האינטרנט התעשייתי, כמודל עסקי מתפתח ופרדיגמת יישומים שנוצרה על ידי שילוב עמוק של-טכנולוגיית המידע של הדור הבא עם הכלכלה התעשייתית, משמש כבסיס קריטי עבור מפעלים תעשייתיים להשגת טרנספורמציה דיגיטלית. בשנים האחרונות צצו פתרונות משולבים רבים באמצעות חדשנות המותאמות למאפייני הייצור ונקודות הכאב של תעשיות מפתח. דוגמאות כוללות שיתוף פעולה בשרשרת האספקה בייצור ציוד-מתקדם, תפעול ותחזוקה מרחוק של ציוד מרכזי, חיסכון באנרגיה והפחתת פליטות בתעשיית הפלדה, וניטור בטיחות ייצור במגזר הפטרוכימי. פתרונות אלו ממנפים באופן מלא את השפעות הצבירה וההגברה של האינטרנט התעשייתי, מניעים את הטרנספורמציה הדיגיטלית של הייצור ומספקים ערך ליבה בשיפור איכות, הפחתת עלויות ורווחי יעילות.
פלטפורמות אינטרנט תעשייתיות מספקות יכולות לצבירה, אינטגרציה, אחסון, עיבוד, מחשוב וניתוח נתונים תעשייתיים מסיביים, ומאפשרות לארגונים לבנות פלטפורמות בקרה תפעולית מאוחדת, מלאה במחזור החיים. טכנולוגיות רבות הקשורות לפלטפורמות- עוברות איטרציה וקידום מתמשכים (למשל, רכיבי מיקרו-שירות, קונטיינרים, עיבוד נתונים אצווה, עיבוד זרם). טכנולוגיות אלו מעצימות אותנו בהדרגה לבצע-ניתוח מעמיק של נתונים תעשייתיים הטרוגניים ומסיביים תוך האצת צבירת ידע תעשייתי, ניתוק חומרה ותוכנה ופריסה מהירה של יישומים חדשניים. עם זאת, אנו מכירים בכך שטכנולוגיות-הקוד הפתוח המתקדמות הללו הן בעצם כלים המסייעים לארגונים להשיג ייצור חכם-ולא את המטרה הסופית עצמה. באמצעות מינוף פלטפורמות כאלה, ארגונים גדולים יכולים לייעל את הייצור על פני כל היקף הייצור, לשפר את שרשרת הערך המלאה של נכסים ופעולות, ובסופו של דבר להשיג אופטימיזציה של ערך רחב של מחזור חיים. לדוגמה, קבוצת הנפט הלאומית של אבו דאבי (ADNOC) ממנפת את מרכז הפיקוד הדיגיטלי הפנורמי שלה כדי לנטר ולבצע אופטימיזציה של הנכסים והביצועים התפעוליים של 14 חברות הפעלה מהמטה שלה. באמצעות פתרונות כמו תחזוקה חזויה ואופטימיזציה של שרשרת הערך, היא זיהתה הזדמנויות פוטנציאליות לאופטימיזציה של ערך בשווי 60 עד 100 מיליון דולר עבור הקבוצה (מתן פתרונות אופטימיזציה של שרשרת הערך של נפט וגז, שילוב שרשראות נכסים ותפעוליות ערך, ומקסום תשואה תפעולית).
האינטרנט התעשייתי מציע פתרונות רבים בתרחישים כמו הרחבת שירות, שיתוף פעולה ברשת והתאמה אישית על ידי חיבור בין ארגונים, משתמשים ומוצרים. עם זאת, זה נשאר בשלב חקירה עבור תרחישי ייצור חכמים, וארגונים עדיין מתמודדים עם אתגרים משמעותיים בפעולות הייצור.
