Interplay of process control systems and software solutions from automation, simulation and engineering - from the field to the cloud

Game-changery – technologie zmieniające przyszłość przemysłu 

Z Sebastianem Jasiókiem, SIMATIC PCS 7 & neo Product Managerem w firmie Siemens rozmawiamy o tym, które z technologii wpłyną na przyszłość przemysłu, zmienią sposób funkcjonowania zakładów i zadecydują o ich konkurencyjności na rynku. 

Jakie zjawiska w przemyśle przyczyniają się do szybszego rozwoju technologii i mają swoje przełożenie na rozwiązania w obszarze szeroko rozumianego process automation? 

W obecnych czasach obserwujemy dynamiczny rozwój technologii związanych z automatyką procesową. Kluczowe są te z nich, które pomagają mierzyć się z takimi wyzwaniami, jak konieczność poprawy jakości wytwarzania, skrócenie czasu od pomysłu do jego wdrożenia oraz skracanie czasu wprowadzania na rynek nowych produktów. Coraz większe znaczenie w przemyśle zaczyna odgrywać szeroko rozumiane bezpieczeństwo i ekologia. Dostęp do danych dostarczanych przez instalacje oraz sam proces sterowania odbywa się obecnie przy pomocy dowolnego urządzenia typu PC, panel, tablet, smartfon, a projektowanie i wdrożenie rozwiązań automatyki ułatwiają narzędzia zapewniające segmentację, modularyzację oraz unifikację know-how stosowanych technologii. Wzrasta znaczenie analityki danych oraz procesów diagnostycznych wspieranych analizą predykcyjną oraz rozwiązaniami sztucznej inteligencji. Zaawansowana analityka pozwala lepiej rozumieć procesy i optymalizować produkcję, wpływać na rozwój autonomicznych węzłów produkcyjnych. Kolejna grupa rozwiązań, o której warto wspomnieć, zapewnia predykcyjne wsparcie online służb utrzymania ruchu instalacji procesowych. Pracownicy tych służb albo już mają w rękach, albo niebawem będą mieli, narzędzia diagnostyczne do wczesnego wykrywania anomalii w procesie produkcyjnym oraz w działaniu poszczególnych urządzeń na obiekcie. W rozwiązaniach tych również wykorzystywany jest centralny zdalny serwer inwentaryzacyjny, który automatycznie gromadzi dane o komponentach systemu sterowania i aparatury obiektowej, gwarantując transparentność instalacji.

Dlaczego ta transparentność, czyli dokładna znajomość tego co się tam dzieje, jest tak istotna? 

Przybliża nam ona status i „kondycję”, w jakim znajdują się poszczególne składowe, węzły i konkretne urządzenia obiektowe. Po pierwsze możemy wtedy łatwiej przewidywać następstwa w postaci niepożądanych zdarzeń awaryjnych, nadmiernych zużyć eksploatacyjnych czy energii.  
Po drugie – kompletna wiedza o użytych komponentach systemu oraz aktualna informacja diagnostyczna pozwala na szybsze i skuteczniejsze wsparcie serwisowe bezpośrednio od producenta systemu sterowania.

Jaką funkcję pełnią we współczesnych zakładach pracy służby utrzymania ruchu? 

Można mówić o nich jako o tak zwanych digital workerach, pracownikach cyfrowych, nowej grupie zawodowej w zakładach produkcyjnych. Mając na uwadze utrzymanie ruchu, musimy pamiętać o technologiach wspierających, które wpływają pozytywnie na zmiany w procesach wytwarzania, gwarantując lepszy dostęp do usług serwisowych dostarczanych obecnie bezpośrednio przez producenta systemu sterowania. Dodatkowo, pracę tych służb wspiera również funkcja rozszerzonej rzeczywistości, czyli augmented reality oraz podpowiedzi ze strony cyfrowego asystenta instalacji.

Czym jest cyfrowy asystent instalacji? 

Pełni on rolę doradcy i jest dostępny online dla pracownika, który dostaje komunikaty o zdarzeniach oraz o awariach i musi szybko na nie zareagować. Asystent jest partnerem cyfrowym pracownika, który po pierwsze odpowiednio szybko zgłasza mu te zdarzenia, a po drugie podpowiada, jakie czynności podjąć w celu usunięcia awarii i jej skutków.

