Jedným z pomocných nástrojov na úspešné zvládnutie tejto výzvy by mali byť komplexné automatizačné platformy, ktoré integrujú celý automatizačný koncept do jedného ekosystému. Snahou nasledujúceho rozhovoru so zástupcami troch globálne významných výrobcov priemyselných automatizačných riešení je priblížiť možnosti a prínosy aktuálne dostupných automatizačných platforiem a zároveň naznačiť trendy, kde sa bude priemyselná automatizácia v blízkom období uberať.
Pozvanie k redakčnému mikrofónu prijali:
Ing. Marián Filka, manažér predaja, Siemens, s. r. o.
Ing. Martin Majer, manažér obchodnej kancelárie v Košiciach, B + R automatizace, spol. s r. o – organizačná zložka
Ing. Tomáš Halva, konateľ, Beckhoff Automation, s. r. o.
Zložitosť a rozsah automatizačných komponentov sa z roka na rok zvyšuje. Snahou ich najvýznamnejších výrobcov je však zjednodušiť prácu s týmito komponentmi. Aj preto sa už pred niekoľkými rokmi objavili na trhu rôzne komplexné automatizačné platformy. Mohli by ste v stručnosti predstaviť základnú filozofiu vašej platformy?
M. Filka: Siemens už niekoľko rokov rozvíja koncept Totaly Intergated Automation; tento koncept je aj našou filozofiou pri tvorbe automatizačných riešení pre priemysel. Prirodzeným vyústením tohto vývoja je prostredie TIA Portal, ktoré reprezentuje koncept Totaly Integrated Automation v praxi.
M. Majer: Firma B&R ponúka riešenia, ktorých výhodami boli a sú otvorenosť, modulárnosť a jednoduchá výmena komponentov. Táto filozofia sa uplatňuje pri vývoji produktov, ako sú PLC systémy, priemyselné PC a Panel PC, servosystémy alebo systémy strojového videnia, rovnako pri ich programovaní a parametrizácii. Už s príchodom prvých OS Windows predstavilo B&R jedinečnú platformu Automation Studio – jeden softvérový nástroj na všetko. Automation Studio dnes ponúka kompletnú škálu moderných a intuitívnych nástrojov potrebných od založenia projektu, výberu vhodného hardvéru, výpočtu parametrov pohonov, podpory plnej simulácie na všetkých úrovniach, vytvárania otvorených webových vizualizácií, programovania, prípadne parametrizácie samotnej používateľskej aplikácie pomocou mapp technológie až po uvedenie do prevádzky, diagnostiku, diaľkovú správu a verziovanie vytvoreného projektu.
T. Halva: Beckhoff je charakterizovaný sloganom New Automation Technology. Vždy sa snažíme čo najrýchlejšie adaptovať najnovšie výsledky vývoja a tým aj udávať smer svetovej automatizačnej technike. Základná filozofia Beckhoffu je však jednoduchá: na riadenie automatizačných aplikácií využívame výkonnú a štandardnú platformu priemyselných PC. Na to sme už v roku 1996 vyvinuli prvú verziu softvérového balíka TwinCAT, ktorý naši zákazníci používajú na vývoj aplikačného softvéru. Na spojenie riadiaceho systému s perifériami, pohonmi a ďalšími decentralizovanými prvkami používame priemyselnú zbernicu EtherCAT, ktorú Beckhoff vyvinul v roku 2004. EtherCAT je extrémne rýchla a dokáže integrovať aj ostatné komunikačné zbernice, ako napr. Profinet.
Kto je cieľovou skupinou na využitie možností platformy a aké výhody z toho pre jej používateľov plynú?
M. Filka: Cieľovou skupinou pre TIA je každý, kto sa zaoberá vývojom alebo údržbou automatizačných komponentov, a to hlavne riadiacich systémov, vizualizácií, aplikácií SCADA, pohonov, priemyselných sietí či inteligentných motorických vývodov.
M. Majer: Naša platforma je zameraná na výrobcov sériových a jednoúčelových strojov a liniek v akomkoľvek odvetví priemyslu. Výhodou našich systémov je otvorenosť a úplná škálovateľnosť. To znamená, že sa vieme prispôsobiť požiadavke zákazníka. Okrem používania štandardných IEC programovacích jazykov vieme do systémov B&R začleniť aj kód napísaný v C/C++, Phyton, JavaScript a ďalších. To dáva jednoduchú možnosť rozšíriť našu automatizáciu aj do sveta IT a o odborníkov z iných oblastí.
