzeczywistym do danych generowanych przez systemy automatyki poziomu produkcyjnego, ułatwiających im podejmowanie szybkich, strategicznych decyzji dotyczących funkcjonowania zakładu. Kluczowymi aspektami są tu: zachowanie właściwych ram produkcji, szybkości obiegu cyklu zamówienie-zapłata oraz maksymalizacja możliwości dostosowania się do konkretnych zamówień czy wskaźnika rentowności aktywów przedsiębiorstwa.
Niemożność dostarczenia takich danych przez systemy planowania zasobów przedsiębiorstwa (ERP) oraz oferowanego przez nie dostatecznego wglądu w bieżący przebieg procesów produkcyjnych wytworzyła olbrzymie zainteresowanie przedsiębiorstw wszelkimi rozwiązaniami, umożliwiającymi połączenie sfer biznesu i produkcji, a tym samym pozyskiwanie danych bezpośrednio właśnie z tej drugiej sfery. Zainteresowanie to stało się główną siłą napędową rozwoju rynku systemów sterowania i zarządzania produkcją (MES), jednej z możliwych dróg rozwiązania wspomnianej kwestii, rynku, który w roku 2005 osiągnął w Stanach Zjednoczonych poziom sprzedaży rzędu miliarda dolarów. Inne zintegrowane rozwiązania również pojawiają się na rynku przemysłowym, przyczyniając się do kreowania nowych wyzwań i możliwości.
Zgodnie z wynikami ostatniej ankiety czasopisma Control Engineering przeprowadzonej na rynku amerykańskim (patrz: Control Engineering Polska nr 4 z 2006 r., str. 20), największa liczba projektów integracji systemów typu automatyka-przedsiębiorstwo (52%), realizowana jest przez połączenie sieci sterowników PLC z systemami wyższego poziomu; 18,4% zgłasza wykorzystanie ich w opracowaniu systemów MES; 20,4% z kolei zastosowanie portali (do wizualizacji danych z procesu). Pozostałe 9% wykorzystało do integracji różne technologie i narzędzia.
Rozważania na temat możliwości likwidacji przepaści komunikacyjnej pomiędzy sferami produkcji i biznesu wywołują olbrzymie zainteresowanie w gronie dostawców tego typu rozwiązań oraz analityków rynkowych. Co jest jednak szczególnie zadziwiające, w dyskusjach takich niechętnie biorą udział producenci systemów. Spośród ośmiu zaproszonych przez dostawców do rozmów, tylko jeden wyraził chęć wzięcia w nich udziału.
? Wiele osób niechętnie dzieli się z innymi swoimi praktycznymi doświadczeniami i wiedzą. Obowiązuje zasada: jeżeli wiem coś bardzo ważnego z punktu widzenia działań praktycznych, czy naprawdę powinienem się tym dzielić z innymi? ? przyznaje John Moore, menedżer programu eQuality w firmie KLA-Tencor z siedzibą w San Jose, produkującej systemy kontroli i szacowania jakości produktów dla przemysłu produkcji półprzewodników.
Na marginesie: jak już wspomniano na początku, wpływ danych dostarczanych przez systemy automatyki przemysłowej na funkcjonowanie współczesnych przedsiębiorstw jest coraz większy. I dlatego też, by współpraca wszystkich systemów w zakładach była łatwa i niezawodna, mosty łączące obie sfery wciąż są i będą budowane.
Przeprowadzone ostatnio przez grupę AberdeenGroup badania o roboczym tytule ?Przejrzystość procesu produkcji? (ang. Manufacturing Transparency) wskazują na lepsze osiągi produkcyjne u tych producentów, którzy położyli szczególny nacisk na przesyłanie danych w czasie rzeczywistym pomiędzy różnymi poziomami strukturalnymi swoich przedsiębiorstw. W raporcie z badań podkreślono również rzeczywistą sytuację panująca w tej dziedzinie na rynku. ? Sześćdziesiąt
procent respondentów wskazuje właśnie na przepaść komunikacyjną dzielącą systemy ERP i poziom sprzedaży produktów, jako główną barierę uniemożliwiająca im osiągnięcie pożądanych wyników produkcyjnych ? stwierdza Mark O?Hearn, wiceprezes grupy Aberdeen.
Zgodnie z przytaczanymi już tu częściowo wynikami ankiety czasopisma Control Engineering jej respondenci wskazują na to, że czynnikami decydującymi o podjęciu przez nich realizacji projektów integracji sfer biznesu i produkcji w przedsiębiorstwie były kwestie konkurencyjności ? 44,6%, integracja działu zaopatrzenia i wymagania klientów ? 36,6% oraz przepisy i regulacjeprawne ? 11,6%.
