Już sama myśl o ogromnych możliwościach biznesowych, jakie niesie ze sobą przemysłowy Internet, napawa niemałym optymizmem. Jednakże ich praktyczne wykorzystanie do obsługi urządzeń procesowych wymaga posiadania umiejętności zarządzania wieloma różnorodnymi aspektami związanymi z tą technologią. Jedną z głównych przyczyn, dla których internetowe programy urządzeń procesowych nie zostały dotąd szeroko zaimplementowane lub nie przyjęły się jeszcze na rynku, jest właśnie zbyt szeroki wachlarz rozwiązań, które należy sprawnie obsłużyć, zanim da się poprawnie uruchomić wybrany program.
Wykorzystanie tzw. chmury
Wiele przedsiębiorstw w celu szybszego uzyskania dostępu do programów przemysłowego Internetu zgłasza się po pomoc do dystrybutorów usług internetowych bazujących na tzw. chmurze. Usługi te umożliwiają stosowanie praktycznych, niskobudżetowych i łatwo adaptowalnych rozwiązań, usprawniających wiele aspektów działania Internetu przemysłowego (fot. 1).
Uściślijmy tu, że na potrzeby niniejszego artykułu mianem chmury określamy możliwość dostarczenia technologii informacyjnych wykorzystujących zdalną infrastrukturę za pośrednictwem Internetu. Usługi chmury zapewniają dostęp do usług IT podobnych do tych, które są przekazywane poprzez urządzenia znajdujące się fizycznie w posiadaniu użytkownika ? rozumianego jako przedsiębiorstwo. Firmy specjalizujące się w dostarczaniu usług związanych z Internetem przemysłowym zazwyczaj udostępniają za pomocą chmury rozwiązania, które są wykorzystywane przez firmy w celu opracowania i implementacji własnych programów. Do najpopularniejszych należą te związane z zarządzaniem bezpieczeństwem, przechowywaniem danych na chmurze, przeprowadzaniem analiz, dostarczaniem informacji (ich integracją) oraz ze stosowaniem aplikacji.
Zarządzanie bezpieczeństwem. Gdy urządzenia procesowe łączą się z Internetem, stawka staje się wysoka. Dane pochodzące z maszyn i procesów są przecież uważane za ściśle tajne, a dostęp do urządzeń sterujących maszynami musi być zdefiniowany i ściśle ograniczony wyłącznie do upoważnionych pracowników. Jest wiele powodów, dla których ogranicza się dostęp do urządzeń sterujących ? najważniejszy z nich to bezpieczeństwo.
Każdy przemysłowy program internetowy powinien brać swój początek od dobrego projektu i wizji utrzymania systemów bezpieczeństwa Internetu, obejmujących politykę bezpieczeństwa, procedury, normy i wytyczne. Systemy bezpieczeństwa związane z Internetem wymagają ciągłej uwagi, aby dobrze zidentyfikować możliwe luki i zagrożenia i już od momentu ich wykrycia być w stanie odpowiednio reagować. Współpraca z zespołem mającym bogate doświadczenie w dostarczaniu w tym zakresie dynamicznych rozwiązań stanowi jeden z powodów, dla których wiele firm chce korzystać z pomocy wyspecjalizowanych dostawców usług w chmurze, skutecznie zarządzających ich wymogami i usługami w obszarze bezpieczeństwa aplikacji sieciowych. Jeszcze większą przewagę nad konkurencją daje zaś przedsiębiorstwu dalsza i pogłębiona współpraca z dostawcą usług w chmurze, o ile oczywiście ma on udokumentowane doświadczenie w dostarczaniu rozwiązań z zakresu bezpieczeństwa przemysłowych programów internetowych (fot. 2).
Wielu dostawców maszyn przemysłowych zaleca np., aby ich klienci zezwalali technikom na zdalny dostęp do urządzeń, dlatego producenci maszyn zapewniają usługę zdalnego rozwiązywania problemów lub wsparcia. Ten zdalny dostęp jest osiągany najczęściej dzięki wirtualnej sieci prywatnej, tzw. VPN, która umożliwia podłączenie maszyn bezpośrednio do oprogramowania zlokalizowanego na komputerze technika. Urządzenia do zdalnego wsparcia technicznego zapobiegają znacznym przestojom, umożliwiając technikom szybki dostęp do sprzętu sterującego maszynami i procesami.
