Industrijski internet, kao poslovni model u nastajanju i paradigma primjene oblikovana dubokom integracijom informacijske tehnologije sljedeće-generacije s industrijskim gospodarstvom, služi kao ključni temelj za industrijska poduzeća za postizanje digitalne transformacije. Posljednjih godina pojavila su se brojna integrirana rješenja kroz inovacije prilagođene karakteristikama proizvodnje i bolnim točkama ključnih industrija. Primjeri uključuju suradnju u opskrbnom lancu u-proizvodnji vrhunske opreme, daljinsko upravljanje i održavanje glavne opreme, očuvanje energije i smanjenje emisija u industriji čelika te praćenje sigurnosti proizvodnje u petrokemijskom sektoru. Ova rješenja u potpunosti iskorištavaju učinke agregacije i pojačanja industrijskog interneta, pokrećući digitalnu transformaciju proizvodnje i pružajući temeljnu vrijednost u poboljšanju kvalitete, smanjenju troškova i poboljšanju učinkovitosti.
Industrijske internetske platforme pružaju mogućnosti za agregaciju, integraciju, pohranjivanje, obradu, računanje i analizu masivnih industrijskih podataka, omogućujući tvrtkama da izgrade objedinjene operativne upravljačke podatkovne platforme punog-životnog ciklusa. Brojne tehnologije-povezane s platformama prolaze kontinuirano ponavljanje i napredak (npr. komponente mikroservisa, spremnici, skupna obrada podataka, obrada toka). Ove nas tehnologije progresivno osnažuju za provođenje-dubinske analize heterogenih, masivnih industrijskih podataka uz ubrzavanje akumulacije industrijskog znanja, razdvajanje hardvera i softvera i brzu implementaciju inovativnih aplikacija. Međutim, shvaćamo da su te napredne tehnologije-otvorenog koda u osnovi alati za pomoć poduzećima u postizanju inteligentne proizvodnje-a ne krajnji cilj. Koristeći takve platforme, velika poduzeća mogu optimizirati proizvodnju u cijelom proizvodnom opsegu, poboljšati puni lanac vrijednosti imovine i operacija i na kraju postići optimizaciju-vrijednosti u cijelom životnom ciklusu. Na primjer, Grupa Abu Dhabi National Oil Company (ADNOC) koristi svoj panoramski digitalni zapovjedni centar za centralno praćenje i optimizaciju imovine i operativni učinak 14 operativnih kompanija iz svog sjedišta. Kroz rješenja kao što su prediktivno održavanje i optimizacija lanca vrijednosti, identificirala je potencijalne prilike za optimizaciju vrijednosti u vrijednosti od 60 do 100 milijuna dolara za grupu (pružanje rješenja za optimizaciju lanca vrijednosti nafte i plina, integracija lanaca vrijednosti imovine i poslovanja te maksimiziranje proizvodnih i operativnih povrata).
Industrijski internet nudi brojna rješenja u scenarijima kao što su proširenje usluga, umrežena suradnja i personalizirana prilagodba povezivanjem poduzeća, korisnika i proizvoda. Međutim, ostaje u fazi istraživanja za scenarije inteligentne proizvodnje, a poduzeća se još uvijek suočavaju sa značajnim izazovima u proizvodnim operacijama.
Izazovi s kojima se suočavaju današnja proizvodna poduzeća
Tržišni izazovi: Globalne ekonomske i tržišne neizvjesnosti tjeraju proizvođače da brzo prilagode strategije kako bi se prilagodili češćim i bržim-zahtjevima tržišta dok se nose s fluktuacijama u troškovima sirovina i energije. Ovaj trend tjera tvrtke da preispitaju svoje operativne pristupe: moraju stalno lansirati nove proizvode dok skraćuju cikluse nabave opreme, vremenske rokove razvoja novih proizvoda i vrijeme-do-tržišta. Moraju uspostaviti-poslovne modele-vođene potražnjom, lancem opskrbe-koordinirane optimizacije i fleksibilne proizvodne sustave kao -mješovitu-linijsku proizvodnju velikih razmjera-što je posebno kritično za diskretni proizvodni sektor.
Izazovi u vezi s ljudskim resursima i zadržavanjem znanja: Kako starije generacije radnika odlaze u mirovinu, postoji rizik gubitka stručnosti koju posjeduju u sustavima kontrole, operacijama i održavanju. Industrijska poduzeća suočavaju se sa značajnim izazovima tranzicije radne snage. Nova generacija digitalnih domorodaca očekuje da znanje o industrijskoj automatizaciji bude ugrađeno u sustave koje koriste, dok tradicionalni OT talent postaje sve rijetkiji.
