Hasła dotyczące coraz to inteligentniejszych rozwiązań czy procesów produkcyjnych, które gromadzą swoje dane procesowe w chmurze to nieodłączny element dzisiejszych nowinek technologicznych. Możliwość integracji z każdym systemem to coś akurat na miarę naszych potrzeb zakładowych. Konfiguracja? Kilka kliknięć i wszystko gotowe. W całym morzu spekulacji najważniejsze pytanie brzmi – czy jest to coś, czego faktycznie potrzebujemy?

Cyfryzacja, digitalizacja, automatyzacja, rewelacja

Trendy Przemysłu 4.0 i Przemysłowego Internetu Rzeczy coraz głośniej pukają do zakładowych drzwi. Kto nie chciałby wiedzieć z wyprzedzeniem o nadchodzącej awarii lub przedwczesnym zużywaniu się sprzętu? Przecież w większości przypadków rozwój danego produktu i optymalizacja procesu sprowadzają się do kilku kwestii – maksymalnej wydajności, bezawaryjnej i bezpiecznej pracy instalacji oraz minimalizacji kosztów. Ponadto, to niewiedza zawsze kosztuje najwięcej, stąd tym bardziej każda informacja dotycząca jakości pracy naszego zakładu jest bardzo cenna. Na pierwszy rzut oka wszystko wydaje się być rozwiązaniem doskonałym, wręcz obligatoryjnym, lecz z czym tak naprawdę wiąże się inwestycja w rozwiązania pod szyldem Industry 4.0?

Sama idea rozwiązań informatycznych wspierających układy automatyki wydaje się być prosta – informować użytkowników instalacji o potencjalnych zagrożeniach. Potencjalnych, gdyż algorytmy przygotowane specjalnie pod tym kątem mają na celu prewencyjną diagnostykę wybranych maszyn czy urządzeń. W tym momencie powinniśmy się zatrzymać i zwrócić uwagę na kilka ważnych kwestii.

Dlaczego nie implementować takiego systemu w sterowniku PLC?

Przede wszystkim dlatego, iż zadaniem sterowników PLC jest obsługa zmiennych procesowych. Fakt, sam sterownik może przetwarzać dodatkowe, a zarazem nadmiarowe względem kontroli procesu algorytmy, lecz przekłada się to na m.in. wydłużenie jego czasu cyklu, który stanowi ważny parametr pracy sterownika. Ponadto, program staje się coraz większy objętościowo, co bezpośrednio przekłada się na trudniejszą diagnostykę w przypadku wystąpienia awarii.

Szkolenie EMT-Systems, systemy sterowania i wizualizacji, Przemysł 4.0

Rozgraniczenie sterowania i inteligentnego systemu wspomagającego

Z punktu widzenia dalszego rozwoju i poprawy wydajności jesteśmy jak najbardziej zainteresowani przetwarzaniem danych procesowych poza systemami automatyki. Omawiane rozwiązania informatyczne powinny jednak stanowić niezależny element całej układanki. Ma to kluczowe znaczenie w kwestii bezpieczeństwa – błąd serwera czy przerwa w dostępie do Internetu nie powinny mieć najmniejszego wpływu na poprawność pracy zakładu. Argumentem przemawiającym za wprowadzeniem takich rozwiązań jest możliwość implementacji dowolnych algorytmów wspomagających proces przemysłowy, jak i proces dalszego rozwoju produktu.

Inteligentny system wspomagający – co powinien zawierać?

W ramach wsparcia procesu przemysłowego system powinien wychwytywać wszystkie zdarzenia, które mogą prowadzić do pogorszenia jakości pracy maszyny czy stacji. Wszystkie, to znaczy zarówno te wynikające ze zużycia elementów mechanicznych wskutek  agresywnych algorytmów regulacji czy nieoptymalnej parametryzacji, jak i te wynikające bezpośrednio z błędów ludzkich, jak na przykład zbyt częste załączanie masywnych urządzeń, na przykład pomp. Z drugiej strony, skoro nazywamy system inteligentnym to dobrze byłoby móc stwierdzić, iż wprowadzenie takiego rozwiązania ma w sobie coś na miarę „sztucznej inteligencji” i mam tu na myśli trochę bardziej złożone rozwiązania niż „jeżeli jest ciepło, to włącz chłodzenie”.