Diabeł tkwi w szczegółach
Generalizowanie wszystkich kwestii związanych z integracją poziomów biznesu i produkcji w przedsiębiorstwach jest niezwykle trudne, ze względu na dość znaczą skalę wielu krytycznych, istotnych aspektów poszczególnych aplikacji. Olbrzymi jest tu również zasięg zmieniających się czynników, wliczając w to chociażby konflikt dyskretyzacji z czynnikami warunkującymi poprawność realizacji procesów, unikalność dynamiki procesów przemysłowych oraz, co szczególnie istotne, wyjątkowość dynamiki rozwoju i produkcji pojedynczych przedsiębiorstw. Z punktu widzenia poziomu produkcji do kluczowych czynników należą:
-
różnorodność typów i kolejnych generacji systemów automatyki,
-
zasięg wymaganej integracji,
-
krytyczność, waga specyficznych kwestii dla osiągów produkcji,
-
dostępne nakłady inwestycyjne ? budżet.
Na przykład, objętość danych z procesu przemysłowego jest większa dla procesów dyskretnych lub okresowych (seryjnych), ze względu na wielość danych koniecznych dla zapewnienia ich bezpieczeństwa i odpowiedniej wydajności. Produkcja dyskretna zależna jest w większym stopniu od zbiorów tzw. danych dodatkowych, pochodzących z kodów paskowych lub identyfikatorów RFID.
Menedżerowie procesów przemysłowych w coraz większym stopniu zainteresowani są uzyskaniem:
-
większych zysków,
-
większych możliwości,
-
zwiększeniem osiągów wyposażenia zakładów, szczególnie w kwestii utrzymania ruchu.
? Ogólnie rzecz biorąc są oni zainteresowani wzrostem wydajności, szczególnie zaś osiągnięciem większych zysków przy ograniczeniu własnych zapasów i nakładów finansowych ? stwierdza Chris Boothroyd, kierownik produkcji w firmie Honeywell. ? Menedżerowie ci zainteresowani są również zrozumieniem zasad funkcjonowania i możliwości zakładu produkcyjnego, na przykład w branży chemicznej, gdzie ważne jest, czy możesz przyjąć konkretne zlecenie i kiedy może być ono zrealizowane. Ze względu na fakt, iż planowane przestoje produkcyjne (np. związane z konserwacją i utrzymaniem ruchu) są kosztowne, szczególnego znaczenia nabiera tu kwestia koordynacji działań produkcyjnych i grup utrzymania ruchu.
Menedżerowie procesów dyskretnych lub okresowych (seryjnych) coraz częściej są zainteresowani:
-
jakością,
-
śledzeniem przepływu materiałów produkcyjnych i dokumentacją do celów regulacyjnych i gwarancyjnych,
-
możliwościami związanymi z planowaniem produkcji, szczególnie w wysoce zróżnicowanych środowiskach przemysłowych.
? W procesach dyskretnych i okresowych systemy śledzenia przepływu materiałów i jakości produktów są od siebie odseparowane ? stwierdza Julie Fraser, główny analityk badawczy w firmie Industry Directions. ? Wszystkie przedsiębiorstwa są zainteresowane zwiększeniem czasu bezawaryjnej pracy urządzeń, mierzonego wskaźnikiem ich ogólnej efektywności (ang. OEE ? Overall Equipment Efficiency) oraz lepszą organizacją zakładu, w celu szybkiego reagowania na zmieniające się, wraz z kolejnymi zamówieniami, warunki ich funkcjonowania.
? Klasyczny sterownik nie jest w stanie spełnić wymagań współczesnego klienta, stawiającego pewne wymagania i oczekiwania, które muszą być przez niego zrealizowane: jest to po prostu niemożliwe bez szczegółowego wglądu w głąb całego procesu produkcyjnego ? przyznaje Colin Masson, kierownik działu badawczego w firmie AMR Research.
