IT dla zarządzających w przemyśle
Udostępnij Udostępnij Udostępnij Udostępnij Print

Integracja w kontekście Przemysłu 4.0

-- wtorek, 09 październik 2018

Obecnie w zakładach produkcyjnych konieczne stało się zintegrowanie wielu systemów, w tym również automatyki, w jeden spójny organizm. Integratorzy stoją też przed nowym wyzwaniem, jakim jest koncepcja Przemysłu 4.0. Jak nowocześnie podejść do integracji? Jak integrować zaawansowane systemy automatyki? Kiedy można liczyć na szybki zwrot z inwestycji?

Rynek integratorów systemów automatyki przemysłowej rozwija się bardzo szybko. Zgodnie z badaniem firmy analitycznej Markets & Markets osiągnie on w 2022 roku wartość 56,05 mld dolarów. W raporcie z badań rynkowych zatytułowanym „System Integrator Market for Industrial Automation by Service Outlook (Consulting, Hardware and Software), Technology (SCADA, PLC, PAC, RTU, DCS, MES&MOM, PLM, HMI, APC, OTS, Safety Automation), Industry and Geography – Global Forecast to 2022” analitycy szacują, że w minionym roku miał on wartość 41,47 mld dolarów i w ciągu kolejnych 5 lat będzie rósł średnio o 5%.

Wśród głównych czynników rozwoju rynku integratorów systemów automatyki przemysłowej wymienia się m.in.: rosnące wykorzystanie Internetu Rzeczy (IoT), coraz większe obawy związane z bezpieczeństwem, popyt na tani i energooszczędny proces produkcyjny, automatyzację procesów dotychczas ręcznie kontrolowanych, rozwój technologii związanych z chmurą obliczeniową oraz większe zrozumienie roli i znaczenia integratorów systemów, a także oferowanych przez nich powiązanych produktów. Oczekuje się, że usługa integracji oprogramowania będzie również szybko się rozwijać w tym pięcioleciu.

Jak wynika ze wspomnianego opracowania, w 2016 r. integracja oprogramowania stanowiła największą część rynku integratorów systemów automatyki przemysłowej. To wynik powszechnej akceptacji wykorzystania oprogramowania do automatyzacji, w tym w przemyśle systemów do rozwiązań monitorujących i sterujących. To systemy takie, jak: SCADA, DCS, MES i PLM.

Jeśli chodzi o prognozy, analitycy Markets & Markets oceniają, że w najbliższych latach najszybszy wzrost odnotuje rynek związany z technologiami PLC, PAC i RTU. Dotyczą one kontroli procesów, zbierania danych z różnych źródeł w zakładach produkcyjnych i wysyłania ich do analizy w systemach SCADA lub DCS. Wzrost tego segmentu przypisuje się coraz szerszemu zastosowaniu systemów kontroli w przemyśle, zwłaszcza jeśli chodzi o zdalnie obsługiwane lokalizacje miejsc produkcji. Również oczekuje się, że w okresie objętym prognozą obie Ameryki będą miały największy udział w rynku integratorów systemów automatyki przemysłowej dzięki obecności na nim dużych firm, takich jak: ABB (Szwajcaria), Siemens (Niemcy), Rockwell (USA), General Electric (USA) i Cameron (USA), które dostarczają klientom rozwiązania automatyki przemysłowej za pośrednictwem integratorów. Również w krajach tego regionu większa jest penetracja przemysłu przetwórczego, takiego jak wydobycie i przetwórstwo ropy oraz gazu, przemysłu celulozowego i papierniczego oraz chemicznego. Procesy produkcyjne w tych branżach są bardzo złożone, stąd duże zapotrzebowanie firm na wdrożenia rozwiązań automatyzacyjnych.

W raporcie Markets & Markets wśród kluczowych graczy na tym rynku wymieniono takie firmy, jak: Wood Group Mustang, Prime Controls LP., ATS Automation, Maverick Technologies, Wunderlich – Malec Engineering, Mangan, Avanceon, Dynamysk Automation, Tesco Controls, Stadler+Schaaf Mess–Und Regeltechnik, INTECH Process Automation, Design Group, CEC Controls, Burrow Global i Matrix Technologies.