Izazovi u ukupnim troškovima i usklađenosti: Kako optimizirati i smanjiti troškove za nove građevinske projekte i operativne troškove uz poštivanje sve strožih nacionalnih zakona i propisa o zaštiti okoliša kako bi se omogućio održivi razvoj.
Industrijski menadžeri nadaju se da će im Industrija 4.0 i industrijske internetske tehnologije pomoći u rješavanju ovih novih izazova. Industrijski analitičari procjenjuju da bi fleksibilnije proizvodne tehnologije sljedeće-generacije mogle povećati produktivnost proizvodnje za 30%. Međutim, istraživanje također pokazuje da 60% tvrtki ne uspije unaprijediti svoje projekte nakon pilot faze. Ovaj ishod proizlazi iz različitih čimbenika povezanih s osobljem, procesima i tehnologijom. Na tehnološkom frontu, većina proizvođača bori se za postizanje većeg povrata od ovih inovacija, prvenstveno zato što njihovi operativni sustavi postrojenja ostaju zatvorena, vlasnička podešavanja. Od 1970-ih, kada su DCS i PLC sustavi ušli u industrijsku automatizaciju, vlasnički sustavi su se razvili. Do danas se tržište razvilo oko modela povezivanja hardvera-softvera, pri čemu svaki dobavljač automatizacije i informacijskog sustava stvara vlastiti softverski ekosustav. Ovo prisiljava korisnike da održavaju više OT i IT sustava, potičući veliku ovisnost o dobavljačima sustava.
Trenutna uska grla na rubu industrijskog interneta
Ne-Digitalna arhitektura-Većina suvremenih sustava automatizacije visoko je optimizirana za-kontrolu u stvarnom vremenu, ali ne uspijeva iskoristiti brzo napredujuće tehnologije koje se pojavljuju iz IT domene. Ove vrhunske-digitalne tehnologije-uključujući analitiku, umjetnu inteligenciju/strojno učenje, objektno-orijentirane pristupe i usluge-uslužno orijentirane arhitekture-ključne su za postizanje inteligentne proizvodnje.
-Hardverski{0}}poslovni modeli-Iako hardverska poboljšanja mogu optimizirati postojeća kontrolna okruženja, ona nisu najkritičniji aspekt digitalne transformacije. Pravi ključ leži u softver-pokrenutim inovacijama koje inteligentno rješavaju operativne tehnološke izazove. Posljedično, poslovna vrijednost se stalno pomiče s modela-pokrenutih hardverom na-modele vođene softverom.
Ograničenja vlasničkih sustava-Trenutno aplikacije za automatizaciju razvijene za jedan sustav ne mogu raditi na drugom. Međutim, tijekom proteklih desetljeća u IT-u, otvoreni operativni sustavi poput Linuxa potaknuli su razvoj aplikacija treće-strane, omogućujući brzo širenje ekosustava i stvaranje bogatih softverskih portfelja koji zadovoljavaju poslovne potrebe u više industrija i tržišnih segmenata. Nažalost, vlasnički sustavi u industrijskom sektoru stvaraju prepreke inovacijama: korisnici ne mogu razumno koštati-učinkovito poboljšati proizvodne sustave ili integrirati i uskladiti najbolje--proizvode u klasi različitih dobavljača. Njihov tempo inovacija ograničen je njihovim oslanjanjem na dobavljače vlasničkih sustava. Ove prepreke u konačnici povećavaju ukupne troškove poduzeća.
Za proizvođače originalne opreme (OEM) izazov leži u balansiranju dvaju prioriteta: iskorištavanje mogućnosti virtualnog otklanjanja pogrešaka tijekom modularnog dizajna za premošćivanje virtualnog i fizičkog svijeta-čime se smanjuju troškovi, smanjuju rizici i ubrzava vrijeme-do-tržišta-uz istovremeno povećanje vrijednosti stroja-dodane usluge za širenje tržišta i poticanje poslovanja rast.
Integratori sustava (SI) suočavaju se s kritičnim nedostatkom: sustavima automatizacije nedostaju alati koji povezuju IT i OT domene. U konačnici, prisiljeni su uložiti značajne ljudske resurse u razvoj vrlo složenih prilagođenih rješenja. Najvažnije je da je takve usluge po narudžbi teško replikovati na tržištu. Oni traže softverske funkcionalne blokove koji štite njihovo industrijsko znanje i-rješenja specifična za industriju, čime se smanjuje-vrijedan inženjerski napor (ponovnom upotrebom objekata i algoritama procesa u više projekata). To omogućuje njihovim tehničkim stručnjacima da se pažljivije usredotoče na rješavanje bolnih točaka i izazova unutar procesa proizvodnje, operacija i održavanja (MOM), čime se u konačnici stvara veća vrijednost.
Na strani krajnjeg-korisnika (EU), rješavanje ovih izazova hitno zahtijeva sveobuhvatno upravljanje sustavom kako bi se smanjili neplanirani zastoji, osigurala isporuka proizvoda tijekom vrhunca sezone i smanjilo oslanjanje na vanjsku tehničku podršku. Postoji želja za fleksibilnim sustavima/proizvodnim linijama kako bi se osigurala agilnost proizvodnje, omogućavajući veću fleksibilnost proizvodnje kada se potražnja pomakne ili se rasporedi održavanja promijene.
Učinkovito rješavanje ovih problema i istinska uspostava "softverski-definiranog industrijskog" digitalnog industrijskog ekosustava zahtijeva rješavanje zatvorenih OT sustava, standarda i izazova ekosustava na njihovom izvoru. To podrazumijeva usvajanje otvorenih sustava automatizacije i standarda uz integraciju dodatnih tehničkih mogućnosti za ubrzavanje IT-OT konvergencije.
Budućnost otvorenih sustava automatizacije
Buduće arhitekture sustava automatizacije neizbježno će se razvijati prema otvorenosti, distribuiranoj implementaciji i inherentnoj sigurnosti. Tehnologija industrijske automatizacije i rubno računalstvo temelj su ovih otvorenih sustava. U usporedbi s tradicionalnim vlasničkim sustavima, otvorene automatizirane arhitekture pokazat će sljedeće transformacije:
Očito je da otvorene automatizirane arhitekture ubrzavaju inženjerski razvoj, poboljšavaju agilnost sustava, fleksibilnost proizvodnje i ukupnu učinkovitost. Ova promjena predstavlja više od tehničke nadogradnje-ona iz temelja redefinira način na koji su procesi i strojevi dizajnirani. Dugoročno-programiranje niske-vrijednosti za vlasničke kontrolere prijeći će na automatizirane sustave plug{5}}and{6}}play. Ovi sustavi će iskoristiti opsežne, temeljito provjerene softverske funkcijske blokove razvijene u golemom ekosustavu. Pokretat će se na različitom hardveru više dobavljača-od ugrađenih kontrolnih sustava do moćnih uređaja rubne inteligencije.
Otvoreni standardi ključni su za izgradnju otvorenih sustava automatizacije, a IEC 61499 je ključni standard koji otvara ovu novu granicu. Definiranjem objekata-orijentiranih pravila modeliranja, on kapsulira upravljačke modele i algoritme kontroliranih objekata u "crne kutije" (softverski funkcijski blokovi). Ovi provjereni funkcijski blokovi mogu se ponovno koristiti u različitim scenarijima, značajno smanjujući ponavljajuće napore programiranja. Korisnicima je dovoljno razumjeti pruženu funkcionalnost bez potrebe da znaju pojedinosti implementacije, čime se štiti intelektualno vlasništvo programera. Za razliku od tradicionalnih funkcijskih blokova, oni definirani ovim standardom rade na temelju pokretanja događaja, a ne cikličkog skeniranja. To je usklađeno s objektno{7}}orijentiranim konceptima i programskim pristupima u IT domeni, što ga čini prirodnom IT/OT tehnologijom konvergencije. Olakšava poboljšanu učinkovitost procesora kontrolera i balansiranje opterećenja, posebno je prikladan za distribuirane sustave i omogućuje besprijekornu integraciju naprednih IT tehnologija u sustave automatizacije. Standard nadalje definira pravila za modele aplikacija, modele sustava i modele uređaja/resursa. Njihova integracija omogućuje korisnicima da dizajniraju aplikacije neovisno o osnovnom hardveru za automatizaciju. Ovaj pristup apstrakcije hardvera skraćuje rokove projekta i smanjuje ovisnost o proizvođačima opreme. U kombinaciji s objektno{13}}orijentiranim razvojem funkcijskih blokova, značajno pojednostavljuje mrežne prilagodbe za proizvodne linije i opremu. Naravno, standard također pruža metode za sastavljanje osnovnih funkcijskih blokova u kompozitne blokove i za brzo povezivanje različitih funkcijskih blokova (putem jednostavnog povlačenja-i-ispuštanja), značajno smanjujući radno opterećenje otklanjanja pogrešaka programiranja softvera i stope programskih pogrešaka. Ukratko, postizanje interoperabilnosti uređaja, rekonfigurabilnosti sustava i prenosivost softvera njegovi su temeljni ciljevi. Organizacije poput Foruma za automatizaciju otvorenih procesa (OPAF) i Međunarodne udruge korisnika automatizacije procesne industrije (NAMUR), koje trenutno vode sudjelovanje krajnjih-korisnika, zalažu se za odmak od postojećih vlasničkih okvira sustava automatizacije koji se temelje na ovom standardu-što je najbolja ilustracija ove težnje.