Jednak wielu właścicieli maszyn, z obawy o możliwość nieautoryzowanego dostępu ze strony niepożądanych użytkowników, blokuje opcje zdalnego wsparcia. Fakt ten rodzi dylemat zarówno wśród producentów maszyn, jak i ich właścicieli. Wymierne korzyści płynące ze zwiększonej wydajności, jaką niesie ze sobą zapewnienie zdalnego wsparcia, są bowiem zbyt kuszące, aby z nich zrezygnować.
Czy istnieje zatem sposób, aby firmy produkcyjne zapewniały zdalny dostęp i czerpały z niego korzyści, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiego stopnia bezpieczeństwa?
Odpowiedź brzmi: tak. Jednym z tych sposobów jest poleganie na wsparciu firm specjalizujących się w usługach w chmurze również w operacjach zarządzania bezpieczeństwem. Korzystanie z usług zewnętrznej firmy dostarczającej systemy bezpieczeństwa przynosi korzyści zarówno dla producentów maszyn, jak i producentów oryginalnego sprzętu (OEM). Wraz z rozwiązaniami dostosowanymi do konkretnej maszyny producenci OEM otrzymują zapewnienie, że nie będzie możliwy dostęp bez ich wiedzy i zgody. Ze względu na rozmiar przetwarzanych danych istnieją też opcje prowadzenia szczegółowej kontroli dostępu w dzienniku kontroli i przejrzystego raportowania. Ponadto gdy system bezpieczeństwa znajduje się na miejscu, producent zyskuje jeszcze więcej korzyści, takich jak przechowywanie historycznych danych w chmurze, możliwości ich analizowania itp.
Przechowywanie danych w chmurze. Tzw. dane krytyczne można znaleźć wszędzie, gdzie znajdują się urządzenia procesowe. Różnorodność tego typu danychstanowi nie lada wyzwanie dla producentów zajmujących się projektowaniem i utrzymaniem kompleksowych rozwiązań w zakresie tworzenia kopii zapasowych i odzyskiwania danych. Usługi przechowywania danych w chmurze mogą zaspokoić tę potrzebę przy użyciu bezpiecznego połączenia sieciowego ? w celu dostępu do urządzeń procesowych i zdalnego monitorowania wartości oraz tworzenia okresowych kopii zapasowych programów. W rozwiązaniach bazujących na chmurze istotny jest fakt, że dane są przechowywane poza miejscem ich generowania, zgodnie z odpowiednimi przepisami i najlepszymi praktykami w zakresie programów do tworzenia kopii zapasowych i odzyskiwania danych.
Istnieje wiele rodzajów danych krytycznych urządzeń procesowych, takich jak programy maszyn oraz kod, który działa w sterownikach ruchu, sterownikach PLC i urządzeniach HMI (interfejs człowiek-maszyna). Na wypadek, gdyby którekolwiek z tych urządzeń zawiodło, nieocenionym będzie posiadanie aktualnej kopii na zabezpieczonym serwerze, również z możliwością obsługi stron WWW.
Niektóre maszyny procesowe mogą uruchamiać swoje specjalistyczne konfiguracje, ustawienia dla różnych partii produktów lub opracowane dla siebie receptury, z plików przechowywanych w HMI, CNC lub komputerach w urządzeniach procesowych. Aby uniknąć utraty najnowszych i najefektywniejszych plików programu, za najlepszą praktykę uważa się automatyczne ich ładowanie oraz ochronę.
Innym przykładem ważnych danych są kluczowe parametry procesu wymagane przez normy zgodności. Takie monitorowane parametry mogą być przechowywane w urządzeniach rejestrujących lub w lokalnych bazach danych. Najpewniejszy sposób ich zabezpieczenia to kopia offline, dzięki której zyskujemy spokój i świadomość, że wartości te nie zostaną utracone. Dzięki właściwej technologii przechowywania bezpośrednio na miejscu, baza danych w chmurze może monitorować i magazynować informacje o produkcji, kodach przestoju, wynikach testów jakości, profilach zużycia narzędzi, zużyciu materiałów eksploatacyjnych i pozostałych dynamicznych danych maszyn.
Niektóre specjalistyczne firmy świadczące usługi na rzecz Internetu przemysłowego w chmurze oferują kompleksowe rozwiązania, w tym systemy agentowe oraz oprogramowanie niezbędne do uzyskania danych z komputerów i innych urządzeń procesowych.