Przyszłość integratorów

W artykule opublikowanym w lutym w „Automation World”, David Greenfield, powołując się na badanie ankietowe przeprowadzone razem z CSIA (Control System Integrators Association), stwierdził, że obecnie zmieniają się relacje pomiędzy przemysłem a integratorami. Choć niezależni integratorzy systemów od dawna odgrywają znaczącą rolę w nowoczesnym przemyśle wytwórczym i procesowym, to w ciągu ostatniego dziesięciolecia przeszli oni od wykonywania zadań wsparcia dla wewnętrznych projektów inżynieryjnych do integracji procesów i funkcjonowania całej firmy, co wymaga znacznie więcej specjalistycznej wiedzy inżynierskiej. Zwrócono uwagę na ograniczoną dostępność doświadczonej kadry inżynierskiej, co może być problemem dla firm, które same chcą rozwijać działy automatyzacji. Staje się ona coraz bardziej złożona i wielu użytkowników końcowych zdecydowało się na zdefiniowanie obszarów, na których chcą się skoncentrować, a pozostałe zlecić te działania firmom zewnętrznym. Dotyczy to zwłaszcza innych ważnych, ale niekoniecznie podstawowych obszarów, np. takich jak utrzymanie ruchu lub pakowanie gotowych produktów. Warto zauważyć, że chcąc utrzymać swoją konkurencyjność na rynku, zakłady produkcyjne coraz częściej decydują się na pełną integrację automatyzacji w przedsiębiorstwie cyfrowym. Cyfryzacja zmienia ich długoterminowe podejście do kwestii konkurencyjności. Wynika to również z tego, że klienci oczekują coraz bardziej zindywidualizowanych produktów. Jeśli chce się na takie wymagania szybko reagować, to również operatorzy instalacji produkcyjnych mają mniej czasu na wprowadzanie zmian w produktach.

Odpowiedzią na takie potrzeby jest na przykład system Totally Integrated Automation (TIA) firmy Siemens. Pozwala on czerpać korzyści z digitalizacji, między innymi wykorzystując koncepcję cyfrowych bliźniaków. W takie technologie muszą dziś aktywnie wchodzić integratorzy. W lipcu tego roku podano, że firma Turkish Aerospace Industries wybrała technologię Siemens PLM Software do cyfrowego przekształcania przedsiębiorstwa. Turkish Aerospace Industries jest tureckim centrum technologicznym w zakresie projektowania, rozwoju, modernizacji, produkcji, integracji i wspomagania cyklu życia zintegrowanych systemów lotniczych, począwszy od platform powietrznych ze stałymi i obrotowymi wiropłatami do bezzałogowych statków powietrznych (UAV) i satelitów. Możliwość tworzenia cyfrowych modeli produktów i operacji produkcyjnych, czyli tzw. cyfrowych bliźniaków, ma zapewnić wgląd we wszystkie aspekty podejmowania decyzji dotyczących rozwoju produktów i operacji produkcyjnych. Jak podano, różne grupy pracujące nad tym samym projektem będą mogły korzystać z tych samych danych, co pozwoli zsynchronizować działania projektowe i produkcyjne.

Kolejnym wyzwaniem może być praktyczne wykorzystanie sztucznej inteligencji (AI). Eksperci SAS, lidera analityki biznesowej i rozwiązań z zakresu AI, zwracają uwagę na fakt, że technologia ta potrzebuje bardzo dużej ilości danych oraz mocy obliczeniowej niezbędnej do ich przetworzenia – dlatego efekty jej działania obserwujemy dopiero od kilku lat. Jak podano, korzyści wynikające z wykorzystania tej technologii mogą być bardzo duże, np. w automatyzacji procesów. Jako przykład zastosowania podaje się eksperyment przeprowadzony w Chinach, polegający na uruchomieniu fabryki prawie w całości obsługiwanej przez roboty. Projekt okazał się sukcesem. Odnotowano mniej błędów i wzrost wydajności. Specjaliści z SAS wskazują trzy kroki, które pozwolą firmom zapanować nad sztuczną inteligencją. Pierwszym jest zapewnienie dobrej jakości danych, gdyż algorytmy sztucznej inteligencji tworzone są przy wykorzystaniu tych danych. Jeżeli jest ich zbyt mało lub są nieprawdziwe, system będzie prezentował błędne rezultaty. Jest też ryzyko celowego lub przypadkowego zasilenia systemu fałszywymi informacjami. Kolejne to odpowiedni nadzór – projekty związane ze sztuczną inteligencją wymagają stworzenia odpowiedniej polityki i ustalenia, kto będzie sprawował nad nimi nadzór. Według nich ważne jest przewidywanie skutków działania sztucznej inteligencji. Dlatego należy się upewnić, że systemy wykorzystujące AI działają nie tylko efektywnie, ale dbają również o jakość, a cele, które są im stawiane, wzajemnie się nie wykluczają. W ocenie specjalistów są to wyzwania, które coraz częściej będą stawać przed integratorami.

