Dostawcy usług w Chmurze skracają firmom drogę do Internetu przemysłowego.
Myślenie o nadzwyczajnych okazjach dla firm, stworzonych przez technologię Internetu przemysłowego, jest ekscytujące. Jednak wykorzystanie tej technologii na hali fabrycznej wymaga poradzenia sobie z wieloma różnymi detalami. Jedną z przyczyn tego, że wiele obiecujących programów Internetu przemysłowego nigdy nie zostaje wdrożonych, lub nie pojawia się na rynku, jest po prostu zbyt duża ilość problemów technologicznych, które muszą być rozwiązane zanim taki program będzie mógł być uruchomiony.
Wykorzystanie technologii Chmury
Aby skrócić drogę do skutecznego wdrożenia programów Internetu przemysłowego wiele organizacji zwraca się o pomoc do dostawców usług w Chmurze. Usługi te obejmują praktyczne, tanie i adoptowalne rozwiązania dla wielu aspektów Internetu przemysłowego (patrz fot.1). Dla celów niniejszego artykułu ?Chmura? oznacza źródło usług informatycznych (IT) przy wykorzystaniu zdalnej infrastruktury, do której dostęp uzyskiwany jest przez Internet, zaś ?usługi w Chmurze? oznaczają dostęp do usług IT, podobnych do dostarczanych przez sprzęt posiadany przez organizację użytkownika. Firmy, które specjalizują się w dostarczaniu usług Internetu przemysłowego poprzez Chmurę, zwykle oferują takie rozwiązania, które są wykorzystywane przez organizacje do tworzenia swoich programów Internetu przemysłowego. Najbardziej rozpowszechnione z tych rozwiązań to: zarządzanie bezpieczeństwem (ang. managed security), przechowywanie danych w Chmurze, analityka danych, aplikacje i dostarczanie informacji (integracja).
Zarządzanie bezpieczeństwem. Firmy mają dużo do zyskania, lub stracenia, gdy ich hale fabryczne łączą się z Internetem. Dane pochodzące z maszyn i procesów realizowanych w fabryce są uważane za ściśle tajne, zaś dostęp do urządzeń sterujących maszynami musi absolutnie być ściśle ograniczony tylko do upoważnionego personelu. Istnieje wiele przyczyn ograniczania dostępu do urządzeń sterujących ? najważniejszym z nich jest bezpieczeństwo danych.
Każdy program Internetu przemysłowego powinien rozpoczynać się od dobrze zaprojektowanej i utrzymywanej platformy bezpieczeństwa w Internecie, która obejmuje polityki, procedury, normy i wytyczne zabezpieczania danych. Internetowe platformy bezpieczeństwa wymagają stałej uwagi, w celu identyfikowania wrażliwych miejsc i zagrożeń, oraz błyskawicznego reagowania po ich zidentyfikowaniu. Współpraca z zespołem posiadającym doświadczenie w dostarczaniu rozwiązań dla tych dynamicznych wymagań jest jedną z przyczyn, dla których wiele organizacji dostrzega wartość profesjonalnych dostawców usług w Chmurze dla zarządzania swoimi wymaganiami dotyczącymi bezpieczeństwa. Ponadto współpraca z dostawcą usług w Chmurze, który sprawdził się w dostarczaniu rozwiązań bezpieczeństwa dopasowanych do programów Internetu przemysłowego, daje organizacji jeszcze większą korzyść (patrz fot.2).