Po konfiguracji bezpiecznego dostępu do usługi przechowywania danych usługodawcy zapewniają, że dane same w sobie są bezpieczne, zachowują prywatność, są chronione i zostanie utworzona ich kopia bezpieczeństwa. W chwili, gdy urządzenie procesowe uzyskuje status online, ilość przechowywanych danych wzrasta w szybkim tempie, a korzystanie z przemysłowego Internetu zmienia się z samego tylko pozyskiwania i przechowywania danych, także w ich analizowanie.
Analizy. Dzięki funkcjom analizy ogromne ilości danych są przetwarzane w bardziej przystępną i użyteczną informację. Wiele przemysłowych usług internetowych tworzy wartość dodaną przez wykonywanie złożonych analiz danych, pochodzących ze zdalnie monitorowanego sprzętu.
Ze względu na rozmiar wykorzystywanych danych oraz skalowalność, a także na potrzeby wielu użytkowników na wielu platformach, analizy te są wykonywane właśnie w chmurze. Serwery działające w chmurze mają zwykle dużą moc obliczeniową, niezbędną do przetwarzania ogromnych strumieni danych i do obliczania wyników za pomocą skomplikowanych algorytmów. Dla potrzeb obsługi różnych strumieni danych z urządzeń procesowych stosowane są różne modele. Przetwarzanie analityczne może określić wartości dla punktów predykcyjnych awarii, alarmów warunkowych, sterowania procesami statystycznymi oraz kluczowymi wskaźnikami wydajności (KPI) maszyn. Przykłady tych strumieni danych i wartości obejmują pomiar jakości, śledzenie produkcji, a także pomoc w jej utrzymaniu.
Jednym z przykładów jest monitorowanie urządzeń kontroli jakości, służące śledzeniu tolerancji kluczowych parametrów jakościowych (CTQs). Jeżeli monitorowane wyniki CTQs zaczynają się zmieniać, wówczas analizy można zastosować do innych parametrów maszyny, by wyszukać korelacje. Po odnalezieniu takiego powiązanego parametru jest on definiowany jako parametr jakościowy. Aby zachować optymalne warunki procesu, parametry związane z jakością są następnie obserwowane przy użyciu metod statystycznej kontroli procesu w czasie rzeczywistym.
Innym dobrym zastosowaniem analizy w chmurze jest monitorowanie wydajności produkcji maszyn. Za pomocą usług transmisji danych w chmurze można monitorować prędkość produkcji osiąganą przez dane urządzenie w czasie rzeczywistym. Jeśli monitorowane dane maszynowe obejmują np. informacje dotyczące produkcji, jej tempa, czasu zatrzymania i zachowania wysokiej jakości, to możliwa staje się analiza danych w celu stworzenia cennych wskaźników KPI, takich jak OEE. Stale oceniana w czasie rzeczywistym wartość OEE jest bardzo pomocna dla organizacji produkcji zgodnej z koncepcją Lean, która wykorzystuje te informacje do przeprowadzania efektywnych operacji.
Monitorowane dane mogą być również przetwarzane przez analizy w chmurze w celu proaktywnego wykrywania jej awarii. Do maszyn można np. dołączyć akcelometry mierzące parametry drgań urządzeń, które mogą być wysyłane do chmury. Za pomocą potężnych komputerów do analizy strumieni parametrów drgań możliwe jest zastosowanie zaawansowanych obliczeń oraz filtrów, aby znaleźć kluczowe problemy i odpowiednio wcześnie podjąć działania, jeszcze przed wystąpieniem awarii generującej duże koszty.Proaktywne wykrywanie awarii pozwala producentom zaoszczędzić sporo pieniędzy. Analizy tworzą wartości przez konwersję danych na przystępne informacje. Chmura tworzy czytelny zestaw danych, który dostarcza wiedzę w oparciu o monitorowane dane urządzenia i obliczone informacje.
Aplikacje i mobilność
Oparte na chmurze aplikacje są również znane jako software-as-a-service (SaaS). Ta metoda dostarczania oprogramowania cieszy się coraz większą popularnością. Firmy zdają sobie bowiem sprawę, że SaaS pozwala im czerpać korzyści z aplikacji, bez konieczności podjęcia kroków mających na celu utworzenie całej infrastruktury IT bezpośrednio na miejscu. Aplikacje w chmurze przeznaczone dla Internetu przemysłowego dostarczają także wiedzy w oparciu o zdalnie monitorowane dane oraz informacje otrzymane w wyniku analiz. Zadaniem większości aplikacji jest tworzenie wartości przez wypełnienie konkretnej przewidywanej propozycji wartości biznesowej. Wartość i zwrot z inwestycji w takie aplikacje może być znacznie zwiększony dzięki współpracy z doświadczonymi dostawcami usług w chmurze, wspierającymi obsługę Internetu przemysłowego. Firmy te mają odpowiednie umiejętności, wiedzę i doświadczenie w zakresie architektury aplikacji, projektowania rozwoju i hostingu.
