Digitalizacja stawia przed producentami maszyn duże wyzwania, ale otwiera też nowe możliwości kreowania wartości na użytek klientów. Warunkiem ich skutecznego stosowania jest jednak łatwy dostęp do danych z hali produkcyjnej. OPC UA FX oznacza nowe otwarcie w zakresie usług cyfrowych dla biznesu.
Co decyduje o wartości produktu? W rosnącej liczbie branż decydującym czynnikiem nie jest już sprzęt, ale oprogramowanie. Potwierdzi to zapewne każdy, kto w ciągu ostatnich 20 lat kupił samochód. Najpierw elektroniczne systemy sterowania zastąpiły te kilka ostatnich części mechanicznych, które mogliśmy jeszcze sami naprawić, używając klucza. Potem pojawiły się usługi cyfrowe, takie jak systemy wspomagania kierowcy i integracja z telefonami komórkowymi. Obecnie zdolności komunikacyjne są jednym z najważniejszych kryteriów branych pod uwagę przez potencjalnych nabywców samochodów.
Podobna transformacja zachodzi obecnie w branży budowy maszyn. Co to oznacza w przypadku naszych klientów – producentów maszyn? To oczywiste: chcą oni wdrażać te same rodzaje usług cyfrowych, które od dawna są standardem w świecie technologii informatycznej i elektroniki użytkowej. W związku z tym punkt ciężkości przesuwa się z samej maszyny na procesy zachodzące przed nią i za nią.
Produkcja partii jednostkowych, możliwość przyszłych adaptacji poprzez aktualizację oprogramowania, rozwiązywanie problemów poprzez zdalny dostęp, łatwa integracja z kompleksowymi łańcuchami wartości – wszystko to konstruktorzy maszyn będą wkrótce musieli oferować, jeśli chcą pozostać konkurencyjni. Jednym z problemów przy wdrażaniu tych usług jest uzyskanie płynnej komunikacji między maszynami, które korzystają z różnych systemów sterowania i komunikacji. Ta sama otwartość jest również potrzebna na poziomie obiektu, aby można było zbierać dane z czujników i elementów wykonawczych na każdej maszynie.
Czy rozwiązaniem może być nowy protokół komunikacyjny? Nie. Zważywszy na obecny nieład w tej dziedzinie, dodanie kolejnego protokołu przyniosłoby efekt przeciwny do zamierzonego. Podejście zastosowane w OPC UA jest znacznie bardziej obiecujące: zamiast kolejnego protokołu, oparcie standardu na modelach informacyjnych.
Główna różnica tkwi w strukturze. Modele informacyjne OPC UA dostarczają semantycznie jednoznacznych definicji określających dokładnie, która przestrzeń i jakie właściwości są przypisane do danego typu danych. Dzięki temu dane mogą być odczytywane maszynowo i automatycznie przekształcane w informacje.
W 2016 r. konsorcjum OPC Foundation wystąpiło z inicjatywą „Shaper”, której celem było opracowanie OPC UA over TSN – otwartego, ustandaryzowanego modelu informacyjnego umożliwiającego bezproblemową komunikację z chmury aż do poziomu maszyn produkcyjnych. Rozwiązanie to, zwane obecnie OPC UA FX, jest nadzorowane w ramach przedsięwzięcia OPC Foundation pod nazwą Field-Level Communications (FLC).
Co to oznacza dla konstruktorów maszyn? To proste: planując obecnie nową serię maszyn należy zacząć od zaplanowania w niej OPC UA FX. Coraz więcej naszych klientów – producentów maszyn - poszukuje wsparcia we wdrażaniu własnych cyfrowych modeli biznesowych i usług. Ze swojej strony producenci wymagają maszyn i urządzeń, które mogą połączyć w sieć produkcyjną z łatwością, jaką daje technologia „plug-and-play”. Dzięki OPC UA FX istnieje obecnie jednolity, otwarty i globalny standard, który umożliwia konstruktorom maszyn zaspokojenie rosnącego zapotrzebowania klientów na usługi cyfrowe.
A jeśli chodzi o wsparcie produktowe dla OPC UA FX – jesteśmy do dyspozycji. Nowa bramka komunikacyjna B&R jest gotowa do pracy w systemie FX, obsługuje TSN i może być zintegrowana z istniejącymi sieciami Ethernet. To samo dotyczy najnowszej generacji sterowników X20. Firma B&R opracowała również switch wspierający TSN, a nadchodzące wersje oprogramowania Automation Studio będą wspierać tworzenie aplikacji z OPC UA FX.
