Od hali fabrycznej do najwyższego poziomu zarządzania
Lista powodów, dla których producenci powinni zintegrować systemy zarządzania pojedynczą linią z oprogramowaniem zarządzania firmą wysokiego poziomu, wydłuża się. Technologia która pozwala to osiągnąć, jest nie tylko potwierdzonym aktem ale także staje się szybsza, prostsza i inteligentniejsza niż kiedykolwiek.
Jak wie każdy dyrektor linii, trend monitorowania wydajności procesów przez producentów w celu zoptymalizowania zysków Nieustannie wzrasta. Coraz więcej firm dąży do mierzenia ogólnej wydajności sprzętu (OEE) w celu identyfikacji wąskich gardeł i słabości procesu produkcji. Jednak wykonanie obliczeń jest możliwe dopiero po zgromadzeniu i zabezpieczeniu wystarczających danych z całego procesu.
Narastająca presja ze strony ustawodawców i konsumentów
Jednocześnie niektóre sektory, takie jak przemysł farmaceutyczny, żywnościowy i motoryzacyjny, odczuwają narastającą presję ze strony ustawodawców i konsumentów, która wymaga rejestrowania danych krytycznych dla procesu w sposób szczegółowy i umożliwiający śledzenie. Oznacza to nie tylko, że czasy gromadzenia danych przy użyciu długopisu i papieru już przeminęły, ale także że powolniejsze sposoby elektronicznej rejestracji informacji ustępują znacznie szybszemu gromadzeniu i przetwarzaniu danych w czasie rzeczywistym.
Na przykład stosowany od dawna przepis 21 CFR Part 11 amerykańskiego Urzędu Żywności i Leków (FDA) dotyczący sektora farmaceutycznego przewiduje gromadzenie i przechowywanie danych produkcji bez możliwości ludzkiej interwencji. Unijna dyrektywa w sprawie dobrych praktyk wytwarzania narzuca podobne normy dotyczące rzetelności i bezpieczeństwa zapisów.
Nawet w zastosowaniach niekrytycznych, systemy gromadzenia danych ad hoc są podatne na pominięcia i błędy. Jednocześnie pobieranie danych tradycyjnymi sposobami jest często zawodne.
Przeanalizujmy przykład optycznego rozpoznawania (OCR) lub sprawdzania (OCV ) znaków w zastosowaniach farmaceutycznych. Nowoczesny system wizyjny, taki jak system FH firmy Omron, jest zdolny do przetwarzania jednego produktu na około 30 ms. Jednak wydajność ta wiąże się z oczekiwaniem, że system będzie porównywać kontrolowane dane z danymi odniesienia przechowywanymi zewnętrznie, rejestrować je w bezpieczny sposób i zapewniać natychmiastowy dostęp do nich w razie potrzeby. Jest to problem dla tradycyjnej metody gromadzenia danych opartej na sterowniku PLC, według której dane są zapisywane w przestrzeniach tymczasowych, takich jak pamięć wewnętrzna lub wymienna karta pamięci. Zwykle dane te są okresowo zapisywane lub pobierane do zewnętrznego magazynu danych, takiego jak serwer lub baza danych w sieci, często z wykorzystaniem pakietu SCADA jako pośrednika. W ten sposób aspekt czasu rzeczywistego jest tracony wraz z możliwością przeszukiwania lub błyskawicznego pobierania danych historycznych.
Zatem jeśli tradycyjne oprogramowanie pośredniczące SCADA niedomaga, jakie jest rozwiązanie? Odpowiedź leży w połączeniu znacznie szybszej komunikacji (chodzi o czas poniżej milisekund) i lokalnych systemów kontroli.
Przemysł 4.0
W prasie napisano dużo o projekcie „Przemysł 4.0”, futurystycznym, całkowicie połączonym świecie przemysłu, w którym wszystkie podzespoły nie tylko wiedzą o sobie nawzajem, ale także mogą komunikować się w czasie rzeczywistym. Otóż ta przyszłość już powoli staje się rzeczywistością.