Dostawcy usług internetowych w chmurze oferują praktyczne, korzystne cenowo i elastyczne rozwiązania, pozwalające na sprawną obsługę wielu aspektów przemysłowego Internetu.
Obecnie istnieje nieskończenie wiele różnych aplikacji dla Internetu przemysłowego, spełniających konkretne zapotrzebowania. Przykłady to zarządzanie powiadomieniami i ich przeglądanie, monitorowanie danych, zarządzanie jakością i śledzenie produkcji. W typowym przedsiębiorstwie aplikacje te są wykorzystywane przez wiele osób wykonujących prace w różnych działach, w tym operacji, jakości, inżynierii, konserwacji i zarządzania.
Aplikacje są dostarczane za pośrednictwem Internetu, co umożliwia użytkownikom urządzeń procesowych korzystanie z danych w czasie rzeczywistym, niezależnie od ich lokalizacji. Kierownicy zakładów mogą używać tych aplikacji w celu podglądu przebiegu procesu produkcji na swoich smartfonach. Kierownicy zmian mogą otrzymywać raporty mailem pod koniec zmiany, podsumowującym wskaźniki produkcji podczas zmiany lub przedstawiającym powody jej wstrzymania. Serwisanci i kierownicy produkcji otrzymują powiadomienia, gdy części eksploatacyjne maszyny są gotowe do wymiany. Inżynierowie zarządzania jakością wg metody Six Sigma mogą pobierać zestawy danych parametrów maszyn ze stron internetowych dla swoich badań, bez dostępu do lokalnego oprogramowania zapisującego dane. Wielu użytkowników ma różne wymagania i preferencje dotyczące sposobu pozyskiwania informacji.
Dostarczanie informacji. Aby sprostać potrzebom aplikacji różnych użytkowników, kluczowy stał się dostęp do tych informacji przy zachowaniu wysokiego poziomu elastyczności. Aplikacje te muszą być wspierane przez wiele urządzeń liczących, w tym tablety czy smartfony. Dodatkowy wymóg stanowi ich kompatybilność z szerokim wachlarzem dostępnych wyszukiwarek internetowych (Internet Explorer, Chrome, Firefox, Safari i innych). Ważne jest, aby aplikacje dostarczały informacje bezpośrednio na tablety lub smartfony, poprzez natywne aplikacje mobilne (na iPady, iPhony oraz urządzenia z Androidem).
Dodatkowo, informacje dotyczące Internetu przemysłowego muszą być dostarczane zarówno do użytkowników, jak i całych systemów. Dostawcy usług w chmurze oferują liczne rozwiązania pozostające w zgodzie ze zmieniającymi się trendami, rozwijającymi się systemami operacyjnymi, różnymi przeglądarkami etc. Użytkownicy muszą mieć informacje, których potrzebują na swoich urządzeniach, a oprogramowanie biznesowe i platformy obliczeniowe wymagają łatwo czytelnych formatów danych.
Integrację między przemysłowymi aplikacjami internetowymi z systemami korporacyjnymi uzyskuje się, stosując standardy sieciowe. Korzystne rozwiązanie dla dostawców usług z chmury, wykorzystywane przy dostarczaniu informacji do systemów, są możliwe do osiągnięcia za pomocą interfejsów programowania aplikacji (API). Metody API można zdefiniować do przedstawienia danych dotyczących wielu różnych celów. Informacje mogą być np. wysyłane bezpośrednio do systemów biznesowych w celu odczytywania wartości produkcji maszyny, stanu pracy, kodów zatrzymania i wartości OEE. Te same API mogą być wykorzystywane do tworzenia połączonych danych, które zawierają w sobie zdalnie monitorowane dane i informacje z innych źródeł. Technik zakładu z podstawową znajomością kodów HTML może wykorzystywać API do programowania lokalnego panelu wyświetlacza. Panel taki można skonfigurować do działania na zwykłym telewizorze podłączonym do Internetu oraz bezpośrednim źródle danych maszynowych w czasie rzeczywistym z chmury. W razie potrzeby panel maszyny może wyświetlić status urządzenia, szybkość produkcji oraz najnowszą historię wydajności zmianowej.
