Naloga za informatiko: proizvodne podatke postaviti v kontekst
Industrijski internet stvari ima izjemen potencial: z izboljšanjem operativne učinkovitosti, varnostnih standardov in ustvarjanjem novih poslovnih modelov lahko povzroči revolucijo v industriji. Revolucijo, ki temelji na povezljivosti in kakovostnih podatkih.
Lansko leto je bilo za proizvodna podjetja leto nasprotij: okrevanje in olajšanje po nenehnih izzivih zaradi pandemije, ki je po svetu povzročila vrsto težav v dobavnih verigah in še okrepila težavo vsesplošnega pomanjkanja delovne sile. Toda že zadnjih nekaj let se oblikuje jasno sporočilo: če ljudi ni, jih nadomesti tehnologija, pa naj bo to v varilnici, za tekočim trakom, v pisarni ali malodane kjerkoli drugje. V mnogih pogledih je za sposobnost spopadanja z omenjenimi izzivi zaslužna prav sodobna tehnologija. Rešitve, kot so avtomatizacija ter spremljanje in upravljanje na daljavo, so podjetjem omogočile, da so povečala obseg dejavnosti ter ohranila varnost in zdravje delavcev. Tehnološki napredek se ne ustavlja in s seboj vleče različna področja in dejavnosti. Zdaj so v industriji v ospredju varnost, zanesljivost in prilagodljivost, torej se nanje močno osredotoča tudi IT v industriji. Kaj bo torej pomagalo gnati sodobno industrijo?
Senzorji kot vir dragocenih podatkov
Senzorji vseh vrst in oblik ter namembnosti so že zaslužni za številne dosežke in uresničitev koncepta industrije 4.0, nepogrešljivi pa bodo tudi v prihodnje. Ena glavnih prednosti senzorjev za spremljanje stanja strojev in procesov je ta, da lahko do podatkov in vpogledov, ki jih zagotavljajo, skrbniki in odločevalci dostopajo od koderkoli in kadarkoli. To omogoča spremljanje proizvodnje na daljavo in sprejemanje odločitev na podlagi podatkov v realnem času ne glede na to, kje se nahaja osebje. Natančno spremljanje stanja vseh in vsega v proizvodnem obratu v navezi z napredno analitiko vodi tudi do uresničitve t. i. prediktivnega vzdrževanja – podjetja lahko precej dobro vedo, kdaj in kje se bliža nastanek napake ali okvare ter jo tako še pravočasno preprečijo. Vsaka prekinitev proizvodnje je namreč dražja od vzdrževanja.
Napredek in inovacije na področju senzorjev ter napredek na področju komunikacijske tehnologije, vključno z dolgo pričakovano široko dostopnostjo mobilnega omrežja 5G, pomenijo, da bodo proizvodni objekti lahko namestili še več senzorjev za zbiranje še več podatkov in imeli še več informacij, na podlagi katerih bodo lahko ukrepali. Ena najvznemirljivejših novosti iz sveta senzorjev in t. i. industrijskega interneta stvari (IIoT) je zmožnost pridobivanja več konteksta o podatkovnih točkah (zaradi več senzorjev), kar ustvarja popolnejšo sliko delovanja in omogoča boljši vpogled v nepričakovane dogodke – in možnost njihovega preprečevanja.
S tem bi se proizvodna podjetja izognila svoji največji bolečini in stroškom – nepričakovanim izpadom proizvodnje, ki zmanjšujejo poslovni izid, ogrožajo zaposlene ter negativno vplivajo na življenjsko dobo opreme in kakovost proizvodnje. Z razvojem nadzora na daljavo, ki nadzor približuje realnemu času kot še nikoli prej, je analitična tehnologija pripravljena na velik preboj. Prediktivno vzdrževanje je najlepši znak napredka na tem področju, a morajo podjetja poskrbeti, da tudi pri njem ne bo šibkih točk – torej morajo še pravočasno zagotoviti razpoložljivost sestavnih delov in ustrezno izobraženo osebje, ki jih bo lahko hitro zamenjalo.
Oblaki in megla?
Proizvodna okolja so dolgo časa veljala za nedotakljiva, podjetja niso želela niti slišati o tem, da bi sisteme njihovega upravljanja iz lokalnih računalniških omar preselila v računalniški oblak, torej računalnik nekoga drugega, nekje daleč stran. Kaj pa, če bi se oblak približal podjetju? Računalništvo na robu se po tej plati zdi precej primernejše za podjetja, ki jim javni oblaki niso všeč. Industrijsko robno računalništvo namreč pomeni, da roboti, najrazličnejši stroji in druge naprave v proizvodnji ne komunicirajo le z osrednjim strežnikom, temveč imajo tudi lastne zmogljivosti za obdelavo podatkov. S pošiljanjem informacij, kot so pogoji delovanja ali čas cikla, nazaj na glavni strežnik lahko ta oprema na skrajnem robu omrežja zagotovi dragocen vpogled, kaj se v proizvodnji vsak hip dogaja. Te podatke pa lahko podjetje uporabi za izboljšanje učinkovitosti. V prid kombinaciji industrijskega interneta stvari in robnega računalništva gre tudi vse večja razširjenost omrežij 5G, ki zmanjšujejo omejitve pri hitrosti in pasovni širini ter predvsem odzivnosti, ki so v preteklih letih pripomogle k največ dvomom o tem, ali je računalništvo v oblaku sploh primerno za takšne za poslovanje kritične aplikacije.
