Эволюция промышленной автоматизации:внедрение открытых архитектур для обеспечения гибкости и устойчивости

Подпишитесь на PII и получите:

Наш давно существующий цифровой журнал *Process Industry Informer*, выходящий два раза в месяц, публикует эксклюзивные статьи, новости и обновления из перерабатывающей промышленности, а также комментарии трех наших отраслевых экспертов:

Шон Моран

Гэвин Смит

Дэйв Грин

ПЛЮС:

• Обзор перерабатывающей отрасли — наш еженедельный электронный информационный бюллетень.
• Подкаст с личными данными
• Специальные сообщения от наших рекламных партнеров.

Хотя каждый производитель уникален и использует цифровизацию для достижения индивидуальных целей, безусловно, существуют некоторые общие цели, применимые ко всему сектору. А именно, минимизация простоев, повышение операционной эффективности, сокращение отходов (во всех формах) и содействие коллективному устойчивому развитию производства.

Эти цели представляют собой проблемы, которые приводят к изменениям в природе систем управления промышленной автоматизацией в сторону открытых архитектур на уровне операционных технологий (OT). Эта эволюция может принести пользу предприятиям и их цепочкам поставок.

Итак, что же послужило причиной необходимости открытой автоматизации? Необходимость преодолеть тот недостаток, что, хотя традиционные проприетарные технологии хорошо работают по отдельности, они заблокированы и закрыты, а код непереносим.

Производители не могут немедленно заменить критически важные активы, как только станет доступна более совершенная версия. При этом устаревшее оборудование остается на месте, а специальное программное обеспечение, средства связи и оборудование остаются на месте, что позволяет пользователям пользоваться услугами одного поставщика. Типичные производители, использующие разрозненные системы от разных поставщиков, увидят, что эта проблема усугубляется по мере продвижения в цифровой трансформации.

Многим конечным пользователям потребуется существенная модернизация системы промышленной автоматизации (IA), поскольку код, написанный для работы на устаревшем оборудовании, не является переносимым или совместимым с оборудованием нового поколения. Это препятствует цифровой трансформации производства в Великобритании, сдерживая возможности повышения эффективности за счет больших инвестиций и затрат времени.

Ответ — переход к открытой автоматизации, как это обычно наблюдается в мире ИТ. Производителям требуются системы, ориентированные на программное обеспечение и не зависящие от аппаратного обеспечения, чтобы код приложения был переносимым для запуска на широком спектре оборудования любого поставщика. Это открывает связь между различными машинами, устройствами и датчиками, позволяя операторам работать более эффективно и достигать большего с меньшими затратами.

Этого можно достичь путем принятия универсального стандарта автоматизации IEC 61499, который представляет собой технологию, определяющую, как разрабатывать распределенные приложения с использованием программных компонентов по принципу «подключи и производи», независимо от аппаратного обеспечения, на котором они выполняются.

Стандарт разрабатывается сообществом пользователей автоматизации, поставщиков технологий и ученых, которые хотят изменить правила игры с помощью некоммерческой организации Universal Automation.Org.

Инженеры предприятий, системные интеграторы, OEM-производители и другие лица, участвующие в производственной цепочке поставок, которые проектируют, связывают и поддерживают устаревшие системы, могут сократить огромные затраты, связанные с обслуживанием отдельных активов, и одновременно проложить путь к постоянному совершенствованию.

Например, в зрелом промышленном секторе, таком как производство продуктов питания и напитков, часто можно увидеть сочетание новых и устаревших активов. Проблема для производителей продуктов питания заключается в том, что потребители основывают свои решения о покупке на множестве факторов, всегда ища следующий продукт или вкус в быстро развивающемся секторе.

Производителям необходимо быть гибкими и масштабируемыми, чтобы реагировать на потребности рынка, но это может показаться невозможным в условиях борьбы с проприетарными системами. Открытая автоматизация обеспечивает такой уровень гибкости:меньше времени тратится на задачи, не добавляющие ценности, и больше времени на инновации.