Skalowalność chmury
Gdy rozumie się korzyści płynące z wykorzystania Internetu przemysłowego, następne pytanie zadawane przez większość firm brzmi: ?Jak szybko zwiększyć skalowalność??.
Najlepszą skalowalność można osiągnąć, wykorzystując zalety rozwiązań w chmurze. Dlatego też dostawcy usług w chmurze będą wykorzystywać wirtualizację, przechowywanie jako usługę, kolokację i inne techniki, aby zapewnić skalowalne usługi dla bezpiecznego dostarczania danych, analiz i aplikacji.
Liczne korzyści
Firma, która korzysta z oferty dostawcy usług w chmurze dla przemysłowych programów internetowych, odnosi wymierne korzyścidzięki:
- oszczędności czasu i pieniędzy,
- prowadzeniu jej spraw na bieżąco oraz
- ciągłej koncentracji na celu.
Rozwiązania bazujące na chmurze pozwalają zaoszczędzić czas, ponieważ najlepsi dostawcy usług wykorzystują wielolokalowe środowisko systemów obsługujących wielu użytkowników, dostosowane do przemysłowych programów internetowych. Mogą one przynieść producentom maszyn i ich klientom korzyści w zaledwie kilka tygodni lub miesięcy, ponieważ implementacja innych metod organizacji produkcji i zarządzania nie wymaga dodatkowego programowania. Czas staje się często decydującym czynnikiem, zwłaszcza gdy celem używania przez firmę przemysłowych programów Internetowych jest osiągnięcie przewagi rynkowej. Przy okazji zostaje też zredukowane ryzyko, ponieważ dostawca usług w chmurze dysponuje już sporym doświadczeniem w aplikacji podobnych rozwiązań.
Systemy bazujące na chmurze pozwalają zaoszczędzić pieniądze, ponieważ dostawca usług rozkłada swoje koszty na wiele usług świadczonych na rzecz grona użytkowników. Duża liczba dotychczasowych klientów oznacza, że usługi mogą być zrealizowane przy niższych kosztach. Jest to możliwe do osiągnięcia nawet w przypadku dużych producentów OEM.
Usługi w chmurze na bieżąco dopasowują się do szybko zmieniających się wymagań technologii, w tym bezpieczeństwa, systemów operacyjnych smartfonów i innych istotnych elementów systemowych. Organizacje, które korzystają z usług tych dostawców, automatycznie pozostają na bieżąco z rozwojem sytuacji, bez dodatkowych kosztów konserwacji lub środków przeznaczonych na wsparcie systemu.
Prawdopodobnie jednak najważniejszą zaletą współpracy z doświadczonym dostawcą usług w chmurze staje się zdolność użytkownika do koncentracji na najważniejszych aspektach własnejdziałalności. Wprowadzenie przemysłowego programu internetowego jest dużym i złożonym przedsięwzięciem. Dzięki współpracy z dostawcą usług w chmurze firma korzysta z jego doświadczenia i jednocześnie może skoncentrować się na własnych kluczowych zadaniach i celach.
Każda z wymienionych korzyści stanowi przekonujący argument do podjęcia współpracy z wyspecjalizowaną firmą ? dostawcą usług bazujących na chmurze. A po połączeniu sił staje się już całkiem jasne, że najkrótszą drogą do efektywnego stworzenia programu w zakresie przemysłowego Internetu było właśnie sięgnięcie po dostawcę ?prosto z chmury?.
Autor: Spencer Cramer jest prezesem i dyrektorem generalnym firmy ei3 w amerykańskim Montvale, a także członkiem stowarzyszenia Sustainable Packaging Coalition ? zajmującego się opracowywaniem metod produkcji opakowań, uwzględniających dbałość o środowisko ? oraz organizacji OMAC (The Organization for Machine Automation and Control). Ma tytuł licencjata w dziedzinie inżynierii elektrycznej Uniwersytetu w Wirginii. Jego firma zajmuje się m.in. dostarczaniem narzędzi do monitorowania maszyn za pomocą Internetu ? aplikacje ei3 wykorzystuje się na tysiącach stron na całym świecie.
Tekst pochodzi z nr 5/2015 magazynu "Control Engineering Polska". Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
