Предизвикателства и тенденции в развитието на автоматизацията

АвтоматизацияТехнологични новостиВисокотехнологична автоматизация - специално издание на сп. Инженеринг ревю

По-голяма производителност, по-ниски разходи. Това винаги е била и остава основна движеща сила в развитието на технологиите като цяло, в това число – и индустриалните. Браншът на промишлената автоматизация винаги е оглавявал класациите по иновативност и развитие, а сега е на ръба на качествени скокове и цялостна промяна на мисленето.

Време е за поемане на рискове и вземане на тежки решения – дали да заложим на неизпитани, иновативно звучащи технологии, които може бързо да завият или да спрат в развитието си, или на традиционното и познатото, но с риск да изостанем от времето и от възможността за достигане на нови нива в производителността.

Предлагаме на вашето внимание, без претенции за пълнота, някои от най-интересните тенденции в развитието на индустриалната автоматизация, които се наблюдават от експертите в областта:

Опростяване на архитектурата
Голяма част от съвременните системи за автоматизация са подчинени на популярния 5-степенен модел на архитектура на индустриалната автоматизация, дефиниран от университета Purdue, който, както е добре известно, включва: ниво 5 - автоматизация на бизнес системи; ниво 4 - автоматизация на производственото предприятие (на ERP - планиране на ресурсите на предприятието), MRP (стратегия на производствено планиране) и MES (системи за управление на производствените процеси); ниво 3 - автоматизация на филиал на предприятието; ниво 2 - автоматизация на машини и технологични процеси; ниво 1 - автоматизация на контролери; ниво 0 - Автоматизация на датчици/изпълнителни устройства.

В общия случай софтуерът работи на обикновени компютри на нива 2, 3, 4 и 5. Нива 2, 3 и 4 обикновено имат интерфейси за комуникация и бази данни, които буферират и синхронизират информацията между всяко едно от петте нива и потребителските интерфейси. Този модел на компютърна обработка обаче е сложен, увеличава експлоатационните разходи и усложнява администрирането. Ето защо тенденциите са към постепенно опростяване на архитектурата.

В новите модели за автоматизация контролерите и полевите устройства комуникират с информация към всички нива директно – от ниво 0 и 1 до ниво 4 и 5, като използват подходящите протоколи и особено уеб услуги с основен фокус върху OPC UA. Тенденцията се развива естествено и динамично, тъй като всяко ново средство за автоматизация, което се появи на пазара, по правило е с по-богата функционалност и по-интелигентно.

Това засяга и полевото ниво - по-мощни контролери, по-умни устройства и сензори и т. н., и общозаводското ниво - по-мощни компютри. Тази посока на развитие се стимулира в голяма степен и от инициативи като Industry 4.0, OPC UA и Консорциум Industrial Internet of Things.

Цялостна автоматизация на предприятието
Все по-голямо значение за повишаване ефективността на производството има тясната интеграция на полевото оборудване и корпоративните бизнес системи – следваща широка крачка в посока еволюцията на промишлената автоматизация. Бизнес системите за управление на производството, като например тези за планиране на ресурсите на предприятието (ERP) или на материалите (MRP) и т. н., по традиция използват пакетна архитектура, която не отразява случващото се в реално време, поне до момента на следващата актуализация на информацията в системата.

Това влияe върху качеството, веригите за доставка, услугите за клиентите - и в крайна сметка намаляват печалбите. Ролята на системите за автоматизация ще се промени, след като корпоративните бизнес системи се сдобият с възможности за обработка на транзакции в реално време, което, от своя страна, ще доведе до синхронизирани операции.

Някои доставчици вече предлагат такива решения чрез контролери за автоматизация, които комуникират директно с корпоративните бизнес системи чрез архитехтурата OPC UA (OPC Unified Architecture). За тази цел се преработват и някои индустриални стандарти като OPC, OPC UA, B2MML, ERP интерфейсите, както и тези с ИТ бази данни.

Големи обеми данни, анализи, оптимизация, облачни услуги
Все по-големи масиви от данни се използват за анализиране и оптимизиране на процесите в автоматизацията с цел повишаване на продуктивността и ефективността на производство. Обемът на данните в системите за автоматизация расте взривообразно, заради все по-нарастващия брой на устройства, които генерират данни в реално време. Средствата за анализиране на този огромен информационен поток се родеят с тези в IT индустрията и интернет.

Поддръжката по състояние (прогнозна, или predictive maintenance) е чудесен пример за средство за анализ, който се използва за предсказване на проблеми преди тяхната поява и прекъсване на производствения процес. Усъвършенстваните системи за анализ могат категорично да подобрят взимането на решения за подобряване и прецизиране на производствените процеси.

Все по-мощни контролери и вградена интелигентност в управленията на моторите, аналитични измервателни уреди, системи за машинно зрение и сензорика се използват изключително широко за задачи по локално анализиране и оптимизация.

