Интеллектуальный доступ к данным = прибыльное производство

Правильно организованная инфраструктура информационных архитектур позволяет сотруднику предприятия принимать решения на основе необходимой ему информации и освобождает его от наплыва огромного количества ненужных данных.

В течение последнего десятилетия развертывание стандартизированных цифровых сетей fieldbus приводит к постепенной замене комбинированных локальных и удаленных сетей ввода-вывода, возвещая о наступлении производственной информационной эры, при которой упрощенная и модернизированная организационная структура корпорации позволит каждому сотруднику лучше понять детали того, что помогает, а что мешает работе.

Один из недостатков производственной информационной эры состоит в том, что каждый раз при подключении „интеллектуального“ прибора мы получаем один или два действительно необходимых параметра и еще более сотни таких параметров, о которых нельзя с уверенностью сказать, что они необходимы.

В результате бизнес-процессы тонут в данных, испытывая информационную жажду.

Мы знаем, как связать 50 устройств. Мы можем даже объединить 50 сетей, в каждой из которых присутствует по 50 устройств. Однако последовательное продолжение этого процесса будет бесполезным. Просто неразумно продолжать сохранять все больше и больше производственной информации прежде, чем будет создана информационная архитектура для эффективного управления и использования тех огромных массивов данных, которые сегодня можно получить на производстве.

 

Информационная архитектура

Информационная архитектура CPAS

Рисунок. Информационная архитектура CPAS

Показатели производительности (peformance measures – PMs) давно используются для характеристики эффективности процессов/производства. Однако, для того, чтобы они положительно влияли на прибыль компании, показатели производительности должны быть динамическими и своевременно предоставлять операторам информацию, необходимую для оперативного управления технологическим/производственным процессом. Таким образом, информационная архитектура должна отвечать требованиям динамических показателей процессов (dynamic process measures – DPMs).

Часто динамическим показателям дают названия „выход готовых изделий“ или „производительность“, и они являются составными величинами, включающими эксплуатационные, стоимостные и энергозатратные величины.

Чтобы последовательно внедрять динамические показатели в целях повышения прибыли компании, информационная архитектура должна:

  • Поддерживать масштабируемость и обобщение данных;
  • Рационально использовать обращения существующих систем;
  • Извлекать выгоду из существующих стандартов.

 

Масштабируемость

Линн Линсе (Lynn Linse), инженер Digi International, считает, что значительных улучшений в управлении и использовании информации в коммерческой деятельности можно добиться за счет обеспечения „истинной масштабируемости“ и „обобщения“ данных.

Линсе утверждает: „При действительной масштабируемости система с 25 000 параметров не будет в 10 000 раз более сложной, чем система с 25 параметрами. Действительная масштабируемость помогает пользователям управлять сложностью структур данных, позволяя увеличивать и уменьшать их масштаб (представлять данные крупным или мелким планом)“.

Линсе считает: „Также важно обобщение данных. Оно позволяет представить производственную систему как большое устройство, состоящее из более мелких, разделенных на слои, подсистем. Например, обобщение данных дает возможность легко объединить устройства управления на программируемых контроллерах от поставщика блочного оборудования в основную автоматизированную производственную систему“.

Объектные (функционально-блочные) архитектуры, используемые, например, Foundation fieldbus, или большинством производителей автоматизированных производственных систем (PAS) и ODVA (Open DeviceNet Vendor Association), устраняют необходимость работы с отдельными параметрами и дают возможность увеличения/уменьшения масштаба данных. Однако управление тысячами объектов разного типа может представлять серьезные трудности, и таким способом не удастся решить задачу приведенного нами примера объединения блочных устройств управления.

Таблица. Матрица настройки поставщика S95
Раздел Определение Пример настройки поставщика
Часть 1
Раздел 5.1
Функциональная иерархия и описания Показать общий контекст и определить границы производства.
Часть 1
Раздел 5.2
Иерархия оборудования (совместимая со стандартами ANSI/ISA S88) Использовать термины в документах и интерфейсах пользователя продукта.
Часть 1
Раздел 6.1
Функциональная модель Стандартизировать разделение характеристик и функций продукта.
Часть 1
Раздел 6.2
Информационные потоки Определить соответствующие между функциями типы сообщений в продукте.
Часть 1

Раздел 7

Объектные модели определение классов и отношений Стандартизировать соответствующие объекты и структуры в продуктах.
Часть 2 Объекты и атрибуты Обеспечить определенные детали объекта.
Часть 3
Раздел 4.1
Производственные операции Стандартизировать разделение характеристики функций продукта.
Часть 3
Раздел 4.9
Производственные мероприятия Стандартизировать структуры задачи в рамках рабочи функций.

Источник: Control Engineering с данными от ARC Advisory Group

Данная матрица показывает, как поставщики могут настроить проект продукта, чтобы он соответствовал спецификациям ISA S95.

Потенциальное решение для обращения к масштабируемости и обобщению данных появляется в протоколе IEC 61499 – Функциональные блоки.

