Det industrielle internet, som en spirende forretningsmodel og applikationsparadigme dannet af den dybe integration af næste-generations informationsteknologi med den industrielle økonomi, fungerer som det kritiske grundlag for industrielle virksomheders opnåelse af digital transformation. I de senere år er der opstået adskillige integrerede løsninger gennem innovation, der er skræddersyet til produktionskarakteristika og smertepunkter i nøgleindustrier. Eksempler omfatter forsyningskædesamarbejde i høj-fremstilling af udstyr, fjernbetjening og vedligeholdelse af større udstyr, energibesparelse og emissionsreduktion i stålindustrien og overvågning af produktionssikkerhed i den petrokemiske sektor. Disse løsninger udnytter fuldt ud det industrielle internets aggregerings- og forstærkningseffekter, driver den digitale transformation af produktionen og leverer kerneværdi i kvalitetsforbedring, omkostningsreduktion og effektivitetsgevinster.
Industrielle internetplatforme giver mulighed for aggregering, integration, lagring, behandling, databehandling og analyse af massive industrielle data, hvilket gør det muligt for virksomheder at bygge ensartede, fuld-livscyklusdriftskontroldataplatforme. Adskillige platforms-relaterede teknologier gennemgår løbende iteration og fremskridt (f.eks. mikroservicekomponenter, containere, batchdatabehandling, strømbehandling). Disse teknologier giver os gradvist mulighed for at udføre dybdegående-analyse af heterogene, massive industrielle data, samtidig med at akkumuleringen af industriel viden, afkobling af hardware og software og hurtig implementering af innovative applikationer accelereres. Men vi erkender, at disse avancerede, open{8}}open source-teknologier grundlæggende er værktøjer til at hjælpe virksomheder med at opnå intelligent fremstilling-ikke selve slutmålet. Ved at udnytte sådanne platforme kan store virksomheder optimere produktionen på tværs af hele fremstillingsomfanget, forbedre den fulde værdikæde af aktiver og operationer og i sidste ende opnå værdioptimering i en -helhedscyklus. For eksempel udnytter Abu Dhabi National Oil Company (ADNOC) Group sit panoramiske digitale kommandocenter til centralt at overvåge og optimere aktiverne og operationelle præstationer for 14 driftsselskaber fra sit hovedkvarter. Gennem løsninger som forudsigelig vedligeholdelse og værdikædeoptimering har den identificeret potentielle værdioptimeringsmuligheder til en værdi af $60 millioner til $100 millioner for koncernen (leverer løsninger til optimering af olie- og gasværdikæder, integration af aktiv- og operationelle værdikæder og maksimering af produktions- og driftsafkast).
Det industrielle internet tilbyder adskillige løsninger i scenarier som serviceudvidelse, netværkssamarbejde og personlig tilpasning ved at forbinde virksomheder, brugere og produkter. Det er dog stadig i en udforskningsfase for intelligente produktionsscenarier, og virksomheder står stadig over for betydelige udfordringer i produktionsdrift.
Udfordringer, som nutidens produktionsvirksomheder står over for
Markedsudfordringer: Globale økonomiske og markedsmæssige usikkerhedsmomenter tvinger producenterne til hurtigt at tilpasse strategier for at tilpasse sig hyppigere og hurtigere-markedskrav, mens de navigerer efter udsving i råmateriale- og energiomkostninger. Denne tendens tvinger virksomheder til at genoverveje deres operationelle tilgange: de skal løbende lancere nye produkter, samtidig med at indkøbscyklusser for udstyr, tidslinjer for udvikling af nye produkter og tid-til-markedsføring forkortes. De skal etablere efterspørgselsdrevne, forsyningskæde-koordinerede forretningsmodeller for optimering og fleksible produktionssystemer som stor-blandet-linjeproduktion-særligt kritisk for den diskrete fremstillingssektor.
