Индустриалният интернет, като нововъзникващ бизнес модел и парадигма на приложение, формирана от дълбоката интеграция на информационните технологии от следващо-поколение с индустриалната икономика, служи като критична основа за индустриалните предприятия за постигане на цифрова трансформация. През последните години се появиха множество интегрирани решения чрез иновации, съобразени с производствените характеристики и болезнените точки на ключови индустрии. Примерите включват сътрудничество във веригата за доставки при производство на оборудване от висок{3}}клас, дистанционна работа и поддръжка на основно оборудване, енергоспестяване и намаляване на емисиите в стоманодобивната промишленост и мониторинг на безопасността на производството в нефтохимическия сектор. Тези решения се възползват напълно от ефектите на агрегиране и усилване на индустриалния интернет, като стимулират дигиталната трансформация на производството и предоставят основна стойност при подобряване на качеството, намаляване на разходите и повишаване на ефективността.
Индустриалните интернет платформи предоставят възможности за агрегиране, интегриране, съхраняване, обработка, изчисление и анализ на масивни индустриални данни, което позволява на предприятията да изграждат унифицирани платформи за данни за оперативен контрол с пълен{0}}жизнен цикъл. Множество технологии,-свързани с платформи, преминават през непрекъсната итерация и напредък (напр. компоненти на микросервизи, контейнери, пакетна обработка на данни, поточна обработка). Тези технологии постепенно ни дават възможност да извършваме-задълбочен анализ на разнородни, масивни индустриални данни, като същевременно ускоряват натрупването на индустриални знания, отделянето на хардуера и софтуера и бързото внедряване на иновативни приложения. Ние обаче осъзнаваме, че тези напреднали-технологии с отворен код са основно инструменти, които помагат на предприятията да постигнат интелигентно производство-а не самата крайна цел. Използвайки такива платформи, големите предприятия могат да оптимизират производството в целия обхват на производството, да подобрят пълната верига на стойността на активите и операциите и в крайна сметка да постигнат-оптимизиране на стойността за целия жизнен цикъл. Например групата на Националната петролна компания на Абу Даби (ADNOC) използва своя панорамен дигитален команден център, за да наблюдава централно и оптимизира активите и оперативната ефективност на 14 оперативни компании от централата си. Чрез решения като предсказуема поддръжка и оптимизиране на веригата на стойността, той идентифицира потенциални възможности за оптимизиране на стойността на стойност от 60 милиона до 100 милиона долара за групата (предоставяне на решения за оптимизиране на веригата за стойност на петрола и газа, интегриране на вериги за стойност на активи и операции и максимизиране на производствената и оперативната възвръщаемост).
Индустриалният интернет предлага множество решения в сценарии като разширяване на услугата, мрежово сътрудничество и персонализирано персонализиране чрез свързване на предприятия, потребители и продукти. Въпреки това остава в проучвателна фаза за сценарии за интелигентно производство и предприятията все още са изправени пред значителни предизвикателства в производствените операции.
Предизвикателства пред днешните производствени предприятия
Пазарни предизвикателства: Глобалната икономическа и пазарна несигурност принуждава производителите бързо да коригират стратегиите си, за да се адаптират към по-честите и по-бързи -темпи на пазарните изисквания, докато се справят с колебанията в разходите за суровини и енергия. Тази тенденция принуждава компаниите да преосмислят своите оперативни подходи: те трябва непрекъснато да пускат нови продукти, като същевременно съкращават циклите на доставка на оборудване, сроковете за разработване на нови продукти и времето-за-пускане на пазара. Те трябва да създадат-насочени към търсенето, координирани бизнес модели за оптимизиране-на веригата на доставки и гъвкави производствени системи като широкомащабно-смесено-линейно производство-, което е особено критично за сектора на отделното производство.
