Sektor motoryzacyjny jest uważany za pioniera we wdrażaniu wysoce zautomatyzowanych procesów i nowoczesnych strategii produkcyjnych. Przy bliższym spojrzeniu okazuje się jednak, że dotyczy to tylko poszczególnych części instalacji produkcyjnych. Brak natomiast jednolitej sieci, która pozwoliłaby producentom skutecznie monitorować i kontrolować cały proces produkcyjny. Ten stan rzeczy ma się obecnie zmienić dzięki OPC UA TSN.
Elementy karoserii samochodowej są od lat spawane przez roboty o wysokim stopniu synchronizacji, pracujące na w pełni zautomatyzowanych liniach produkcyjnych – ludziom pozostaje jedynie monitorowanie, czy wszystkie urządzenia działają prawidłowo. „To co mogłoby się wydawać sztandarowym przykładem produkcji przyszłości, ma jednak jedną słabość” – zauważa Maurizio Tarozzi, szef działu rozwoju biznesu w B&R. Poszczególne etapy tej produkcji nie są połączone ze sobą za pomocą jednolitej technologii komunikacji. Wymianę danych umożliwiają jedynie specjalnie zaprogramowane interfejsy. Nie ma tu jednolitego sterowania produkcją, ani współużytkowania zasobów danych.
Maurizio Tarozzi, szef działu rozwoju biznesu w B&R
Cyfrowa łączność
W wielu przypadkach każda sekcja zakładu posiada nie tylko własny system sterowania, ale również oddzielną infrastrukturę informatyczną. „Konfiguracja i administrowanie tak dużą liczbą sieci jest kosztowne i czasochłonne”, mówi Stefan Bina, menedżer ds. technologii w dziale otwartej automatyki B&R. Komunikacja pomiędzy tymi izolowanymi wyspami jest możliwa tylko poprzez specjalnie zaprogramowane bramki. „Oznacza to duże marnowanie zasobów.” Podczas gdy procesy i procedury w danej części zakładu są wysoce zoptymalizowane i zautomatyzowane, interakcja pomiędzy poszczególnymi etapami produkcji jest jedynie marginalna.
„Jednolita sieć jest pierwszym krokiem w kierunku produkcji połączonej cyfrowo” – dodaje Bina. Osiągnięcie tego celu wymaga technologii komunikacyjnej zrozumiałej dla wszystkich urządzeń i komponentów, niezależnie od ich producenta. Dotyczy to nie tylko całych maszyn i linii, ale również pojedynczych czujników, siłowników oraz systemów wyższego poziomu, takich jak systemy MES, SCADA i ERP.
Komunikacja niezależna od dostawcy
„Wymagania stawiane takiej technologii komunikacyjnej są wysokie” – podkreśla Bina. Musi ona na przykład umożliwiać synchronizację osi w czasie rzeczywistym. Musi być również neutralna dla dostawców i posiadać zintegrowane mechanizmy bezpieczeństwa stosowane przy przesyłaniu danych do chmury.
„OPC UA TSN będzie ogromnym krokiem naprzód dla branży motoryzacyjnej” – twierdzi z przekonaniem Tarozzi. Nie tylko umożliwi komunikację w czasie rzeczywistym pomiędzy różnymi sekcjami zakładu, ale także sprawi, że komunikacja z systemami wyższego poziomu będzie szybsza, bardziej wydajna i spójna. Z kolei planowanie produkcji może być dużo bardziej precyzyjne i umożliwiać reakcję na wąskie gardła w czasie rzeczywistym. Dostępne są również dane archiwalne, które w każdej chwili mogą być przeglądane przez kontrolerów finansowych lub kierownictwo.
Stefan Bina, Menedżer ds. technologii w dziale otwartej automatyzacji B&R.
Analizy dużych ilości danych
„OPC UA TSN umożliwia gromadzenie i analizę dużych ilości danych – na przykład na kontrolerze brzegowym lub w chmurze” – mówi Bina. Przygotowane dane można wykorzystać do optymalizacji procesów produkcyjnych. Wszystko to jest możliwe dzięki modelom informacyjnym OPC UA. „Protokół nie służy tylko do transportu danych bezwymiarowych” – wyjaśnia Bina. Każdej wartości zmiennej mogą natomiast towarzyszyć dodatkowe informacje, takie jak jednostki, ograniczenia i opis. „To znacznie ułatwia komunikację i przetwarzanie danych w systemach wielu dostawców” – podkreśla Bina. Urządzenia różnych producentów mogą komunikować się ze sobą w jednym systemie bez konieczności programowania jakichkolwiek bramek czy interfejsów.
Koszty zostają radykalnie obniżone, gdyż procesy zarządzania, konfigurowania i administrowania dotyczą tylko jednej sieci. „Nie potrzeba już dziesięciu różnych specjalistów do obsługi dziesięciu różnych protokołów” – podkreśla Bina. „Wraz z wieloma innymi firmami z branży automatyki i IT pracujemy obecnie nad mechanizmami, które wkrótce umożliwią sieciom OPC UA TSN samodzielną konfigurację. Również diagnostyka będzie znacznie łatwiejsza w porównaniu z dzisiejszymi sieciami.”
Połączony łańcuch wartości
„Korzyści z OPC UA TSN nie kończą się w hali produkcyjnej” – podkreśla Bina. Cały łańcuch wartości może być lepiej połączony w sieć. Kiedy jesteśmy w stanie ocenić dane produkcyjne w czasie rzeczywistym, współpraca z dostawcami może być zaplanowana z większą precyzją i wyższym stopniem automatyzacji. Obszar posprzedażowy może być jeszcze ściślej zintegrowany.
„OPC UA TSN to wielka szansa dla przemysłu motoryzacyjnego” – podsumowuje Tarozzi. Dzięki jednolitej technologii komunikacyjnej, producenci samochodów będą mogli zwiększyć wydajność swoich linii produkcyjnych w stopniu wcześniej niespotykanym. W ślad za wzrostem wydajności wzrośnie zyskowność.
Przygotował: Stefan Hensel, redaktor działu komunikacji korporacyjnej B&R
Ocena OPC UA TSN
Aby system OPC UA TSN mógł spełnić wymagania przemysłowe, w ostatnich latach rozpoczęto wprowadzanie trzech ważnych rozszerzeń istniejących standardów:
- Dodanie modelu nadawca-odbiorca: Do tej pory OPC UA korzystał z mechanizmu klient/serwer, w którym klient żąda informacji i otrzymuje odpowiedź z serwera. System ten ma swoje ograniczenia w przypadku, gdy w sieci istnieje wiele węzłów. Natomiast model nadawca-odbiorca umożliwia komunikację w relacji jeden-do wielu i wielu-do wielu. Serwer (nadawca) wysyła swoje dane do sieci, skąd każdy klient (odbiorca) może je pobrać.
- Rozszerzenie standardu Ethernet znane jako Time-Sensitive Networking (TSN). TSN odnosi się do zbioru podstandardów w ramach rodziny standardów Ethernet IEEE 802.1. Wprowadza możliwość transmisji danych w czasie rzeczywistym poprzez standardową sieć Ethernet.
- Ustanowienie mechanizmu automatycznej konfiguracji dla OPC UA TSN: Nawet duże i dynamiczne sieci z OPC UA TSN wkrótce będą konfigurować się automatycznie.
Prace nad specyfikacją dużej części niezbędnych prac rozwojowych zostały już zakończone. Interakcja między technologiami jest obecnie optymalizowana na stanowiskach testowych wielu dostawców; testowane są pierwsze prototypy z obsługą OPC UA TSN.