אתגרים העומדים בפני מפעלי ייצור של היום
אתגרי השוק: אי הוודאות הכלכלית והשוק העולמית מאלצת את היצרנים להתאים במהירות אסטרטגיות כדי להסתגל לדרישות השוק השכיחות והמהיר יותר- תוך ניווט בתנודות בעלויות חומרי הגלם והאנרגיה. מגמה זו מאלצת חברות לחשוב מחדש על הגישות התפעוליות שלהן: עליהן להשיק מוצרים חדשים ללא הרף תוך קיצור מחזורי רכש הציוד, לוחות זמנים לפיתוח מוצרים חדשים וזמן-לשוק.- הם צריכים לבסס מודלים עסקיים של אופטימיזציה-מתואמים בשרשרת האספקה- ומערכות ייצור גמישות כמו-ייצור בקנה מידה מעורב-בקנה מידה גדול-, קריטי במיוחד עבור מגזר הייצור הדיסקרטי.
אתגרי משאבי אנוש ושימור ידע: ככל שדורות מבוגרים של עובדים פורשים, המומחיות שיש להם במערכות בקרה, תפעול ותחזוקה מסתכנת באובדן. מפעלים תעשייתיים מתמודדים עם אתגרים משמעותיים ממעברי כוח אדם. הדור החדש של ילידים דיגיטליים מצפה שידע אוטומציה תעשייתית יוטמע בתוך המערכות שבהן הם משתמשים, בעוד כישרונות OT מסורתיים הופכים נדירים יותר ויותר.
אתגרים בעלות כוללת ותאימות: כיצד לייעל ולהפחית עלויות עבור פרויקטי בנייה חדשים והוצאות תפעוליות תוך עמידה בחוקים ותקנות לאומיים להגנת הסביבה המחמירים יותר ויותר כדי לאפשר פיתוח בר קיימא.
מנהלי תעשייה מקווים שטכנולוגיות Industry 4.0 ו-Industry Internet יעזרו להם להתמודד עם האתגרים החדשים הללו. אנליסטים בתעשייה מעריכים שטכנולוגיות ייצור גמישות יותר,-הדור הבא יכולות להגביר את פרודוקטיביות הייצור ב-30%. עם זאת, מחקרים גם מצביעים על כך ש-60% מהחברות לא מצליחות לקדם את הפרויקטים שלהן מעבר לשלב הפיילוט. תוצאה זו נובעת מגורמים מגוונים הקשורים לכוח אדם, תהליכים וטכנולוגיה. בחזית הטכנולוגית, רוב היצרנים נאבקים להשיג תשואות גבוהות יותר מהחידושים הללו, בעיקר בגלל שמערכות המפעל התפעולי שלהם נותרו סגורות, הגדרות קנייניות. מאז שנות ה-70, כאשר מערכות DCS ו-PLC נכנסו לאוטומציה תעשייתית, התפתחו מערכות קנייניות. עד כה, השוק התפתח סביב מודלים של חבילת תוכנה-של חומרה, כאשר כל ספק של אוטומציה ומערכות מידע יוצר מערכת אקולוגית תוכנה משלו. זה מאלץ משתמשים לתחזק מערכות OT ו-IT מרובות, מה שמטפח תלות גבוהה בספקי מערכות.
צווארי בקבוק נוכחיים בקצה האינטרנט התעשייתי
ארכיטקטורה לא-דיגיטלית-רוב מערכות האוטומציה המודרניות מותאמות מאוד לשליטה- בזמן אמת, אך אינן מצליחות למנף את הטכנולוגיות המתקדמות במהירות העולות מתחום ה-IT. -טכנולוגיות דיגיטליות מתקדמות אלה-כולל ניתוח, בינה מלאכותית/למידת מכונה, גישות מוכוונות-אובייקט וארכיטקטורות-מוכוונות שירות-הכרחיות להשגת ייצור חכם.
חומרה-מודלים עסקיים ממוקדים-בעוד ששיפורי חומרה יכולים לייעל סביבות בקרה קיימות, הם לא ההיבט הקריטי ביותר של טרנספורמציה דיגיטלית. המפתח האמיתי טמון בחדשנות מונעת תוכנה-שנותנת מענה מושכל לאתגרים טכנולוגיים תפעוליים. כתוצאה מכך, הערך העסקי עובר בהתמדה ממודלים מונעי חומרה-למודלים מונעי תוכנה.