Na przykład wielu dostawców maszyn przemysłowych zaleca, aby ich klienci zgadzali się na umożliwienie pracownikom technicznym tych dostawców zdalnego dostępu do zakupionych maszyn, tak że producent może zdalnie rozwiązywać problemy i dostarczać wsparcie dla klienta. To zdalne wsparcie jest zwykle umożliwiane poprzez wykorzystanie wirtualnej sieci prywatnej (ang. virtual private network, VPN) do połączenia maszyn z oprogramowaniem działającym na komputerze PC pracownika technicznego producenta maszyny. Umożliwienie producentowi zdalnego dostępu do maszyn pracujących w fabryce umożliwia klientowi skuteczne zapobieganie przestojom, gdyż technicy mają szybki dostęp do sprzętu, który steruje maszynami i procesami realizowanymi w fabryce. Jednak zniechęcająca perspektywa nieautoryzowanego dostępu do ważnych danych firmy, poprzez wrażliwe miejsca wykorzystywanego systemu powoduje, że wielu właścicieli fabryk blokuje zdalny dostęp i wsparcie dla swoich maszyn. To tworzy dylemat zarówno dla producenta maszyn, jak i właściciela fabryki, ponieważ propozycja wartości (ang. value proposition) ograniczenia przestojów, związana ze zdalnym wsparciem, jest zbyt wysoka aby ją zignorować.
Jak organizacje z branży przemysłu produkcyjnego mogą pozwolić na zdalny dostęp do swoich urządzeń i czerpać zyski ze zdalnego wsparcia, jednocześnie utrzymując wysoki poziom bezpieczeństwa danych? Jednym ze sposobów na to jest zaufanie firmie, które specjalizuje się w dostarczaniu usług w Chmurze i zlecenie jej zarządzania bezpieczeństwem danych. Wykorzystanie firmy zewnętrznej do dostarczania platformy bezpieczeństwa daje korzyści zarówno firmom produkcyjnym, jak i producentom maszyn OEM. Wykorzystując specyficzne rozwiązania, opracowane przez producentów OEM dla konkretnych firm produkcyjnych, firmy te mogą być pewne, że bez ich zgody i wiadomości nikt nie będzie miał dostępu do ich maszyn i urządzeń. Producenci maszyn OEM mogą docenić szczegółową kontrolę dostępu za pomocą ścieżki audytu (śladu rewizyjnego), oraz przejrzystych funkcji raportowania. Ponadto, gdy fabryka posiada platformę bezpieczeństwa, to może czerpać jeszcze większe korzyści, np. przechowywać swoje dane w Chmurze.
Przechowywanie danych w Chmurze. Kluczowe dane znajdują się wszędzie na typowej hali fabrycznej firmy produkcyjnej. Różnorodność tych danych czyni zniechęcającym zadaniem dla producentów projektowanie i utrzymywanie kompleksowych rozwiązań wykonywania kopii zapasowych i odzyskiwania danych. Usługi przechowywania danych w Chmurze mogą rozwiązać ten problem, poprzez wykorzystanie bezpiecznego połączenia sieciowego do uzyskania dostępu do urządzeń znajdujących się na hali fabrycznej, oraz zdalnego monitorowania różnych wielkości i periodycznego wykonywania kopii zapasowych. W rozwiązaniu opartym o technologię Chmury dane z zakładu przemysłowego są przechowywane poza nim, zgodnie z odpowiednimi regulacjami i najlepszymi praktykami programów wykonywania kopii zapasowych i odzyskiwania danych.
Istnieje wiele typów kluczowych danych pochodzących z hali fabrycznej, takich jak programy sterujące pracą maszyn i kody uruchamiane w sterownikach ruchu, sterownikach PLC, oraz interfejsach HMI. Gdy jakiekolwiek z tych urządzeń ulega awarii, to rzeczą nieocenioną jest posiadanie ostatniej kopii danych dotyczących tego urządzenia, dostępnej do pobrania z bezpiecznej strony internetowej. W pracy niektórych maszyn wykorzystywane są wyspecjalizowane konfiguracje, wsady lub receptury, zapisane w plikach przechowywanych w interfejsach HMI, sterownikach CNC, lub komputerach PC znajdujących się na hali fabrycznej. Za najlepszą praktykę unikania utraty ostatnich i najbardziej efektywnych plików programowych uważane jest automatyczne wykonywanie i zabezpieczanie kopii, a następnie wysyłanie ich na serwer.