Skoro rozmawiamy o systemach informatycznych, wówczas do dyspozycji mamy całą gamę języków programowania i bibliotek, o których można dyskutować oraz – oczywiście – z nich skorzystać. W zależności od celu, jaki chcemy uzyskać otrzymujemy cały szereg narzędzi. Jednym z nich są sztuczne sieci neuronowe, których działanie powszechnie nazywane jest sztuczną inteligencją (ang. AI – Artificial Intelligence). Przy złożonych aplikacjach cechujących się ogromną liczbą zmiennych zarówno procesowych oraz statystycznych, standardowe wskaźniki jakości są niewystarczające. Udostępnianie danych procesowych do chmury pozwala na przygotowanie sieci neuronowej, która z kolei pozwoli m.in. na prognozowanie statystyczne. Co więcej, algorytmy sztucznej inteligencji są w stanie znajdować nowe, dokładniejsze zależności pomiędzy składowymi procesu czy maszyny.

Bezpieczeństwo

Podłączenie sieci przemysłowej do Internetu to bardzo śliski temat – udostępnienie danych zakładowych może przecież skończyć się tragicznie. Z drugiej strony, wielu producentów oferuje bezpieczne rozwiązania bazujące na odpowiednich algorytmach szyfrowania. Warto pamiętać
o tym, że dane wysyłane są tylko w jedną stronę – od systemu sterowania do chmury.

Przetwarzanie w chmurze… a może we mgle?

Jako alternatywa dla przetwarzania danych w chmurze (ang. Cloud Computing), które wymaga podłączenia zakładowej sieci do Internetu może lepiej zdecydować się na rozwiązanie pośrednie – przetwarzanie danych we mgle (ang. Fog Computing)? Sam termin przetwarzania we mgle jest wykorzystywany w wielu różnych podejściach. Bardzo często określa się nim wstępne przetwarzanie danych w celu zmniejszenia obciążenia chmur obliczeniowych. W ramach tego wpisu termin ten będzie opisywał przetwarzanie danych procesowych bez konieczności wysyłania ich do Internetu.

Jest to rozwiązanie pozbywające się problemów związanych z bezpieczeństwem – odcięcie systemu od Internetu wciąż pozwala udoskonalić proces produkcyjny.  Omawiany system wspomagający można zaimplementować samodzielnie wewnątrz zakładowej sieci przemysłowej bez dostępu do Internetu. Ma to jednak pewne wady – całość systemu począwszy od wymiany danych pomiędzy sterownikiem PLC i systemem należy przygotować samodzielnie, a poza tym algorytmy odpowiedzialne za przedwczesne wychwycenie usterek jesteśmy zmuszeni napisać sami. Pozostaje kwestia najważniejsza – jest to proces bardzo czasochłonny.

Podsumowując – systemy w chmurze wspomagające procesy produkcyjne to nieunikniona przyszłość zakładów produkcyjnych. Dostęp do danych statystycznych bez wyspecjalizowanego oprogramowania przemysłowego (wystarczy jedynie przeglądarka z dostępem do Internetu), możliwość wychwycenia przedwczesnych defektów czy swoboda dostępu poprzez szyfrowane połączenie to kolejny krok rozwoju zarówno pod kątem technologicznych, jak i użytkowym. Temat bezpieczeństwa sieci przemysłowej podłączonej do Internetu na pewno będzie poruszany regularnie, lecz skoro potrzeba matką wynalazków, to i tym – mam nadzieję – nie trzeba będzie się zbytnio martwić już w niedalekiej przyszłości.

Autor: Marcin Podsiadły – zwycięzca Mistrzostw Polski Programistów PLC 2018. Trener EMT-Systems z zakresu Systemów Sterowania i Wizualizacji.