Zarządzanie danymi
Podstawowe procesy związane z zarządzaniem danymi skupiają się wokół: dostępu do danych, ich oczyszczenia i agregacji, przesyłania, bezpieczeństwa, gromadzenia i archiwizacji. Szczególnie istotne, z punktu widzenia możliwości wymiany danych pomiędzy różnymi poziomami struktury przedsiębiorstwa, są standardy komunikacyjne. Ulegają one bowiem ciągłej ewolucji: począwszy od dobrze już znanych standardów typu ISA-95 w połączeniu z B2MML (ang. Business-to–Manufacturing Markup Language ? język wymiany informacji pomiędzy poziomami biznesowymi i produkcyjnymi), opracowanym przez forum WBF (ang. World Batch Forum), zaadoptowanymi w wielu procesach produkcyjnych, aż po nowe standardy, o ustalonej już reputacji na rynku, jak XML ? powszechnie stosowane medium wymiany informacji tekstowych i standard OPC, umożliwiające wprowadzenie pełnej interoperacyjności w systemach automatyki. Ścisła współpraca pomiędzy grupami opracowującymi standardy zapewnia łatwiejszą orientację w ich gąszczu, szczególnie jeżeli chodzi o zorientowany na procesy ciągłe standard ISA i dedykowany dla rozwiązań dyskretnych standard ? opracowany przez OAG (ang. Open Application Group).
Coraz większą rolę w schematach produkcyjnych wielu przedsiębiorstw zaczynają odgrywać systemy sterowania i zarządzania produkcją ? MES. Lokowany zazwyczaj pomiędzy poziomem produkcji i jego sieci automatyki przemysłowej, a aplikacjami planowania zasobów przedsiębiorstwa ? ERP, system MES zbiera i agreguje dane z systemu automatyki oraz poddaje je wstępnej analizie, opierając się na modelu procesu produkcji, a następnie wysyła do sieci poziomu wyższego ? biznesowego. Możliwości i wykorzystanie systemów MES wywołują olbrzymie zainteresowanie wśród dostawców systemów automatyki. Wśród nich znajdują się takie firmy, jak: ABB (Base Ten / Consilium), Honeywell (POMS), Rockwell Automation (ProPack) oraz Brooks (FASTech). Zainteresowanie to dotyczy również dostawców aplikacji ERP, opracowujących specjalne pakiety pośrednie, ułatwiające integrację z systemami MES.
? Po nabyciu przez firmę ORSI rozproszonego systemu automatyki PCS7 (firmy Siemens) rozpoczęto prace nad zbudowaniem wspólnego interfejsu pomiędzy tym systemem, a innymi wykorzystywanymi już w firmie. Wraz z ciągłym, postępującym rozwojem systemów w sposób skoordynowany prowadzony jest również rozwój interfejsu, co przyczynia się do pełnego scalenia systemu automatyki procesu produkcyjnego z systemami i sieciami automatyki wyższego poziomu. ? Dzięki temu integracja całości systemu jest bardziej przejrzysta ? przyznaje Todd Stauffer, kierownik produkcji systemu PCS7.
Prowadzone w roku 2004 przez firmę SAP działania zmierzające do opracowania koncepcji współpracy systemów ERP i MES, przy współpracy firm Microsoft i Oracle, zwiększyły tempo rozwojowi standardu ISA-95. Firma SAP podjęła później współpracę z koncernem Siemens ? w celu dostarczenia kompletnego rozwiązania systemu komunikacji poziomu automatyki produkcji ze strukturami biznesowymi przedsiębiorstwa, na bazie standardu komunikacji ISA-95.
Architektury integracyjne systemów
Dostawcy systemów automatyki opracowują również i projektują kompleksowe architektury systemów przemysłowych i platform integracyjnych. Architektury te ułatwiają wykorzystanie jednolitego interfejsu programu użytkownika (ang. API ? Application Programming Interface), który w klasycznych przypadkach wymaga stosowania wielu dodatkowych usług. Najbardziej znane na rynku firmy i ich platformy to: Invensys i platforma ArchestrA oraz aplikacja Wonderware Enterprise Integration, firma GE Fanuc z platformą Profity oraz firma Rockwell Automation z platformą Integrated Architecture oraz standardem FactoryTalk Integrator.
? Przy pierwszym uruchomieniu systemu ArchestrA skupiliśmy się przede wszystkim na kompleksowej integracji systemu sterowania ? stwierdza Kelvin Tock, wiceprezes firmy Wonderware. ? W ciągu ostatnich dwóch lat system bardzo upodobnił się do rozwiązań z dziedziny IT.
W związku z tym, że opracowana platforma dostarcza szerokie spektrum możliwości funkcjonalnych, rozpoczęto prace nad wsparciem przez tę architekturę dużych projektów przemysłowych, charakterystycznych dla skomplikowanych aplikacji. Platforma obejmuje sobą różne typy protokołów, standardów i licznych, podrzędnych technologii, takich jak na przykład: BizTalk firmy Microsoft, NetWeaver firmy SAP czy WebSphere koncernu IBM ? tak by umożliwić swobodny przepływ danych i komunikatów pomiędzy urządzeniami różnych poziomów sieci w zakładzie i korzystanie z tych samych usług. Niektórzy z dostawców skupiają się bardziej na opracowaniu pakietów przejściowych, łączeniowych ? ułatwiających rozmieszczenie urządzeń różnych standardów, na przykład architektura firmy Wonderware wykorzystująca platformę Biz- Talk czy system firmy Rockwell Automation korzystający z protokołu WebSphere. Praktycznie wszyscy dostawcy sprzętu i systemów dostarczają wraz z nimi odpowiednie zestawy narzędziowe i wstępnie skonfigurowane adaptery interfejsów API, by połączyć w jednorodną całość wszystkie systemy w zakładzie przemysłowym.
