Keď spoločnosť IBM predstavila v roku 1981 osobný počítač, priemyselné odvetvia na celom svete už používali mikroprocesorové programovateľné riadiace systémy (PLC) ako náhradu reléových logických systémov, ktoré sa používali pri automatizácii procesov. V priebehu desaťročia sa však PC začali presúvať aj do výrobných prevádzok. Problém bol však v tom, že väčšina počítačov používaných v priemyselnom prostredí bola navrhnutá pre pomerne pohodové domáce a kancelárske prostredie, nie pre drsné a premenlivé podmienky výrobných prevádzok.

Operačným systémom PC navyše chýbala spoľahlivosť a odolnosť, ktorú mnohé priemyselné aplikácie vyžadovali. Odvtedy prešli priemyselné PC (z angl. Industrial PC – IPC) dlhú cestu. Moorov zákon dramaticky znížil náklady na ich komponenty a zároveň zvýšil hustotu obvodov a mikroprocesorov a rýchlosť hodín. V roku 1970 mal priekopnícky mikroprocesor Intel 4004 asi 2 200 tranzistorov. Dnešné najpokročilejšie mikroprocesory majú viac ako 50 miliárd tranzistorov.

Výrobcovia počítačov medzičasom zlepšili teplotný manažment a odolnosť mikroprocesorov, najmä pre aplikácie vyžadujúce vojenské špecifikácie. Rozšírila sa aj veľkosť priemyselných PC, ktoré uspokoja rôzne aplikačné požiadavky vrátane montáže do rozvádzačov a na DIN lištu. Navyše najnovšie operačné systémy používané v IPC výrazne zlepšujú spoľahlivosť a dostupnosť.

Nie všetky priemyselné počítače sú si rovné

Napriek všetkému pokroku v prispôsobovaní PC priemyselným požiadavkám nie sú všetky IPC rovnaké. Mnohé z údajných priemyselných počítačov na trhu nemajú špecifikácie potrebné na podporu súčasného priemyselného prostredia alebo budúcich požiadaviek priemyselného internetu vecí (z angl. Industrial Internet of Things – IioT). Je pozoruhodné, že milióny kancelárskych počítačov so systémom Windows XP, ktorý spoločnosť Microsoft prestala podporovať v roku 2014, pravdepodobne stále fungujú v mnohých podnikoch. Je pravdepodobné, že mnohé z nich používajú softvér navrhnutý pre XP, ktorý je z veľkej časti súčasťou starších priemyselných riadiacich aplikácií.

V nasledujúcej časti predstavíme päť kľúčových aspektov pri výbere IPC, ktoré zabezpečia ich používateľom podporu počas celej ich cesty digitalizácie s maximálnym výkonom a minimálnymi prestojmi.

1. Hardvér: Spoľahlivosť presahujúca odolnosť a flexibilná veľkosť

IPC vyžadujú viac ako len odolnosť; spoľahlivosť a odolnosť musia byť ich súčasťou už pri vývoji, pričom pred dodaním zákazníkovi musia byť prísne testované. IPC musia spracovávať narastajúce množstvo údajov v reálnom čase, takže musia byť dostupné 24 hodín denne, 7 dní v týždni. Od inteligentných dodávateľských reťazcov a kvality produktov až po prediktívnu a preventívnu údržbu, IPC musia byť spoľahlivé a musia mať dostatočný výpočtový výkon, aby zvládli spracovanie a ukladanie dát.

Extrémne prostredie

Špičkové priemyselné IPC obsahujú vlastný systém BIOS a dizajn základnej dosky, ktoré sú navrhnuté a skonštruované tak, aby odolali vibráciám, extrémnym teplotám, vlhkosti, elektrickému rušeniu a iným náročným podmienkam, ktorými sa priemyselné prostredie výrazne líši od kancelárskeho a domáceho prostredia. Tepelný manažment zabezpečuje efektívny odvod tepla. IPC by, samozrejme, mali spĺňať všetky svetové technické normy.

Moderné IPC bežia napr. na procesoroch Intel® CoreTM s integrovanými grafickými procesorovými jednotkami dostupnými na priemyselné spracovanie obrazu a vizualizáciu. Keďže používatelia prechádzajú k ďalším technológiám Priemyslu 4.0, ako sú umelá inteligencia a strojové učenie, dôležitá je aj schopnosť integrovať tieto nástroje podľa potreby. Aby sa zlepšila analýza dát a vysokovýkonné výpočty, možno zásuvné moduly, ako je technológia Intel® MovidiusTM alebo karty HDDL (High-Density Deep Learning), jednoducho pripojiť prostredníctvom štandardných rozhraní, ako je slot PCIe na IPC.

