Edge technologie umožňují Průmysl 4.0

Obrázek 1: Zpracování dat na okraji umožňuje plynulejší tok dat v celé organizaci. Obrázky poskytla společnost Inductive Automation Obrázek 1: Zpracování dat na okraji umožňuje plynulejší tok dat v celé organizaci. Obrázky poskytla společnost Inductive Automation

Organizace využívající Průmysl 4.0 s okrajovými („edge“) technologiemi získávají výhody, jako jsou nižší náklady, vyšší rychlost, snadnější řešení problémů a další.

Lidé a firmy, kteří chtějí Průmysl 4.0, ho najdou na okraji. To je to, co říkají mnozí odborníci, protože obliba edge computingu v různých odvětvích stále roste. Okrajové technologie jsou proto považovány za klíčový prvek při vytváření řešení Průmyslu 4.0. Zpracování většího množství dat na okraji sítě přináší vyšší provozní efektivitu, lepší rozhodování, nižší náklady a další výhody.

Okrajové technologie jsou výpočetní zařízení a služby používané na okraji sítě, kde jsou blízko shromažďovaným datům. Díky tomu, že data jsou spravována, analyzována, kontextualizována a čištěna v blízkosti zdroje, se mohou pohybovat systémem efektivněji, což šetří zdroje a náklady. Nová okrajová zařízení mohou být dodávána s licencovaným softwarem SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) a s integrovaným protokolem MQTT (Message Queuing Telemetry Transport), což usnadňuje sběr a odesílání dalších dat z okrajových zařízení.

„Dělat věci na okraji přináší mnoho výhod,“ uvedl Travis Cox, zástupce ředitele pro prodej technických řešení společnosti Inductive Automation. „Máme rychlost, a proto můžeme přistupovat k většímu množství dat rychleji. Máme zaručenou místní konektivitu a funkci meziukládání („store-and-forward“) pro případ problémů s konektivitou s centrálním systémem. Okraj nám také pomáhá se škálováním. Můžeme provést konverzi protokolu na okraji a použít některé jednoduché algoritmy, kde věci monitorujeme, a když vidíme určité podmínky, můžeme zapsat informace zpět do programovatelného automatu (PLC). Můžeme využívat strojové učení (ML) a vytvářet modely, které se mohou rozhodovat za běhu, přímo na okraji. Můžeme například předvídat selhání nebo vylaďovat proces. Možností je spousta.“

Edge computing přináší lepší monitorování zařízení a větší flexibilitu architektury. Je schopen poskytovat upozornění před selháním zařízení, zlepšit zabezpečení a usnadnit správu a údržbu. Může být také základem automatizovanějšího a efektivnějšího systému, který rychleji reaguje na potřeby podniku. Okrajové technologie mohou posílat data až do cloudu, kde je lze využít pro hlubší analýzu, ML a umělou inteligenci (AI).

„Domnívám se, že Průmysl 4.0 byste jen stěží mohli plně realizovat bez edge computingu,“ potvrdil Alex Marcy, prezident společnosti Corso Systems, která se zabývá systémovou integrací v různých průmyslových odvětvích. „Edge computing zvyšuje robustnost systému. A digitální transformace je s edge computingem díky snadnému nasazení jednodušší.“ Marcy uvedl jako klíčové prvky dopadu okrajových řešení na Průmysl 4.0 levný hardware, efektivnější komunikaci a větší flexibilitu.

Nižší náklady a rychlejší zprovoznění s edge computingem

Za vzestupem edge computingu stojí dnešní výkonnější počítače a nižší celkové náklady.

„Dříve bylo cenově neúnosné umístit do sítě několik okrajových počítačů s dostatečným výkonem, bez ventilátorů, s odolností a podobně,“ zavzpomínal Cox. „Tehdy to bylo drahé. Dnes, kdy jsou počítače mnohem levnější, si lidé mohou pořídit špičkové, výkonnější počítače a vestavěné počítače, které mohou umístit do sítě, zejména pokud nakupují ve velkém. Mohou je získat velmi levně.“

Podle Coxe je zvládnutí okrajových technologií nutností, ale dnes je to snazší než v minulých letech. „Existuje mnohem více orchestračních platforem. Lze využít kontejnerů, jako je zejména Docker, kde jsou k dispozici prostředky pro správu, kde můžeme například provádět správu vozového parku. Vzhledem k tomu, že náklady na výpočetní techniku klesly, a díky nástrojům pro správu je to dnes mnohem rentabilnější než před deseti lety,“ představil výhody Cox.