W przyszłości integracja systemów będzie ułatwiona dzięki tzw. architekturze zorientowanej usługowo (ang. SOA ? Services Oriented Architecture), w której specyficzne funkcje oprogramowania stanowią skonfigurowane i spakowane usługi, wykorzystujące funkcje sieciowe Web do komunikacji i dostępu do danych. Obecnie architektura taka wciąż stanowi raczej pewną wizję, niż rzeczywistość, jednakże konsorcjum dostawców pracuje wytrwale, by ułatwić jej rozwój oraz implementację fizyczną ? poprzez definicje standardu architektury z elementami usługowymi (ang. SCA ? Services Component Architecture).
Rozwiązania skupione na sterowaniu i regulacji
W szeregu rozwiązań zmierzających do likwidacji przepaści komunikacyjnej miedzy poziomami produkcyjnym i biznesowym znajdują się również takie, które nie zyskały jak dotąd wielkiego rozgłosu. Warto jednak wiedzieć, że istnieją. Dwa najbardziej interesujące z nich to: xCoupler firmy Online Developement oraz Plantnode firmy Shoplogix.
? xCoupler to nazwa pewnego ?urządzenia?, które tworzy swego rodzaju obraz stanu programowalnego sterownika i wysyła dane do bazy danych w serwerze przedsiębiorstwa ? stwierdza Ron Monday, dyrektor naczelny Online Developement. ? To nie jest system MES. To swoista ?tuba? dla przepływu danych. To bezpieczne, proste w konfiguracji dwuwarstwowe rozwiązanie, przekazujące kontrolę nad danymi i całym systemem regulacji do poziomu produkcyjnego. Rozwijany początkowo jako oryginalny element OEM systemu firmy Rockwell Automation, obecnie stanowi produkt i markę niezależną. Może on realizować zapisane wcześniej procedury, jak na przykład prośba o informacje o następnym zadaniu do wykonania lub pobranie gotowych przepisów, instrukcji. Cieszy się olbrzymim zainteresowaniem producentów pragnących rozbudować swoje istniejące już instalacje systemowe. Jego cena nie przekracza 35 000 zł.
Rozwiązanie zaproponowane przez firmę Shoplogix to upakowane urządzenie nie większe niż kostka Rubika, o nazwie Plantnode, przyłączane za pomocą kabli do wybranych elementów urządzenia przemysłowego. ? Wszystko co zrobiliśmy to skondensowanie niewielkiego serwera w małej obudowie z wbudowaną bazą danych SQL, serwerem Web i klientem e-mail: urządzenie może być wyposażone we wszystkie rodzaje interfejsów komunikacyjnych ? stwierdza Scott Birmingham, kierownik produkcji w firmie Shoplogix. Urządzenia te sprzedajemy wyposażone w panel (wyświetlacz) operatorski oraz czytnik kodów paskowych. W momencie gdy menedżer produkcji chce sprawdzić potrzebne mu informacje, włącza swój laptop i uzyskuje dostęp do nich poprzez własny serwer.
Od momentu rozpoczęcia sprzedaży w roku 2002 firma Shoplogix zainstalowała już u odbiorców ponad 400 urządzeń Plantnode. W ostatnim roku firma podwoiła sprzedaż i spodziewa się jej trzykrotnego wzrostu w roku bieżącym. ? Zwrot takiej inwestycji następuje zwykle po około dwóch miesiącach ? przyznaje ScottBirmingham. Producent urządzeń medycznych ? firma Benlan Inc., z siedzibą w Oakville w pobliżu Toronto, wytwarza głównie produkty jednorazowego użytku, jak np. rurki cewników itp. ? Początkowo szukaliśmy rozwiązań bezobsługowych (nie manualnych), umożliwiających zbieranie danych o procesie produkcji w czasie rzeczywistym, tak by uzyskać odpowiedni poziom jego obserwacji i lepiej zrozumieć zasady rządzące jego wydajnością ? stwierdza Tom Enns, prezes firmy Benlan.