Предизвикателства, свързани с човешките ресурси и задържането на знания: Тъй като по-възрастните поколения работници се пенсионират, експертният опит, който притежават в системите за контрол, операциите и поддръжката, рискува да бъде загубен. Индустриалните предприятия са изправени пред значителни предизвикателства от прехода на работната сила. Новото поколение дигитални местни хора очаква знанията за индустриална автоматизация да бъдат вградени в системите, които използват, докато традиционните OT таланти стават все по-оскъдни.
Предизвикателства в общите разходи и съответствие: Как да оптимизирате и намалите разходите за нови строителни проекти и оперативните разходи, като същевременно спазвате все по-строгите национални закони и разпоредби за опазване на околната среда, за да позволите устойчиво развитие.
Индустриалните мениджъри се надяват, че Индустрия 4.0 и Индустриалните интернет технологии ще им помогнат да се справят с тези нови предизвикателства. Индустриалните анализатори изчисляват, че по-гъвкавите производствени технологии от следващо-поколение биха могли да повишат производствената производителност с 30%. Изследванията обаче показват също, че 60% от компаниите не успяват да продължат проектите си след пилотната фаза. Този резултат произтича от различни фактори, свързани с персонала, процесите и технологиите. На технологичния фронт повечето производители се борят да постигнат по-висока възвръщаемост от тези иновации, главно защото техните оперативни производствени системи остават затворени, собствени настройки. От 70-те години на миналия век, когато DCS и PLC системите навлязоха в индустриалната автоматизация, патентованите системи се развиха. Към днешна дата пазарът се развива около хардуерни-модели за пакетиране на софтуер, като всеки доставчик на автоматизация и информационна система създава своя собствена софтуерна екосистема. Това принуждава потребителите да поддържат множество OT и IT системи, насърчавайки силната зависимост от системните доставчици.
Текущи затруднения на ръба на индустриалния интернет
Не-цифрова архитектура-Повечето модерни системи за автоматизация са силно оптимизирани за-контрол в реално време, но не успяват да използват бързо напредващите технологии, възникващи от ИТ домейна. Тези авангардни-цифрови технологии-включително анализи, изкуствен интелект/машинно обучение, обектно-ориентирани подходи и-ориентирани към услуги архитектури-са от съществено значение за постигане на интелигентно производство.
Хардуер-ориентирани бизнес модели-Въпреки че хардуерните подобрения могат да оптимизират съществуващите контролни среди, те не са най-критичният аспект на цифровата трансформация. Истинският ключ се крие в управляваната от софтуер-иновация, която интелигентно се справя с оперативните технологични предизвикателства. Вследствие на това бизнес стойността непрекъснато се измества от управлявани от хардуер-към модели, управлявани-от софтуер.
Ограничения на собствените системи-Понастоящем приложенията за автоматизация, разработени за една система, не могат да работят на друга. Въпреки това през последните десетилетия в ИТ отворените операционни системи като Linux насърчиха разработката на приложения от трети-страни, позволявайки бързо разширяване на екосистемата и създаване на богати софтуерни портфолиа, които отговарят на бизнес нуждите в множество индустрии и пазарни сегменти. За съжаление патентованите системи в индустриалния сектор създават бариери пред иновациите: потребителите не могат разумно да -ефективно подобрят производствените системи или да интегрират и съпоставят най-добрите-в-клас продукти от различни доставчици. Техният темп на иновации е ограничен от зависимостта им от доставчици на собствени системи. Тези бариери в крайна сметка увеличават общите разходи на предприятието.
За производителите на оригинално оборудване (OEM) предизвикателството се крие в балансирането на два приоритета: използване на възможностите за виртуално отстраняване на грешки по време на модулен дизайн за свързване на виртуалния и физическия свят-като по този начин се намалят разходите, смекчат рисковете и се ускори времето-до-пазара-като едновременно се повишава стойността на машината-добавени услуги за разширяване на пазарите и стимулиране на бизнеса растеж.