Pokud jde o nižší náklady, existuje několik dalších faktorů, které hovoří ve prospěch edge computingu. „Jde o různé způsoby,“ vyjádřil se Brian McClain, manažer obchodního rozvoje společnosti Corso Systems. „Jednou z částí je i hardware v samotné technologické sestavě. Ve výrobním závodě, který pracuje na tradičních proprietárních systémech provozních technologií (PT), tyto systémy tradičně vyžadují rostoucí a robustnější serverovou infrastrukturu – hardware, databáze, sítě, zabezpečení a informační technologie (IT). K tomu přičtěte náklady na hardwarové vybavení, software, licence a zdroje či inženýry pro podporu těchto systémů. Přechodem k edge computingu, službám na okraji a cloudovému připojení, které jsou spojeny s iniciativami Průmyslu 4.0, část takových nákladů eliminujete.

CTL2203 MAG2 F1 x2 InductiveAutomation OilGas SCADA screenObrázek 2: Edge computing zlepšuje provoz v ropném a plynárenském průmyslu a mnoha dalších odvětvích

To je dobrá zpráva – ale to ještě není vše. „Nyní je mnohem snazší začít,“ sdělil Cox. „A můžete mnohem rychleji škálovat nahoru. Z dlouhodobého hlediska je to jednodušší na správu a údržbu. Nechtěli byste přece umístit do sítě tisíce okrajových zařízení a ke každému z nich chodit osobně. Nechtělo by se vám tam jezdit, připojovat se k nim a pokoušet se je spravovat. Vaším zájmem je mít možnost toto řešení zavést u všech současně. A to je to, co dnešní technologie dokážou, a díky tomu je to mnohem efektivnější.“

Alex Marcy s tím souhlasí. „Dnes si můžete pořídit zařízení s MQTT připravené hned po vybalení z krabice. A může zahrnovat i software SCADA a licence. Vše jste schopni propojit několika kliknutími myší a začít využívat edge computing, aniž byste museli vše předem navrhovat.“

Okrajové počítače se mohou propojit s okrajovými počítači v jiných závodech. Okrajová zařízení spolu mohou komunikovat a sdílení dat mezi lokalitami přináší výhody, ale stále existuje riziko přerušení spojení mezi oběma zařízeními. Data z okrajových zařízení lze také sdílet s dodavatelským řetězcem nebo jinými partnery. To může urychlit interakce a pomoci organizacím přijímat lepší rozhodnutí, protože se radí s partnery a všichni se dívají na stejná data. Všechna tato spojení lze díky dnešním okrajovým technologiím realizovat snadněji než kdykoli předtím. 

Obliba edge computingu roste

Stále více organizací si uvědomuje hodnotu edge computingu. „Myslím, že lidé lépe chápou dostupné možnosti,“ tvrdí Marcy. „Dnes je oproti roku 2015 nebo 2016 na trhu mnohem větší povědomí o edge computingu. Také se domnívám, že technologie pro jeho implementaci se v posledních několika letech podstatně zlepšily. Zákazníci v prvé řadě chtějí řešení, která jim edge computing nabízí, i když se neptají konkrétně na edge computing.“

„Jsem přesvědčen, že dnes je to více akceptováno,“ reagoval Cox. „Je zde zájem z úrovně vrcholného managementu, panují určité trendy a ví se, co se dá v cloudu dělat.“ McClain předpovídá, že edge computing bude i nadále napomáhat trendu většího sbližování informačních a provozních technologií (IT/PT). Mnohé systémy jsou stále proprietární a nejsou vhodné pro IT.

„Když hovoříme o snaze vyřešit sbližování informačních a provozních technologií, pak přijetí mnoha těchto okrajových technologií a s tím spojená standardizace skutečně pomáhají sblížit tyto dvě odlišné skupiny a pomáhají též v tomto zastřešujícím cíli, který je skutečně třeba vyřešit, aby se výroba pozvedla na vyšší úroveň,“ řekl McClain.

MQTT je často klíčovou součástí edge computingu, protože vyžaduje mnohem menší šířku pásma než jiné komunikační protokoly. Model publikování/odebírání využívaný protokolem MQTT zpřístupňuje data všem subjektům, které je potřebují – od operátorů na výrobní lince přes manažery a mobilní uživatele až po vrcholné manažery a další obchodní jednotky. Hlášení se odesílají na základě výjimek namísto plýtvání šířky pásma na hlášení stejných informací stále dokola. Tento protokol je také velmi flexibilní a umožňuje snadno odesílat jakýkoli druh dat v jakémkoli formátu.