Innym przykładem kluczowych danych są podstawowe parametry procesu technologicznego, wymagane przez odpowiednie normy. Te monitorowane parametry mogą być przechowywane w cyfrowych rejestratorach wykresów, lub lokalnych programach do archiwizacji danych, jednak przechowywanie kopii zapasowych danych poza fabryką może powodować, że właściciele fabryk będą spokojni wiedząc, że te wartościowe dane nie zostaną utracone. Przy wykorzystaniu w fabryce właściwej technologii zbierania danych, baza danych w Chmurze może monitorować i przechowywać dane dotyczące produkcji, kody przestojów, wyniki testów kontroli jakości, profili zużycia form i narzędzi, zużycia części i materiałów eksploatacyjnych, oraz innych dynamicznych danych dotyczących maszyn. Niektóre z firm zajmujących się wyspecjalizowanymi usługami internetowymi, opartymi o technologię Chmury, posiadają kompletne rozwiązania, które obejmują agentów programowych (ang. software agents) i narzędzia programowe, niezbędne do wykonywania akwizycji danych z maszyn i innego sprzętu, znajdującego się na hali fabrycznej.
Po skonfigurowaniu bezpiecznego dostępu do miejsca przechowywania danych, dostawca usług w Chmurze zapewnia, że te dane są bezpieczne, prywatne, zabezpieczone i została wykonana ich kopia zapasowa. Gdy maszyny i urządzenia na hali fabrycznej zostają połączone z Internetem, to ilość przechowywanych danych szybko rośnie, zaś wyzwanie Internetu przemysłowego przechodzi od akwizycji i przechowywania danych do stania się jedną z analiz dużych zbiorów danych (ang. Big Data).
Analityka danych. Analityka danych przekształca duże zbiory danych w użyteczne informacje, które mogą być odpowiednio wykorzystane. Wiele usług Internetu przemysłowego tworzy wartość poprzez wykonywanie kompleksowej analizy danych pochodzących ze zdalnie monitorowanego sprzętu. Ze względu na wielkość tych wykorzystywanych danych, oraz potrzeb ich skalowalności dla wielu użytkowników na wielu platformach, analiza ta jest najlepiej wykonywana w Chmurze. Serwery w Chmurze posiadają odpowiednio dużą moc obliczeniową do analizowania rozległych strumieni danych i obliczania wyników przy użyciu złożonych algorytmów. Stosowane są różne metody analityczne, w celu spełniana potrzeb różnych strumieni wielkości, pochodzących z hal fabrycznych. Analityczne przetwarzanie danych może wyznaczyć wartości dla celów predykcyjnego utrzymania ruchu, alarmów warunkowych, statystycznej kontroli procesu (ang. statistical process control, SPC) oraz kluczowych wskaźników efektywności (ang. key performance indicators, KPI). Przykładami tych wartości są: ocena jakości wyrobów, śledzenie procesów produkcyjnych oraz pomoc w utrzymaniu ruchu.
Jednym z przykładów są tu urządzenia do monitorowania jakości wyrobów, które śledzą tolerancje produkcyjne parametrów CTQ (ang. critical-to-quality, koncepcja SixSigma, będąca ?dekoderem? oczekiwań klienta na parametry produktu czy usługi). Jeśli wyniki testów jakości monitorowanych parametrów CTQ zaczynają się zmieniać, to można zastosować analitykę innych parametrów maszyny, aby poszukać korelacji. Jeśli zostanie znaleziony jakiś parametr korelacji, to definiuje się go, jako parametr odniesiony do jakości (ang. related-to-quality parameter). Aby utrzymać optymalne warunki realizacji procesu technologicznego, te parametry odniesienia są następnie dokładnie nadzorowane przy użyciu metod statystycznej kontroli procesu w czasie rzeczywistym.
