Особенности применения «Интернета вещей» на производстве
Общие схемы всех «умных» предприятий, на которых так или иначе применяется IIoT, примерно одинаковы. Все уровни – от полевого до верхнего – объединены между собой с помощью современных сетевых технологий, основанных, как правило, на оптических/медных Ethernet-технологиях и...
«Интернет вещей» (Internet of Things, IoT) – концепция интеграции любых реальных объектов, оснащенных сетевыми интерфейсами для обмена информацией друг с другом и с удаленными виртуальными процессами с помощью Интернета или информационных сетевых технологий. Про IoT написано много. Однако он может использоваться и в промышленности.
Промышленный «Интернет вещей» (Industrial Internet of Things, IIoT) – это объединение многоуровневой системы, включающей в себя датчики, исполнительные механизмы, контроллеры, установленные на узлах промышленного (технологического) объекта, средства обработки и передачи собираемых данных, их визуализации, аналитические инструменты и многие другие компоненты.
Общие схемы всех «умных» предприятий, на которых так или иначе применяется IIoT, примерно одинаковы. Все уровни – от полевого до верхнего – объединены между собой с помощью современных сетевых технологий, основанных, как правило, на оптических/медных Ethernet-технологиях и различных скоростных последовательных интерфейсах. В этих промышленных сетях могут применяться любые промышленные протоколы связи.
На нижнем (полевом) уровне структуры находятся элементы, которые устанавливаются непосредственно на объект управления (датчики, приводы, исполнительные механизмы). Чуть выше, на контроллерном уровне, располагаются ПЛК (программируемые логические контроллеры), оперативно управляющие технологическим процессом и осуществляющие сбор данных с технологических объектов. На верхнем IT-уровне находится система управления, реализованная, как правило, на базе группы промышленных компьютеров. Это компьютеры, предназначенные для обеспечения работы программных средств в промышленном производственном процессе на предприятии: например, АСУ ТП в рамках автоматизации технологических процессов.
Промышленные компьютеры, в отличие от бытовых и офисных, имеют некоторые специфические особенности: расширенные сетевые возможности, широкий диапазон напряжения питания. Кроме того, они должны быть изготовлены с применением деталей и узлов, имеющих продолжительный срок эксплуатации без потери своих параметров (обычно до 5-7 лет), и иметь совместимость не с одним процессором, а с несколькими. Это значительно увеличивает срок эксплуатации оборудования.
Система управления может быть реализована, например, как резервированный сервер с подключенными к нему операторскими станциями и АРМ (автоматизированные рабочие места) эксплуатирующих служб. На сервере и станциях устанавливаются SCADA и СУБД. Если предприятие крупное, то еще выше находятся серверы АСУ управления предприятием и/или ERP. На предприятиях, входящих в крупную корпорацию или группу компаний, система управления имеет связь с единым диспетчерским центром или с облачным сервисом управления всем бизнесом. В таких случаях связь реализуется с помощью выделенных кабельных каналов либо через зашифрованные интернет-каналы.
Технологии не стоят на месте, и IIOT адаптируется и развивается в соответствии с запросами рынка – увеличивая быстродействие, качество обработки данных и надежность системы. Например, в концепции «интеллектуального производства» e-F@ctory от Mitsubishi Electric используются «периферийные вычисления», или распределенная обработка данных (Edge Computing). Это означает, что расчеты математических моделей технологических процессов и первичная обработка «сырых данных» (raw data) осуществляются прямо на объекте. Они реализуются с помощью специализированных так называемых С-контроллеров, которые устанавливаются в виде дополнительного модуля к общепромышленному ПЛК. Их основное преимущество в том, что они не требуют дополнительного пространства для размещения, в отличие от сервера. При этом С-контроллер способен произвести серьезные расчеты по программе, написанной на языке программирования С, который знаком многим специалистам. Это позволяет разгрузить каналы связи между уровнями АСУ, передавая наверх результаты первичных вычислений и обработки данных, а также существенно разгружает сервер верхнего уровня, снимая с него вычислительную нагрузку, что особенно актуально при расчетах технологически сложных процессов по их математическим моделям.
Для обработки данных важным дополнением структуры e-F@ctory служит MES-модуль (Manufacturing Execution System). Он, как и С-контроллер, устанавливается в виде модуля расширения рядом с ПЛК и после настройки позволяет из всего массива информации контроллера вычленять только данные, необходимые для MES-системы.