Udfordringer til fastholdelse af menneskelige ressourcer og viden: Efterhånden som ældre generationer af arbejdere går på pension, risikerer den ekspertise, de besidder inden for kontrolsystemer, drift og vedligeholdelse, at gå tabt. Industrivirksomheder står over for betydelige udfordringer som følge af overgange til arbejdsstyrke. Den nye generation af digitale indfødte forventer, at viden om industriel automatisering er indlejret i de systemer, de bruger, mens traditionelle OT-talenter bliver mere og mere knappe.
Udfordringer med hensyn til samlede omkostninger og overholdelse: Hvordan man optimerer og reducerer omkostningerne til nye byggeprojekter og driftsudgifter, mens man overholder stadig strengere nationale miljøbeskyttelseslove og -regler for at muliggøre bæredygtig udvikling.
Industrielle ledere håber, at Industry 4.0 og Industrial Internet-teknologier vil hjælpe dem med at håndtere disse nye udfordringer. Brancheanalytikere vurderer, at mere fleksible, næste-generations produktionsteknologier kan øge produktionsproduktiviteten med 30 %. Men forskning viser også, at 60 % af virksomhederne ikke formår at fremme deres projekter ud over pilotfasen. Dette resultat stammer fra forskellige faktorer relateret til personale, processer og teknologi. På den teknologiske front kæmper de fleste producenter for at opnå højere afkast fra disse innovationer, primært fordi deres operationelle anlægssystemer forbliver lukkede, proprietære opsætninger. Siden 1970'erne, da DCS- og PLC-systemer trådte ind i industriel automation, har proprietære systemer udviklet sig. Til dato har markedet udviklet sig omkring hardware{11}}softwarebundtmodeller, hvor hver automatiserings- og informationssystemleverandør har skabt sit eget softwareøkosystem. Dette tvinger brugerne til at vedligeholde flere OT- og IT-systemer, hvilket fremmer høj afhængighed af systemleverandører.
Aktuelle flaskehalse på kanten af det industrielle internet
Ikke-digital arkitektur-De fleste moderne automatiseringssystemer er meget optimeret til kontrol i realtid-, men de kan ikke udnytte de hurtigt fremadskridende teknologier, der kommer fra it-domænet. Disse banebrydende-digitale teknologier-herunder analyse, kunstig intelligens/maskinlæring, objekt-orienterede tilgange og service-orienterede arkitekturer-er afgørende for at opnå intelligent fremstilling.
Hardware-Centriske forretningsmodeller-Selvom hardwareforbedringer kan optimere eksisterende kontrolmiljøer, er de ikke det mest kritiske aspekt af digital transformation. Den sande nøgle ligger i software-drevet innovation, der på intelligent vis adresserer driftsteknologiske udfordringer. Som følge heraf skifter forretningsværdi støt fra hardware-drevne til software-drevne modeller.
Begrænsninger af proprietære systemer-I øjeblikket kan automatiseringsapplikationer udviklet til ét system ikke køre på et andet. Men i løbet af de sidste årtier inden for IT har åbne operativsystemer som Linux fremmet tredjepartsapplikationsudvikling, hvilket muliggør hurtig økosystemudvidelse og skabelsen af omfattende softwareporteføljer, der opfylder forretningsbehov på tværs af flere industrier og markedssegmenter. Desværre skaber proprietære systemer i den industrielle sektor barrierer for innovation: brugere kan ikke med rimelighed forbedre produktionssystemer-effektivt eller integrere og matche de bedste-i-produkter fra forskellige leverandører. Deres innovationstempo er begrænset af deres afhængighed af proprietære systemleverandører. Disse barrierer øger i sidste ende virksomhedens samlede omkostninger.
For producenter af originalt udstyr (OEM'er) ligger udfordringen i at balancere to prioriteter: udnyttelse af virtuelle fejlfindingskapaciteter under modulært design for at bygge bro mellem den virtuelle og fysiske verden-og derved reducere omkostningerne, mindske risici og accelerere tiden-til at-markedsføre-samtidig med, at tjenesterne øges{4} og øger virksomhedens vækst{4}} maskinværdi.