Под руководством технического комитета 56-й Международной электротехнической комиссии (International Electrotechnical Commission – IEC) Джеймс Христенсен (James Christensen) из Rockwell Automation возглавляет 6-ю рабочую группу, разрабатывающую IEC 61499 – протокол кабельно-независимого соединения, который должен решить проблему согласования производственных систем управления, включая и данные, которые они генерируют (см. дополнительную информацию „Цели IEC 61499“).

Христенсен утверждает: „Первоначально протокол IEC 61499 будет принят в отраслях с дискретным производством как способ объединения, выбора и динамической перестройки конфигурации механизмов и систем, построенных на интеллектуальных функционально распределенных компонентах. Его экономичность и открытая архитектура будут способствовать проникновению и в перерабатывающую промышленность, но более медленными темпами“.

Несколько крупных поставщиков поддерживают усилия по разработке IEC 61499, и, как сообщает Христенсен, его концепция уже тестировалась в европейской академической среде, но ее еще необходимо опробовать на реальном проекте. Тем временем пользователям следует подталкивать производителей автоматизированных производственных систем к более надежным решениям в области интеграции систем управления от сторонних производителей.

 

Проблемы существующих систем

По всему миру, но особенно в Северной Америке, эксплуатируется большое количество старых аналоговых и цифровых приборов и систем управления, для которых не определены какие-либо планы замены.

Ларри Комарэк (Larry Komarek), менеджер по автоматизации в Phoenix Contact, утверждает: „К проблемам управления производственными данными относится и то, что, несмотря на наличие стандартов открытых систем, архитектура систем управления остается по существу неизменной. Информация от интеллектуальных производственных устройств, включая передатчики, приводы, устройства контроля перемещения, видеокамеры наблюдения и программируемые логические микроконтроллеры, концентрируется в созданной пользователем базе данных в управляющем PLC-контроллере. Оттуда она посылается на компьютер управления гибкими технологическими процессами, где формируется другая база данных. Далее данные передаются в дополнительные базы данных предприятия – MES, LIMS и т.д. – при этом каждая новая база данных создает возможности для генерации ошибок при конфигурации и передаче данных“.

Мнение Линсе о действительной масштабируемости и обобщению данных тесно перекликается с утверждением Комарэка об архитектуре баз данных в том, что решение не связано с сохранением все большего количества данных. Все, что нужно – это информационная архитектура, которая бы включала в себя существующие приборы и системы.

 

Интерфейсные устройства

Джон Диттер (John Ditter), специалист по продукции компании Wago, считает: „Существующие системы, созданные до появления стандартов „открытых“ систем, ставят уникальную задачу по разработке способов и средств совместного использования данных в рамках целого предприятия. Часто существующие системы используют собственные операционные системы, сети и протоколы; свободное время процессора отсутствует; и/или нет возможности нарастить память. Возможности выбора для владельцев таких систем ограничены. Одним из решений является установка концентратора данных или шлюза“.

Некоторые производители, такие как Lighthammer, Phoenix Contact и Wago, поставляют устройства, способные связать существующие системы и представить данные в формате множества стандартных Интернет-протоколов. И хотя продукт каждого производителя обладает своими уникальными характеристиками, все они используют в качестве физического уровня промышленный протокол Ethernet.

Так, в частности, интеллектуальный сервер компании Lighthammer – Illuminator Manufacturing Intelligence Server – использует стандартную технологию Web-браузера для того, чтобы связаться с источниками и типами данных, имеющимися на предприятии. Illuminator выделяет, объединяет и преобразует данные в информацию предприятия, такую, как использование активов, эффективность производства и выход готовых изделий, уровень запасов, состояние заказа, информацию о качестве и возможности оперативного контроля.

Phoenix Contact предлагает ряд преобразователей/изоляторов последовательных данных и Ethernet-преобразователей, предназначенных для расширения, изоляции и защиты промышленный сетей Ethernet и последовательных сетей. Устройства сопряжения от компании Phoenix Contact, устанавливаемые на DIN-рейки, пригодны для использования в производственных условиях, в том числе в опасных зонах (класс защиты 1, разд. 2).

Программируемый fieldbus Ethernetконтроллер 750-841/842 компании Wago (PFC) позволяет связать производственные данные с системами управления предприятием. Каждый PFC служит интеллектуальным шлюзом, подключается последовательно и использует протоколы Modbus/TCP, Ethernet I/P или собственный протокол Wago на основе протокола Ethernet.

Получение и объединение данных, содержащихся в существующих системах, для включения их в информационную архитектуру не требует замены системы. Это достигается простым добавлением концентратора данных или шлюза.

 

Применение стандарта ISA S95

Как отмечалось ранее, на производстве обычно используются разнородные системы управления от различных производителей, что еще более усложняет задачу интеграции. Кроме того, чем больше используется разнообразных систем управления, тем больше расходы на внедрение и техническое обслуживание.

Семейство спецификаций ANSI/ISA S95 вводит стандартную терминологию и согласованный набор концепций и моделей, связанных с интеграцией производственных функций и функций предприятия.