Wyzwania integracji

Jak wyjaśnia Krzysztof Kamiński, prezes zarządu w firmie ALNEA, wykonanie zaawansowanych urządzeń i linii produkcyjnych wiąże się z dużymi wydatkami, czasami nawet wielomilionowymi. Dlatego, żeby być pewnym, że pieniądze będą dobrze wydane, trzeba wykonać skomplikowane prace analityczno-projektowe, które często są pracami badawczo-rozwojowymi. W takiej sytuacji nie powinno się mówić o integracji, ale o pracy inżynierskiej. Dlatego jego zdaniem firma integracyjna powinna mieć duże doświadczenie w prowadzeniu takich projektów. Ponadto musi posiadać odpowiednie do tego narzędzia. ALNEA np. korzysta z oprogramowania 3D (Solid EDGE, NX, Sim Pro), a obecnie wdraża do oferty modelowanie w świecie wirtualnym. To oznacza, że przed przystąpieniem do fizycznej produkcji urządzenia można obejrzeć swój produkt w świecie wirtualnym, wykorzystując gogle VR. Dlatego, jak podsumowuje ekspert, tak ważne są narzędzia do modelowania 3D, park maszynowy, odpowiednio wykwalifikowani i doświadczeni pracownicy, doświadczenie w prowadzeniu projektów, znajomość bieżących rozwiązań technicznych z dziedziny automatyki i robotyki, ale też własne rozwiązania techniczne, takie jak np. pakiet lutujący dla robotów przemysłowych – ZEUS czy trójwymiarowy system pozycjonowania robotów w przestrzeni – HORUS.

Krzysztof Kamiński zwraca również uwagę przedstawicieli zakładów przemysłowych na to, że nie ma dwóch takich samych procesów produkcyjnych i zakładów produkcyjnych. Dlatego projekty zautomatyzowanych i zrobotyzowanych urządzeń oraz linii produkcyjnych zawsze są związane z ryzykiem. Bardzo często projekty takich urządzeń są niepowtarzalne, czyli – jak się potocznie mówi – „szyte na miarę”. Dlatego przed przystąpieniem do współpracy z daną firmą warto przede wszystkim zapoznać się z jej portfolio (realizacjami). Stopień ich skomplikowania może dać obraz kontrahenta – im bardziej zaawansowane i skomplikowane urządzenia wykonał, tym większe prawdopodobieństwo, że wywiąże się on z projektu w odpowiedniej jakości oraz w założonym budżecie i czasie. Drugim elementem jest dobór firmy pod kątem jej możliwości finansowych. Realizacja wielomilionowych projektów wiąże się z dużymi nakładami ze strony integratora. Są to projekty wielomiesięczne, czasami nawet wieloletnie. W tym czasie firma przyjmująca zlecenie musi utrzymać personel, zakupić podzespoły oraz ponieść koszty stałe. Im firma jest większa i bardziej doświadczona, tym ma większe możliwości uzyskania kredytowania takich zleceń. Ważne jest też zaplecze techniczne firmy. Warto dowiedzieć się, czy ma ona własny dział konstrukcyjny, kierowników projektu, maszyny i urządzenia produkcyjne oraz załogę bezpośrednio produkcyjną. Można niestety wciąż natrafić na małe firmy, czasami jednoosobowe, które opierają się głównie na podwykonawcach. Taka organizacja pracy, zdaniem Krzysztofa Kamińskiego, nie wróży sukcesu.