Innym dobrym zastosowaniem analityki w Chmurze jest monitoring produkcji realizowanej przez maszyny. Przy wykorzystaniu usług przetwarzania danych w Chmurze możliwe jest monitorowanie prędkości tej produkcji w czasie rzeczywistym. Jeśli monitorowane dane maszynowe obejmują informacje produkcyjne, na przykład prędkości produkcji, czasy zatrzymania maszyn, oraz wyniki testów kontroli jakości, to możliwe jest analizowanie tych danych w celu stworzenia wartościowych wskaźników KPI, takich jak całkowita efektywność wyposażenia (ang. overall equipment effectiveness, OEE) dla maszyn w czasie rzeczywistym. Posiadanie dostępnych, konsekwentnie obliczanych w czasie rzeczywistym wartości OEE, jest bardzo pomocne dla osób zajmujących się w praktyce systemem zarządzania produkcją Lean Manufacturing, które wykorzystują te informacje do kierowania efektywnością operacyjną.
Dane pochodzące z monitorowanego sprzętu mogą także być przetwarzane za pomocą analityki w Chmurze, aby proaktywnie wykrywać zbliżające się uszkodzenia części tego sprzętu. Na przykład na maszynach można zainstalować akcelerometry do zbierania danych dotyczących wibracji sprzętu. Dane te mogą być wysyłane na serwer w Chmurze. Wykorzystując komputery o potężnej mocy obliczeniowej do analizowania tych strumieni danych dotyczących wibracji, możliwe jest wykorzystanie skomplikowanych obliczeń i filtrów do odnalezienia źródeł problemów wystarczająco wcześnie, aby podjąć odpowiednie działania zanim wystąpią kosztowne awarie. Proaktywne wykrywanie awarii może zaoszczędzić firmom produkcyjnym wiele kosztów, na skutek zredukowania przestojów, oraz uniknięcia katastrofalnych uszkodzeń sprzętu.
Analityka tworzy wartość poprzez konwertowanie danych na informacje, które można wykorzystać do podjęcia odpowiednich działań. Aplikacje w Chmurze tworzą opakowane doświadczenie użytkownika, które dostarcza wiedzę opartą o dane z monitorowanych maszyn, oraz informacje uzyskane na skutek komputerowego przetworzenia tych danych.
Aplikacje. Aplikacje oparte o technologię Chmury są także określane mianem ?oprogramowania jako usługa? (ang. software-as-a-service, SaaS). Ta metoda dostarczania oprogramowania ostatnio rozpowszechniła się, ponieważ organizacje wiedzą, że SaaS pozwala im na czerpanie korzyści z jakiejś aplikacji bez konieczności podejmowania działań w celu zbudowania odpowiedniej struktury informatycznej w swoich zakładach. Aplikacje Internetu przemysłowego w Chmurze dostarczają wiedzę opartą o dane uzyskane ze zdalnego monitoringu, oraz analitycznie utworzone informacje. Większość aplikacji Internetu przemysłowego posiada zdefiniowaną misję tworzenia wartości poprzez spełnianie specyficznych, przewidzianych propozycji wartości biznesowych. Wartość i wskaźnik zwrotu z inwestycji takich aplikacji mogą być drastycznie zwiększone poprzez partnerstwo w biznesie z doświadczonym dostawcą usług Internetu przemysłowego w Chmurze. Takie firmy posiadają odpowiednie umiejętności, wiedzę i doświadczenie, aby dodać wartość poprzez pomoc w stworzeniu architektury i projektu aplikacji, oraz jej rozwijaniu i hostingu.
Istnieje już niezliczona liczba dostępnych aplikacji Internetu przemysłowego, które spełniają specyficzne potrzeby użytkowników. Przykładami są tu: zarządzanie i wysyłanie alarmów, podgląd monitorowanych danych, zarządzanie jakością i śledzenie produkcji. W typowej organizacji aplikacje te są używane przez pracowników wielu działów, w tym produkcji, kontroli jakości, technicznych, utrzymania ruchu, oraz kierownictwo. Aplikacje są dostarczane przez Internet, a zatem umożliwiają użytkownikom wykorzystywanie danych z hal fabrycznych w czasie rzeczywistym, niezależnie od lokalizacji użytkownika. Kierownictwo fabryk może wykorzystywać te aplikacje do podglądu produkcji realizowanej przez maszyny za pomocą swoich smartfonów, aby zobaczyć czy wszystko działa jak powinno. Kierownicy zmian mogą na koniec pracy otrzymać e-mailem raporty, w których znajdują się dane liczbowe dotyczące produkcji, oraz przyczyny zatrzymań maszyn podczas danej zmiany roboczej. Technicy utrzymania ruchu, oraz kierownicy produkcji, mogą otrzymywać powiadomienia, gdy zbliża się czas wymiany zużywających się części maszyn. Inżynierowie Six Sigma mogą pobierać ze stron internetowych zbiory parametrów technicznych maszyn, w celu dokonywania własnych eksperymentów, bez konieczności uzyskiwania dostępu do lokalnych programów archiwizujących dane. Ci różni użytkownicy mają ponadto bardzo różne preferencje sposobu, w który są im dostarczane informacje.
