Temat z okładki: Inteligentny dostęp do danych = zyskowne przedsięwzięcia

Prawidłowo połączone, skalowalne i poprawnie zagregatyzowane architektury informatyczne pomagają pracownikom w podejmowaniu poprawnych decyzji biznesowych zapewniając im przydatne informacje a nie jedynie ogromne ilości (nieprzetworzonych) danych.

Na przestrzeni ostatnich dziesięciu lat instalowanie zunifikowanych sieci fieldbus, opartych na standardach, powoli zastępowało rozwiązania łączone, składające się z opracowanych we własnym zakresie lokalnych i zdalnych sieci I/O. (W ten sposób rozpoczęła się era informatyczna na poziomie hali produkcyjnej). Dzięki temu ujednolicone systemy oferują wszystkim pracującym w korporacji możliwość lepszego zrozumienia szczegółów dotyczących tego, co działa, a co nie.

Jedną z wad ery informatycznej na produkcji jest fakt, że przy każdym podłączaniu inteligentnego przyrządu pomiarowego otrzymuje się jedną lub dwie naprawdę potrzebne wartości, a prócz nich jeszcze setkę innych, co do których przydatności można mieć wątpliwości.

Rezultat: firmy toną w powodzi danych i nadal potrzebują informacji. Wiemy jak połączyć 50 urządzeń. Możemy nawet połączyć 50 sieci, z których każda będzie mieć 50 urządzeń. Jednak konsekwencje takiego działania są ignorowane. Po prostu gromadzenie coraz większych ilości danych produkcyjnych bez stworzenia architektury informatycznej, służącej do wydajnego zarządzania i korzystania z ?ton danych?, jakie można obecnie pozyskać z hali produkcyjnych, nie jest najmądrzejszym rozwiązaniem.

Architektura informatyczna

Miary wydajności (performance measures ? PMs) są od dawna stosowane do określania wydajności procesów i produkcji. Jednakże, aby PM w pozytywny sposób wpływały na finansowe wyniki firmy, konieczne jest ich dynamiczne raportowanie w czasie, który pozwoli operatorom na ingerencje w cykle procesów i produkcji. Architektura informatyczna musi więc odpowiadać potrzebom dynamicznych miar procesów (dynamic process measures ? DPM).

Często DPM nazywa się mianem ?wydajności? czy ?produktywności?. Miary to wartości złożone, opracowane na podstawie i przy użyciu wartości związanych z pracą, strukturą kosztów oraz wartości związanych z zużyciem energii.

Konsekwentne stosowanie DPM w celu doskonalenia wyników finansowych firmy wymaga architektury informatycznej, która:

• wspiera abstrakcję (abstrakcyjne modele) oraz skalowalność danych,
• skutecznie rozwiązuje problemy wynikające z odziedziczonych systemów,
• zarabia na dostępnych standardach.

(Patrz: schemat ?Architektura informatyczna CPAS ? capitalizes on available standards?).

Skalowalność

Lynn Linse, inżynier w firmie Digi International, uważa, że osiągnięcie znacznych postępów w dziedzinie zarządzania i wykorzystania danych jest możliwe, gdy zapewni się ?prawdziwą skalowalność? i ?abstrakcję?.

Linse stwierdził: ? Prawdziwa skalowalność to unikanie wdrażania systemu dającego 25 000 wartości danych, który okaże się 10 000 razy bardziej skomplikowany niż system o 25 wartościach danych. Prawdziwa skalowalność pomaga użytkownikom zarządzać złożonymi danymi, umożliwiając dostęp do różnego poziomu szczegółowości.

? Ważna jest również abstrakcja wprowadzona na poziomie interpretacji danych ? powiedział Linse. ? To właśnie pozwala na wizualizację systemu produkcyjnego, składającego się z wielu mniejszych, ułożonych warstwowo podsystemów. Na przykład istnieje możliwość łatwego integrowania sterowania opartego na PLC, dostarczanego przez dostawcę sprzętu, z głównym systemem automatyzacji procesów.

Architektury obiektowe (blok funkcyjny): takie jak te stosowane przez FOUNDATION fieldbus, większość producentów zautomatyzowanych systemów procesów (PAS ? process automated system) oraz ODVA (Open DeviceNet Vendor Association ? Stowarzyszenie Sprzedawców Otwartych Rozwiązań DeviceNet ? przyp. red.) eliminują potrzebę zarządzania indywidualnymi wartościami danych i zapewniają możliwość wchodzenia na różne poziomy szczegółowości. Jednakże tysiące obiektów dowolnego rodzaju może szybko okazać się trudnymi obiektami w zarządzaniu i nie rozwiązywać potrzeb podanego w przykładzie systemu integracji sterowania urządzeń.

Potencjalnym rozwiązaniem skalowalności iabstrakcji danych jest powstająca norma IEC 61499 ? bloki funkcyjne.