Testovanie do zlyhania

Testovanie je najlepší spôsob, ako zabezpečiť skutočnú spoľahlivosť IPC, a preto špičkoví výrobcovia IPC vykonávajú 100 % funkčný test a kontrolu všetkých komponentov použitých v každom vyrobenom IPC. To zahŕňa röntgenové vyšetrenie každej základnej dosky na správne spájkovanie, ako aj tepelnú analýzu, testovanie vibrácií, otrasov a fungovanie IPC pri náročných okolitých podmienkach.

Mnoho veľkostí s ohľadom na flexibilitu

Široká škála veľkostí môže zabezpečiť, aby prevádzkoví technici, výrobcovia OEM strojov a systémoví integrátori mali väčšiu flexibilitu pri umiestňovaní IPC alebo pri navrhovaní riešení na báze IPC. V extrémne drsnom prostredí môže odstránenie ventilátorov, pohyblivých častí a káblov výrazne znížiť opravy a údržbu a zlepšiť dlhodobú spoľahlivosť. Výrobcovia strojov sa často rozhodnú pre zabudované IPC, ktoré využíva HMI displej.

2. Softvér: otvorený a flexibilný operačný systém (OS) plus virtualizácia

Prijatie otvorených noriem je jedným z najlepších spôsobov, ako zabezpečiť interoperabilitu. IPC, ktoré používajú skôr dôveryhodný OS s otvoreným zdrojovým kódom namiesto proprietárneho OS, majú lepšiu flexibilitu prispôsobiť sa špecifickým potrebám výrobného prostredia. Najnovšie IPC podporujú výber OS a ekosystémových aplikácií. Napr. Siemens SIMATIC Industrial OS je založený na Debian 10 Linux, stabilnom a osvedčenom OS s otvoreným zdrojovým kódom pre priemyselné aplikácie. Bezpečné a stabilné vydania Debianu 10, obľúbené v podnikovom prostredí, ako aj v automobilovom, akademickom, vedeckom a verejnom sektore, poskytujú nepretržité aktualizácie, ktoré sú vhodné najmä pre internet vecí (IoT), zabudované zariadenia a hardvér, ako sú Raspberry Pi, ARM a ďalšie architektúry CPU.

Virtualizácia

Jednou z najväčších výhod virtualizácie je možnosť prevádzkovať viacero serverov na jednom fyzickom IPC bez ohrozenia vysokorýchlostného výkonu. S linuxovým jadrom Debian 10 ako základom podporuje SIMATIC Industrial OS virtualizáciu VMWare ESXi. To umožňuje väčšiu konsolidáciu hardvéru s cieľom využitia vyššej kapacity, zjednodušenej správy, zvýšeného výkonu a zníženia nákladov z pohľadu kapitálových a prevádzkových nákladov.

Virtualizácia umožňuje viacerým aplikáciám vrátane cloudových aplikácií na preventívnu údržbu, detekciu chýb a upozornenia na alarmy, ktoré sú k dispozícii v Siemens MindSphere, bežať súčasne, čo poskytuje väčšiu redundanciu a použiteľnosť pri konsolidácii viacerých pracovných zaťažení a časov spustenia. Okrem toho schopnosť spúšťať softvérové PLC môže úplne eliminovať potrebu fyzického PLC, čo generuje ďalšie úspory obstarávacích nákladov a priestoru.

3. Integrácia a interoperabilita so staršími zariadeniami a zariadeniami IIoT

Jedným z hlavných dôvodov, prečo prevádzkovatelia podnikov nemodernizujú svoje IPC alebo akékoľvek iné vybavenie, je to, že pri týchto činnostiach ide o prestoje prevádzky. Mnohé IPC fungujú ako jednofunkčné informačné ostrovy. Ako také nie sú navrhnuté tak, aby spolupracovali v rámci väčšieho systému. Preto potrebujú samostatný inžiniering a implementáciu požadovaných komunikačných a bezpečnostných protokolov, dátových štruktúr a zabezpečenia.

Aj keď je to pochopiteľná obava, alternatívne náklady na staršie zariadenia teraz prevažujú nad väčšinou nákladov na prestoje. Našťastie, integrované inžinierske aplikácie, ako je napr. Siemens Totally Integrated Automation (TIA Portal), poskytujú kompletné riešenie, ktoré môže skrátiť čas na inžiniering až o 30 % alebo viac, aby sa minimalizovali prestoje a súvisiace náklady.