Ale FX jest istotne nie tylko dla nowych maszyn, ale również dla istniejących urządzeń. W rozwiązaniach hybrydowych, w których oba systemy komunikują się za pomocą tego samego kabla sieciowego, można nadal używać znanych protokołów OT. Oznacza to, że każdy konstruktor maszyn może sam określić tempo przejścia na OPC UA FX – pod warunkiem, że jest na to przygotowany.
Producent musi zadać sobie pytanie, jak będzie wyglądał rynek jego maszyn za dziesięć lat. Presja ze strony przemysłu wytwórczego na usługi oparte na danych jest już odczuwana przez konstruktorów maszyn, a w nadchodzących latach będzie się jeszcze nasilać. W tym procesie coraz większą rolę będą odgrywać wydajne algorytmy uczenia maszynowego opakowane w nowoczesne aplikacje.
Rozwiązania cyfrowe opierają się na danych. Dane te trzeba pozyskiwać, przetwarzać, analizować i – co nie mniej ważne – przesyłać. Niezbędne zdolności komunikacyjne można uzyskać dzięki godzinom dodatkowej pracy konstruktorów i inwestycjom w dodatkowe bramki – albo prościej: wprowadzając w stosownym czasie standard OPC UA FX. Już za pięć, najdalej siedem lat OPC UA FX zdominuje hale produkcyjne na całym świecie. Efekt domina sprawi, że po pierwszych zmianach kolejne nastąpią w tempie lawinowym i wywołają rewolucję na rynku. Teraz jest odpowiedni czas, aby upewnić się, że wszystkie elementy układanki są na swoim miejscu.
Bus controller | TSN switch | X20 PLCs |
|---|---|---|
B&R X20BC008U obsługuje zarówno OPC UA, jak i TSN, otwierając drzwi dla niezależnej od dostawcy komunikacji w czasie rzeczywistym na poziomie linii i w terenie. | Przełącznik Ethernet działający w czasie rzeczywistym usprawnia implementację sieci OPC UA FX, ułatwiając łączenie węzłów innych niż FX. | Najnowsza generacja sterowników PLC B&R może być używana jako urządzenia nadrzędne na poziomie obiektowym w sieciach OPC UA FX. |
Elmar Zimmerling: FX to skrót od Field eXchange. Standard ten ujednolica wyższe warstwy protokołu, a także semantykę różnych urządzeń sterujących i obiektowych. Efektem końcowym jest ujednolicone rozwiązanie dla wszystkich istotnych aplikacji automatyki, w tym deterministycznych - sterowania ruchem i bezpieczeństwa.
Zimmerling: Protokół OPC UA FX jest całkowicie niezależny od fizycznej warstwy transportowej, dlatego może być stosowany razem z różnymi starszymi protokołami w sieciach hybrydowych. W ten sposób łączy stary świat komunikacji z nowym. Jest to bardzo ważne, jeśli chodzi o strategie migracji w kierunku OPC UA FX – zarówno przy rozpoczynaniu nowego projektu, jak i modernizacji istniejącego systemu. Nie ma potrzeby rezygnować z dotychczasowych rozwiązań z dnia na dzień.
Zimmerling: TSN jest nadal wybierany do aplikacji czasu rzeczywistego o wysokich wymaganiach dotyczących szybkości, ale nie jest to obowiązkowe. Z drugiej strony, szkielet OPC UA jest tak skonstruowany, aby w przyszłości można było korzystać z technologii bezprzewodowych, takich jak 5G czy Wi-Fi 6.
Zimmerling: Specyfikacja sterownik-urządzenie powinna być gotowa w 2022 roku. Szczególnie ważny dla konstruktorów maszyn jest fakt, że OPC Foundation pracuje również razem z PI nad niezależnym od dostawców rozwiązaniem dla bezpieczeństwa funkcjonalnego, OPC UA Safety. Grupa robocza FLC Safety zakończyła prace nad wersją 2.0 specyfikacji OPC UA Safety (OPC 10000-15), która wspiera OPC UA FX i Pub/Sub.
Zimmerling: Początek jest bliższy, niż mogłoby się wydawać: OPC UA FX jest już czymś więcej niż tylko teorią. Prawdę mówiąc, na odwołane targi SPS 2021 w Norymberdze przygotowano dużą demonstrację z udziałem wielu dostawców. Sterowniki 17 znanych producentów zostały połączone za pomocą przełączników sieciowych. Konfiguracja testowa pokazała, że komunikacja pomiędzy sterownikami jest gotowa do wprowadzenia na rynek – dotyczy to także automatycznego łączenia urządzeń różnych producentów, znanego jako zarządzanie połączeniami. W mojej opinii zatem przyszłość zaczyna się dziś.