T. Halva: Veľký výpočtový výkon moderných procesorov nám dáva možnosť nasadenia aj v najzložitejších a výpočtovo najnáročnejších aplikáciách. Okrem klasických aplikácií typu výrobných liniek v automobilovom priemysle alebo jednoúčelových strojov sa Beckhoff špecializuje na rozsiahle pohonárske aplikácie s desiatkami až stovkami servoosí, veľmi rýchle deje rádovo v mikrosekundách, presné meranie, CNC stroje a mnoho ďalších. V našich systémoch používame vždy najnovšie generácie procesorov. V bežnej praxi to znamená nasadenie napr. štvor- či osemjadrových procesorov. Náš najvýkonnejší systém C6670 však dokáže pracovať až s dvoma dvadsaťjadrovými procesormi Intel Xeon Gold, disponuje teda štyridsiatimi procesorovými jadrami. Ak uvážime veľkosť operačnej pamäte rozšíriteľnej až na neuveriteľných 384 GB, dostaneme pravdepodobne najvýkonnejší priemyselný riadiaci systém na svete. Pre používateľa to znamená, že nemusí zadanie deliť na funkčné celky s niekoľkými (desiatkami) dedikovanými PLC, ktoré potom musia medzi sebou zložito komunikovať a synchronizovať svoj stav. Naopak, môže použiť jediný systém, ktorý spracuje okrem štandardného aplikačného programu napr. aj spracovanie obrazu z kamier, náročné kinematické výpočty pri pohonárskych aplikáciách, zaistí komunikáciu s MES či iné databázové úlohy, obslúži HMI server atď. Naši používatelia tak takúto zložitú aplikáciu naprogramujú, nasadia a následne aj udržujú oveľa jednoduchšie.
V nedávnej minulosti bola väčšina HW/SW komponentov na trhu proprietárna, t. j. uzavretá, a nebolo možné prepojiť ich s komponentmi iných výrobcov alebo len veľmi komplikovane. Postupom času tento prístup prekonala myšlienka štandardizácie a na trhu sa udomácnili rôzne technológie, ktoré v súčasnosti už podporuje väčšina výrobcov priemyselnej automatizácie. Má vaša platforma tento rozmer a podporuje otvorené a uznávané medzinárodné štandardy?
M. Filka: TIA Portal prináša otvorenosť cez zavedené medzinárodné štandardy, ako sú hlavne Profibus, Profinet, OPC UA. Cez tieto štandardy možno integrovať aj produkty iných výrobcov.
M. Majer: B&R vždy podporovalo štandardizáciu na trhu, preto sme aj členmi viacerých medzinárodných organizácií. V súčasnosti sa najviac hovorí o OPC UA a OPC UA over TSN, ktoré máme plne implementované na softvérovej aj hardvérovej úrovni. Zákazníci často využívajú aj naše možnosti priameho napojenia riadiaceho systému PLC do databáz (MS SQL, My SQL, MariaDB, PostgreSQL), prípadne do nadradených systémov SCADA, ERP a MES.
T. Halva: Práve ste popísali jednu z hlavných myšlienok Beckhoffu – otvorený automatizačný systém. Oproti iným výrobcom, ktorí svoje štandardy často uzatvárajú, ideme úplne opačnou cestou. Príkladom je spomínaná zbernica EtherCAT. Keď sme definovali tento protokol, mysleli sme nielen na to, aby mala výborné technické vlastnosti, ale aj na to, aby sami používatelia mohli z tejto zbernice profitovať. Preto sme hneď od začiatku otvorili nielen definíciu zariadenia typu slave, ale ktokoľvek si môže vyvinúť aj zariadenie EtherCAT master. K dnešnému dňu (8/2022) je v EtherCAT Group (medzinárodná organizácia zastrešujúca zbernicu EtherCAT, www.ethercat.org) celkom 6 815 organizácií. Ide teda o svetovo najväčšiu organizáciu zastrešujúcu ktorúkoľvek priemyselnú zbernicu. Samozrejme sme jej členom a často sa aktívne podieľame na vývoji ostatných štandardizačných organizácií, či už ide o priemyselné zbernice, platformu Industry 4.0 a iné. Naša otvorenosť je zrejmá aj z používanej hardvérovej platformy. Keď používate priemyselné PC, máte k dispozícii všetko, čo ponúka PC platforma – od obrovskej úložnej kapacity harddisku cez pamäť RAM, štandardné periférie, pripojenie k sieti a tým aj k dátovým úložiskám.