Таким образом, в результате согласованной работы различных уровней предприятия и бесперебойной передачи актуальных данных между ними становится возможным создать целостную систему управления. Потоки информации циркулируют между уровнями и элементами АСУ, повышая наблюдаемость и управляемость системы, сокращают издержки предприятия и увеличивают рентабельность бизнеса.
На самой вершине иерархии управления может находиться, например, владелец бизнеса, который на своем компьютере или смартфоне видит основные параметры функционирования всей системы. Разумеется, ему не интересны такие подробные данные оперативного управления, как срабатывание конкретных датчиков и механизмов. При этом он видит общие графики объема выпущенной продукции, выручку, запланированные расходы на основные средства, изменения фонда оплаты труда, налоговых отчислений и т. д.
Важно также понять, что нужно производителям для принятия решений, которые направлены на повышение гибкости, маневренности, производительности и эффективности, то есть какая информация. Другими словами, им необходима бизнес-аналитика. Для ее оперативного получения необходимо «подключить» и объединить в единое целое запасы, сырье, цепочку поставок и машинные данные. В свою очередь, для того, чтобы эта полезная информация перешла на новый уровень и стала цифровой, нужно ее сопоставить и визуализировать. Все это может быть дополнительно контекстуализировано уже для конкретных функциональных потребностей заинтересованных сторон.
Зачастую технические и научные прорывы совершаются на стыках наук и различных сфер их применения. Таким образом, совмещение в системах управления производством и бизнесом различных типов решений из областей информационных технологий, анализа Big Data, «Интернета вещей», методов нечеткой логики позволяет говорить о выходе промышленных предприятий на новый уровень конкурентоспособности.
Будущее строится на подключениях, или, вернее сказать, на связанности, которая обеспечивается путем интеграции производственных сетей с корпоративными информационными технологиями в Интернете и облачными системами. С точки зрения эффективности и производительности преимущества этого объединения очевидны, и их можно ощутить сразу. Эти осязаемые преимущества – именно то, что важно для подготовки бизнеса к потребностям завтрашней производственной среды. Причем это не так сложно реализовать, как может показаться на первый взгляд. Большинство производителей может применять принцип интеграции к уже существующей инфраструктуре, и это не потребует каких-то огромных капиталовложений.
Юлия НИКИТИНА
Промышленный «Интернет вещей» (Industrial Internet of Things, IIoT) – это объединение многоуровневой системы, включающей в себя датчики, исполнительные механизмы, контроллеры, установленные на узлах промышленного (технологического) объекта, средства обработки и передачи собираемых данных, их визуализации, аналитические инструменты и многие другие компоненты.
Общие схемы всех «умных» предприятий, на которых так или иначе применяется IIoT, примерно одинаковы. Все уровни – от полевого до верхнего – объединены между собой с помощью современных сетевых технологий, основанных, как правило, на оптических/медных Ethernet-технологиях и различных скоростных последовательных интерфейсах. В этих промышленных сетях могут применяться любые промышленные протоколы связи.
На нижнем (полевом) уровне структуры находятся элементы, которые устанавливаются непосредственно на объект управления (датчики, приводы, исполнительные механизмы). Чуть выше, на контроллерном уровне, располагаются ПЛК (программируемые логические контроллеры), оперативно управляющие технологическим процессом и осуществляющие сбор данных с технологических объектов. На верхнем IT-уровне находится система управления, реализованная, как правило, на базе группы промышленных компьютеров. Это компьютеры, предназначенные для обеспечения работы программных средств в промышленном производственном процессе на предприятии: например, АСУ ТП в рамках автоматизации технологических процессов.
Промышленные компьютеры, в отличие от бытовых и офисных, имеют некоторые специфические особенности: расширенные сетевые возможности, широкий диапазон напряжения питания. Кроме того, они должны быть изготовлены с применением деталей и узлов, имеющих продолжительный срок эксплуатации без потери своих параметров (обычно до 5-7 лет), и иметь совместимость не с одним процессором, а с несколькими. Это значительно увеличивает срок эксплуатации оборудования.