Системните интегратори (SI) са изправени пред критична празнина: системите за автоматизация нямат инструменти, свързващи ИТ и OT домейни. В крайна сметка те се оказват принудени да инвестират значителни човешки ресурси в разработването на изключително сложни персонализирани решения. Най-важното е, че подобни услуги по поръчка е трудно да се възпроизведат широко на пазара. Те търсят софтуерни функционални блокове, които защитават техните индустриални знания и-специфични за индустрията решения, като по този начин намаляват инженерните усилия с ниска{4}}стойност (чрез повторно използване на обекти и алгоритми за процеси в множество проекти). Това позволява на техните технически експерти да се съсредоточат по-интензивно върху разрешаването на болните точки и предизвикателствата в процесите на производство, експлоатация и поддръжка (MOM), като в крайна сметка създават по-голяма стойност.
От страна на крайния-потребител (ЕС), преодоляването на тези предизвикателства спешно изисква цялостно управление на системата, за да се сведе до минимум непланирания престой, да се гарантира доставка на продукти през пиковите сезони и да се намали зависимостта от външна техническа поддръжка. Има желание за гъвкави системи/производствени линии, за да се гарантира гъвкавост на производството, което позволява по-голяма гъвкавост на производството, когато търсенето се промени или графиците за поддръжка се променят.
Ефективното разрешаване на тези проблеми и истинското установяване на „софтуерно-дефинирана промишлена“ цифрова промишлена екосистема изисква справяне със затворените OT системи, стандарти и екосистемни предизвикателства при техния източник. Това налага приемането на отворени системи и стандарти за автоматизация, като същевременно се интегрират допълнителни технически възможности за ускоряване на IT-OT конвергенцията.
Бъдещето на отворените системи за автоматизация
Бъдещите системни архитектури за автоматизация неизбежно ще се развиват към отвореност, разпределено внедряване и присъща сигурност. Технологиите за индустриална автоматизация и крайните изчисления формират основата на тези отворени системи. В сравнение с традиционните патентовани системи, отворените архитектури за автоматизация ще покажат следните трансформации:
Очевидно е, че отворените архитектури за автоматизация ускоряват инженерното развитие, подобряват гъвкавостта на системата, гъвкавостта на производството и цялостната ефективност. Тази промяна представлява повече от техническо надграждане-то предефинира фундаментално начина, по който са проектирани процесите и машините. Дългосрочното-програмиране с ниска{4}}стойност за частни контролери ще премине към автоматизирани системи за включване-и-пускане. Тези системи ще използват обширни, напълно валидирани софтуерни функционални блокове, разработени от обширна екосистема. Те ще работят върху разнообразен хардуер от множество доставчици-, обхващащ вградени системи за управление до мощни крайни интелигентни устройства.
Отворените стандарти са от съществено значение за изграждането на отворени системи за автоматизация, а IEC 61499 е ключовият стандарт, отключващ тази нова граница. Чрез дефиниране на обектно-ориентирани правила за моделиране, той капсулира моделите за управление и алгоритмите на контролираните обекти в „черни кутии“ (функционални блокове на софтуера). Тези проверени функционални блокове могат да се използват повторно в различни сценарии, като значително намаляват повтарящите се усилия за програмиране. За потребителите е достатъчно да разберат предоставената функционалност, без да е необходимо да знаят подробностите за изпълнението, като по този начин защитават интелектуалната собственост на разработчиците. За разлика от традиционните функционални блокове, тези, дефинирани от този стандарт, работят въз основа на задействане на събитие, а не на циклично сканиране. Това е в съответствие с обектно{7}}ориентирани концепции и подходи за програмиране в ИТ домейна, което го прави естествена технология за конвергенция на ИТ/ОТ. Той улеснява подобрената ефективност на процесора на контролера и балансирането на натоварването, особено подходящ е за разпределени системи и позволява безпроблемно интегриране на напреднали ИТ технологии в системи за автоматизация. Стандартът допълнително дефинира правила за модели на приложения, системни модели и модели на устройства/ресурси. Тяхната интеграция позволява на потребителите да проектират приложения независимо от основния хардуер за автоматизация. Този подход на хардуерна абстракция съкращава сроковете на проекта и намалява зависимостта от производителите на оборудване. В комбинация с обектно{13}}ориентираната разработка на функционални блокове, това значително опростява онлайн настройките за производствени линии и оборудване. Естествено, стандартът също така предоставя методи за композиране на основни функционални блокове в съставни блокове и за бързо свързване на различни функционални блокове (чрез просто плъзгане-и-пускане), значително намалявайки работното натоварване при отстраняване на грешки при софтуерното програмиране и процентите на програмни грешки. В обобщение, постигането на оперативна съвместимост на устройствата, реконфигурируемостта на системата и преносимостта на софтуера са неговите основни цели. Организации като Open Process Automation Forum (OPAF) и Международната асоциация на потребителите в процесната индустрия за автоматизация (NAMUR), които понастоящем се ръководят от участието на крайни-потребители, се застъпват за преминаване от съществуващите собствени рамки на системи за автоматизация, базирани на този стандарт-най-добрата илюстрация на това преследване.
