Эволюция промышленной автоматизации: Переход на открытые архитектуры для гибкости и устойчивого развития

Кратко: Эволюция архитектур промышленной автоматизации

Производители переходят к открытым архитектурам промышленной автоматизации для улучшения гибкости, эффективности и устойчивого развития. Традиционные закрытые системы с проприетарным кодом ограничивают масштабируемость и интероперабельность.

Открытая автоматизация на базе IEC 61499 обеспечивает аппаратно-агностичные системы управления и бесшовную интеграцию унаследованных и новых технологий. Это поддерживает ускоренную разработку ПО, предиктивное обслуживание и более легкий доступ к данным. Универсальная автоматизация дает производителям возможность сократить простои, снизить затраты и инновировать свободнее, в то время как архитектуры кибербезопасности и высокой доступности обеспечивают устойчивость для операций, готовых к будущему.

Поскольку промышленные производители стремятся добиться большего с меньшим в 2025 году, бизнесы исследуют передовые архитектуры автоматизации для балансировки операционной эффективности с более широкими обязанностями по устойчивому развитию.

Хотя каждый производитель отличается и использует цифровизацию для достижения индивидуальных целей, определенно существуют некоторые общие цели, применимые ко всему сектору. А именно: минимизация простоев, улучшение операционной эффективности, сокращение отходов (во всех формах) и вклад в коллективное путешествие производства к устойчивому развитию.

Эти цели создают вызовы, которые ведут к изменениям в природе систем управления промышленной автоматизацией (IA) в сторону открытых архитектур на уровне операционных технологий (OT). Эта эволюция может принести ценность бизнесам и их цепочкам поставок.

Итак, что двигает потребность в открытой автоматизации? Необходимость преодолеть недостаток того, что хотя традиционные проприетарные технологии хорошо работают индивидуально, они закрыты и заблокированы, с кодом, который не переносим.

Для производителей нецелесообразно немедленно заменять критические активы, как только становится доступна более продвинутая версия. Это оставляет унаследованное оборудование на месте с беспочным ПО, коммуникациями и аппаратурой, закрепляя пользователей за одним поставщиком. Типичные производители с разнородными системами от нескольких поставщиков увидят этот вызов усиленным по мере продвижения в цифровой трансформации.

Многие конечные пользователи потребуют существенной переработки систем IA, так как код, написанный для работы на унаследованном оборудовании, не переносим или несовместим с оборудованием нового поколения. Это тормозит цифровую трансформацию британского производства, сдерживая возможности, улучшающие эффективность, за большими инвестициями в затраты и время.

Ответ — переход к открытой автоматизации, как это обычно видно в IT-мире. Производители требуют систем, которые являются программно-центричными и аппаратно-агностичными, чтобы код приложений был переносим для работы на широком спектре оборудования от любого поставщика. Это открывает коммуникацию через разные машины, устройства и датчики, позволяя операторам работать более эффективно и достигать большего с меньшим.

Это может быть достигнуто путем принятия стандарта универсальной автоматизации IEC 61499, который является технологическим эйблером, определяющим, как проектировать распределенные приложения, используя программные компоненты «plug and produce», независимые от оборудования, на котором они выполняются.

Стандарт возглавляется сообществом пользователей автоматизации, технологических поставщиков и академиков, желающих изменить игру автоматизации через некоммерческую организацию Universal Automation.Org.

Инженеры заводов, системные интеграторы, OEM или любой, участвующий в цепочке поставок производства, кто проектирует, связывает и поддерживает унаследованные системы, может сократить огромные затраты, связанные с обслуживанием отдельных активов, устанавливая путь для непрерывного улучшения.

Например, в зрелой промышленной отрасли, такой как производство пищевых продуктов и напитков, обычно встречается смесь новых и унаследованных активов. Вызов для пищевых процессоров в том, что потребители базовые свои покупательские решения на множестве факторов, всегда ища следующий продукт или вкус в быстро движущемся секторе.