Na trhu práce je neustále prítomný nedostatok kvalifikovaných odborníkov a aj preto sa mnohé technológie zjednodušujú do takej miery, aby s nimi boli schopní pracovať aj menej technicky zdatní ľudia (napr. nie je potrebné ovládať programovanie vo vyšších programovacích jazykoch, program sa generuje automaticky z navrhnutej architektúry riadenia a pod.). Aké možnosti z tohto hľadiska ponúka vaša platforma?
M. Filka: TIA Portal umožňuje generovať riadiace a vizualizačné algoritmy pre určité oblasti priamo od Siemens, je to hlavne Energy Management (Energy Suite) a procesná diagnostika (ProDiag). Tiež možno generovať celé vizualizácie pomocou produktu SIVARC. Keďže samotný aplikačný SW PLC a HMI dnes tvorí konkurenčnú výhodu výrobcov strojov, Siemens poskytuje v rámci TIA Portal API rozhranie (TIA Openness), ktoré umožňuje našim zákazníkom vytvoriť generátor automatizačných riešení vo vlastnej réžii a tým ochrániť svoje know-how a zabezpečiť vnútrofiremnú štandardizáciu.
M. Majer: Naše vývojové prostredie podporuje generáciu hardvérovej zostavy spolu s mapovaním V/V premenných a samozrejme aj automatickú generáciu kódu, prípadne knižníc z viacerých platforiem. Zároveň ponúkame zabudovanú, veľmi jednoduchú a intuitívnu technológiu, ktorú sme nazvali mappTechnology. Ide o balíky funkčných softvérových celkov v niektorých prípadoch obsahujúcich aj predpripravenú vizualizáciu, ktorými si môže zákazník vystavať základnú kostru stroja. V princípe môžeme hovoriť o mappAlarm, mappRecipe, mappUser a mappFile (podobné ako total comander) a na ne sa môžu nabaľovať pokročilejšie (mappMotion, mappSafety, mappVision apod.) alebo technologické (mappCNC, mappRobitics, mappTemperature, mappHydraulics apod.) komponenty. Podstatné je, že všetky mapp do seba zapadajú ako puzzle, sú ľahko kombinovateľné, prepojiteľné a hlavne sú plne technicky podporované a školené zo strany B&R. Navyše naša spoločnosť sa snaží aktívne spolupracovať v tomto smere aj s vysokými školami.
T. Halva: Vývoj väčších projektov by sa mal začať analýzou a návrhom štruktúry vyvíjaného softvéru. Preto analytici veľmi často siahajú po UML (Unified Modeling Language), teda celosvetovo uznávanom grafickom modelovacom jazyku. Práve UML môžu naši používatelia použiť ako najvyššiu vrstvu návrhu softvéru. Ďalším krokom na zjednodušenie návrhu softvéru je náš modul TwinCAT Analytics, ktorý umožňuje automatické generovanie kódu na spracovanie a analýzu nameraných dát. Spomenúť môžem napr. aj tzv. Automation Interface, ktorý dokáže na základe základných inštrukcií programátora automaticky vygenerovať napr. celé časti kódu, hardvérovú konfiguráciu či jednotlivé softvérové moduly. Dovolím si však nesúhlasiť s myšlienkou, že by sa svet automatizácie mal v budúcnosti zaobísť bez programovania. Naopak, myslím si, že vývoj automatizačných aplikácií sa dnes čoraz viac približuje prístupom, ktoré sú úplne bežné v IT. Napr. použitie objektovo orientovaného prístupu k programovaniu značne zjednodušuje vývoj – najmä pri zložitejších aplikáciách. Preto aj náš TwinCAT disponuje možnosťou písať objektovo orientovaný používateľský kód. TwinCAT umožňuje napr. aj beh aplikácií vyvinutých v prostredí Matlab/Simulink, čo pre používateľov tohto mimoriadne rozšíreného modelovacieho nástroja znamená po odladení matlabovského modelu nulovú dodatočnú prácu. Naši používatelia navyše môžu svoju aplikáciu nielen naprogramovať, ale aj testovať v prostredí TwinCAT úplne zadarmo.
Tzv. exponenciálne technológie, ktoré sa v poslednom období presadzujú aj v oblasti priemyselnej automatizácie, umožňujú realizovať rôzne možnosti modelovania a simulácie a realizovať tzv. digitálne dvojčatá zariadení či celých procesov. Podporuje vaša platforma prácu s takýmito nástrojmi a akú pridanú hodnotu to prináša používateľom?