Система управления может быть реализована, например, как резервированный сервер с подключенными к нему операторскими станциями и АРМ (автоматизированные рабочие места) эксплуатирующих служб. На сервере и станциях устанавливаются SCADA и СУБД. Если предприятие крупное, то еще выше находятся серверы АСУ управления предприятием и/или ERP. На предприятиях, входящих в крупную корпорацию или группу компаний, система управления имеет связь с единым диспетчерским центром или с облачным сервисом управления всем бизнесом. В таких случаях связь реализуется с помощью выделенных кабельных каналов либо через зашифрованные интернет-каналы.
Технологии не стоят на месте, и IIOT адаптируется и развивается в соответствии с запросами рынка – увеличивая быстродействие, качество обработки данных и надежность системы. Например, в концепции «интеллектуального производства» e-F@ctory от Mitsubishi Electric используются «периферийные вычисления», или распределенная обработка данных (Edge Computing). Это означает, что расчеты математических моделей технологических процессов и первичная обработка «сырых данных» (raw data) осуществляются прямо на объекте. Они реализуются с помощью специализированных так называемых С-контроллеров, которые устанавливаются в виде дополнительного модуля к общепромышленному ПЛК. Их основное преимущество в том, что они не требуют дополнительного пространства для размещения, в отличие от сервера. При этом С-контроллер способен произвести серьезные расчеты по программе, написанной на языке программирования С, который знаком многим специалистам. Это позволяет разгрузить каналы связи между уровнями АСУ, передавая наверх результаты первичных вычислений и обработки данных, а также существенно разгружает сервер верхнего уровня, снимая с него вычислительную нагрузку, что особенно актуально при расчетах технологически сложных процессов по их математическим моделям.
Для обработки данных важным дополнением структуры e-F@ctory служит MES-модуль (Manufacturing Execution System). Он, как и С-контроллер, устанавливается в виде модуля расширения рядом с ПЛК и после настройки позволяет из всего массива информации контроллера вычленять только данные, необходимые для MES-системы.
Таким образом, в результате согласованной работы различных уровней предприятия и бесперебойной передачи актуальных данных между ними становится возможным создать целостную систему управления. Потоки информации циркулируют между уровнями и элементами АСУ, повышая наблюдаемость и управляемость системы, сокращают издержки предприятия и увеличивают рентабельность бизнеса.
На самой вершине иерархии управления может находиться, например, владелец бизнеса, который на своем компьютере или смартфоне видит основные параметры функционирования всей системы. Разумеется, ему не интересны такие подробные данные оперативного управления, как срабатывание конкретных датчиков и механизмов. При этом он видит общие графики объема выпущенной продукции, выручку, запланированные расходы на основные средства, изменения фонда оплаты труда, налоговых отчислений и т. д.
Важно также понять, что нужно производителям для принятия решений, которые направлены на повышение гибкости, маневренности, производительности и эффективности, то есть какая информация. Другими словами, им необходима бизнес-аналитика. Для ее оперативного получения необходимо «подключить» и объединить в единое целое запасы, сырье, цепочку поставок и машинные данные. В свою очередь, для того, чтобы эта полезная информация перешла на новый уровень и стала цифровой, нужно ее сопоставить и визуализировать. Все это может быть дополнительно контекстуализировано уже для конкретных функциональных потребностей заинтересованных сторон.
Зачастую технические и научные прорывы совершаются на стыках наук и различных сфер их применения. Таким образом, совмещение в системах управления производством и бизнесом различных типов решений из областей информационных технологий, анализа Big Data, «Интернета вещей», методов нечеткой логики позволяет говорить о выходе промышленных предприятий на новый уровень конкурентоспособности.
Будущее строится на подключениях, или, вернее сказать, на связанности, которая обеспечивается путем интеграции производственных сетей с корпоративными информационными технологиями в Интернете и облачными системами. С точки зрения эффективности и производительности преимущества этого объединения очевидны, и их можно ощутить сразу. Эти осязаемые преимущества – именно то, что важно для подготовки бизнеса к потребностям завтрашней производственной среды. Причем это не так сложно реализовать, как может показаться на первый взгляд. Большинство производителей может применять принцип интеграции к уже существующей инфраструктуре, и это не потребует каких-то огромных капиталовложений.
Юлия НИКИТИНА
Опубликовано 20.10.2017