A co z komunikacją, transmisją danych, w ramach zakładu produkcyjnego? 

W tym obszarze coraz większą rolę zaczynają odgrywać technologie integrujące świat OT i IT, spinając te dwie sieci począwszy od urządzeń obiektowych na instalacji produkcyjnej aż po chmury obliczeniowe. Cały czas musimy pamiętać oczywiście o aspekcie zachowania cyberbezpieczeństwa, które jest warunkiem koniecznym we współczesnych zakładach przemysłowych.

Mając na uwadze znaczenie, jakie przypisuje się cyfryzacji produkcji, jaką rolę we współczesnych zakładach produkcyjnych odgrywa cyfrowy bliźniak? 

Digital twin jest lustrzanym odbiciem rzeczywistej instalacji przemysłowej projektowanej i budowanej równolegle w świecie wirtualnym. Jest wirtualnym modelem swojego „brata” funkcjonującego w rzeczywistości. Cyfrowego bliźniaka tworzą dwie platformy bazodanowe. Pierwszą jest platforma projektowa, a drugą platforma symulacyjna. Platforma projektowa pozwala na wielokontekstowy, multidyscyplinarny opis, na przykład mechaniczny, elektryczny, funkcjonalny poszczególnych elementów instalacji. W ten sposób budujemy bazę danych szczegółowo dokumentującą rzeczywistą instalację. Rolą drugiej platformy – symulacyjnej – jest zebranie wiedzy o zachowaniu się instalacji procesowej, o reakcjach zachodzących w jej obrębie szczegółowo opisanych językiem matematyki, fizyki i chemii. Tym, co „ożywia” cyfrowego bliźniaka jest możliwość integracji w czasie rzeczywistym, czyli wymiany danych online pomiędzy tymi dwiema platformami. Kluczowe w aspekcie digitalizacji przemysłu jest tworzenie systemów sterowania w oparciu o dane zaimportowane automatycznie i zsynchronizowane online z platformą projektową oraz weryfikacja jakości sterowania procesem na podstawie odpowiedzi uzyskiwanych od cyfrowego bliźniaka. W tym przypadku cyfrowy bliźniak dostarcza nam danych bez konieczności eksperymentowania na „żywym organizmie” rzeczywistej instalacji i dużo szybciej. 

Co w praktyce daje zastosowanie cyfrowego bliźniaka? 

 

 

Praca z cyfrowym bliźniakiem zawierającym w sobie model instalacji obniża koszty badań, optymalizacji oraz szkoleń, eliminując negatywne skutki ewentualnych błędów popełnianych na rzeczywistym obiekcie. Może dostarczyć ważnych informacji projektowych jeszcze przed uruchomieniem rzeczywistej instalacji.

Jakie produkty w ramach omawianych rozwiązań dostarcza Siemens? 

W ramach rozwiązań kompleksowych, w tym cyfrowego bliźniaka, Siemens oferuje platformę projektową, czyli narzędzie COMOS, natomiast jako platformę symulacyjną dostarcza takie narzędzia jak SIMIT, gPROMS, Virtual Controller oraz biblioteki gotowych modeli – Chembasis, Flownet, Contec, Sitrans i inne.

Jakie technologie w najbliższej przyszłości mogą stać się game-changerem dla zakładów przemysłowych? 

Po pierwsze są to technologie webowe zapewniające bezpośrednią i globalną współpracę projektantów, technologów, programistów i operatorów. Odpowiadają one za bezpieczną komunikację z instalacją procesową i jej systemem sterowania w dowolnym miejscu i czasie oraz niezależnie od urządzenia, z którego użytkownik się łączy. Od lat mamy urządzenia służące operatorom, jednak dzisiaj dodatkowo dajemy takie same rozwiązania zespołowi projektantów i technologów, gwarantując globalną współpracę, odbywającą się zdalnie. Zalety tej technologii dostrzegliśmy wszyscy ze względu chociażby na pandemię. Rozwiązaniem, które wpisuje się w możliwości narzędzi webowych jest nasz nowy system sterowania klasy DCS, Simatic PCS neo oparty na HTML5. Kolejną technologią, która może stać się game-changerem, są usługi chmurowe zapewniające bezpośrednią współpracę zakładu produkcyjnego, czyli użytkownika końcowego systemu sterowania z jego producentem w zakresie usług serwisowych w całym cyklu życia (life cycle) instalacji.