Производителям нужно быть гибкими и масштабируемыми для ответа на потребности рынка, но это может казаться невозможным при борьбе с проприетарными системами. Открытая автоматизация обеспечивает этот уровень гибкости с меньшим временем, потраченным на задачи, не добавляющие ценности, и большим временем на инновации.

«Эволюция архитектур автоматизации ведет производителей к открытым, программно-центричным системам, обеспечивающим гибкость, эффективность и устойчивое развитие».

Этот пример может быть применен к производителям любого размера, производящим любой продукт, как показано в нашем недавнем исследовательском документе «Количественное сравнение оцифрованной промышленной автоматизации». Он охватывает результаты полевых тестов, показывающие, что разработка ПО может быть доставлена в три раза быстрее через открытую автоматизацию для стандартных производственных стратегий, активно повышая гибкость.

Системы промышленной автоматизации, в настоящее время работающие в британском производстве, часто были установлены десятилетия назад. Теперь они сдерживают производителей от реализации полного потенциала цифровой трансформации и достижений в технологиях и вычислительной мощности. Драйв к аппаратно-агностичным платформам представляет возможность использовать индустриальные ПК для запуска операционного кода приложений.

Это развитие позволяет внедрение мягких ПЛК или Edge-контроллеров, что еще больше топливает конвергенцию IT и OT. Однако даже с инвестициями производителей в технологии пограничных вычислений для обработки бремени сбора, анализа и отчетности данных, выгоды будут ограничены без подхода открытой автоматизации, который может обрабатывать данные в одной агностичной платформе.

Цифровизация архитектур промышленной автоматизации

Во всей промышленности мы видим широкое принятие технологий IIoT (промышленный интернет вещей), которые предлагают немедленное улучшение для производителей, но в конечном итоге многие сдерживаются от реализации истинного потенциала из-за неспособности полностью закоммититься к автоматизации.

Например, добавление датчика к унаследованному активу для сбора данных в реальном времени сократит простои за счет поддержки проактивного обслуживания, но ограничено без интероперабельности.

Обмен этими же данными датчика через платформу открытой автоматизации расширяет эту способность проактивного обслуживания через доступ к данным от всех источников на объекте, новых и унаследованных. Производитель может использовать эту единую цифровую нить для принятия обоснованных бизнес-решений для повышения времени работы, обслуживания и энергопотребления без дорогостоящих инвестиций в новые критические активы.

Разблокировка потока данных по всему производственному объекту привела к внедрению большего количества устройств на краю сети. Это доставляет вычислительную мощность рядом с активами для создания распределенной архитектуры, предлагающей повышенную устойчивость, доступность и поддерживаемость.

В сравнении, традиционные большие, централизованные архитектуры управления менее способны справляться со сложностью современных производственных процессов, особенно по мере того, как эти бизнесы смотрят на масштабирование и сохранение гибкости.

Это создало растущий спрос на физический I/O, который должен быть готов к данным будущего. Будущее готовое предложение I/O поддерживает универсальную автоматизацию, используя открытые протоколы Ethernet для доставки подключения к разнообразию устройств и архитектур для лучшей производительности и доступности.

Это не только предложит преимущества в краткосрочной перспективе, оно выполняет обещание универсальной автоматизации, создавая единый фреймворк для всей автоматизации, означая, что архитектуры, созданные сегодня, могут эволюционировать с будущими технологиями, снова давая производителям свободу исследовать любой элемент цифровой трансформации.

Кибербезопасность для архитектур промышленной автоматизации

Любая промышленная деятельность, полагающаяся на связь данных, всегда будет сопровождаться проблемой кибербезопасности, и это не зарезервировано только для критической инфраструктуры. Бизнесы всех размеров всё чаще становятся мишенью, и по мере того как производители становятся частью более сложных цепочек поставок, поверхность атаки увеличивается.