Pracujący dla Rockwell Automation, James Christensen prowadzi grupę roboczą numer sześć ? pod kierunkiem IEC, a ściślej pod kierunkiem Komitetu Technicznego 56. Grupa ta zajmuje się opracowywaniem IEC 61499 ? protokołu niezależnego od okablowania. Okablowanie to zaprojektowane jest tak, aby rozwiązywać problemy zarządzania systemami sterowania produkcją, z uwzględnieniem wszystkich generowanych danych. (Patrz str. 24 ?Cele IEC 61499?).

Christensen stwierdził: ? IEC 61499 zostanie w pierwszej kolejności przyjęta przez przemysł dyskretny, dla którego będzie sposobem integrowania, konfigurowania oraz dynamicznego rekonfigurowania maszyn oraz systemów zbudowanych z inteligentnych, rozproszonych komponentów mechatronicznych. Ekonomiczność i otwarta architektura projektu tego rozwiązania pomogą mu dotrzeć do przemysłu przetwórczego, choć później niż się spodziewał.

Kilku głównych dostawców popiera prace nad IEC 61499, a jak mówi Christensen: ? Założenia projektu zostały przetestowane w europejskich środowiskach akademickich, choć jeszcze nie zastosowano ich w żadnym projekcie rzeczywistym.

Jednocześnie użytkownicy powinni nadal wywierać naciski na producentów PAS, domagając się bardziej rozbudowanych rozwiązań dla integracji podrzędnych systemów sterowania.

Wyzwania związane z odziedziczonymi systemami

Na całym świecie w dalszym ciągu funkcjonuje duża ilość starych, analogowych przyrządów oraz systemów sterowania, dla których wciąż nie opracowano planów wymiany (aktualizacji).

Jak stwierdził Larry Komarek, dyrektor ds. automatyki w firmie Phoenix Contact: ? Wśród problemów dotyczących zarządzania danymi produkcyjnymi najistotniejszy jest następujący problem: pomimo iż standardy systemów otwartych są dostępne, to architektury rozwiązań z zakresu sterowania pozostają w zasadzie niezmienione.

Informacje pochodzące od inteligentnych urządzeń rozmieszczonych na produkcji, takich jak: przekaźniki, napędy, urządzenia do sterowania ruchem, kamery do kontroli wizyjnej oraz mikro PLC są zbierane w bazie danych, utworzonej przez użytkownika na poziomie zarządzania PLC. Stamtąd informacje są przesyłane do komputerów nadzorczych, w których tworzona jest kolejna baza danych. Następnie dane te są przekazywane dalej, do dodatkowych baz danych przedsiębiorstwa np. MES. Każda nowa baza danych przedstawia potencjalne zagrożenie powstawania błędów konfiguracyjnych i komunikacyjnych.

To, co mówi Linse o prawdziwej skalowalności i abstrakcji, koresponduje z wypowiedzią Komarka o architekturach baz danych. Odpowiedzią na to nie jest przechowywanie większej ilości danych. Potrzebna jest architektura informatyczna, która obejmie wszystkie już istniejące przyrządy i systemy.

Urządzenia interfejsowe

John Ditter, specjalista ds. produktu w firmie Wago doszedł do wniosku: ? Odziedziczone systemy, budowane oraz instalowane przed standardami systemów ?otwartych? tworzą specyficzne wyzwania, gdy dochodzi do udostępniania danych produkcyjnych na poziomie zarządzania przedsiębiorstwa. Często systemy te posługują się opatentowanymi systemami operacyjnymi, sieciami i protokołami; mają przeciążone procesory i/lub brakuje im miejsca na dodanie pamięci. Posiadacze tych systemów mają ograniczone możliwości. Jednym z rozwiązańtego problemu jest dodanie koncentratora danych lub bramki dostępowej.

Kilku producentów, takich jak Lighthammer, Phoenix Contact oraz Wago, oferuje urządzenia zaprojektowane do łączenia odziedziczonych systemów i otrzymywania danych poprzez różne standardowe protokoły internetowe. Chociaż produkt każdego z producentów oferuje unikalne cechy, komunikacyjną warstwę fizyczną każdego z projektów stanowi przemysłowy Ethernet.

Produkt firmy Lighthammer ? Illuminator Manufacturing Intelligence Server ? stosuje standardową przeglądarkę Web, do łączenia się ze źródłami danych (różnych rodzajów danych pochodzących z produkcji). Illuminator zbiera, łączy oraz przekształca dane w informacje związane z zakładem, takie jak wykorzystanie zasobów, osiągi i wydajność produkcyjna, stany magazynowe, status zamówienia oraz dane dotyczące jakości i możliwości monitorowania danych.

Phoenix Contact oferuje szeroką gamę konwerterów/separatorów danych oraz konwerterów Ethernetowych zaprojektowanych w celu rozszerzania, izolowania oraz ochraniania przemysłowych sieci Ethernet oraz szeregowych sieci danych. Montowane na szynach DIN urządzenia interfejsowe firmy Phoenix Contac nadają się do zastosowania w halach produkcyjnych, nawet w niebezpiecznych obszarach (klasa 1, roz. 2).

Programowalny sterownik ethernetowy (PCF), 750-841/842 firmy Wago, oparty na magistrali fieldbus, jest urządzeniem, które służy do połączenia odziedziczonych systemów przetwarzania danych, działających w fabryce z systemami informatycznymi przedsiębiorstwa. Każdy PFC służy jako inteligentna bramka, łączy się szeregowo oraz posługuje się protokołami Modbus/TCP, Ethernet I/P lub dedykowanym protokołem Wago opartym na sieci Ethernet.

Otrzymywanie oraz integrowanie danych zawartych w odziedziczonych systemach i włączanie ich w architekturę informatyczną nie wymaga wymiany systemu. Operacja może sprowadzać się do dodania koncentratora danych lub bramki przepustowej.

Zastosowanie ISA S95

Tak, jak zostało to zauważone wcześniej, na poziomie produkcji zazwyczaj stosuje się złożone systemy sterowania pochodzące od różnych producentów, co jeszcze bardziej komplikuje kwestie integracji. Ponadto im większa różnorodność zainstalowanych systemów sterowania, tym są większe wydatki związane z wdrożeniem i konserwacją.

Bazowa specyfikacji ANSI/ISA S95 zawiera standardową terminologię oraz jednolity zestaw koncepcji i modeli służących do integrowania funkcji produkcyjnych z funkcjami administracyjnymi przedsiębiorstwa.

Specyfikacja S95 daje użytkownikom narzędzia do identyfikacji potrzeb, redukcji kosztów automatyzacji procesów produkcyjnych, zmniejszenia nakładów na projektowanie cyklu życia produktów oraz umożliwia dostawcom oprogramowania dostarczenie właściwych narzędzi integracyjnych.

Pracujący dla ARC Advisory Group wiceprezes ds. nowych technologii, Robert Mick zwraca uwagę: ? Użytkownicy, dla których ISA S95 jest nowością,są zaskoczeni, że nie istnieje konieczność budowania czegokolwiek. S95 nie jest specyfikacją służącą do definiowania komunikatów i/lub interfejsów programowych. S95 to proces ujednolicania, w którym producenci włączają terminologię S95 i wybierają modele, jako reprezentację części produktów, architektur oraz podejmowanych czynności. Specyfikacja obejmuje kilka modeli i struktur. Jest natomiast rzeczą mało prawdopodobną, żeby jakiś dostawca używał tych wszystkich modeli i struktur. (Patrz str. 22: tabela ?Macierz dostawców S95?).

Standard wprawdzie nie definiuje, jak powinien wyglądać sformalizowany protokół do wymiany informacji, ale kilku członków komitetu ISA S95 stwierdziło, że utworzenie schematów XML mogłoby odegrać ważną rolę w adaptowaniu standardów tak, aby były one ?przyjazne dla użytkowników?. Pod przewodnictwem Światowego Forum

Przetwarzania Wsadowego (World Batch Forum ? WBF) grupa robocza opracowała język schematów ?Business to Manufacturing Markup Language?. Został on udostępniony bezpłatnie, jako cześć specyfikacji ISA S95. B2MML zapewnia zestaw schematów XML opracowanych przy użyciu języka definicji schematów XML.

Wzrost wiarygodności specyfikacji ISA S95 oraz schematów WBF B2MML jest dowodem, że SAP AG rozpoczęła rozwiązywanie problemu, jakim jest brak standardów służących do skutecznego łączenia poziomu hali produkcyjnych z administracyjną częścią przedsiębiorstwa. SAP rozpoczął zajmowanie się tą sprawą opracowując mapę, wspierającą specyfikacje ISA S95.

Firmy pragnące uzyskać maksymalne korzyści z danych pozyskanych z produkcji, zyskają najwięcej z architektur informatycznych, które wspierają skalowalność i abstrakcję danych, skutecznie rozwiązują wyzwania związane z odziedziczonymi systemami oraz zwiększają korzyści finansowe wynikające z dostępnych standardów.

ARC Advisory Group ? www.arcweb.com
Digi International ? www.digi.com
Fieldbus Foundation ? www.fieldbus.org
IEC ? www.iec.ch
Invensys/Foxboro ? www.foxboro.com
Lighthammer ? www.lighthammer.com
ODVA ? www.odva.org
Phoenix Contact ? www.phoenixcontact.pl
Rockwell Automation ? www.rockwellautomation.pl
SAP AG ? www.sap.pl
Wago ? www.wago.com
World Batch Forum ? www.wbf.org