Spoločnosť Intrinsics Imaging (Kalifornia, USA) rieši tento problém pomocou analytického softvéru ako služby – Heijunka Vision. Namiesto programovania špecializovaných kamier poskytuje Heijunka knižnicu na spracovanie obrazu a algoritmy strojového učenia bežiace v cloude, ktoré umožňujú akejkoľvek IP kamere vykonávať inteligentnú detekciu defektov. Spoločnosť Intrinsics spolupracuje so zákazníkmi na prispôsobení analýzy ich špecifickým cieľom a potom poskytuje služby na úrovni concierge, takže zákazníci už nemusia trénovať, prispôsobovať alebo udržiavať svoj systém snímania a spracovania obrazu. Heijunka sa zvyčajne integruje so systémami SCADA, umožňuje vytváranie analytických obrazoviek, alarmov a akcií kontroly kvality. Keď sa však na spoločnosť Intrinsics obrátil zákazník, ktorý dúfal, že integruje Heijunku priamo do riadenia procesov, zameral sa na riešenie spoločnosti Opto22 groov RIO® edge I/O, aby prepojil cloudové riešenie s edge technológiou.
Zabezpečenie až na koncové zariadenia
Pri aplikáciách, ako je výroba asfaltových strešných krytín a iných druhov stavebných produktov, Heijunka nielen zisťuje chyby v náteroch, ale zisťuje aj problémy so sklolaminátovým podkladom, farebnou konzistenciou, balením produktov a dokonca aj počtom paliet. Môže tiež nepretržite kontrolovať materiály počas procesu, aby sa zabezpečilo, že sú splnené špecifikácie, ako sú rozmery, hladkosť, priamosť a farba. Obr. 1 Heijunka nepretržite kontroluje materiály v procese, aby sa výrobca uistil, že sú splnené všetky parametre, ako sú rozmery, hladkosť, priamosť a farba (Zdroj: Intrinsics Imaging) V rámci spomenutej aplikácie bol analytický softvér Heijunka nasadený na dve výrobné linky, kde sa dosky pohybujú vysokou rýchlosťou. • Primárna linka reže veľké platne plechu na požadovanú veľkosť. Narezané plechy by bolo potrebné skontrolovať, či neobsahujú nadmernú vlhkosť, ako aj priehlbiny, úlomky a škrabance malé ako zrnko ryže. Výrobca prenáša cez tento dopravník stovky rôznych typov produktov, pričom každý je narezaný na inú veľkosť a konfiguráciu. • Druhá linka je zodpovedná za monitorovanie kvality procesu opracovania, konkrétne za hľadanie triesok pozdĺž hrán. Na rozdiel od väčšiny aplikácií Heijunka, zákazník chcel od softvéru generovať OK/NOK signál, ktorý by sa dal integrovať priamo do PLC, ktoré by zvládli odmietnutie materiálu. Zákazník dúfal, že obídenie SCADA a poskytnutie priamej cesty k činnosti PLC zjednoduší integráciu a zníži oneskorenie. Spoločnosť Intrinsics však predtým neintegrovala svoj cloudový softvér priamo s hardvérovým systémom. „S tým sme nepočítali,“ hovorí Eric Cheng, CTO v Intrinsics. „Nebol som si istý, aký druh zariadenia by mohol poskytnúť fyzické rozhranie pre náš cloudový systém a tiež uspokojiť naše technické a prevádzkové požiadavky.