Systemintegratorer (SI'er) står over for et kritisk hul: automationssystemer mangler værktøjer, der forbinder it- og OT-domæner. I sidste ende ser de sig nødsaget til at investere betydelige menneskelige ressourcer i at udvikle meget komplekse kundetilpassede løsninger. Det er afgørende, at sådanne skræddersyede tjenester er vanskelige at kopiere bredt på markedet. De søger softwarefunktionelle blokke, der beskytter deres industrielle viden og branche-specifikke løsninger, og derved reducerer lav-ingeniørindsats (ved at genbruge objekter og procesalgoritmer på tværs af flere projekter). Dette giver deres tekniske eksperter mulighed for at fokusere mere intenst på at løse smertepunkter og udfordringer inden for fremstilling, drift og vedligeholdelse (MOM) processer, hvilket i sidste ende skaber større værdi.
På slutbrugersiden (EU) kræver det akut omfattende systemadministration for at minimere uplanlagt nedetid, sikre produktlevering i højsæsoner og reducere afhængigheden af ekstern teknisk support. Der er et ønske om fleksible systemer/produktionslinjer for at sikre produktionsagilitet, hvilket muliggør større produktionsfleksibilitet, når efterspørgslen skifter eller vedligeholdelsesplaner ændres.
Effektiv løsning af disse problemer og virkelig etablering af et "software-defineret industrielt" digitalt industrielt økosystem kræver, at man adresserer lukkede OT-systemer, standarder og økosystemudfordringer ved deres kilde. Dette indebærer anvendelse af åbne automatiseringssystemer og standarder, samtidig med at der integreres yderligere tekniske muligheder for at accelerere IT-OT-konvergens.
Fremtiden for åbne automationssystemer
Fremtidige automatiseringssystemarkitekturer vil uundgåeligt udvikle sig mod åbenhed, distribueret implementering og iboende sikkerhed. Industriel automationsteknologi og edge computing danner grundlaget for disse åbne systemer. Sammenlignet med traditionelle proprietære systemer vil åbne automatiseringsarkitekturer udvise følgende transformationer:
Det er tydeligt, at åbne automatiseringsarkitekturer accelererer ingeniørudvikling, forbedrer systemets smidighed, produktionsfleksibilitet og overordnet effektivitet. Dette skift repræsenterer mere end en teknisk opgradering-det omdefinerer grundlæggende, hvordan processer og maskiner er designet. Lang-programmering med lav-værdi for proprietære controllere vil gå over til plug-and-automatiseringssystemer. Disse systemer vil udnytte omfattende, grundigt validerede softwarefunktionsblokke udviklet af et stort økosystem. De vil køre på tværs af forskellig hardware fra flere leverandører-, der spænder over indlejrede kontrolsystemer til kraftfulde edge-intelligensenheder.
Åbne standarder er afgørende for at bygge åbne automationssystemer, og IEC 61499 er nøglestandarden, der låser denne nye grænse op. Ved at definere objekt-orienterede modelleringsregler indkapsler den styremodellerne og algoritmerne for kontrollerede objekter i "sorte bokse" (softwarefunktionsblokke). Disse verificerede funktionsblokke kan genbruges på tværs af forskellige scenarier, hvilket væsentligt reducerer gentagne programmeringsindsatser. For brugere er det tilstrækkeligt at forstå den leverede funktionalitet uden at skulle kende implementeringsdetaljerne og derved beskytte udviklernes intellektuelle ejendom. I modsætning til traditionelle funktionsblokke fungerer dem, der er defineret af denne standard, baseret på hændelsesudløsning snarere end cyklisk scanning. Dette stemmer overens med objekt-orienterede koncepter og programmeringstilgange i IT-domænet, hvilket gør det til en naturlig IT/OT-konvergensteknologi. Det letter forbedret controller CPU-effektivitet og belastningsbalancering, er særligt velegnet til distribuerede systemer og muliggør problemfri integration af avancerede it-teknologier i automationssystemer. Standarden definerer yderligere regler for applikationsmodeller, systemmodeller og enheds-/ressourcemodeller. Deres integration gør det muligt for brugere at designe applikationer uafhængigt af underliggende automationshardware. Denne hardwareabstraktionstilgang forkorter projekttidslinjer og reducerer afhængigheden af udstyrsproducenter. Kombineret med den objektorienterede-udvikling af funktionsblokke forenkler det markant online justeringer af produktionslinjer og udstyr. Standarden giver naturligvis også metoder til at sammensætte grundlæggende funktionsblokke til sammensatte blokke og til hurtigt at forbinde forskellige funktionsblokke (via simpelt træk-og-slip), hvilket væsentligt reducerer softwareprogrammeringsfejlfindingsarbejdsbelastning og programfejlfrekvenser. Sammenfattende er opnåelse af enhedsinteroperabilitet, systemrekonfigurerbarhed og softwareportabilitet dens kernemål. Organisationer som Open Process Automation Forum (OPAF) og International Association of Process Industry Automation Users (NAMUR), som i øjeblikket ledes af slutbrugerdeltagelse, slår til lyd for et skift væk fra eksisterende proprietære automatiseringssystemrammer baseret på denne standard-den bedste illustration af denne forfølgelse.