Posljednjih godina, rubna računalna tehnologija također je doživjela brz razvoj. Tehnologija spremnika pruža učinkovite metode za paketno ažuriranje/nadogradnju aplikacija za kontrolu rubova i osiguranje pravovremenog prijenosa i obrade podataka. Tehnologije spremnika, prvenstveno Docker, i alati za orkestraciju spremnika poput Kubernetesa sada sazrijevaju. Arhitektura mikroservisa kontinuirano poboljšava učinkovitost korištenja resursa na rubu, promiče funkcionalno odvajanje i ponovnu upotrebu, ubrzava razvoj aplikacija i postala je ključni trend u tehnologiji rubnog računalstva. Standardi kao što su OPC UA i Time-Sensitive Networking (TSN) pružaju međunarodne okvire i determinističke mreže za međupovezanost terenskih uređaja, ispunjavajući različite zahtjeve za prijenos i razmjenu podataka u industrijskim aplikacijama. Integracija ovih-informacijskih i komunikacijskih tehnologija sljedeće generacije sa standardnim tehnologijama IEC 61499 ubrzat će napredak otvorene automatizacije. Ova se otvorenost proteže ne samo na standarde već i na umrežavanje, hardver, softver i arhitekturu sustava, postavljajući čvrste temelje za postizanje digitalizacije, umrežavanja i inteligencije u tvornicama i radionicama.
Otvorena automatizacija potaknut će brzi razvoj industrijskog interneta, u konačnici rješavajući bolne točke za krajnje korisnike, integratore sustava i proizvođače originalne opreme. Ovaj pristup postiže fleksibilnu proizvodnju, skraćuje vrijeme-do-tržišta, smanjuje vrijeme i troškove inženjeringa, poboljšava operativnu i proizvodnu učinkovitost i štiti intelektualno vlasništvo. Doista, nedavna usporedna studija međunarodne-tvrtke treće strane to učinkovito naglašava: za dovršetak tipičnog malog-projekta automatizacije (zadaci uključujući izradu aplikacija, uvoz relevantnih baza podataka, uspostavljanje logike, konfiguriranje uređaja, razvoj HMI-ja i implementaciju projekta), tradicionalni softverski alati za automatizaciju zahtijevaju 40 sati. Nasuprot tome, korištenje otvorenog sustava automatizacije smanjilo je ovo vrijeme za 68%. Kako bi se testirala agilnost sustava, kontroleri su ručno zamijenjeni između uređaja i novih kontrolera konfiguriranih za originalne uređaje. Ove su se operacije pokazale glomaznima s tradicionalnim vlasničkim sustavima, dok su ih otvoreni sustavi automatizacije izvršavali 70% do 80% brže.
Ukratko, hoće li budući industrijski internet moći prevladati trenutna uska grla i dodatno unaprijediti digitalnu transformaciju industrijskih poduzeća u dubinu i širinu ovisi o uspostavi otvorenog sustava automatizacije izgrađenog na novim konceptima, arhitekturama i standardima. Tradicionalni hardverski-vlasnički sustavi bit će zamijenjeni softverskim-otvorenim sustavima. Više tehnologija u oblaku primijenit će se na rubno računalstvo, omogućujući velikom broju IT talenata da se duboko integriraju sa znanjem o industrijskim aplikacijama unutar ovog otvorenog okvira. Možemo predvidjeti da će industrijski internet iskovati zdrav, održiv put naprijed koristeći ovaj otvoreni ekosustav.