Облачен софтуер за регистрация и анализ на данни
Облачните платформи за обработка на данни осигуряват на компаниите мощен ресурс за обработка и съхранение на информация, като заплащат само за това, което използват. Повечето утвърдени облачни платформи позволяват на разработчиците да заявяват и изпращат “сурови” (необработени) данни направо на сървърите в облака, да ги съхраняват и да използват многобройни инструменти за обработка и анализ.

Някои по-усъвършенствани системи предлагат интегрирана среда, възможност потребителите сами да създават инструменти за анализ, като използват библиотека от примери и сложни алгоритми, както и графика на потока от данни за дефиниране на зависимостите. Те са мощно средство за анализ на данни и създаване на оптимизации, прогнози и настройка на операции.

Накратко, така нареченият Cloud computing позволява да се направи повече срещу по-малки разходи, и то без помощта на тесен специалист в базите от данни. Възможността да се използват средства за анализ като облачна услуга е наистина вълнуваща и на една ръка разстояние. Сред първите продукти, които позволяват това, са Google Analytics & Measurement Protocol и Microsoft AZURE Machine Learning.

Извършването на анализи в облака се счита от специалистите за променящо правилата на играта по отношение на поддръжката по състояние и подобряването на ефективността на производството.

Облачни системи за управление на производството и сигурност на информацията
Интернет-базираните системи за управление на производството намаляват експлоатационните разходи и повишават ефективността. Това позволява на по-малки компании да постигат производителност и икономии на ресурси, недостъпни за тях досега. Тези системи изпълняват разнообразни функции - управление на цикъла на производство, планиране на корпоративни ресурси, въвеждане и проследяване на поръчки, управление на производството и на веригата за доставки.

Доставчиците на облачни услуги работят усилено върху защита на данните, но изнесеното съхраняване на информация е свързано с присъщи рискове, сред които кражба на интелектуална собственост. Този проблем към момента е сравнително често срещан, така че потребителят на облачни услуги трябва да направи сериозна преценка на риска.

OPC UA
OPC UA е единственият засега отворен стандарт за комуникация, създаден на базата на утвърдени в компютърната индустрия стандарти, който свързва промишления софтуер, контролерите и сензорите с корпоративната бизнес система. Спомага за повишаване на производителността и създава условия за реализация на концепцията за дигиталната фабрика.

Технологията OPC UA позволява създаването на ефективна и сигурна комуникационна инфраструктура – от сензора до корпоративното управление за всички нива на автоматизация в производството, SCADA и процесния контрол. PLCopen OPC UA функционалните блокове, които излязоха през април миналата година, са разширения на стандарта IEC 61131-3, които трасират пътя от софтуерния модел на IEC 61131-3 към UA информационния модел.

Колаборативните роботи
На пазара днес се предлага цяло ново поколение по-компактни роботи, които могат да работят в споделено работно пространство с хората. Цените им са значително по-ниски от тези на конвенционалните индустриални роботи, което ги прави подходящи за различни приложения и в по-малки производства.

Развитието на роботите върви по същия път като персоналния компютър - предлага се продукт с все по-малко експлоатационни разходи, който същевременно е с нарастваща мощност и функционалност, които го правят подходящ за редица задачи в индустрията.

Роботите сътрудници (наречени още колаборативни роботи) могат безопасно и ефективно да помагат на хората работници при изпълнение на задачи в промишлените предприятия. Типично те не изискват тясно специализирани експерти, които да ги програмират, инсталират и поддържат. Инсталацията и конфигурацията им е интуитивна и най-често не отнема много време.

Освен това, цените им са от порядъка на едва няколко десетки хиляди евро, а ефективността и срокът им на експлоатация позволяват изключително бърза възвръщаемост на инвестицията. Роботите сътрудници осигуряват високи нива на скорост, прецизност и безопасност.

Повече за тях – в материала “Индустриалната автоматизация и Internet of Things” (вж. стр. 44) на специалното издание Високотехнологична автоматизация.

Internet of Things
През последните години развитието в областта на Internet of Things (IoT) и приложенията на платформата в други области и индустрии извън жилищната и сградна автоматизация се ускориха значително. Най-големи са очакванията, свързани с потенциала на IoT в индустриалната автоматизация. Концепции като Industry 4.0 и Industrial Internet of Things допълнително улесняват своеобразния преход на тази технология към индустрията.

Разширените и усъвършенствани комуникационни и изчислителни възможности на съвременните крайни устройства опосредстват развитието на все по-цялостна и адаптивна автоматизация, насочена към увеличаване на ефективността. Това е логичната еволюция на IoT технологията, която ще доведе до по-висока управляемост и ефективност в производството, убедени са експертите.

Сред основните цели на Internet of Things са да осигури безпроблемна комуникация и взаимодействие между полевите устройства с входно/изходни (I/O) модули, включително сензори, изпълнителни механизми, анализатори, задвижвания, системи за машинно зрение, видеокамери и роботи, да улесни постигането на по-висока производителност и гъвкавост.