Этот пример можно применить к производителям любого размера, производящим любую продукцию, как показано в нашем недавнем исследовании под названием «Количественное сравнение цифровой промышленной автоматизации». Сюда входят результаты полевых испытаний, показывающие, что разработка программного обеспечения может осуществляться в три раза быстрее за счет открытой автоматизации стандартных производственных стратегий, активно повышая гибкость. 

Системы промышленной автоматизации, используемые в настоящее время на производстве в Великобритании, зачастую были внедрены десятилетия назад. Сейчас они мешают производителям реализовать весь потенциал цифровой трансформации, а также достижения в области технологий и вычислительной мощности. Стремление к платформам, не зависящим от аппаратного обеспечения, дает возможность использовать промышленные ПК для запуска рабочего кода приложений.

Эта разработка позволяет внедрять программные ПЛК или Edge-контроллеры, что еще больше способствует конвергенции ИТ и ОТ. Однако даже несмотря на то, что производители инвестируют в технологии периферийных вычислений, чтобы справиться с бременем сбора, анализа и предоставления данных, преимущества будут ограничены без открытого подхода к автоматизации, который может обрабатывать данные на единой независимой платформе.

Цифровизация архитектур промышленной автоматизации

Во всей отрасли мы видим широкое внедрение технологий IIoT (промышленный Интернет вещей), которые предлагают немедленные улучшения для производителей, но в конечном итоге многие из них не могут реализовать истинный потенциал из-за неспособности полностью посвятить себя автоматизации.

Например, добавление датчика к устаревшему активу для сбора данных в режиме реального времени сократит время простоя за счет поддержки упреждающего обслуживания, но оно ограничено отсутствием совместимости.

Совместное использование данных датчиков через открытую платформу автоматизации расширяет возможности упреждающего обслуживания за счет доступа к данным из всех источников на предприятии, как новых, так и устаревших. Производитель может использовать этот единый цифровой поток для принятия обоснованных бизнес-решений по увеличению времени безотказной работы, технического обслуживания и энергопотребления без дорогостоящих инвестиций в новые критически важные активы.

Разблокирование потока данных по всему производственному предприятию привело к развертыванию большего количества устройств на границе сети. Это обеспечивает вычислительную мощность рядом с активами для создания распределенной архитектуры, обеспечивающей повышенную отказоустойчивость, доступность и удобство обслуживания.

Для сравнения, традиционные крупные архитектуры централизованного управления менее способны справиться со сложностью современных производственных процессов, особенно если эти предприятия стремятся к масштабированию и сохранению гибкости.

Это создало растущий спрос на физический ввод-вывод, который необходимо подготовить к будущему, основанному на данных. Готовое к будущему предложение ввода-вывода поддерживает универсальную автоматизацию за счет использования открытых протоколов Ethernet для обеспечения подключения к различным устройствам и архитектурам для повышения производительности и доступности.

Это не только даст преимущества в краткосрочной перспективе, но и реализует обещание универсальной автоматизации, создавая единую структуру для всей автоматизации. Это означает, что созданные сегодня архитектуры могут развиваться вместе с будущими технологиями, что снова дает производителям возможность свободно исследовать любой элемент цифровой трансформации.

Кибербезопасность для архитектур промышленной автоматизации

Любая промышленная деятельность, основанная на подключении к данным, всегда будет сопряжена с проблемами кибербезопасности, и это касается не только критически важной инфраструктуры. Компании любого размера становятся все более объектами атак, и по мере того, как производители становятся частью более сложных цепочек поставок, поверхность атаки увеличивается.

Так же, как универсальная автоматизация является всеобъемлющей, так же должна быть и кибербезопасность со стратегией, которая объединяет людей, технологии и операции. Тот факт, что поток данных был открыт, не означает, что должны быть пробелы в защите данных, даже в случае устаревших активов, которые могут иметь уязвимые системы управления.