Przemysł 4.0

W każdym aspekcie naszego życia, w tym również w przemyśle, trwa proces intensyfikacji wymiany informacji, także bezpośrednio pomiędzy urządzeniami (M2M – Machine to Machine). Według ocen Gartnera do roku 2020 Internet Rzeczy (IoT), w tym przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT), obejmie ponad 26 mld jednostek. Do niedawna zakład przemysłowy działał na kilku oddzielnych poziomach. Dziś podstawą jest przepływ danych zbierany i analizowany w czasie rzeczywistym. Celem gromadzenia większej ilości danych, przechowywania i analizowania jest przekształcenie ich w użyteczne informacje, które pomagają w zmianie procesów lub sprzętu, co pozwala zwiększyć produktywność, obniżyć koszty i poprawić wydajność energetyczną oraz poziom zadowolenia klientów firmy. Obecnie integratorzy systemów zaczęli ściśle współpracować z ekspertami z dziedziny automatyki przemysłowej, IT i bezpieczeństwa, aby pomóc klientom w pokonywaniu wyzwań stawianych przez koncepcję Przemysłu 4.0. Dlatego od integratorów zajmujących się systemami automatyki w przemyśle oczekuje się wsparcia również w zakresie budowy systemów zgodnych z koncepcją nowoczesnej produkcji, czyli Przemysłu 4.0.

Jak zauważa Wacław Bylina, inżynier sprzedaży Systemu Asix w firmie ASKOM, Przemysł 4.0 to klucz do sukcesu. Choć dla niektórych pojęcie „Przemysł 4.0” jest wciąż czysto abstrakcyjne, traktowane jako wymysł naukowców czy futurystów, to dla firmy, którą reprezentuje, jest tylko zdefiniowaniem i nazwaniem tego, z czym mierzy się ona już od ćwierćwiecza, czyli od początku działania. Tworzyły ją osoby mające już wcześniej doświadczenie we wdrażaniu nowych technologii w przemyśle i w budowie systemów czasu rzeczywistego. O Przemyśle 4.0 nie można myśleć bez funkcjonowania w czasie rzeczywistym. Jest to oczywiste, bo interakcje zachodzące pomiędzy ludźmi, maszynami i systemami tracą na znaczeniu, jeśli przekroczone zostaną określone bariery czasowe. Jak dodaje, kluczem do powodzenia systemu zgodnego z założeniami Przemysłu 4.0 jest czas i wspólne działanie wszystkich uczestników w czasie rzeczywistym. Zakłada on wielokierunkową wymianę danych w ramach sieci uczestników procesu. Dla realizatora systemu automatyki oznacza to konieczność zapewnienia możliwości jego sprzęgnięcia z urządzeniami własnego projektu, jak również z urządzeniami i systemami już istniejącymi i, co nawet ważniejsze, potencjalnie istniejącymi w zakresie działania projektowanego systemu w przyszłości. Musimy zatem rozpoznać obecne środowisko pracy projektowanego rozwiązania, ale również przewidzieć, jakie powiązania systemowe mogą się pojawić w przyszłości. Według Wacława Byliny tu również wystepuje pierwsza trudność: inwestor nie zawsze ma wizję wybiegającą wprzód, w kierunku nadchodzących wymagań i możliwości. Dlatego projektant musi trzymać rękę na pulsie trendów w rozwoju techniki, a także powinien mieć przede wszystkim techniczną wyobraźnię oraz zdolność przewidywania, jakie wymagania będą stawiane systemowi w przyszłości, a także, jakie wymagania będzie miał w przyszłości inwestor. To często projektant wskazuje zamawiającemu możliwości „wyciśnięcia” z systemu innych, dotąd niedostrzeganych funkcji, informacji i wskazuje korzyści z ich wykorzystania. Jak wynika z praktyki inżynierskiej Wacława Byliny, firma często spotykała się z zamawiającymi, którzy potrzebowali jedynie rozwiązania doraźnych problemów oraz nie dostrzegała szansy, jaka przy takiej inwestycji i modernizacji się pojawia, na poprawę jakości, a także ułatwienie dostępu do informacji. Dlatego pojawił się drugi klucz do systemu zgodnego z koncepcją Przemysłu 4.0, czyli informacja. Firma, którą reprezentuje, od zawsze w swoich rozwiązaniach starała się przełamywać bariery pojawiające się na trasach przepływu informacji, rozumiejąc, że systemy automatyki, powiązane z systemami nadrzędnymi, nie powinny być izolowanymi bytami. Dlatego nie godzi się na politykę niektórych producentów, zastrzegających protokoły komunikacyjne, uniemożliwiających dostęp do danych z ich urządzeń. Zmuszało to do przełamywania barier stawianych na drodze informacji.