מגבלות של מערכות קנייניות-כרגע, יישומי אוטומציה שפותחו עבור מערכת אחת לא יכולים לפעול על מערכת אחרת. עם זאת, במהלך העשורים האחרונים בתחום ה-IT, מערכות הפעלה פתוחות כמו Linux טיפחו פיתוח יישומים של צד שלישי-, מה שמאפשר הרחבה מהירה של מערכות אקולוגיות ויצירת תיקי תוכנה עשירים העונים על צרכים עסקיים במגוון תעשיות ופלחי שוק. למרבה הצער, מערכות קנייניות במגזר התעשייתי יוצרות חסמים בפני חדשנות: משתמשים אינם יכולים לשפר באופן סביר-ביעילות מערכות ייצור או לשלב ולהתאים-מוצרים-טובים ביותר מספקים שונים. קצב החדשנות שלהם מוגבל על ידי הסתמכותם על ספקי מערכות קנייניות. חסמים אלה מגדילים בסופו של דבר את סך העלויות הארגוניות.
עבור יצרני ציוד מקורי (OEMs), האתגר טמון באיזון בין שני סדרי עדיפויות: מינוף יכולות ניפוי באגים וירטואליות במהלך עיצוב מודולרי כדי לגשר בין העולם הווירטואלי והפיזי-ובכך להפחית את העלויות, להפחית סיכונים ולהאיץ את הזמן-ל{2}}לשווק-במקביל להגדיל{4} את ערך השוק של המכונות העסקיות ולהרחיב את{4} השירותים.
משלבי מערכות (SIs) עומדים בפני פער קריטי: למערכות אוטומציה חסרים כלים המחברים בין תחומי IT ו-OT. בסופו של דבר, הם מוצאים את עצמם נאלצים להשקיע משאבי אנוש משמעותיים בפיתוח פתרונות מותאמים מורכבים ביותר. באופן מכריע, קשה לשכפל שירותים בהתאמה אישית כאלה בשוק. הם מחפשים בלוקים פונקציונליים של תוכנה המגינים על הידע התעשייתי ועל הפתרונות הספציפיים לתעשייה-, ובכך מפחיתים מאמץ הנדסי בעל ערך נמוך (על ידי שימוש חוזר באובייקטים ובאלגוריתמי תהליכים בפרוייקטים מרובים). זה מאפשר למומחים הטכניים שלהם להתמקד ביתר תשומת לב בפתרון נקודות כאב ואתגרים בתוך תהליכי ייצור, תפעול ותחזוקה (MOM), ובסופו של דבר ליצור ערך רב יותר.
בצד -משתמשי הקצה (האיחוד האירופי), התמודדות עם אתגרים אלה דורשת בדחיפות ניהול מערכת מקיף כדי למזער זמן השבתה לא מתוכנן, הבטחת אספקת מוצרים בעונות השיא והפחתת התלות בתמיכה טכנית חיצונית. יש רצון למערכות/קווי ייצור גמישים כדי להבטיח זריזות ייצור, המאפשרים גמישות ייצור רבה יותר כאשר הביקוש משתנה או לוחות הזמנים של תחזוקה משתנים.
פתרון יעיל של בעיות אלה והקמת באמת "תוכנה-תעשייתית מוגדרת" אקולוגית תעשייתית מחייבת התייחסות למערכות OT סגורות, תקנים ואתגרי מערכות אקולוגיות במקורן. הדבר כרוך באימוץ מערכות ותקנים אוטומציה פתוחים תוך שילוב יכולות טכניות נוספות להאצת התכנסות IT-OT.
