Автомобильная промышленность традиционно является лидером по внедрению высоко автоматизированных процессов и современных стратегий производства. Но при ближайшем рассмотрении становится ясно, что это верно только для отдельных этапов производства. Поскольку отсутствует унифицированная сеть, которая позволила бы автопроизводителям осуществлять эффективный мониторинг и управление всем процессом производства. Именно протокол OPC UA TSN способен изменить сложившуюся ситуацию.
На протяжении многих лет части автомобильного кузова сваривали между собой путем высокоточной синхронизации роботов на полностью автоматизированной производственной линии. Единственной задачей человека в этом процессе оставался контроль за корректной работой машин. "Но то, что выглядит, как идеальный пример передового современного производства, имеет один недостаток." - подмечает Маурицио Тароцци, руководитель отдела развития бизнеса в B&R. Между отдельными этапами производства отсутствует единая система коммуникации. Данные передаются только через специальные программные интерфейсы. "Не существует единого управления производством и общих ресурсов с данными."
Маурицио Тароцци, руководитель отдела развития бизнеса, компания B&R
Сетевое взаимодействие
В большинстве случаев, каждый производственный участок имеет не только собственную систему управления, но и отдельную IT-инфраструктуру. "Настройка и администрирование такого огромного количества сетей требует много сил, времени и средств." - подчеркивает Штефан Бина, руководитель открытой автоматики в B&R. Коммуникация между изолированными участками возможна только при наличии специальных программных шлюзов. "Это расходует большую часть ресурсов впустую." Не смотря на то, что процессы и технологические процедуры в пределах одного цеха высоко оптимизированы и автоматизированы, взаимодействие между отдельными этапами производства минимально.
"Унифицированная сеть - первый шаг на пути к объединению производства." - добавляет Бина. Для достижения поставленной цели требуется коммуникационная технология, которую "понимали" бы все устройства и компоненты системы независимо от их производителя. Это касается не только машин или производственных линий, но также всех датчиков, исполнительных механизмов и высокоуровневых систем управления - MES, SCADA или ERP.
Связь независимая от изготовителя
"Требования к подобной сети чрезвычайно высокие." - подводит итог Бина. Например, такая технология должна поддерживать режим реального времени при синхронизации осей. Она не должна зависеть от производителя оборудования и ей необходимо иметь встроенные механизмы защиты для передачи данных в облако.
"OPC UA TSN (прим. протокол) станет гигантским шагом вперед для всей автомобильной промышленности." - убежден Тароцци. Протокол не только обеспечит связь в реальном времени между различными производственными цехами, но и позволит наладить более быструю, эффективную и прозрачную связь с высокоуровневыми системами. В свою очередь планирование производства может стать более точным и адекватно реагировать на "узкие места" в реальном времени. Также архивные данные в любое время доступны для составления отчетов и просмотра руководством.
Штефан Бина, Технологический директор по открытой автоматике, B&R
Анализ огромного массива данных
"Протокол OPC UA TSN позволяет собирать и анализировать огромный объем данных, например, на граничном контроллере или в облаке." - отмечает Бина. Обработанные данные могут быть использованы для оптимизации производственного процесса. Все это стало возможным благодаря информационным моделям OPC UA. "Протокол не просто передает безразмерные данные." - объясняет Бина. Каждое значение переменной сопровождается дополнительной информацией, например, единицами измерения, диапазонами и описанием. "Это великолепная система для связи и обработки в независимости от поставщика оборудования." - констатирует Штефан Бина. Устройства от разных производителей можно запрограммировать и наладить их взаимодействие друг с другом в одной системе без необходимости в шлюзах или интерфейсах.
При использовании только одной сети для настройки, управления и администрирования, все издержки радикально сокращаются. "Вам больше не потребуется десять разных специалистов для десяти разных сетей." - акцентирует внимание Бина. "Вместе с большим числом других компаний по автоматизации и IT мы работаем над механизмом, который позволит сетям OPC UA TSN самостоятельно конфигурироваться. А диагностика станет в разы проще в сравнении с сегодняшними сетями."
Цепочка ценностей с сетевым взаимодействием
"Преимущества OPC UA TSN не ограничиваются производственным цехом." - отмечает Штефан Бина. Вся цепочка ценностей получит более тесное и лучшее сетевое взаимодействие. Когда производственные данные анализируются в режиме реального времени, сотрудничество с поставщиками можно планировать с высокой точностью и высокой степенью автоматизации. Это также позволяет наладить более тесное сотрудничество при послепродажном обслуживании.
"Протокол OPC UA TSN открывает для индустрии автомобилестроения огромные возможности" - резюмирует Тароцци. Унифицированная технология коммуникации обеспечит автопроизводителям невиданный ранее рост эффективности производственных линий. А также позволит повысить показатели производительности и рентабельности.
Автор: Штефан Хензель, штатный редактор B&R
Развитие OPC UA TSN
Три важных расширения к существующим стандартам были инициированы за последние несколько лет, чтобы OPC UA TSN отвечала всем требованиям современной промышленности.
- Дополнение к модели издатель-подписчик: На текущий момент времени OPC UA использует механизм клиент-сервер, где клиент запрашивает информацию, а сервер в свою очередь отправляет ответ. Такая система имеет свои ограничения, если в сети много узлов. В отличие от нее, модель издатель-подписчик обеспечивает связь от одного ко многим и от многих ко многим. Сервер отправляет свои данные в сеть (издаёт) и каждый клиент может получить эти данные (подписка).
- Расширение стандарта Ethernet, так называемые "чувствительные ко времени сети" (Time-Sensitive Networking (TSN)): TSN относится к семейству Ethernet стандартов IEEE 802.1. Это расширение добавляет возможность передавать данные через стандарт Ethernet в режиме реального времени.
- Внедрение механизмов для автоматической конфигурации сети OPC UA TSN: Даже крупные и динамические сети на OPC UA TSN скоро смогут автоматически производить собственную настройку.
Работа над спецификациями для большей части разработок скоро будет полностью завершена. Взаимодействие между технологиями сейчас проходит процесс оптимизации на испытательных стендах с оборудованием от разных производителей, а также испытываются первые прототипы устройств на OPC UA TSN.