През последните години крайните изчислителни технологии също претърпяха бързо развитие. Контейнерната технология предоставя ефективни методи за пакетно актуализиране/надграждане на приложения за крайно управление и осигуряване на навременно предаване и обработка на данни. Технологиите за контейнери, предимно Docker, и инструментите за оркестрация на контейнери като Kubernetes вече се развиват. Архитектурата на микроуслугите непрекъснато подобрява ефективността на използване на ресурсите на ръба, насърчава функционалното отделяне и повторна употреба, ускорява разработката на приложения и се превърна в ключова тенденция в крайните изчислителни технологии. Стандарти като OPC UA и Time-Sensitive Networking (TSN) предоставят международни рамки и детерминистични мрежи за взаимосвързаност на полеви устройства, отговарящи на различни изисквания за предаване на данни и обмен в индустриални приложения. Интегрирането на тези-информационни и комуникационни технологии от следващо поколение със стандартните технологии IEC 61499 ще ускори напредъка на отворената автоматизация. Тази отвореност се простира не само до стандартите, но и до мрежите, хардуера, софтуера и системната архитектура, поставяйки солидна основа за постигане на дигитализация, работа в мрежа и интелигентност във фабрики и работилници.
Отворената автоматизация ще стимулира бързото развитие на индустриалния интернет, като в крайна сметка ще се справи с проблемните точки за крайните потребители, системните интегратори и OEM производителите. Този подход постига гъвкаво производство, съкращава времето-до-пазара, намалява времето и разходите за инженеринг, подобрява оперативната и производствената ефективност и защитава интелектуалната собственост. Наистина, скорошно сравнително проучване от международна трета-фирма подчертава това ефективно: За завършване на типичен малък-мащабен проект за автоматизация (задачи, включително създаване на приложения, импортиране на подходящи бази данни, установяване на логика, конфигуриране на устройства, разработване на HMI и внедряване на проекта), традиционните софтуерни инструменти за автоматизация изискват 40 часа. За разлика от това, използването на отворена система за автоматизация намалява това време с 68%. За да се тества гъвкавостта на системата, контролерите бяха ръчно разменени между устройства и нови контролери, конфигурирани за оригиналните устройства. Тези операции се оказаха тромави с традиционните собствени системи, докато отворените системи за автоматизация ги изпълняваха 70% до 80% по-бързо.
В обобщение, дали бъдещият индустриален интернет може да преодолее настоящите тесни места и да продължи да напредва дигиталната трансформация на промишлените предприятия в дълбочина и ширина, зависи от създаването на отворена система за автоматизация, изградена върху нови концепции, архитектури и стандарти. Традиционните хардуерно-собствени системи ще бъдат заменени от софтуерно-ориентирани отворени системи. Повече облачни технологии ще бъдат приложени към периферните изчисления, позволявайки на голям набор от ИТ таланти да се интегрират дълбоко със знанията за индустриални приложения в тази отворена рамка. Можем да предвидим, че индустриалният интернет ще изкова здравословен, устойчив път напред, като използва тази отворена екосистема.