Dostarczanie informacji. Aby spełnić wymagania różnych użytkowników dotyczące aplikacji, staje się bardzo ważne, aby posiadać bardzo duży stopień elastyczności w dostępie do informacji. Aplikacje muszą być obsługiwane przez szeroki zakres urządzeń komputerowych, w tym tablety i smartfony. Poza kompatybilnością z wieloma przeglądarkami internetowymi (Internet Explorer, Chrome, Firefox, Safari i innymi) ważne jest, aby aplikacje mogły dostarczać informacje bezpośrednio do smartfonów i tabletów poprzez natywne aplikacje mobilne (iPad, iPhone oraz urządzenia z systemem operacyjnym Android).
Ponadto informacje przesyłanie siecią Internetu przemysłowego muszą być dostarczane zarówno do użytkowników, jak i systemów. Dostawca usług w Chmurze oferuje wiele opcji dostarczania informacji, które dotrzymują kroku stale zmieniającemu sie krajobrazowi ewoluujących systemów operacyjnych, odmian przeglądarek internetowych, oraz innych zmian. Użytkownicy musza otrzymać informacje, których potrzebują za pomocą urządzenia, które preferują, podczas gdy oprogramowanie dla firm i platformy obliczeniowe przedsiębiorstw musza obsługiwać dane w formatach, które potrafią łatwo odczytać.
Integracja pomiędzy aplikacjami Internetu przemysłowego, a tymi systemami przedsiębiorstw, osiągana jest przy wykorzystaniu standardów sieci Web. Preferowanym rozwiązaniem dla dostawców usług w Chmurze jest dostarczanie informacji do systemów przy wykorzystaniu interfejsów programowania aplikacji (ang. application programming interface, API). Można zdefiniować metody API, aby dostarczać dane dla wielu różnych celów. Na przykład informacje mogą być wysłane bezpośrednio do systemów firmowych, w celu odczytania wielkości dotyczących produkcji realizowanej przez maszyny, statusu maszyn, kodów stopu, oraz wartości OEE. Te same interfejsy API mogą być wykorzystane do tworzenia ?kompilacji? (ang. ?mash-ups?) danych, które są kombinacją zdalnie monitorowanych danych, oraz informacji pochodzących z innych źródeł. Ten panel wizualizacji działania (ang. performance board) może być skonfigurowany tak, aby działał na zwykłym telewizorze podłączonym do Internetu, oraz pobierał dane maszynowe w czasie rzeczywistym bezpośrednio z Chmury. Jeśli jest to pożądane, panel wizualizacji pracy maszyny może pokazać jej status, prędkość produkcji, oraz najnowszą historię pracy na danej zmianie roboczej.
Skalowalność w Chmurze
Gdy korzyści z wdrożenia programu Internetu przemysłowego zostały już zrozumiane, to następnym pytaniem, które zadaje większość organizacji, jest ?Jak szybko mogę dokonać skalowania w górę swoich zasobów?. Skalowalność jest osiągana najlepiej poprzez wykorzystanie rozwiązań w Chmurze. Dostawca usług w Chmurze zastosuje wirtualizację i przechowywanie danych jako usługę, oraz kolokację i inne techniki do dostarczania usług skalowalnych, w celu bezpiecznego dostarczania danych, analityki oraz aplikacji.
Wiele korzyści dla organizacji
Organizacja, która wykorzystuje dostawcę usług internetowych do swojego programu Internetu przemysłowego, ma szanse odnieść korzyści, takie jak oszczędność czasu i kosztów, pozostawanie nowoczesną i skoncentrowaną na swojej podstawowej działalności. Technologia Chmury oszczędza czas, ponieważ najlepsi dostawcy usług wykorzystują środowisko, w którym wielu użytkowników korzysta ze wspólnych zasobów (ang. multi-tenancy environment), opracowane pod kątem programów Internetu przemysłowego. Dostawcy ci mogą rozpocząć obsługiwanie producentów maszyn OEM i ich klientów zaledwie w ciągu tygodni czy miesięcy, ponieważ dodanie nowej organizacji nie wymaga dodatkowego programowania. Czas jest często czynnikiem kluczowym, szczególnie wtedy, gdy celem programu Internetu przemysłowego danej organizacji jest osiągnięcie przewagi nad konkurencją w postaci bycia pierwszymi na rynku (ang. first-to-market). Poza oszczędzaniem kosztów zostaje ograniczone ryzyko, ponieważ dostawca usług w chmurze posiada doświadczenie w dostarczaniu podobnych rozwiązań.
Wykorzystanie technologii Chmury pozwala organizacjom zaoszczędzić wydatki, ponieważ dostawca usług rozkłada swoje koszty na wiele zbiorów usług, dostarczanych do wielu użytkowników. Ten duży zbiór istniejących klientów oznacza, że usługi mogą być świadczone po mniejszych kosztach, niż jest to możliwe do osiągnięcia w przypadku równie dużego zbioru producentów OEM.
Dostawca usług w Chmurze jest na bieżąco z gwałtownie ewoluującymi wymaganiami technologicznymi, obejmującymi bezpieczeństwo danych, systemy operacyjne, smartfony i inne ważne detale. Organizacje, które wykorzystują usługi takich dostawców, automatycznie pozostają na bieżąco z tymi wymaganiami, bez ponoszenia dodatkowych kosztów utrzymania ruchu, lub zasobów wspierających system.
Być może najważniejszą korzyścią z partnerskiej współpracy z doświadczonym dostawcą usług w Chmurze jest zdolność organizacji użytkownika do pozostawania skoncentrowaną na tym, co jest dla niej ważne. Włączenie do tego jakiegoś programu Internetu przemysłowego jest dużym i złożonym przedsięwzięciem. Poprzez partnerstwo z doświadczonym dostawcą usług w Chmurze organizacja uzyskuje dostęp do doświadczenia tej firmy, jednocześnie pozostając skoncentrowaną na swojej podstawowej działalności.
Każda z powyższych korzyści jest istotnym argumentem przemawiającym za współpracą z dostawcą usług w Chmurze w dziedzinie Internetu przemysłowego. Gdy te korzyści zostaną połączone, to staje sie jasne, że najkrótszą drogą do skutecznego stworzenia programu Internetu przemysłowego jest posiadania usług dostarczanych z Chmury.
Spencer Cramer jest prezesem i dyrektorem generalnym firmy ei3 z siedzibą w Montvale (New Jersey, USA). Założył tę firmę w 1999 r. mając wizję monitorowania maszyn przez Internet. Portfolio aplikacji SaaS firmy ei3 obejmuje porównywanie wydajności (ang. performance benchmarking), monitoring w czasie rzeczywistym, oraz analitykę predykcyjną. Dziś aplikacje firmy ei3 są wykorzystywane w tysiącach zakładów na całym świecie. Spencer Cramer jest członkiem organizacji Sustainable Packaging Coalition (zrzeszającej szerokie grono producentów, przedstawicieli środowisk naukowych, agend rządowych I sektora logistycznego, którym bliska jest wizja tworzenia opakowań zrównoważonych i rozwiązań środowiskowych w biznesie) oraz OMAC (Organization for Machine Automation and Control, organizacji zrzeszającej specjalistów od automatyki sterującej maszynami). Posiada licencjat (bachelor of science) z elektrotechniki, uzyskany na Uniwersytecie Wirginia.