M. Filka: Siemens má ucelenú ponuku na realizáciu takýchto moderných prístupov. Na našom SW vybavení vieme plnohodnotne realizovať všetky zákaznícke požiadavky, napríklad digitálne dvojča, virtuálne uvádzanie do prevádzky alebo integráciu moderných technológií, ako je umelá inteligencia, cloud, edge. Naše SW prostriedky umožňujú jednoduchú integráciu a škálovanie podľa potrieb zákazníka. Typický scenár pre digitálne dvojča stroja môže pozostávať zo SW: TIA Portal + PLCSIM Advanced + SIMIT + Mechatronics Concept Designer.
M. Majer: Znova môžeme povedať, že B&R platforma plne podporuje modelovanie a simulácie buď ako zabudovaný nástroj priamo vo vývojovom prostredí Automation studio, alebo ide o podporu celej škály externých, na trhu známych nástrojov. Zo zákazníkom máme možnosť baviť sa o tom, či simulácia alebo model majú byť len jednoduchým pohybom vo virtuálnom priestore alebo či má zohľadňovať aj fyzikálne parametre, napr. hmotnosť, zrýchlenie, zotrvačnosť. Aj naše transportné technológie založené na princípe elektromagnetickej levitácie sa v 100 % prípadoch programujú a ladia v simulačnom prostredí a až následne sa pokračuje s reálnym hardvérom. Tiež môžeme povedať, že simulácie až po virtuálnu realitu sú dnes trendom a zákazník vo veľa prípadoch chce vidieť najskôr model a až následne sa ide k realizácii stroja alebo výrobnej linky. Touto formou sa ľahšie implementujú zmeny už v existujúcej výrobe, čím sa predchádza neželaným odstávkam.
T. Halva: Mnohé som už spomenul vo svojich predchádzajúcich odpovediach. Beckhoff bude vždy prístupný otvoreným nástrojom. Či už sa to týka programovania, modelovania, alebo digitálnych dvojčiat. Osobne si myslím, že v tretej spomínanej oblasti musia ešte prebehnúť mnohé diskusie nielen medzi dodávateľmi navzájom, ale napr. aj v rámci platformy Industry 4.0. A to tak, aby mohli byť modely digitálnych dvojčiat naozaj úplne štandardizované. V takom stave teraz svet podľa môjho názoru ešte zďaleka nie je.
Ak majú rôzne oddelenia a odborníci možnosť pracovať nad jednou spoločnou verziou projektu, ktorá je aktualizovaná v reálnom čase, je to veľký prínos z hľadiska efektivity práce a minimalizácie možných chýb. Aké možnosti ponúka vaša platforma práve z hľadiska správy projektov?
M. Filka: Ako som už spomenul, TIA Portal poskytuje vývojové prostredie pre rôznych špecialistov. Pri veľkých projektoch je nutná spolupráca množstva odborníkov z rôznych oblastí. To je v TIA Portal vyriešené Multiuser Serverom. Tento server sa stará o verziovanie projektu, riadenie prístupu, synchronizáciu zmien medzi používateľmi a pod. Pre veľmi veľké projekty Siemens tiež ponúka prostredie na testovanie zhody so softvérovým štandardom, napr. na PLC programovanie – Test Suite.
M. Majer: Naša platforma ponúka možnosť využívania integrovaných nástrojov na verziovanie projektov, prípadne sa dajú použiť aj externé nástroje typu Tortoise SVN alebo Git (GitKraken). Využívanie verziovania urýchľuje vývoj aj samotné nasadenie aplikácie a tiež zabraňuje strate alebo poškodeniu už vytvoreného projektu.
T. Halva: Jeden z najlepších a najrozšírenejších nástrojov na správu verzií kódu a spoluprácu v tíme je GIT (www.git-scm.com). Tento nástroj využívajú pri vývoji spoločnosti ako Google alebo Microsoft; vyvíja sa na ňom Twitter, Android, Linux alebo Netflix. Beckhoff ho podporuje tiež spoločne s ďalšími nástrojmi.
Nadviažem ešte na predchádzajúcu otázku – neprehliadnuteľným trendom je umiestňovanie aplikácií a údajov do cloudových riešení, ku ktorým je možné pristupovať bezpečne a bez obmedzení pre konkrétnu lokalitu. Takéto riešenie navyše odbremeňuje používateľa budovať často finančne aj technicky náročnú infraštruktúru. Podporuje vaša platforma aj prácu v tomto smere a aké konkrétne možnosti ponúka?