Так же как универсальная автоматизация всеобъемлюща, так же должна быть и кибербезопасность, со стратегией, интегрирующей людей, технологии и операции. Тот факт, что поток данных был открыт, не означает, что должны быть пробелы в защите данных, даже с унаследованными активами, которые могут иметь эксплуатируемые системы управления.

Это привело к необходимости решений, сертифицированных по стандарту кибербезопасности IEC62443, для защиты потенциальных уязвимостей в промышленных системах, предоставляя четкое руководство по обязанностям на каждом уровне.

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

Децентрализуя и внедряя передовые функции, производители увидят безопасный обмен данными, снижающий риск и улучшающий общую устойчивость, даже по мере того как кибератаки становятся более сложными. Это критично для производителей, желающих видеть выгоды универсальной автоматизации с минимизированным риском, всегда учитывая потребности будущего, пока разблокируют немедленные выгоды.

«Открытые архитектуры автоматизации разблокируют интероперабельность, позволяя производителям бесшовно интегрировать унаследованные и новые технологии для большей эффективности и инноваций».

Архитектура высокой доступности

Неплановые простоя представляют огромные затраты для производителей всех размеров. Отчет Performance in Focus 2024 показывает, что средняя часовая стоимость простоя составляет 5471,95 фунтов стерлингов, что движет потребностью в предиктивном обслуживании и открытой автоматизации, которая его позволяет.

Для решения этой проблемы и обеспечения архитектур высокой доступности, где простой не может быть терпим, производители могут использовать смесь технологий, таких как горячие резервные процессоры, избыточные коммутаторы, избыточный I/O, избыточные блоки питания, горячая замена модулей, Change-Config-On-The-Fly (CCOFT), Fast Device Replacement (FDR), встроенная диагностика и кольцевая топология сети.

Будущее архитектур промышленной автоматизации

Открытая и универсальная автоматизация представляет будущее промышленных архитектур, поддерживая производителей, поскольку они стремятся добиться большего с меньшим в 2025 году. Будущее готовый подход дает возможность объектам всех размеров и специализаций непрерывно инновировать и оптимизировать, глядя далеко за развертыванием единичных технологий и реализуя полный потенциал цифровой трансформации. Универсальная автоматизация играет все более важную роль в британском производстве, поскольку оно продолжает цифровизировать свои операции для конкуренции на глобальном уровне.

Часто задаваемые вопросы: Архитектуры промышленной автоматизации

Что движет переход к открытой автоматизации?
Производителям нужны гибкие интероперабельные системы, не закрепленные за одним поставщиком.

Что такое IEC 61499?
Стандарт, позволяющий программным компонентам plug-and-produce быть независимыми от конкретного оборудования.

Как открытая автоматизация помогает цифровой трансформации?
Она позволяет унаследованным и новым системам соединяться, обеспечивая более быстрые обновления и большую инновационность.

Каковы выгоды для производителей?
Сокращенные простоя, более быстрая разработка ПО, лучшая масштабируемость и улучшенная эффективность.

Почему аппаратно-агностичная архитектура важна?
Она позволяет одному и тому же коду приложения работать на разных устройствах, улучшая гибкость и снижая затраты.

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

Как открытая автоматизация поддерживает предиктивное обслуживание?
Она разблокирует данные в реальном времени от всех устройств, позволяя проактивные решения по обслуживанию.

Как производители могут обеспечить кибербезопасность в открытых системах?
Принимая технологии, сертифицированные по IEC 62443, и строя сквозные стратегии кибербезопасности через люди, процессы и активы.

Какая роль пограничных вычислений в современных архитектурах?
Она обрабатывает данные рядом с активами, улучшая скорость, устойчивость и снижая зависимость от централизованных систем.

Как открытая автоматизация влияет на затраты на простой?
Она позволяет архитектурам высокой доступности и предиктивным стратегиям минимизировать дорогие неплановые простои.