Firma ta oczekiwała również szerokich możliwości związanych z indywidualnym dopasowaniem systemu. ? Produkt oferowany przez firmę Shoplogix spełnił dokładnie wszystkie nasze oczekiwania ? przyznaje Tom Enns. ? Jego adaptację rozpoczęto od pojedynczego modułu zainstalowanego na maszynie pakującej, w celu kontroli i generowania zaawansowanych alarmów dotyczących konieczności uzupełnienia materiałów. Dotychczas zainstalowano jeszcze 10 kolejnych modułów, współpracujących z różnymi urządzeniami w zakładzie. Sprawnie działająca komunikacja to z naszego punktu widzenia największa korzyść. Załoga naszego zakładu jest niezwykle zajęta, pracując praktycznie po 24 godziny na dobę, przez 365 dni w roku. Dzięki takiemu rozwiązaniu dostęp do danych jest otwarty praktycznie dla wszystkich. Mogę siedzieć tu z wami i powiedzieć wam dokładnie, co aktualnie dzieje się z podlegającymi mi urządzeniami na hali produkcyjnej.
Firma Benlan wykorzystuje obecnie rozwiązanie firmy Shoplogix również do pomocy w planowaniu produkcji. ? Podpowiada nam ono, jakie są nasze rzeczywiste możliwości; nasza produkcja rośnie i to pozwala nam nabrać coraz większego zaufania do funkcjonowania sfery biznesowej przedsiębiorstwa ? przyznaje Tom Enns.
Sprawne połączenie komunikacyjne pomiędzy systemami automatyki przemysłowej a sieciami poziomu biznesowego w przedsiębiorstwie nabiera coraz większego znaczenia. Coraz większy jest wpływ i waga danych zbieranych na poziomie produkcyjnym zakładu. Czynniki te stanowią obecnie swego rodzaju wstrząs dla obszaru inżynierii sterowania, generując liczne wyznawania i nowe możliwości działań. Systemy sterowania i zespoły inżynierskie bardziej otwarte, które mają większe zdolności przystosowawcze do konkretnych aplikacji przemysłowych to klucz do sukcesów we współczesnym przemyśle.
ce
Artykuł pod redakcją
Andrzeja Ożadowicza
www.oldi.comwww.opcfoundation.orgwww.kla-tencor.comwww.rockwellautomation.plwww.shoplogix.comwww.siemens.plwww.ventanaresearch.comwww.wonderware.comwww.wbf.org
Dowiedz się więcej o integracj systemów w przedsiębiorstwie
Niniejszy tekst to drugi z serii czterech artykułów zgłębiających zagadnienia dotyczące integracji systemów w przedsiębiorstwach. Szukaj kolejnych tekstów w wersji drukowanej magazynu Control Engineering Polska lub w archiwum na: www.controlengpolska.com.
Część 1. Technologie biznesowe podnoszą rangę inżynierii produkcji ? maj 2006. Zapytano producentów, co ich zdaniem uległo znaczącej poprawie dzięki odpowiedniej selekcji i prezentacji danych z poziomu produkcji w systemach poziomu biznesowego w przedsiębiorstwach. Wyniki ankiety przeprowadzonej przez amerykańską redakcję Control Engineering wskazują na olbrzymie zainteresowanie integracją systemów informatycznych w przedsiębiorstwach, wyznaczają główne nurty decydujące o wdrażaniu projektów integracyjnych w zakładach oraz informują, jakie aplikacje są im poddawane w pierwszym rzędzie, w jakich branżach znajdują one sprzymierzeńców i gdzie napotykają największe trudności w adaptacji.
Część 3. Gdzie ukryta jest moc integracji? ? listopad 2006. Wzajemne ujednolicenie się działów IT i systemów automatyki przemysłowej oraz wspólne prace zespołów z obu tych dziedzin nad projektami integracyjnymi systemów w przedsiębiorstwach to nie lada wyzwanie i nowe możliwości ich działań i współpracy. Jakie są główne czynniki decydujące o rozwoju takich projektów, w jaki sposób podejmowane są najważniejsze decyzje oraz jak kolejne zakłady i koncerny przemysłowe mogą wykorzystać doświadczenia zrealizowanych już pionierskich rozwiązań w tym zakresie?
Część 4. Planowany rozwój integracji systemów IT i automatyki przemysłowej ? luty 2007. Czego już dziś muszą nauczyć się inżynierowie, by mogli aktywnie uczestniczyć w procesach integracji systemów poziomu produkcji i biznesu w swoich przedsiębiorstwach? Które z projektów integracyjnych są warte rozwoju umiejętności i doświadczenia kadry inżynierskiej?