M. Filka: Siemens ponúka svojim zákazníkom priamo riešenie v cloude. Funguje to tak, že zákazník si objedná subscription (časovo obmedzený prístup) na prostredie TIA Portal a následne dostane prístup k predinštalovanému virtuálnemu počítaču, ktorý beží v cloude.
M. Majer: Podporujeme databázové riešenia, prípadne priamu komunikáciu s nadradenými systémami alebo SAP-om. S PLC sme realizovali priamu komunikáciu napríklad s Amazon Web Services alebo ABB Ability. B&R aktuálne neposkytuje svojim zákazníkom priame cloudové služby.
T. Halva: My sa neuspokojíme len s tým, že by sme používateľovi umožňovali ukladať údaje do cloudu (napr. najrozšírenejším protokolom MQTT). V dnešnej dobe beriem konektivitu na Azure od Microsoftu alebo AWS od Amazonu ako samozrejmosť – samozrejme, pokiaľ to bezpečnostná politika daného výrobného závodu dovolí. Beckhoff však ide oveľa ďalej. Našim zákazníkom môžeme ponúknuť aj kompletnú cloudovú platformu na vývoj používateľských aplikácií.
Predpokladám, že nemáte v skrinke odloženú zázračnú sklenenú guľu, ktorá vám ukazuje budúcnosť. Napriek tomu moja posledná otázka smeruje práve sem – ako vidíte ďalší vývoj v oblasti priemyselnej automatizácie? Ktoré technológie a prístupy sa budú presadzovať najviac? A akú úlohu v tomto celom scenári bude hrať človek?
M. Filka: Trendom budúcnosti je jednoznačne prechod od automatizovanej k autonómnej výrobe a logistike. S týmto trendom súvisí intenzívne zavádzanie IT technológií do riadenia strojov. Ide hlavne o rôzne formy umelej inteligencie, vizuálne systémy a tiež prepájanie na externé bázy znalosti (prevažne v cloude). Toto bude vytvárať zvýšené požiadavky na sieťovú infraštruktúru strojov a výpočtový výkon v rozvádzačoch (tu je riešením edge). Všetky moderné koncepty riadenia zvyšujú riziko kybernetických útokov, preto bude určite potrebná vysoká miera kybernetickej bezpečnosti. Výsledkom vyššej miery automatizácie je potreba väčšieho množstva výkonnejších riadiacich systémov. Tieto riadiace systémy bude musieť niekto naprogramovať, nasadiť do prevádzky a udržiavať. Priamym dôsledkom bude, že profesia inžiniera „automatizéra“ bude do budúcna žiadanejšia ako doteraz. Naopak, profesie ako operátor výroby, ktorý opakuje monotónnu prácu bez potreby kreatívneho myslenia, budú ohrozené.
M. Majer: Automatizácia alebo automatizačné riešenia sa aj naďalej budú približovať svetu IT. Pribudne veľa nástrojov na modelovanie, simuláciu a vytváranie VR. Týmto trendom sa budú prispôsobovať aj hardvérové riešenia od samotných PLC až po mechanické alebo skôr mechatronické systémy. Od koncových zákazníkov bude pribúdať tlak na štandardizáciu, ako to aktuálne vidíme s OPC UA alebo OPC UA over TSN. Zber údajov z automatizovaných liniek a celej výroby by sa mohol približovať veľkým údajom, na základe ktorých budú môcť firmy po ich vyhodnotení ešte lepšie plánovať a inovovať. No človek bude ten, kto tieto systémy bude navrhovať, spravovať, bude im rozumieť a prinesú mu pridanú hodnotu.
T. Halva: Väčšina nášho rozprávania sa dnes točila okolo softvéru. Myslím si, že práve táto oblasť bude ťažiskom ďalšieho vývoja. V poslednej dobe sme predstavili napr. modul TwinCAT na beh neurónových sietí, ktoré tiež nie sú ničím iným ako špeciálnym typom algoritmu. Napadá mi napr. aj tzv. hypervízor, ktorý umožňuje na jednom riadiacom systéme spúšťať rôzne operačné systémy vrátane kontajnerov Docker. Tie sú vo svete IT momentálne veľkým hitom pre jednoduchosť a nenáročnosť svojej distribúcie. Všeobecne si myslím, že celý svet automatizácie sa bude posúvať ešte bližšie k svetu IT. Pre Beckhoff je to skvelá správa, pretože presne na tento trend sme boli vždy pripravení.
Ďakujeme za rozhovor.