“ Okrem toho, že E. Cheng potreboval zariadenie, ktoré by tolerovalo priemyselné prostredie a integrovalo sa s existujúcim softvérovým balíkom Heijunky, potreboval niečo, čo by fungovalo s minimálnym oneskorením. Od odoslania daného videozáznamu do Heijunky by mal zákazník k dispozícii približne päťsekundové okno, v ktorom by mohol odhaliť a odmietnuť problematickú časť. Heijunka by musel vrátiť indikáciu OK alebo NOK, ktoré trvalo spadajú do tohto okna. Hľadanie chýbajúceho kúska skladačky Podľa E. Chenga je komunikačná infraštruktúra Heijunky zvyčajne postavená na MQTT. „Vo všeobecnosti zriaďujeme MQTT broker a publikujeme na dohodnutú tému,“ vysvetľuje. „Pre zákazníkov je to často novinka, ale zvyčajne je to najlepší spôsob, ako splniť ich požiadavky na výkon a zabezpečenie. MQTT je ľahký a má malé oneskorenie, existuje preň množstvo open source podpory a nevyžaduje, aby sme sa dostali do ich siete zvonku. Amazon Web Services® (AWS) má spravované MQTT služby na hosťovanie brokera a v prípadoch, keď hosťujeme systém sami, je všetko nasaditeľné hneď po vybalení a v cloude.“ V tomto prípade bola Heijunka hosťovaná na AWS a publikovala správy MQTT hosťovanému brokerovi, ktorý bol potom prepojený s miestnym brokerom v zariadení zákazníka. Premostenie umožňuje brokerom vymieňať si údaje na pozadí, aby boli k dispozícii klientom v oboch systémoch. Táto architektúra sa ukázala ako kľúčový faktor pri výbere produktov groov RIO pre finálnu časť riešenia Intrinsics. „Zákazník objavil Advantech ATOM a to ma priviedlo ku groov RIO. Nechcel som sa spoliehať na Windows 7, ale Advantech ma inšpiroval uvedomiť si, že zariadenie s MQTT by mohlo fungovať v tom, čo sme chceli. Groov RIO bolo presne to, čo sme potrebovali, a bolo úžasné vidieť, čo všetko sa s tým dá robiť,“ konštatuje E. Cheng. Groov RIO má priemyselné vyhotovenie vrátane širokého rozsahu prevádzkových teplôt, certifikáciu UL do nebezpečného prostredia a schválenie ATEX, jadro Linux® a viacero možností pre MQTT. Poskytuje webové rozhranie, runtime Node-RED s vizuálnym programovaním (low-code) a zabudovanú bezpečnostnú bránu, takže sa pri konfigurácii, programovaní a správe nebude musieť spoliehať na počítač so systémom Windows. Vzhľadom na to, že to bol pre E. Chenga úplne nový prístup, dokumentácia a podpora Opto 22 boli pre neho „veľkou pomocou“. Obr. 2 Hybridná architektúra Intrinsics využívala dva moduly groov RIO na každej výrobnej linke, aby umožnila cloudovým analytikom bezpečne riadiť akcie vo fyzickom procese na edge zariadeniach. Riadenie z cloudu Spoločnosť Intrinsics vybudovala izolovanú sieť na pripojenie kamier a modulov RIO MM1 (GRV-R7-MM1001-10) k lokálnemu brokeru MQTT. Samostatná sieť pripája tohto brokera k internetu na streamovanie videa do Heijunka Vision a výmenu údajov s hosťovaným brokerom MQTT, pričom obe bežia na AWS. Modul groov RIO MM1 poskytuje osem kanálov univerzálnych V/V s podporou viac ako dvanásť softvérovo voliteľných typov signálov. V/V údaje možno zdieľať cez MQTT, REST, VPN alebo tradičné protokoly ako Modbus®/TCP a zabezpečiť ich overením používateľa, lokálnou bezpečnostnou bránou a certifikátmi TLS X.509. V tomto prípade každý modul groov RIO vytvorí šifrované spojenie s miestnym brokerom, ktorý má otvorený iba port 8883, štandardný port na pripojenie MQTT TLS. Rozhodnutie o premostení medzi dvoma brokermi MQTT je tiež z dôvodu bezpečnosti. Miestny broker funguje ako bezpečnostná brána pre systém na úrovni prevádzky, pričom stále umožňuje výmenu údajov groov RIO s Heijunkou v cloude. „Cieľom je udržať groov RIO nedostupné zvonku,“ hovorí E. Cheng. Na uspokojenie ďalšej