העתיד של מערכות אוטומציה פתוחות
ארכיטקטורות מערכות אוטומציה עתידיות יתפתחו בהכרח לעבר פתיחות, פריסה מבוזרת ואבטחה אינהרנטית. טכנולוגיית אוטומציה תעשייתית ומחשוב קצה מהווים את הבסיס למערכות הפתוחות הללו. בהשוואה למערכות קנייניות מסורתיות, ארכיטקטורות אוטומציה פתוחות יציגו את התמורות הבאות:
ניכר כי ארכיטקטורות אוטומציה פתוחות מאיצות פיתוח הנדסי, משפרות את זריזות המערכת, גמישות הייצור והיעילות הכוללת. השינוי הזה מייצג יותר מאשר שדרוג טכני-הוא מגדיר מחדש את האופן שבו תהליכים ומכונות מתוכננים. תכנות-לטווח ארוך ובעל-ערך נמוך עבור בקרים קנייניים יעבור למערכות אוטומציה של Plug-and-Play. מערכות אלו ימנפו בלוקי פונקציית תוכנה נרחבים ומאומתים היטב שפותחו על ידי מערכת אקולוגית עצומה. הם יפעלו על פני חומרה מגוונת, החל ממספר ספקים- המתפרשים על פני מערכות בקרה משובצות ועד התקני מודיעין קצה רבי עוצמה.
סטנדרטים פתוחים חיוניים לבניית מערכות אוטומציה פתוחות, ו-IEC 61499 הוא התקן המרכזי שפותח את הגבול החדש הזה. על ידי הגדרת כללי דוגמנות מוכווני אובייקטים-, הוא מטמיע את דגמי הבקרה והאלגוריתמים של אובייקטים מבוקרים ב"קופסאות שחורות" (בלוקים של פונקציות תוכנה). ניתן לעשות שימוש חוזר בלוקי פונקציה מאומתים על פני תרחישים שונים, מה שמפחית משמעותית את מאמצי התכנות החוזרים על עצמם. למשתמשים, זה מספיק להבין את הפונקציונליות הניתנת ללא צורך לדעת את פרטי היישום, ובכך להגן על הקניין הרוחני של המפתחים. שלא כמו בלוקי פונקציות מסורתיים, אלו המוגדרים בתקן זה פועלים על סמך הפעלת אירועים ולא סריקה מחזורית. זה מתיישב עם מושגים מוכווני אובייקט וגישות תכנות בתחום ה-IT, מה שהופך אותו לטכנולוגיית התכנסות IT/OT טבעית. הוא מאפשר יעילות משופרת של מעבד הבקר ואיזון עומסים, מתאים במיוחד למערכות מבוזרות, ומאפשר שילוב חלק של טכנולוגיות IT מתקדמות במערכות אוטומציה. התקן מגדיר עוד כללים עבור דגמי יישומים, דגמי מערכת ודגמי מכשירים/משאבים. השילוב שלהם מאפשר למשתמשים לעצב יישומים ללא תלות בחומרת האוטומציה הבסיסית. גישת הפשטת החומרה הזו מקצרת את לוחות הזמנים של הפרויקט ומפחיתה את התלות ביצרני הציוד. בשילוב עם הפיתוח-מונחה האובייקט של בלוקי פונקציות, זה מפשט באופן משמעותי את ההתאמות המקוונות עבור קווי ייצור וציוד. באופן טבעי, התקן מספק גם שיטות לחיבור בלוקים של פונקציות בסיסיות לבלוקים מרוכבים ולחיבור מהיר של בלוקי פונקציות שונים (באמצעות גרירה-ו-שליחה פשוטה), מה שמפחית משמעותית את עומס העבודה של איתור באגים בתכנות תוכנה ושיעורי השגיאות בתוכנית. לסיכום, השגת יכולת פעולה הדדית של מכשירים, יכולת תצורה מחדש של המערכת וניידות תוכנה הן מטרות הליבה שלה. ארגונים כמו Open Process Automation Forum (OPAF) וה-International Association of Process Industry Automation Users (NAMUR), שמובלים כיום על ידי השתתפות-משתמשי קצה, דוגלים בשינוי הרחק ממסגרות מערכות אוטומציה קנייניות קיימות המבוססות על תקן זה-המחשה הטובה ביותר לשאיפה זו.
