Dostępne na rynku gotowe rozwiązania IIoT wykorzystują inteligentne routery oraz związane z nimi usługi w chmurze. Rozwiązania te są doskonałą alternatywą dla firm przemysłowych pragnących wdrożyć technologię IIoT w swoich zakładach.
Obecnie trwa wyścig w znajdowaniu najlepszych sposobów wydobywania wartościowych danych z fabryk oraz przesyłania ich w celu przetworzenia za pomocą usług w chmurze obliczeniowej. Dostrzeżenie linii mety tego wyścigu może być nieco trudne, jednak zarówno użytkownicy końcowi, jak i producenci wyposażenia oryginalnego (OEM) pragną zbierać te dane, a następnie wykorzystać aplikacje innych firm bądź opracowane przez siebie rozwiązania analityczne do uzyskania wartości w postaci ulepszenia swoich operacji.
Połączenia sieciowe wszystkich systemów technologii operacyjnej (OT) z zasobami technologii informatycznej (IT), zarówno własnymi w zakładzie, jak i w chmurze, stanowią fundament projektów wdrożenia technologii Przemysłowego Internetu Rzeczy (IIoT) oraz koncepcji Przemysł 4.0. Te połączenia sieciowe są także niezbędne dla rejestracji danych, śledzenia oraz identyfikacji produktu, analityki i wizualizacji danych. Co prawda część nowego sprzętu instalowanego w obiektach ma już fabrycznie wbudowaną obsługę połączeń sieciowych, jednak większość firm przemysłowych posiada dużo starszych systemów, które chciałyby zmodernizować w celu uzyskania dostępu do danych.
Opracowywanie kompletnego rozwiązania połączeń sieciowych obiekt-chmura nie jest jednak dobrą opcją dla większości użytkowników. Skomplikowane jest dobranie najlepszego sprzętu, oprogramowania oraz elementów sieciowych, tak aby uzyskać niezawodne, wydajne i cyberbezpieczne rozwiązanie. Zamiast tego użytkownicy ci potrzebują godnego zaufania, gotowego i dostępnego na rynku rozwiązania, by mogli się skupić na punktach końcowych połączeń – na obiektach i w chmurze.
Niniejszy artykuł informuje o tym, czego powinni poszukiwać użytkownicy podczas wyboru platformy w chmurze do obsługi swoich projektów IIoT.
Model dojrzałości IIoT
Operacje realizowane w przemyśle produkcyjnym wymagają uzyskiwania danych do analizowania pracy i stanu technicznego sprzętu, jakości i zużycia surowców oraz wydajności i efektywności produkcji. W zakładach istnieje wiele różnych danych pochodzących z różnorodnych źródeł i dlatego podjęcie decyzji, od czego zacząć, może być trudne. Model dojrzałości IIoT może pomóc użytkownikom w zrozumieniu stanu obecnego ich zakładów oraz miejsc, w których mogą dokonać ulepszeń (patrz Rys. 1).
Wiele firm jest już na dobrej drodze ku wdrożeniu IIoT, wykorzystując programowalne sterowniki logiczne (PLC) oraz przemysłowe komputery PC do lokalnej automatyzacji i komputeryzacji swojego sprzętu oraz systemów. Część z nich być może wdrożyła już dobre połączenia sieciowe w swoich zakładach.
Następne kroki na drodze do Przemysłu 4.0 wymagają jednak sieciowego przesyłania danych do bardziej skomplikowanych – i zwykle działających w chmurze – zasobów, które analizują te dane w celu uzyskania informacji dla predykcyjnego utrzymania ruchu oraz ulepszania operacji. Jako minimum użytkownicy będą pragnęli uzyskać wizualizację swoich operacji. Szybko się jednak przekonają, że ważne jest opracowanie własnych, opartych o chmurę systemów analityki danych i uczenia maszynowego w taki sposób, których dokładnie ochroni ich własność intelektualną.
Niektórzy użytkownicy mogą budować od podstaw swoje własne rozwiązania obliczeniowe, jednak większość najprawdopodobniej zintegruje ze swoimi oraz będzie wykorzystywać takie popularne systemy, jak:
- usługa analityczna Power BI oraz platforma Azure firmy Microsoft,
- inteligencja biznesowa oraz platforma analityczna firmy Tableau Software,
- oprogramowanie do zarządzania zasobami firmy Ultimo Software Solutions.
Użytkownicy końcowi oraz producenci OEM są bardziej zainteresowani uzyskaniem wartościowych wyników z przechowywania i analiz danych niż tworzeniem rozwiązania do transportu tych danych. Dlatego też potrzebują elastycznego i bezpiecznego rozwiązania do przetwarzania danych (ang. data handling), które może być szybko skonfigurowane i łatwo obsługiwane.