Sieci oparte na technologii Ethernet, takie jak EtherCAT, umożliwiają każdemu elementowi systemu automatyki, od czujników do robotów, wymianę informacji z prędkościami, o których nie śniono w przeszłości. Dzięki temu sterowniki mają błyskawiczny dostęp do każdego szczegółu informacji produkcyjnych. Gdy sterownik dodatkowo zostanie podłączony do systemu na poziomie przedsiębiorstwa, na przykład Enterprise Resource Planning (ERP), Manufacturing Resource Planning (MRP) lub Manufacturing Execution Systems (MES), można zacząć oglądać urzeczywistnienie wizji „Przemysł 4.0”.
To nie senne marzenie działów marketingu producentów podzespołów do automatyki. Podczas ostatniego pokazu Processing and Packaging Machinery Association (PPMA) w Birmingham, prof. Duncan McFarlane z Uniwersytetu Cambridge mówił właśnie na ten temat. Podkreślił sposób, znajomość lokalnego rynku dopasowanie procesów produkcji do konsumentów umożliwiają klientom bezpośrednie kształtowanie i dynamiczne zmienianie aspektów wykonania zamówienia. Choć jest to filozofia, która zdobyła największą popularność w inżynierii produktów o wysokiej wartości, na przykład w sektorze motoryzacyjnym, jest to podejście, z którego mogą czerpać wszystkie zintegrowane firmy i łańcuchy produkcji. Warto zauważyć bezpośrednie powiązanie samego produktu z informacjami i zasadami określającymi sposób jego wytwarzania, składowania lub transportu, przez co produkt wspomaga i wpływa na te procesy.
W celu urzeczywistnienia tej wizji sterownik musi obsługiwać bezpośrednie połączenia z tymi samymi sieciami, co bazy danych tworzące systemy poziomie przedsiębiorstwa. Jak widzimy, do chwili obecnej, dodatkowe moduły sprzętu lub oprogramowanie pośredniczące SCADA były siłami napędowymi tego procesu, ale także wprowadził do niego wąskie gardła, powodując utratę aspektu czasu rzeczywistego wymiany danych. Ponadto wdrożenie tego poziomu pośredniego do komunikacji wprowadza element ryzyka oraz zwiększa wymagania dotyczące konserwacji, aktualizacji systemu oraz wprowadza element ciągłego narażenia na wirusy.
Niektórzy mogą witać te deklaracje i huczne zapowiedzi wdrożenia projektu „Przemysł 4.0” tak samo sceptycznie. Jednak pod wieloma względami jest to prosty przykład potrzeby jako matki wynalazków: wymagania przemysłu po prostu wyprzedzają możliwości starszych technologii.
Wielu może uważać, że uznawanie sterowników PLC za przedmioty kolekcjonerskie, jest dziwne, ponieważ ich wydajność i możliwości programowania uległy znacznej poprawie z biegiem lat. Jednak choć różne moduły wchodzące w skład sterownika PLC są w pełni zintegrowane na jednym poziomie, prędkości komunikacji mają małe znaczenie, jeśli sterowanie nie jest w pełni zsynchronizowane przy najwyższej wydajności produkcji linii.
W praktyce oznacza to, że działy IT użytkowników końcowych będą musiały ściślej współpracować z działami inżynierii w celu zapewnienia urządzeniom fabrycznym bezpośredniego dostępu do systemów na poziomie przedsiębiorstwa bez użycia oprogramowania pośredniczącego.
Rozwiązania umożliwiające wymianę danych w czasie rzeczywistym już istnieją. W procesorach sterownika automatyki maszyn NJ501-1_20 firmy Omron osadzono taki poziom funkcjonalności dzięki połączeniom bezprogramowego kreatora z relacyjnymi bazami danych, w tym Microsoft SQL, Oracle, MySQL, IBM DB2 i Firebird. Następnie dostarczone bloki funkcyjne umożliwiają mapowanie, wprowadzanie lub aktualizowanie danych z maszyny lub procesu w bazie danych lub wykonywanie zapytań w celu wybierania konkretnych danych.
Paradoksalnie sterownik maszyny nowej generacji, który omija wąskie gardło sterownika PLC (z problemami dotyczącymi synchronizacji sterowania między procesorami), w rzeczywistości integruje różne moduły funkcji w sposób, który zawdzięcza tak wiele równie zdyskredytowanej technologii programowych sterowników PLC. Mówiąc nieco inaczej, nasze nowe sterowniki maszyn łączą w sobie najlepsze cechy sprzętowych i programowych sterowników PLC.