OPC UA: Interoperabilita pro IIoT

_{OPC UA slouží jako běžný standard datové konektivity a spolupráce pro místní a vzdálený přístup k zařízením v nastavení IoT, M2M a Industrie 4.0}

 

Digitalizace je významný a velmi zajímavý trh, který trvale roste. Cílem je podpořit integraci IT technologií s výrobky, systémy, řešeními a službami v rámci celého hodnotového řetězce, který zahrnuje kompletní životní cykly produktů a služeb. Jakmile dojde k implementaci digitalizace, otevírají se dveře nebývalým novým obchodním příležitostem a vytváření nové hodnoty pro zákazníka; to však lze pouze tehdy, pokud je možné na všech úrovních otevřeně a bezpečně sdílet smysluplné informace. OPC UA je standard, který toto umožňuje.

Internet věcí (IoT)

IoT spojuje širokou škálu technologií, které dosud prostřednictvím současných téměř všudypřítomných sítí založených na IP propojeny nebyly, a dovoluje jim fungovat novými způsoby. Ethernet sice umožňuje, aby se věci k sobě „dostaly“, nicméně stále potřebují společný nástroj, jak vzájemně komunikovat, aby byly k užitku.

V rámci průmyslového internetu věcí (IIoT) řeší potřebu standardizované datové konektivity a interoperability pro horizontální i vertikální datovou komunikaci standard OPC UA. Příkladem horizontální komunikace je datová konektivita M2M (Machine-to-Machine) mezi jednotlivými dílenskými systémy. Příkladem vertikální komunikace je přenos dat ze zařízení do cloudu. V obou případech OPC UA poskytuje bezpečný a spolehlivý základ, který je dostatečně robustní pro zajištění standardizované datové konektivity a interoperability. Toto řešení nevzniklo přes noc. OPC Foundation již léta spolupracuje se společnostmi a asociacemi po celém světě a tuto spolupráci trvale rozšiřuje, aby mohlo být zajištěno, že standard OPC UA bude vyhovovat stále rostoucímu počtu nejrůznějších potřeb komunikace, které s sebou přináší éra IoT.

Rozvoj interakcí mezi stroji

M2M obvykle znamená komunikaci mezi dvěma stroji nebo mezi více či méně chytrými zařízeními a centrálním počítačem. Komunikačním médiem může být kabelový modem nebo bezdrátový modem. U modernějších zařízení, která sahají od prodejních automatů až po roboty, se datová komunikace stále častěji navazuje na stále rychlejší a odolnější mobilní sítě (například 5G) prostřednictvím SIM karet zabudovaných přímo do strojů.

Tato tzv. point-to-point spojení (spojení mezi dvěma body) umožňují vyhrazeným zabudovaným počítačům odesílat klíčová data informující např. o úrovni zásob, statistiky používání a výstražné zprávy, aby vlastníci strojů mohli co nejlépe plánovat zásobování a spravovat svůj strojový park. Tato viditelnost stroje otevírá dveře novým obchodním modelům, které se týkají především logistiky, údržby a monitorování specifických podmínek. Výhody, které to přináší v komerčním prostředí, lze ukázat na příkladu turbín, které nejsou umístěny na letištích, ale na palubě letadel, zatímco náhradní díly jsou skladovány na letištích. Nové řešení umožňuje optimalizovat plánování údržby, snižovat neplánované prostoje a zkracovat zpoždění letů – a to vše dohromady snižuje provozní náklady a maximalizuje spokojenost zákazníků.

Internet

Zatímco M2M je součástí IoT, IoT sám se neomezuje pouze na výměnu dat mezi chytrými zařízeními. Zahrnuje také data z jednoduchých čidel a akčních členů (např. nositelných řešení pro fitness ve spotřebitelském prostoru, bezpečnostních čidel, jako jsou detektory plynu a detektory přiblížení v průmyslovém prostředí), která se nejprve shromažďují a zpracovávají lokálně, a poté se odesílají přes brány (například prostřednictvím chytrého telefonu) do centralizovaných systémů na bázi cloudu. V rámci IoT vznikají složité sítě chytrých systémů. Podobný vývoj lze pozorovat v průmyslových řešeních, kde se od síťových, dílenských strojů a polních zařízení stále častěji očekává, že namísto pouhého odesílání svých vlastních nezpracovaných dat budou zpracovávat a kombinovat data i z jiných zařízení. V tom případě pak mohou využívat a poskytovat informace od/do jiných polních zařízení, a vytvářet tak pro uživatele novou hodnotu. Taková spolupráce s jinými stroji pak rovněž umožňuje, aby si technici mohli vyžádat historická data o údržbě a na jejich základě si lépe naplánovat servis. Jak vzdálené to již je od systémů založených pouze na sběru dat z čidel...