MQTT má i bezpečnostní výhody. Podle Coxe může být zabezpečení okraje obecně silné, pokud lidé dodržují správné postupy. „Dnes je k dispozici mnohem více technologií a šifrování, které můžete využít,“ pokračoval Cox. „Řekl bych, že okrajová řešení vlastně zvyšují bezpečnost, a to zejména ve světě brownfieldů, protože můžeme před PLC umístit okrajový počítač. Může být v soukromé síti a počítač může mít dva ethernetové řadiče – jeden pro lokální připojení k PLC a druhý pro odesílání dat do sítě nebo kamkoli jinam. A pokud bych byl v této síti, nemohl bych s tímto PLC komunikovat přímo, aniž bych musel projít přes tento počítač. A pokud vše uzamkneme pomocí firewallů a podobně, máme mnohem vyšší stupeň zabezpečení než dříve.“ 

Případové studie edge computingu ukazují přínosy

Cox, Marcy a McClain zmínili projekty, na nichž jejich společnosti pracovaly a které ukazují přínosy edge computingu.

Xocean je irská společnost s flotilou plavidel bez posádky, která sbírají data z oceánů. Má klienty po celém světě a její plavidla využívají špičkové technologie, včetně MQTT.

CTL2203 MAG2 F1 x3 InductiveAutomation XOCEAN VesselObrázek 3: Společnost Xocean využívá špičkové technologie ke sběru dat o oceánech pro společnosti po celém světě

„Když se podívám na řešení, jako je to od společnosti Xocean, uvědomuji si, že ještě nedávno to nebylo možné, ale teď už ano,“ zdůraznil Cox. „Je to díky tomu, že mobilní technologie jsou opravdu dobré a že můžeme do sítě umístit lehké a cenově výhodné počítače. Společnost Xocean má na každém plavidle vestavěný počítač, který je připojen k datům a efektivně je publikuje pomocí MQTT přes mobilní sítě zpět do centrálního systému, kde je vidí a může je spravovat. Je to určitá souhra náhod, kdy se všechny tyto věci musely stát, aby se takový projekt mohl realizovat. Musel tam být protokol MQTT, mobilní technologie, robustní a rychlý výpočetní výkon, ale muselo to být také cenově výhodné a odolné.“

MartinCSI je společnost zabývající se systémovou integrací, která realizovala projekt edge computingu pro zákazníka z ropného a plynárenského průmyslu. Projekt shromažďuje data ze 40 servisních vozů a snadno je odesílá do cloudu a mobilních zařízení. Údaje zahrnují přibližně 20 provozních proměnných pro každé vozidlo – položky, jako jsou hloubka navijáku, torze a rychlost, spolu s údaji, k nimž patří např. úspora paliva, provozní hodiny a alarmy údržby.

„To je dobrý příklad budování na zelené louce, kdy získáváme zcela nové PLC a řídicí systémy, které jsou v zásadě postaveny na otevřených a bezpečných standardech,“ potvrdil Cox. „A my jsme schopni rychle získat výhody a vytvořit velmi robustní a úžasné aplikace. A zejména společně s tím využívat cloud. Díky tomu, že všechny tyto technologie jsou v cloudu, je to pro firmy v podstatě hotová věc a okamžitě vidí výhody a tuto hodnotu chápou. Jinak by to samozřejmě nedělali.“

Společnost Corso spolupracovala s výrobcem čerpacích stanic pro golfová hřiště a zemědělská zařízení po celém světě. Tato firma chtěla dostat všechna svá data do cloudu. Společnost Corso k dosažení cílů klienta vytvořila systém s mikrořadiči Raspberry Pi, protokolem MQTT a edge computingem. Zahrnoval mapový systém, který technikům umožňuje řešit problém z jakéhokoli místa na světě, aniž by se museli fyzicky vydat na místo. Systém poskytuje stav, alarmy a další údaje a zároveň umožňuje meziukládání.

„Firmě to přináší zcela nový zdroj příjmů,“ dodal Marcy. „Pro své zákazníky to řeší formou předplatného a nákladů na podporu – a poskytuje jim také aktualizovaný přehled a hlášení nedostatků. Byl to pro ně silný projekt.“

Podle McClaina se zákazníci stanou fanoušky edge computingu, jakmile ho uvidí v praxi a získají představu o hmatatelných výsledcích, které může přinést.

„Obecně se zákazníci stále vracejí,“ potvrdil McClain. „Tyto výsledky, ať už ve formě reportů, přehledových panelů, vizualizací a podobně, které získávají z takových systémů a architektur, rozhodně přinášejí hodnotu. A jsou s tím spokojeni.“

Jim Meyers, autor článku, je manažer pro komunikace ve společnosti Inductive Automation. Společnost Inductive Automation je obsahovým partnerem vydavatelství CFE Media and Technology. Upravil Chris Vavra, ředitel pro webový obsah časopisu Control Engineering, CFE Media and Technology, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..

Control Engineering Česko

Control Engineering Česko je přední časopis o průmyslové automatizaci. Je vydáván v licenci amerického Control Engineering, které poskytuje novinky z této oblasti více než 60 let.

www.controlengcesko.com