Po računalništvu v oblaku pa se proizvodnim podjetjem ponuja še t. i. računalništvo v megli. Kot rečeno, pri računalništvu v oblaku o(b)stajajo omejitve v smislu prenosa in širitve obsega, ki jih povzroča razdalja med strežniki v oblaku in omrežji IIoT. Tu na sceno stopi računalništvo v megli, ki inteligenco prestavi na rob omrežja, kjer se nahajajo stroji. S tem podjetjem omogoča nadzor v realnem času ter izboljšano varnost in večjo upravljivost IKT-okolja, zato bi v prihodnjih letih kaj lahko postalo standardna praksa v celotni industriji.
Staro (noče) ven
Informatiki poznajo izraz, da stara sidra močno držijo. Z vidika proizvodne informatike je to še bolj očitno, saj je življenjska doba strojev in sistemov v proizvodnji pogosto bistveno daljša od življenjske dobe računalnikov in strežnikov, ki jih (sprva) krmilijo. In ker gre razvoj nezadržno naprej, tudi proizvodna oprema s tega vidika zastareva, spreminjajo se standardi, programski jeziki in rešitve. Na to oviro v praksi naletijo številna podjetja, ko želijo starejše rešitve pripeljati v svet industrijskega interneta stvari. Pri tem funkcionalnost ni največja težava, saj z različnimi prevajalniki (API-vmesniki) že dosežejo, da novodobna programska oprema lahko komunicira s starim strojem. Omejena funkcionalnost pa je lahko praktična težava, posebej če integracijske možnosti niso na voljo. Za piko na i glas hitro dvignejo tudi varnostni strokovnjaki, saj je večina starejše opreme v tovarnah zasnovana za popolnoma otočno oziroma nepovezano delovanje, torej premore bore malo ali sploh nič programskih varnostnih mehanizmov – in kot taka predstavlja varnostno tveganje oziroma potencialno ranljivost, če postane del prek interneta dostopnega okolja. Kibernetske grožnje namreč predstavljajo eno večjih tveganj proizvodnih podjetij, saj smo zadnja leta priče številnim napadom. Čeprav se je večina napadalcev osredotočila na finančno motivirane napade z izsiljevalskimi virusi, se v praksi najdejo tudi drugi motivi, od grobega povzročanja škode do onemogočanja konkurence. A tudi tu so stvari jasne – kdor bi rad postavil pametno in karseda avtonomno in varno tovarno, bo moral staro opremo preprosto zamenjati.
Pametna tovarna in moderne rešitve
V pametnih tovarnah bodo tako zagospodarile digitalne rešitve. Enega največjih napredkov na področju pametnih proizvodnih operacij predstavlja tehnologija digitalnega dvojčka. Gre za digitalno predstavitev fizične komponente in/ali stroja v tovarni. Ob pomoči senzorjev in povezljivosti ter kopice podatkov se lahko digitalni dvojček nenehno posodablja, tako da kaže dejansko stanje in zmogljivost fizičnega dela. Izdelek tako najprej nastane v načrtovalskih programih inženirjev v računalniku, kjer se tudi podrobno preveri izvedljivost proizvodnje, še preden se sploh zažene prvi stroj. Tako podjetja znatno privarčujejo pri prototipiranju in poskusni proizvodnji, ob tem pa tudi uvajanje ter upravljanje sprememb postaneta bistveno lažja. Umetna inteligenca z napredno analitiko omogoča najrazličnejše simulacije, ki lahko pomagajo pri načrtovanju in napovedovanju proizvodnje – vse to brez potrebe po prisotnosti zaposlenih v tovarni. Umetna inteligenca in napredni algoritmi so zelo dobrodošli tudi pri kontroli proizvodnje. Stroji, opremljeni s kamerami visoke ločljivosti, lahko uporabijo tehnologijo računalniškega vida za skoraj hipno analizo proizvedenih izdelkov – glede zunanjih mer, toleranc, kakovosti obdelanih površin itd.
A ker je popolno avtomatizacijo v praksi vendarle težko doseči, se ji proizvodna podjetja približujejo po korakih. Jasen korak v to smer je uvajanje sodelujočih robotov. S tem, ko informatika poskrbi za zajemanje in obdelavo najrazličnejših podatkov v proizvodnji, se odpirajo tudi vrata za uvajanje naprednejše in (delno) zavedne opreme ter nove možnosti sodelovanja med človekom in strojem. Sodelujoči roboti znajo dopolnjevati zaposlene za tekočim trakom ali na posameznih sestavnih mestih in so prilagojeni tako, da v nobenem trenutku zaposlenega ne morejo poškodovati.
V pametnih tovarnah pa lahko najdemo še več rešitev, ki so vzklile na področju potrošniške elektronike: na primer, uporaba virtualne resničnosti v proizvodnji in obogatene resničnosti pri vzdrževanju je mogoča zaradi informacij v realnem času, ki jih zagotavljajo tovarniški sistemi. In ker komunikacija med ljudmi in stroji postaja vse bolj dvosmerna, se bodo možnosti za večjo produktivnost na ta način le še povečale.
Bolj inteligentna proizvodnja je tudi bolj zelena, saj v primeru, ko sistemi, oprema in druge rešitve komunicirajo med seboj, IIoT lahko spremlja in optimizira upravljanje energije ter zmanjšuje količino odpadkov in izboljšuje uporabo proizvodnih virov. Skratka, pametna tovarna je bistveno bolj prijazna do okolja in trajnostna. Naloga informatikov pa je, da najdejo načine, kako iz vsega v proizvodnji pridobiti podatke in zagotoviti njihovo takojšnjo obdelavo.