Podstawy usieciowienia IIoT
Dla każdego rozwiązania usieciowienia mającego na celu wykorzystanie technologii IIoT istnieje wiele wymagań dotyczących połączeń, cyberbezpieczeństwa oraz niezawodności. Do najważniejszych należy otwarta platforma bez blokady producenta, która dostarczy najbardziej elastyczne rozwiązanie dla wdrożenia IIoT. Inne kluczowe wymagania to:
- inteligentne routery do połączenia wielu sterowników PLC oraz interfejsów operatorskich (HMI);
- obsługa najpopularniejszych protokołów komunikacyjnych technologii OT;
- uproszczony zapis danych w chmurze (danych czasu rzeczywistego oraz historycznych) dla źródeł danych PLC;
- wiele metod integracji technologii IT, takich jak interfejsy programowania aplikacji API oraz webhooki (ang. web hook; mechanizmy umożliwiające aplikacji przesyłanie informacji sterowanych zdarzeniami do innych aplikacji);
- elastyczne usługi licencjonowania i zarządzania;
- kompleksowe wsparcie w kwestiach bezpieczeństwa, zgodnie z normą ISO 27001;
- niezawodność połączeń sieciowych;
- usieciowienie zakładu.
Podstawowym celem jest tu przesyłanie danych do chmury, natomiast w dalszej kolejności znajduje się uczynienie tych danych dostępnymi dla użytkowników oraz aplikacji, które ich potrzebują.
Rozwiązania do usieciowienia i zdalnego monitoringu dla przemysłowych projektów IIoT muszą obejmować sprzęt i oprogramowanie, które umożliwi uzyskanie wszystkich danych technologii OT w zakładzie i przetransportowanie ich do chmury. Architektura jednego z najlepszych do tego celu rozwiązań zawiera inteligentny router w zakładzie, bezproblemowo połączony z platformą w chmurze przez Internet (patrz Rys. 2).
Nie tylko router musi obsługiwać wszystkie standardowe protokoły komunikacyjne OT. Użytkownicy powinni być w stanie skonfigurować i pobrać z chmury jego ustawienia bez konieczności wizyty w zakładzie lub dokonywania poprawek w programach docelowych sterowników PLC. Tego typu rozwiązanie usieciowienia może być dodane do każdej instalacji bez wpływania na objęte nim oraz istniejące systemy automatyki. Może ono być też optymalizowane pod kątem rejestracji danych, zarówno czasu rzeczywistego, jak i historycznych, i przesyłania ich do chmury (patrz Rys. 3).
Dostęp do tych danych może być uzyskany na wiele sposobów. Aplikacja na urządzenie mobilne dostarczy upoważnionym użytkownikom podstawowe dane. Webhooki mogą zostać powiązane z aplikacjami zewnętrznymi, aby realizowały bardziej zaawansowane funkcje, takie jak generowanie alarmów tekstowych i wysyłanie za pomocą e-maili w przypadku wystąpienia problemów ze stanem technicznym urządzeń w zakładzie, co pozwoli pracownikom serwisu na błyskawiczne reagowanie. Najwięcej możliwości ma zwykle interfejs programowania aplikacji (API), ponieważ umożliwia on usługom obliczeniowym w chmurze dynamiczny dostęp do dowolnych potrzebnych informacji z bazy danych w chmurze.
Cyberbezpieczeństwo
Naturalną kwestią, wzbudzającą obawy użytkowników przy wdrażaniu każdego projektu dostępu do ich danych, jest cyberbezpieczeństwo. Temat ten jest złożony, tak więc jeśli użytkownik tworzy swoje własne, opracowane do swoich potrzeb rozwiązanie, to musi wykorzystać do tego celu wyspecjalizowanych informatyków, dysponujących rozległą wiedzą. Najlepszym sposobem rozwiązania problemów z bezpieczeństwem danych jest wybranie gotowego, dostępnego na rynku rozwiązania, które wykorzystuje skoordynowane routery i usługi w chmurze oraz posiada certyfikat spełniający wymagania normy ISO 27001. Routery powinny posiadać zapory ogniowe (firewalle), blokować zewnętrzny ruch sieciowy, wykorzystywać bezpieczne protokoły w portach obsługujących ruch wychodzący, mieć kompleksowe możliwości ograniczania dostępu dla użytkowników oraz stosować uwierzytelnianie dwuskładnikowe (2FA). Powinno być wdrożone regularne skanowanie i audytowanie, wykonywane przez inną firmę, poprzez dostawcę usług VPN, w celu wykrywania wszelkich słabych punktów zabezpieczeń w sieci.