Co to oznacza w praktyce, jaki jest potencjał tego rozwiązania? 

 

 

Jest to między innymi możliwość predykcyjnego utrzymania ruchu, czyli wykrywania anomalii w działaniu oraz wsparcie przy predykcyjnym zarządzaniu inwentaryzacją i częściami zapasowymi. Dodatkowo, zapewniane jest wsparcie przy zarządzaniu aktualizacjami oprogramowania, co ma istotny wpływ na poszerzanie funkcjonalności systemu sterowania oraz zwiększania odporności w zakresie cyberbezpieczeństwa. Funkcjonalność związana z ochroną przed zagrożeniami w obszarze cyberbezpieczeństwa wspierana jest także przez Management Console i myExpert. Z kolei usługi chmurowe pozwalają wygodnie i optymalnie kosztowo współdzielić zasoby przedsiębiorstwa między fizycznie rozproszonymi zakładami produkcyjnymi. Dla przykładu platforma w chmurze przeznaczona do szkolenia kadr pozwala podnosić kwalifikacje personelu we wszystkich zakładach produkcyjnych, znajdujących się w różnych lokalizacjach na całym świecie. 

Mówiliśmy o technologiach związanych z komunikacją w zakładzie przemysłowym. Jakie rozwiązania w tej dziedzinie mogą poprawić funkcjonowanie przedsiębiorstwa? 

W tym obszarze należy wymienić rozwiązania komunikacyjne oparte o standard komunikacji PROFINET. Są one nie tylko niezwykle wydajne, ale także bardziej niezawodne ze względu na redundancję, czyli nadmiarowość budujących je elementów. Warto także dodać do tego rozwiązania edge’owe w zakresie zarządzania scentralizowaną diagnostyką urządzeń. Z jednej strony pomagają one lokalnie grupować i filtrować zdarzenia awaryjne w zakładzie. Z drugiej strony są bramą do eksportu tych danych na platformy chmurowe. Siemens dostarcza w tym obszarze takie rozwiązania jak Plant Asset Management, Plant Device Manager i Maintenance Station. Wspomnę także o rozwiązaniach plug and produce pozwalających rekonfigurować systemy „w locie”, bez potrzeby zatrzymywania ich działania. Ma to kluczowe znaczenie dla przedsiębiorstw, dla których istotna jest ciągłość produkcji.

Czy cyfrowy bliźniak także ma status game-changera, czyli technologii, która zmienia „zasady gry” w przemyśle? 

Jak najbardziej tak. Na budowanie przewagi konkurencyjnej mają wpływ wszystkie wspomniane wcześniej technologie. Skracają one czas zaprojektowania i wdrożenia nowego produktu. Zwiększają dostępność i wpływ ekspertów na projektowaną instalację, co ma w dzisiejszych czasach szczególne znaczenie, bo technologie wymagają coraz bardziej szczegółowej, wyspecjalizowanej wiedzy. Dzięki technologiom webowym eksperci, w tym programiści, zdalnie implementują swoje rozwiązania wprost do projektowanego systemu sterowania. Narzędzia te zacieśniają współpracę użytkownika końcowego i dostawcy technologii automatyki procesowej. Umożliwiają realizację wielu zadań zdalnie, obniżają także koszty związane z delegowaniem personelu do ich wykonania. Mają także wpływ na poprawę bezpieczeństwa w przemyśle. Dzięki wspomnianym rozwiązaniom łatwiej jest również zapobiegać awariom.

Które ze wspomnianych technologii są najważniejsze, w które z nich zakłady produkcyjne w Polsce powinny w pierwszej kolejności inwestować? 

W dłuższej perspektywie – we wszystkie. Krótkoterminowo, mając na uwadze koszty wdrożeń stawiałbym przede wszystkim na trzy rozwiązania: po pierwsze – poprawiające bezpieczeństwo przemysłowe zgodnie ze strategią Siemens „Defense in Depth”, po drugie – rozwiązania typu plug and produce, czyli pozwalające na rekonfigurację systemu „w locie” i zapewniające dzięki temu ciągłość produkcji, po trzecie – rozwiązania komunikacyjne w zakładach przemysłowych oparte o sieć PROFINET, redundantną i odporną na wszelkie zakłócenia.

Sebastian Jasiók
SIMATIC PCS 7 & neo Product Manager