Rozšířená komunikační diverzita

Požadavky na komunikaci mezi „věcmi“ a službami v éře internetu věcí jsou mnohem širší než to, co vidíme v dnešních zavedených infrastrukturách, které se primárně spoléhají na „point-to-point“ komunikaci. Například namísto dotazování směrem k jednotlivým čidlům a zařízením přímo prostřednictvím dvoubodové komunikace se širší systémy IoT přihlásí k odběru dat, které tyto dílčí komponenty publikují prostřednictvím publikačních protokolů (PubSub) přes IP sítě. To současně usnadňuje vysokou škálovatelnost a zlepšuje zabezpečení. Výhody pro zákazníka, které vznikají kombinací chytrých zařízení a systémů, spolu s rozšířenými službami nabízenými operátory a dodavateli, poslouží jako základ pro realizaci potenciálních výhod, které IoT musí nabízet.

OPC UA pro všestrannou interoperabilitu

Vize IoT může být realizována pouze v případě, že je základní komunikace mezi komponentami založena na globálním komunikačním standardu, který splňuje širokou škálu komplexních požadavků.

Zatímco model PubSub je zásadní pro nízkozdrojovou komunikaci typu „one-to-many“ (jeden s mnoha), kde je potřeba vysoká škálovatelnost a rychlost, standard musí podporovat i zabezpečený model připojení klient/server, kde probíhá obousměrná komunikace a kde dochází k odesílání řídicích příkazů aktérům. OPC UA podporuje oba tyto modely.

Kromě jednoduchého sdílení dat musí klíčový standard z IoT éry zajišťovat rozsáhlou výměnu informací, a proto musí podporovat sémantický model metadat, který popisuje data i jejich účel, aby se tato dala co nejlépe napřímo využít. To je obzvláště důležité, když se shromažďuje (agreguje) velké množství dat z rozmanitého ekosystému systémů třetích stran. Standard OPC UA, objektově orientované mechanismy modelování informací, tento požadavek zcela splňuje.

Požadavkem je škálovatelnost a možnost integrace napříč všemi vrstvami sítě, jakož i nezávislost na platformě a dodavateli. I zde standard OPC UA splňuje tyto požadavky v jediném integrovaném balíčku.

Výzva

Aby průmyslové země a jejich podniky zůstaly v prostředí moderní globální ekonomiky konkurenceschopné, musejí reagovat na výzvy spojené se zvyšováním efektivity se stále kratšími výrobními cykly: efektivnějším využíváním energie a zdrojů, zkrácením doby uvedení na trh, rychlejší výrobou komplexnějších produktů, rychlými inovačními cykly a zvýšením flexibility prostřednictvím individualizované hromadné výroby.

Vize

Čtvrtá průmyslová revoluce (Průmysl 4.0) je poháněna pokročilými informačními a komunikačními technologiemi (ICT), které čím dál tím více převládají v průmyslové automatizaci. V těchto distribuovaných chytrých systémech se fyzické komponenty a jejich datové virtuální protějšky spojují do tzv. kyberfyzických systémů (CPS). Když se tyto CPS komponenty připojí do sítě, začnou vytvářet „chytré“ objekty, ze kterých lze dále sestavovat „chytré továrny“, kde se výrobní jednotky mohou samy organizovat a stávají se soběstačnými, protože mají všechny potřebné informace, anebo je samostatně mohou získávat.

Tyto systémy se mohou samy překonfigurovat a optimalizovat a lze je rozšiřovat způsobem „plug-and-produce“ (zapoj a vyráběj) bez nutnosti technického zásahu nebo ruční instalace. Kromě samotného výrobního procesu jsou v produktu samotném udržovány také informace o digitálním produktu, a to po celou dobu jeho životního cyklu a v celém hodnotovém řetězci, kterým prochází. Po připojení do sítě se tyto „chytré“ produkty připojí k širší konverzaci IoT a reagují na interní a externí události naučenými vzorci chování – což je přínosem pro spotřebitele i výrobce.

Požadavky

K úspěšné implementaci vize Průmyslu 4.0 je zapotřebí značného úsilí, protože, aby vše fungovalo, musí být splněna široká škála požadavků. Zvládnout tento závazek v celé jeho složitosti nelze bez nutné komplexní modularizace, rozsáhlé standardizace a důsledné digitalizace. Vzhledem k tomu, že tyto požadavky jsou více evoluční než revoluční, technologie k jejich řešení již existují – nicméně, aby se vytvořil základ pro Průmysl 4.0, tyto požadavky je třeba řádně propojit.

 

 

 

_{Zdroj: OPC Foundation, „OPC Unified Architecture“, verze 11, červen 2020}