I de senere år har edge computing-teknologi også oplevet en rivende udvikling. Containerteknologi giver effektive metoder til batchopdatering/opgradering af applikationer til kantkontrol og sikring af rettidig datatransmission og -behandling. Containerteknologier, primært Docker, og containerorkestreringsværktøjer som Kubernetes er nu ved at modnes. Microservices-arkitektur forbedrer løbende ressourceudnyttelseseffektiviteten på kanten, fremmer funktionel afkobling og genbrug, accelererer applikationsudvikling og er blevet en nøgletrend inden for edge computing-teknologi. Standarder som OPC UA og Time-Sensitive Networking (TSN) giver internationale rammer og deterministiske netværk til sammenkobling af feltenheder, der opfylder forskellige datatransmissions- og udvekslingskrav i industrielle applikationer. Integrationen af disse næste-generations informations- og kommunikationsteknologier med IEC 61499 standardteknologier vil fremskynde fremskridtene inden for åben automatisering. Denne åbenhed strækker sig ikke kun til standarder, men også til netværk, hardware, software og systemarkitektur, og lægger et solidt grundlag for at opnå digitalisering, netværk og intelligens på fabrikker og værksteder.
Åben automatisering vil drive den hurtige udvikling af det industrielle internet og i sidste ende adressere smertepunkter for slutbrugere, systemintegratorer og OEM'er. Denne tilgang opnår fleksibel produktion, forkorter tid-til-marked, reducerer ingeniørtid og omkostninger, forbedrer drifts- og produktionseffektivitet og beskytter intellektuel ejendom. Faktisk fremhæver en nylig sammenlignende undersøgelse fra et internationalt tredjepartsfirma dette effektivt: For at fuldføre et typisk automationsprojekt i lille-skala (opgaver, herunder oprettelse af applikationer, import af relevante databaser, etablering af logik, konfiguration af enheder, udvikling af HMI'er og implementering af projektet), krævede traditionelle automatiseringssoftwareværktøjer 40 timer. I modsætning hertil reducerede brugen af et åbent automatiseringssystem denne tid med 68 %. For at teste systemets smidighed blev controllere manuelt skiftet mellem enheder og nye controllere konfigureret til de originale enheder. Disse operationer viste sig at være besværlige med traditionelle proprietære systemer, hvorimod åbne automationssystemer udførte dem 70% til 80% hurtigere.
Sammenfattende, om fremtidens industrielle internet kan overvinde nuværende flaskehalse og yderligere fremme den digitale transformation af industrielle virksomheder i dybden og bredden afhænger af etableringen af et åbent automatiseringssystem bygget på nye koncepter, arkitekturer og standarder. Traditionelle hardware-centrerede proprietære systemer vil blive erstattet af software-centrerede åbne systemer. Flere cloud-teknologier vil blive anvendt til edge computing, hvilket gør det muligt for en stor pulje af IT-talenter at integrere sig dybt med industriel applikationsviden inden for denne åbne ramme. Vi kan forudse, at det industrielle internet vil skabe en sund, bæredygtig vej fremad ved at udnytte dette åbne økosystem.