Тази революция се очаква да повиши постепенно интелигентността на технологиите в съвременната индустрия до момента, в който всички индустриални устройства с IP поддръжка разполагат и с полеви I/O модули.

Повече за тях – в материала “Роботите - настояще и бъдеще” (вж. стр. 30) на специалното издание Високотехнологична автоматизация.

Безжични комуникации
Инсталацията на безжични точки за достъп все още не е толкова масова в индустрията, колкото би ни се искало. Така или иначе днес се използват все повече безжични устройства във всички сфери на ежедневието ни, но пред масовото им интегриране в индустриалните дейности има две сериозни пречки.

Първата е свързана с все още сравнително високата цена на тези устройства, която ограничава приложенията им. Втората е базирана на съображения по отношение на сигурността на данните и на системите в безжичните мрежи.

Сред най-разпространените безжични стандарти днес са: ISA100.11, IEC62591 (WirelessHART), IEC62601 (WIA-PA стандарт, разработен в Китай), ZigBee, 802.11, както и множество фирмени затворени стандарти за безжични устройства от конкретен производител.

Интегрирано проектиране
Макар според експерти да не се развива достатъчно динамично, в последните години е налице реализацията на интересния подход за системно проектиране на продукти, машини и производствени линии, включително автоматично създаване на код за управление. Ключов компонент в тази концепция е софтуерът за симулация, който става все по-евтин и лесен за ползване.

Основната цел е да се създаде софтуер, който да проектира продукти и производствени процеси, както и платформи за автоматизация, и да извършва изпитване на проектите чрез симулация преди инвестиране във физически инсталации. Симулацията ще позволи на проектантите на продукти, на производствени процеси и на инженерите по автоматизация да си сътрудничат и да внедряват нови технологии, които ще повишат производителността, качеството и в крайна сметка – печалбите на съвременните индустриални предприятия.

Отдалечен мониторинг
Дистанционният мониторинг не спира да се развива, благодарение на все по-усъвършенстваните хардуерни и софтуерни инструменти. Постоянно намаляващият брой на експертите по автоматизация и контрол стимулира в голяма степен развитието на възможностите за дистанционен мониторинг.

Той позволява на експерти да разрешават възникнали проблеми в технологичното оборудване, без да е наложително присъствието им на място. Платформи за отдалечен мониторинг ще се търсят все повече както в развитите страни, където има сериозен недостиг на опитни специалисти с необходимите опит, познания и умения, така и в развиващите се държави, където такива понякога съвсем липсват.

Клетъчните технологии не спират да се усъвършенстват и се внедряват много лесно. В резултат, все по-често се използват GSM устройства вместо специални системи за дистанционен мониторинг. Внедряването на технологии за връзка с клетъчни мрежи и за кратки текстови съобщения (SMS) в контролерите е все по-масово в съответствие с тази тенденция. Развитието в тази област постепенно включва използването и на технологии като интернет, облачни услуги за обработка, софтуер с различни функции и IP видео- и аудиокомуникации.

3D принтиране
Напредъкът в областта на адитивните методи позволи на 3D принтирането да се развие от специализирана технология за изработка на прототипи до регулярен производствен процес за малки серии детайли, който не изисква инструментална екипировка. По този начин могат да се произвеждат олекотени, подсилени, персонализирани и дори предварително асемблирани продукти с по-малко разходи от конвенционалните технологии.

Друго предимство на адитивния метод е, че една и съща машина може да произведе множество различни продукти. В традиционните производства линиите трябва да бъдат преоборудвани и пренастройвани при всяка смяна на продукта, което обикновено изисква средства и дълги прекъсвания на операциите.

Гъвкавите възможности за производство на широка гама изделия и фактът, че адитивният метод позволява принтирането да се извършва непосредствено преди стоката да бъде пласирана, както и там, където ще бъде използвана, води до сериозни промени в бизнес моделите и веригите на доставка.

Същевременно е възможно изработването на все по-сложни форми и структури, които не са били рентабилни досега. Всички тези предимства на 3D принтирането могат да доведат до радикални промени в начина, по който се проектират, разработват и произвеждат широка гама от изделия в индустрията.

Монтаж на устройства извън таблата
Инсталирането на устройства извън контролните табла се среща все по-често на пазара в Европа, като целта е да се елиминира необходимостта от контролни табла и да се опрости окабеляването. С използването на свързвания с класове на защита IP67 и IP20, може да се избегне нуждата от монтаж на устройствата в табла за управление.

Все повече доставчици на устройства за автоматизация, главно в Европа, работят в тази насока, като техните устройства са атрактивни с това, че намаляват експлоатационните разходи, опростяват монтажа и редуцират времето и усилията за поддръжка. Сред наличните на пазара устройства са контролери, задвижвания, сервосистеми, вентили и операторски интерфейси.

Top