Niezawodność
Niezawodność tworzy się poprzez usuwanie pojedynczych punktów awarii. Routery powinny realizować funkcję przełączania awaryjnego (ang. failover) z sieci podstawowej/preferowanej na sieć wtórną/awaryjną niezależnie od typu połączenia: Wi-Fi, 4G czy Ethernet. Na wypadek utraty połączenia router musi posiadać wbudowaną pamięć do zapisywania danych do chwili przywrócenia połączenia, a dane te mogą być przesłane. Dostęp do usługi w chmurze musi być możliwy za pomocą sieci kilkudziesięciu serwerów, znajdujących się w centrach danych rozrzuconych po całym świecie. Zapewnia to elastyczne i szybkie działanie oraz redundantny zapis i przetwarzanie danych.
Wykorzystanie technologii IIoT w świecie rzeczywistym
Gdy użytkownik lub producent OEM wybrał już rozwiązanie usieciowienia IIoT na podstawie informacji podanych powyżej, pozostaje pytanie, jak może je wykorzystać.
Większość użytkowników opiera się ściśle na tych rozwiązaniach ze względu na możliwość przetwarzania danych, podczas gdy coraz większa liczba wykorzystuje też możliwości wizualizacji do efektywnego tworzenia zdalnych/mobilnych interfejsów HMI.
Wielu użytkowników to producenci OEM, którzy posiadają maszyny w zakładach znajdujących się w wielu różnych lokalizacjach. Tak więc potrzebują jednolitego sposobu na uzyskanie do nich dostępu, jednocześnie dokładnie separując klientów od siebie nawzajem. Coraz częściej użytkownicy końcowi – lub ich wyznaczeni integratorzy systemów – wdrażają projekty IIoT, wykorzystując rozwiązania w chmurze.
Dostęp producentów OEM do danych ze swoich zakładów
Firmy OEM nie są tylko zainteresowane działaniem i wydajnością swoich indywidualnych maszyn. Wiele z nich przekonuje się, że nadzwyczaj cenne jest konsolidowanie danych z całej floty swojego sprzętu, tak więc mogą wykonywać głębszą analizę danych, prowadzącą do lepszych sposobów optymalizowania operacji i unikania problemów. Może to obejmować monitoring warunków pracy sprzętu, takich jak temperatura czy wibracje. Niektóre z rozwiązań IIoT w chmurze mogą być opracowane dla firmy OEM pod jej marką własną (ang. white labelled, „oznaczone białą etykietą”). Tak więc producent OEM może oferować te usługi sprzętowe i programowe pod swoją marką jako wartość dodaną.
Analizy wykonywane przez użytkownika końcowego
Użytkownicy końcowi mogą wdrożyć takie rozwiązanie IIoT w chmurze, które jest skalowalne od jednej maszyny do całego zakładu lub wielu zakładów danego przedsiębiorstwa. Pozwoli to na zbieranie wymaganych danych w jednolity sposób. Tak jak w przypadku producentów OEM, czasami te dane dotyczące produkcji, dyspozycyjności sprzętu oraz zużycia energii są potrzebne do wykonania bardziej zaawansowanej analizy operacyjnej. W innych przypadkach użytkownicy końcowi muszą śledzić wykorzystywanie surowców w całym procesie produkcyjnym, monitorować zapasy produktów w zakładach lub wykonywać inne zadania.
Gotowe rozwiązania IIoT upraszczają wybór użytkownikom
Stworzenie od podstaw rozwiązania IIoT do sieciowego przesyłu danych z urządzeń obiektowych do chmury nie jest wykonalne dla większości użytkowników końcowych oraz producentów OEM, ponieważ wymaga szczegółowego wdrożenia i wsparcia dla wymaganego usieciowienia, bezpieczeństwa oraz niezawodności. Na rynku dostępne są natomiast gotowe rozwiązania uwzględniające wszystkie te aspekty. Dzięki temu łatwo jest dodać obsługę technologii IIoT do dowolnego systemu w zakładzie, a następnie połączenie tych systemów z zasobami w chmurze w celu wykonywania zaawansowanej analityki danych. Kompleksowe rozwiązanie, wykorzystujące inteligentne routery oraz powiązane usługi w chmurze, pomaga wszystkim użytkownikom przemysłowym w szybkim wdrożeniu niezawodnego systemu IIoT, dzięki czemu mogą oni rozpocząć uzyskiwanie wartości oraz ulepszanie swoich operacji.
Bill Dehner w ciągu swojej 14-letniej kariery inżynierskiej spędził większość czasu na projektowaniu oraz instalowaniu przemysłowych systemów sterowania w branży ropy i gazu, energii oraz pakowania produktów. Ma tytuł inżyniera elektryka oraz licencjata z awioniki Sił Powietrznych USA (USAF). Obecnie pracuje w firmie AutomationDirect jako inżynier ds. marketingu technicznego.