בשנים האחרונות, גם טכנולוגיית מחשוב הקצה חוותה התפתחות מהירה. טכנולוגיית מיכל מספקת שיטות יעילות לעדכון/שדרוג אצווה של יישומים לבקרת קצה והבטחת שידור ועיבוד נתונים בזמן. טכנולוגיות מיכל, בעיקר Docker, וכלי תזמור קונטיינרים כמו Kubernetes מתבגרים כעת. ארכיטקטורת Microservices משפרת ללא הרף את יעילות ניצול המשאבים בקצה, מקדמת ניתוק פונקציונלי ושימוש חוזר, מאיצה פיתוח יישומים והפכה למגמה מרכזית בטכנולוגיית מחשוב קצה. תקנים כמו OPC UA ו-Time-Sensitive Networking (TSN) מספקים מסגרות בינלאומיות ורשתות דטרמיניסטיות לקישוריות בין מכשירים בשטח, ועומדות בדרישות שונות של העברת נתונים והחלפה ביישומים תעשייתיים. השילוב של טכנולוגיות המידע והתקשורת מהדור הבא האלה עם טכנולוגיות תקן IEC 61499 יאיץ את התקדמות האוטומציה הפתוחה. פתיחות זו משתרעת לא רק על סטנדרטים אלא גם על רשתות, חומרה, תוכנה וארכיטקטורת מערכת, ומניחה בסיס איתן להשגת דיגיטליזציה, רשתות ומודיעין במפעלים ובסדנאות.
אוטומציה פתוחה תניע את ההתפתחות המהירה של האינטרנט התעשייתי, ובסופו של דבר תטפל בנקודות כאב עבור משתמשי קצה, משלבי מערכות ויצרני OEM. גישה זו משיגה ייצור גמיש, מקצרת את זמן-היציאה-לשוק, מפחיתה את זמן ההנדסה והעלויות, משפרת את היעילות התפעולית והייצורית ומגינה על קניין רוחני. ואכן, מחקר השוואתי שנערך לאחרונה על ידי חברת צד שלישי בינלאומית מדגיש זאת בצורה יעילה: להשלמת פרויקט אוטומציה טיפוסי-בקנה מידה קטן (משימות כולל יצירת יישומים, ייבוא מסדי נתונים רלוונטיים, הקמת לוגיקה, הגדרת התקנים, פיתוח HMI ופריסה של הפרויקט), נדרשו כלי תוכנת אוטומציה מסורתיים 40 שעות. לעומת זאת, שימוש במערכת אוטומציה פתוחה הפחית את הזמן הזה ב-68%. כדי לבדוק את זריזות המערכת, בקרים הוחלפו ידנית בין התקנים ובקרים חדשים שהוגדרו עבור ההתקנים המקוריים. פעולות אלו התגלו כמסורבלות עם מערכות קנייניות מסורתיות, בעוד שמערכות אוטומציה פתוחות ביצעו אותן מהר יותר ב-70% עד 80%.
לסיכום, האם האינטרנט התעשייתי העתידי יכול להתגבר על צווארי הבקבוק הנוכחיים ולקדם עוד יותר את הטרנספורמציה הדיגיטלית של מפעלים תעשייתיים לעומק ולרוחב תלוי בהקמת מערכת אוטומציה פתוחה הבנויה על מושגים, ארכיטקטורות וסטנדרטים חדשים. מערכות קנייניות-המסורתיות בחומרה יוחלפו במערכות פתוחות-תוכנה. טכנולוגיות ענן נוספות יחולו על מחשוב קצה, מה שיאפשר למאגר גדול של כישרוני IT להשתלב באופן עמוק עם ידע יישומים תעשייתיים במסגרת פתוחה זו. אנו יכולים לחזות שהאינטרנט התעשייתי יפתח דרך בריאה ובר קיימא קדימה על ידי מינוף המערכת האקולוגית הפתוחה הזו.