Это привело к необходимости в решениях, сертифицированных по стандарту кибербезопасности IEC62443, для защиты потенциальных уязвимостей в промышленных системах, обеспечивая при этом четкое руководство по ответственности на каждом уровне.

Реализация потенциала универсальной автоматизации и цифровой трансформации означает, что кибербезопасность должна выходить за рамки процессов и процедур и охватывать каждый актив или продукт, добавляемый в сеть.

Децентрализуя и внедряя расширенные функции, производители увидят безопасный обмен данными, который снизит риск и повысит общую устойчивость, даже если кибератаки станут более сложными. Это важно для производителей, которые хотят увидеть преимущества универсальной автоматизации с минимальным риском, всегда учитывая потребности будущего и одновременно получая немедленные выгоды.

Архитектура высокой доступности

Внеплановые простои представляют собой огромные затраты для производителей всех размеров. Отчет Performance in Focus 2024 показывает, что средняя почасовая стоимость простоя составляет 5 471,95 фунтов стерлингов, что обуславливает необходимость профилактического обслуживания и открытой автоматизации, которая его обеспечивает.

Чтобы решить эту проблему и создать архитектуру высокой доступности, в которой простои недопустимы, производители могут использовать сочетание технологий, таких как процессоры с горячим резервированием, резервные коммутаторы, резервный ввод-вывод, резервные источники питания, горячая замена модулей, возможность изменения конфигурации на лету (CCOFT), встроенная диагностика быстрой замены устройства (FDR) и топология кольцевой сети.

Будущее архитектур промышленной автоматизации

Открытая и универсальная автоматизация представляет собой будущее промышленных архитектур, поддерживая производителей, стремящихся достичь большего с меньшими затратами в 2025 году. Готовый к будущему подход дает возможность предприятиям всех размеров и специализаций постоянно внедрять инновации и оптимизировать, выходя далеко за рамки развертывания отдельных технологий и реализуя весь потенциал цифровой трансформации. Универсальная автоматизация играет все более важную роль в производстве Великобритании, поскольку оно продолжает цифровизировать свои операции, чтобы конкурировать в глобальном масштабе.   

Часто задаваемые вопросы:архитектура промышленной автоматизации

Что движет переходом к открытой автоматизации?
Производителям нужны гибкие взаимодействующие системы, которые не привязаны к одному поставщику

Что такое IEC 61499?
Стандарт, позволяющий создавать программные компоненты по принципу «подключи и работай», независимо от конкретного оборудования.

Как открытая автоматизация помогает цифровой трансформации?
Это позволяет объединять устаревшие и новые системы, ускоряя обновление и внедряя инновации.

Какие преимущества для производителей?
Сокращение времени простоя, ускорение разработки программного обеспечения, лучшая масштабируемость и повышение эффективности

Почему важна аппаратно-независимая архитектура?
Это позволяет одному и тому же коду приложения работать на разных устройствах, повышая гибкость и снижая затраты.

Что такое универсальная автоматизация?
Движение, продвигающее открытые, совместимые системы автоматизации, поддерживаемое глобальным сообществом пользователей и поставщиков.

Как открытая автоматизация поддерживает профилактическое обслуживание?
Он собирает данные в реальном времени со всех устройств, что позволяет принимать упреждающие решения по техническому обслуживанию.

Как производители могут обеспечить кибербезопасность в открытых системах?
Принимая технологии, сертифицированные по стандарту IEC 62443, и создавая комплексные стратегии кибербезопасности для человеческих процессов и активов.

Какова роль периферийных вычислений в современных архитектурах?
Он обрабатывает данные рядом с активами, повышая устойчивость скорости и снижая зависимость от централизованных систем.

Как открытая автоматизация влияет на стоимость простоя?
Это позволяет использовать архитектуры высокой доступности и стратегии прогнозирования для минимизации дорогостоящих незапланированных простоев.