Nowoczesny system to system otwarty, oparty na standardach komunikacyjnych i publicznych protokołach transmisji. Zdaniem Wacława Byliny kolejnym kluczem do sukcesu jest właśnie otwartość systemu, rozumiana jako łatwość dzielenia się informacją z każdym, kto jej potrzebuje – z człowiekiem, inną maszyną lub systemem. Otwarte systemy to obecnie standard, a ci, którzy pozostali przy rozwiązaniach z partykularnymi, zamkniętymi protokołami, tracą na znaczeniu i są wypierani z rynku. Dziś rządzą standardy. Obecnie nawet stosunkowo małe firmy, można nawet przyjąć, że wyizolowane z wielkiej gry ekonomicznej, działające trochę na uboczu, dostrzegają konieczność inwestycji w takie systemy. Mały gracz wchodzi do gry, gdy zostanie dostrzeżony przez większego gracza, korporację, jako kooperant, dostawca materiałów i półproduktów. Aby móc budować systemy współgrające w ramach Przemysłu 4.0, trzeba szybko dostosowywać swój produkt do wymagań, jakie pojawiają się w przemyśle i do potrzeb zgłaszanych przez inwestorów. Firma opracowała między innymi sterowniki do modnych ostatnio standardów komunikacyjnych REST i OPC UA, oferuje też pełne wsparcie dla środowisk wirtualnych i chmurowych. Jak podkreśla ekspert, istotnym elementem w procesie pozostaje stale człowiek, operator. Bez sprawnego, intuicyjnego sprzęgu z technologią nie ma mowy o nowoczesnym procesie produkcyjnym. Operator musi być aktywnym uczestnikiem procesu, wykonując sterowania, odbierając informację z procesu, ale również będąc „prowadzonym za rękę” przez system SCADA. Dobrym przykładem może być wyświetlanie filmu instruktażowego dla kontrolerów jakości, informującego, jakie czynności mają oni wykonać na danym stanowisku montażowym. Informacje, które powstają na styku warstwy sterowania bezpośredniego (PLC) i systemu klasy SCADA, muszą być umiejscowione w czasie procesu, a otwartość – jak podkreśla Wacław Bylina – pozwala zapewnić, by projektowany system współgrał z innymi elementami wielkiej gry, jaką jest Przemysł 4.0. Trudno się z tą opinią nie zgodzić.

Podsumowując, dobrym integratorom systemów potrzebna jest elastyczność, znajomość szerokiej gamy systemów i praca z różnymi producentami. Pozwala to na maksymalizowanie wiedzy i doświadczenia w branży, a także pozostawanie na bieżąco z najnowszymi technologiami. Współcześni integratorzy muszą być gotowi dostarczać dostosowane do indywidualnych potrzeb rozwiązania integracji systemów dla różnorodnych branż, procesów i platform. To podstawowy wymóg w świecie Przemysłu 4.0.


Bohdan Szafrański jest od początku lat 90. związany z branżą informatyczną. Ukończył studia podyplomowe z zakresu informatyki i telekomunikacji na Politechnice Warszawskiej. Zajmował się zagadnieniami normalizacyjnymi w Polskim Komitecie Normalizacyjnym. Publicysta, dziennikarz. Obecnie publikuje m.in. w prasie specjalistycznej skierowanej do odbiorców z branży automatyki przemysłowej. 


Przeczytaj także

 

Zobacz także

  •   Wydarzenia  
  •   Katalog  

Wydarzenia

Katalog

ACaRS Sp. z o.o.
ACaRS Sp. z o.o.
Fabryczna 17/7
31-553 Kraków
tel. 12 307 11 05

ANT Sp. z o.o.
ANT Sp. z o.o.
Wadowicka 8A
30-415 Kraków
tel. +48 12 296 50 40

zobacz wszystkie



Aktualne wydania
O nas   |   Reklama   |   Mapa strony   |   Kontakt   |   Partnerzy   |   
Copyright © 2003-2018 Trade Media International
zobacz nasze pozostałe strony
Trade Media International Inżynieria & Utrzymanie Ruchu Control Engineering Polska MSI Polska Inteligentny Budynek Design News Polska Almanach Produkcji w Polsce