Počas tejto prechodnej fázy, v ktorej sa štvrtá priemyselná revolúcia stále nachádza, je dôležité, aby sa IPC dalo rovnako ľahko integrovať so staršími zariadeniami aj s budúcimi generáciami zariadení. Väčšina IPC je extrémne flexibilná a môže byť prispôsobená zmenám požiadaviek v priebehu času. Architektúra Intel®, na ktorej sú postavené IPC špičkových výrobcov, ponúka spätnú kompatibilitu na opätovné použitie softvéru a aplikácií. Umožňuje tiež jednoduchú integráciu s viacerými systémami IIoT, aby sa zabezpečilo, že výrobcovia budú naďalej maximalizovať hodnotu údajov počas životnosti IPC.

4. Využitie edge a cloudových technológií

IPC ponúkajú flexibilnú aplikačnú podporu a pripojenie k PLC a SCADA systémom v prevádzke, čo z nich robí základný kameň špičkového výkonu. Spracovanie údajov zo širokej škály snímačov a akčných členov umožňuje vytvárať prehľady v reálnom čase na riadenie výrobných procesov, ktoré práve prebiehajú. S veľkým výpočtovým výkonom môžu IPC vystupovať v pozícii edge zariadenia a spracovávať údaje na mieste ich vzniku namiesto toho, aby bolo potrebné investovať do zariadení na odosielanie dát na spracovanie do cloudu. V rámci cloudu môžu podniky optimalizovať analytiku údajov pre lepší prehľad o procesoch a lepšie riadenie prevádzok. Siemens MindSphere ako cloudová platforma prispôsobená špeciálne priemyselnej automatizácii, ponúka možnosť optimalizovať údržbu, predvídať a predchádzať neplánovaným odstávkam aktív a monitorovať stav a výkonnosť kritických aktív počas ich životného cyklu.

5. Bezpečnosť a ochrana idú ruka v ruke

Odolnosť IPC, samozrejme, nie je len otázka výkonu, ale aj bezpečnosti. Prísne testovacie politiky dokážu potvrdiť, že väčšina porúch sa zistí počas plnej záťaže a záťažového testu. Zabezpečuje tiež, že IPC bude nielen fungovať podľa očakávania, ale ak dôjde k poruche, nebude tým ovplyvnená bezpečnosť operátorov ani samotnej prevádzky.

Vylepšená kybernetická bezpečnosť

Za posledné desaťročie sa väčšina priemyselných sietí rozrástla o desiatky, ak nie stovky ďalších strojov, zariadení a riadiacich systémov vrátane SCADA a energetického manažmentu. S každým novým pripojením sa vytvára potenciál na bezpečnostnú hrozbu. Bezpečnosť života bude vždy najvyššou prioritou, ale prevádzkové tímy teraz čelia hrozbám, ktoré sú potenciálne mimo ich kontroly, keďže väčšia konektivita spôsobuje, že siete sú zraniteľnejšie voči hackerom. Narušenie bezpečnosti môže ohroziť riadiace a núdzové bezpečnostné procesy, vystaviť zamestnancov nebezpečenstvu a výrobu nákladným prerušeniam. Správa používateľov s obmedzeným prístupom, testované aktualizácie opráv, zoznam povolených aplikácií a posilnenie systému prostredníctvom deaktivácie nepoužívaných rozhraní a funkcií môžu minimalizovať vstupné body na kybernetické útoky a chrániť pred malvérom a inými sieťovými hrozbami.

Transformácia obchodných procesov pre budúcnosť

Keďže vznikajúce podnikové IT technológie, ako sú cloud, veľké dáta a pokročilá analytika, sa stávajú rozhodujúcimi pre udržanie konkurenčnej výhody a maximalizáciu ziskovosti, prevádzkovatelia podnikov sa musia uistiť, že ich IPC sú kompatibilné nielen s dnešnými technológiami, ale aj s koncepciami Priemyslu 4.0. Moderné IPC sú navrhnuté tak, aby umožnili hladkú transformáciu existujúcich procesov na digitálne, aby výrobcovia mohli okamžite zlepšiť svoje výsledky s minimálnymi prestojmi vo výrobe a rýchlejšie využiť obchodné výhody Priemyslu 4.0.

Digitálna transformácia každého podniku bude nevyhnutne iná. No cieľ – zlepšiť využitie aktív, výrobu a konečný výsledok – je rovnaký. Ako líder v odvetví internetu vecí, ktorý sa zaviazal rozvíjať svoje produkty a služby na podporu digitálnej transformácie výrobcov v súlade s konceptmi Priemyslu 4.0, je spoločnosť Siemens dôveryhodným partnerom s celým radom IPC, ktoré môžu pomôcť prevádzkovateľom závodov, výrobcom OEM strojov a systémovým integrátorom minimalizovať prestoje, maximalizovať kontinuitu výroby a poskytovať podporu kdekoľvek na svete.

-tog-