požiadavky zákazníka používa každá výrobná linka dva moduly groov RIO nakonfigurované tak, aby každý poskytoval osem samostatných vstupov. PLC výrobnej linky kódujú ID produktu pre konkrétnu časť, ktorú Heijunka kontroluje, ako 16-bitové celé číslo a posielajú každý bit na jeden zo vstupov na páre RIO. Tok Node-RED v každom module RIO publikuje svojich osem vstupných kanálov ako témy MQTT, ktoré Heijunka kombinuje na dekódovanie ID produktu a výber vhodného súboru algoritmov pre daný typ produktu. Moduly groov RIO tiež používajú Node-RED na odber indikátorov kvality, ktoré Heijunka zverejňuje brokerovi MQTT. Jeden z reléových výstupov v každom páre modulov sa používa na indikáciu rozhodnutia OK/NOK vráteného Heijunkou pre danú časť. Výrobné PLC sledujú tieto výstupy a v prípade potreby ich používajú na spustenie fyzického odmietnutia produktu. Keďže Heijunka vykonáva všetky náročné výpočty a identifikáciu produktu, moduly groov RIO môžu spúšťať rovnakú logiku bez ohľadu na typ produktu, čím vytvárajú čisté rozhranie medzi cloudovými a edge sieťami. Rýchla automatizovaná kontrola kvality Zákazník už niekoľko mesiacov automaticky deteguje nepodarky a chybné kusy vyraďuje z linky a plánuje zaviesť Heijunku aj vo zvyšných prevádzkach. Intrinsics dokázal zabezpečiť, že čas od merania po výsledok trvá menej ako dve sekundy. „Som ohromený tým, aké je to rýchle, aj keď robíme dva alebo tri kroky,“ hovorí E. Cheng. „Väčšina oneskorenia je spôsobená prenosom videa cez sieť.“ Zákazník spoločnosti Intrinsics využíva Heijunku na úsporu nákladov na pracovnú silu a zvýšenie kvality s celkovým cieľom vyhnúť sa reklamáciám svojich odberateľov. Zákazník môže kontrolovať výkon systému prostredníctvom vstavaného trendového modulu v rámci Heijunka, ktorý zobrazuje metriky, ako je počet defektov zistených za hodinu a pod. V priebehu času môže zákazník sledovať historické trendy v chybovosti a diagnostikovať hlavnú príčinu zvýšenej úrovne defektov. Obr. 3 Každý z defektov v grafe označuje produkt, ktorý spustil signál odhalenia zlej kvality v Heijunke, ktorý sa potom dostal do modulov RIO cez MQTT (zdroj: Intrinsics Imaging) Používateľ môže kliknúť na ľubovoľnú lištu v histograme a okamžite vyvolať prehrávané obrázky, aby videl každú chybu, ktorú systém kedy zistil. Každý z defektov v uvedenom grafe označuje produkt, ktorý spustil signál odhalenia zlej kvality v Heijunke, ktorý sa potom dostal do RIO modulov cez MQTT. „Boli sme pod tlakom, pretože sme to mali urobiť rýchlo,“ hovorí E. Cheng, „ale prišli sme na to za menej ako mesiac. Teraz môžeme poskytnúť priame fyzické rozhranie pre nízkoúrovňové automatizačné systémy. Vďaka RIO sme akčnejší medzi cloudovým softvérom a fyzickou akciou a zákazník môže hovoriť jazykom, ktorý mu najviac vyhovuje. To umožnilo čistejšie oddelenie medzi našou odbornosťou v oblasti softvéru a ich odbornosťou v oblasti hardvéru.“ S groov RIO môže byť Heijunka teraz prispôsobená mnohým aplikáciám, ktoré podporujú hardvérové aj softvérové rozhrania podľa toho, čo poskytuje najlepší výkon. Viac informácií o Intrinsics Imaging nájdete na www.intrinsicsimaging.com.
Zdroj: Using Edge I/O to Automate Quality Control. Opto22, 2022. Prípadová štúdia. [online].
-tog-