Спецификации стандарта S95 дают возможность пользователям определить потребности, снизить издержки на автоматизацию производственных процессов, сократить инженерные усилия на обеспечение жизненного цикла и позволить производителям поставлять подходящие средства интеграции.

Роберт Мик (Robert Mick), представитель группы новых технологий ARC Advisory Group VP, утверждает: „Пользователи, прежде незнакомые с ISA S95, удивлены отсутствием необходимости что-либо монтировать. S95 – это не спецификация по описанию сообщений и/или программных интерфейсов, а процесс настройки, когда производители продуктов внедряют терминологию S95 и выбирают модели как часть своей продукции, архитектуры и деятельности“. Спецификация включает в себя несколько моделей и структур, и вряд ли какой-либо поставщик будет использовать их все“ (см. таблицу „Матрица настройки поставщика S95“).

Хотя в этом стандарте не определяется формализованный протокол обмена информацией, несколько членов комитета ISA S95 признали, что создание XML-схем могло бы сыграть важную роль в том, чтобы сделать стандарт удобным для пользователя.

Под руководством World Batch Forum (WBF) рабочая группа разработала структурные схемы „Языка разметки бизнес-производства“ (Business to Manufacturing Markup Language – B2MML). Язык B2MML от WBF, выпущенный в качестве свободно распространяемой реализации спецификации ISA S95, предоставляет набор XML- схем, разработанных с использованием расширяемого языка разметки XML.

Доверие к спецификации ISA S95 и схемам B2MML от WBF добавила также недавняя информация о том, что SAP AG выразила озабоченность отсутствием стандартов, которые помогли бы эффективно связывать производство с коммерческим слоем структуры предприятия. SAP разрешает эту ситуацию путем разработки сетевого графика, который поддерживает спецификации ISA S95.

Бизнес, желающий извлечь максимальную выгоду из производственных данных, более всего выиграет от информационной архитектуры, которая поддерживает масштабируемость и обобщение данных, эффективно решает задачи существующих систем и выгодно использует существующие стандарты.

 

 


Цель IEC 61499

Рассмотрим среду предприятия, где часть решения по управлению была разработана на заказ и удовлетворяет требованиям современной автоматизированной производственной системы (PAS). Обычное производственное оборудование (центрифуги, сушилки, компрессоры, системы погрузки и т.д.) поставляли производители блочного оборудования, которое обычно включает в себя программируемые логические контроллеры (PLC).

Производители блочного оборудования встроили обширную базу данных о продукте с использованием информационных точек, отношений данных, потоков данных и т.д. Задача состоит не в том, чтобы связать различные контроллеры блочного оборудования в автоматизированную производственную систему. Задача заключается в интеграции всей базы знаний, поставляемой всеми производителями блочного оборудования, в PAS, без необходимости повторного ввода данных и без создания проблемы долгосрочной поддержки программного обеспечения и данных. Для решения этой задачи и проектируется IEC 61499.

Чтобы узнать дольше об IEC 61499, посетите сайт www.holobloc.com.


SAP обращается к производственным данным

За прошедшие десять лет многие предприятия потратили миллионы долларов на внедрение решений SAP AG по планированию ресурсов предприятия (ERP). Лица, участвовавшие в развертывании ERP, помнят, что консультанты и конструкторы SAP старались избегать дискуссий на тему интеграции производственных данных. Однако это не означало, что SAP не интересовало производство. Это лишь означало, что SAP не была готова взяться за эту задачу. Теперь времена изменились. Недавно появившийся продукт SAP – инструментальная панель производителя для руководителей предприятий (Manufacturing Dashboard for Plant Managers) укрепила интерес SAP к проведению разработок в области производственных данных. Первая версия инструментальной панели оказывает поддержку руководителю предприятия, позволяя ему в реальном времени наблюдать за производственными операциями. Использование конфигурируемой среды позволяет пользователям отслеживать 6-10 показателей с системой предупреждения на базе обработки исключительных ситуаций и прослеживать каждый показатель для нахождения основной причины неисправности. Также имеется готовая библиотека форм отчетов. (В следующих версиях планируется поддержка главных технологов, администраторов по эксплуатации и руководителей, ответственных за качество). SAP признает, что производственные данные играют ключевую роль в эффективном принятии коммерческих решений. SAP также признает необходимость согласованной производственной инфраструктуры для поддержки инструментальной панели. Поскольку используется огромное количество аппаратных и программных платформ и протоколов передачи данных, SAP разработала свою платформу оперативного управления (Management Platform – OMP) в качестве средства поставки данных для своей инструментальной панели. Она принимает данные через компонент OPC XML или другие приложения на базе Web-служб. Там, где такие службы не существуют или не могут существовать, SAP внедряет на производственных площадках свою платформу NetWeaver. NetWeaver – это платформа для интеграции и прикладная платформа, которая составляет основу комплекта mySAP Business Suite. NetWeaver включает множество Интернет-стандартов, в том числе HTTP, XML и Web -сервисы. Она также поддерживает открытость и способна взаимодействовать с Microsoft.NET, Java 2 Platform Enterprise Edition и IBM WebSphere.

Дополнительная информация на сайте www.sap.com

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *