اتوماسیون ابری و جایگاه آن در میان تکنولوژی‌ های صنعتی

سیستم های صنعتی کلاود (ابری)

در این مقاله قصد داریم نگاهی بیندازیم به اینکه دیجیتالی شدن، چطور میزان توجه و سرمایه‌گذاری در سیستم‌های صنعتی ابری (کلاود)تکنولوژی ابری - Cloudتکنولوژی اتوماسیون ابری به بیان ساده به مفهوم ذخیره‌سازی و دسترسی به داده‌ها و برنامه‌ها بر روی فضای اینترنتی است به جای اینکه از حافظه‌های فیزیکی مثل هارددرایوها استفاده شود را افزایش داده‌اند. به این موضوع می‌پردازیم که تأمین کنندگان فناوری اتوماسیون چه پاسخی به این سوال ارائه خواهند داد.

پیوند دادن فناوری ابری به بستر کارخانه، علی الخصوص برای سیستم‌های کنترل صنعتی (ICS)ICSیک اصطلاح کلی است که شامل چندین نوع سیستم کنترل و ابزارهای مرتبط است که برای کنترل فرآیندهای صنعتی استفاده می‌شود.، اغلب یک موضوع مشکل برای بسیاری از مدیران کارخانجات به شمار می‌رفته است.

دغدغه پیش رو شامل دو مؤلفه است؛ اولاً با خطر امنیت سایبری روبرو هستیم و در وهله دوم، برنامه‌های کنترلی به قدرت پاسخ دهی در کسری از ثانیه نیاز دارند؛ که چنین امکانی در محیط ابری حقیقتاً در دسترس نیست و نباید هم اینگونه باشد.

جاش ایستبرن، مدیر بازاریابی فنی در Opto22شرکت Opto22Opto 22 یک شرکت تولیدی متخصص در محصولات سخت‌افزاری و نرم‌افزاری برای اتوماسیون صنعتی، نظارت از راه دور و دستیابی به داده است. این شرکت در جنوب کالیفرنیا مستقر است و رله‌های حالت جامد و سیستم‌های ورودی / خروجی مبتنی بر اترنت و کنترل کننده‌ها را به فروش می‌رساند.، این وضعیت را یک دغدغه امنیتی می‌داند. لذا افراد حق دارند نسبت به انتقال برخی کاربردها به محیط ابری، بد‌بین باشند. این کار شدنی است، اما سؤال این است که آیا باید این کار را انجام داد؟

هنگامی که بحث کنترل فرآیندهای بلادرنگ و مهم مطرح باشد، آیا هنوز هم لازم به انجام این کار می‌باشد؟
پاسخ یک نه قاطعانه است!

با این وجود، تأمین کنندگان راه‌های دیگری را برای ادغام کاربردهای اتوماسیون ابری صنایع شناسایی نموده‌اند. در ادامه خلاصه‌ای از جدیدترین موضوعات، از سوی برخی از بزرگ‌ترین تأمین کنندگان ICS ارائه می‌شود.

در ماه آوریل، زیمنس و گوگل کلود اعلام کردند به منظور بهینه‌سازی فرآیندهای کارخانه‌ای و افزایش بهره‌وری محیط کارخانه، طرح همکاری جدیدی را در دست اجرا دارند.

این شرکت‌ها، داده‌های گوگل کلود و فناوری‌های یادگیری ماشین/هوش مصنوعی (AI/MLArtificial Intelligence / Machine LearningTooltip content) را با مجموعه ابزارهای اتوماسیون دیجیتالی زیمنس ترکیب می‌کنند. انجام این کار کمکی به تولیدکنندگان جهت هماهنگ‌سازی داده‌های کارخانه‌ای است.

مدل های هوش مصنوعی – یادگیری ماشین

طبق نظر شرکت‌ها، این شرایط امکان اجرای سیستم‌هایی همچون بازرسی بصری محصولات، پیش‌بینی فرسایش و خوردگی ماشین‌آلات در خط مونتاژ را ممکن می‌سازند. به عنوان مثال، در یکی از کارخانجات تولیدی زیمنس جایی که رایانه‌های صنعتی تولید می‌شوند؛ شرکت از بازرسی‌های بصری، جهت کمک به کارگران برای بسته‌بندی محصولات استفاده می‌کند.

طبق نظر الکس لورنز، نائب رئیس کنترل اتوماسیون کارخانه در صنایع دیجیتالی زیمنس، این کار بر پایه یک دوربین و مدل آموزش داده شده بر اساس ابر گوگل صورت می‌گیرد. با انجام این کار، به کارگران کمک می‌شود تا قطعات را به درستی بسته‌بندی کنند و در زمان تولید، صرفه‌جویی کنند؛ همچنین از دوباره کاری جلوگیری می‌شود و رضایت مشتریان نیز افزایش می‌یابد.

در ماه ژوئن، شرکت اتوماسیون راکولراکول اتوماسیون (Rockwell Automation)یکی از برندهای مشهور تولید کننده محصولات اتوماسیون صنعتی است؛ این شرکت با توجه به سابقه بالا و تیم های فنی و طراحی حرفه‌ای، از لحاظ کیفی و کمی، درصد قابل توجهی از بازار محصولات اتوماسیون صنعتی در سطح جهانی را از آن خود کرده است. اعلام کرد که سیستم‌های پلکس را خریداری می‌کند. این شرکت تولیدکننده پلتفرم‌های کارخانه‌ای با نرم‌افزار خدماتی چندکاربرده (SAAS) (SAAS)این نرم‌افزار، یک سرویس مبتنی بر ابر است که در آن به جای بارگیری داده‌ها روی رایانه رومیزی به منظور اجرا و به روزرسانی، می‌توان از طریق یک مرورگر اینترنت، به برنامه و داده‌ها دسترسی پیدا کنید. است.

هدف از این عمل، گسترش عملکرد شرکت در حوزه نرم‌افزارهای صنعتی مبتنی بر ابر با قابلیت استفاده در سیستم‌های تولید Manufacturing execution system(MES)برنامه‌ریزی زنجیره تأمین و افزایش توانمندی‌های مدیریت کیفیت بر روی بخش‌های صنعتی، است. این امر پس از خرید شرکت FIIX، که یک تأمین کننده (CMMS)Computerized Maintenance Management Systemسیستم‌های مدیریت نگهداری رایانه‌ای مبتنی بر ابر و هوش مصنوعی می‌باشد، رخ داده است.

در ماه آگوست هم شرکت honeywell خبر از توافق با شرکت مایکروسافت داده است. بدین ترتیب این شرکت به تأمین کننده اصلی نرم‌افزار کارخانه‌ای توسط ابر مایکروسافت (AZURMicrosoft AzureMicrosoft Azure، که اغلب با نام Azure نیز شناخته می‌شود، یک سرویس رایانش و فناوری ابری است که توسط مایکروسافت برای ایجاد، آزمایش، استقرار و مدیریت برنامه‌ها و خدمات از طریق مراکز داده تحت مدیریت مایکروسافت ایجاد شده است.) تبدیل می‌شود.

هدف فناوری ابری در اتوماسیون صنعتی

هدف از این کار ارتقای بهره‌وری، امنیت و پایداری است. دو شرکت مذکور با هدف‌گیری صنعت نفت و گاز، معدن و صنایع، درصدد اتصال سیستم نوپای Honeywell به مایکروسافت هستند. در کل هدفی که اتوماسیون ابری دنبال می‌کند تامین حداکثر کارایی سیستم‌های اتوماسیون صنعتی با وجود بالاترین سطح امنیتی است.

بدین ترتیب، توانمندی‌های نرم‌افزار کمپانی هانی ول که دارای یک برنامه مدیریت عملکرد شرکتی مبتنی بر ساختار نرم‌افزاری SAAS است نیز بهبود می‌یابد. هدف، ارائه ابزارهای کاربردی مبتنی بر سیستم SAAS است که به مشتریان در تأمین نیازهای اساسی کمک کنند.

مدیریت نوسانات زنجیره تأمین، کاهش انتشار کربن و برآورده‌سازی نیازهای نیروی کار مسن، از جمله این مزایا هستند. تمامی این موارد با استفاده از فناوری رایانش ابری حاصل شده که تصمیمات داده محور را به صورت تقریباً بلادرنگ (Real Time) اتخاذ می‌کنند.

رئیس و مدیرعامل شرکت اتوماسیون راکول، بلیک مورت در خلال رویداد Rock live در ماه ژوئن، چنین اظهار نظری نموده است:

شرکت‌ها در صنایع مختلف درصدد بروزرسانی سیستم‌های تولیدی خود هستند و یکی از راه‌حل‌ها، استفاده از یک سیستم مدرن و ابری است؛ به گونه‌ای که امکان کار و نگهداری از آن آسان ‌باشد.

با وجود اینکه اکثر ابزارهای صنعتی مبتنی بر فناوری ابری، روی گردآوری داده‌ها جهت تحلیل، بصری سازی یا نظارت از راه دور برای نگهداری تمرکز نموده‌اند، اما صنعت شاهد نمونه‌هایی است از اینکه محیط ابری چگونه سیستم‌های اسکادا (SCADAسامانه سرپرستی و گردآوری داده یا اسکادا (SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition)یک سیستم کنترلی است که از رایانه‌ها، ارتباط داده شبکه‌ای و رابط‌ کاربری گرافیکی استفاده می‌کند تا فرآیندهای نظارتی را مدیریت کند)، ابزارهای مهندسی و حتی ربات‌های مدرن را کنترل می‌کنند.

تفکر مجدد نسبت به محیط ابر

هرچند کنترل تجهیزات تولیدی در محیط ابری توصیه نمی‌شود، اما ابزارهایی برای ارتباط امن بین سیستم‌های کنترلی موجود و سیستم‌های مبتنی بر ابر وجود دارند. پروتکل MQTTMessage Queuing Telemetry Transportانتقال از راه دور با صف‌بندی پیام‌ها یک نمونه از این ابزارهاست. در اینجا یک سرور مرکزی، تحت عنوان واسطه، نسبت به ارسال پیام‌ها اقدام می‌کند.

سیستم‌های نرم‌افزاری مختلف از جمله سیستم‌های برنامه‌ریزی و بصری سازی، با بهره‌گیری از پروتکل MQTT، بدون اثر منفی بر عملکرد دستگاه‌های دیگر، به داده‌های تجهیزات کنترلی دسترسی پیدا می‌کنند. علت این است که سیستم‌های گیرنده داده به سرور واسطه متصل هستند و به طور مستقیم به دستگاه‌ها متصل نمی‌باشند.

سیستم groov epicسیستم کنترلر صنعتی با برنامه‌نویسی لبه که از پروتکل opto22 شامل ارتباطات MQTT تشکیل شده است، قادر به برقراری ارتباط با سیستم‌های SCADA مبتنی بر تکنولوژی ابری می‌باشد.

استفاده از پروتکل MQTT

اکنون از پروتکل MQTT روی EPIC استفاده می‌شود. این قابلیت جدید نه تنها تنگناهای داده‌ای و شکاف‌های گزارش‌دهی سیستم‌های قدیمی را برطرف می‌کند، بلکه با فعالسازی اتوماسیون القایی در سرویس وب آمازون (AWSAmazon Web ServicesTooltip content)، مستقیماً با سیستم SCADA ابری ارتباط برقرار می‌کند.

نسخه پشتیبان روی مرکز داده قرار داده گرفته است. در چنین شرایطی اگر سیستم با مشکلی روبرو بشود، برنامه پشتیبان یک بک آپ تهیه و طی 30 دقیقه یا کمتر فعال می‌شود. در عمل مشاهده می‌شود که قابلیت اطمینان در عملکرد دستگاه‌ها ارتقا یافته است. اگر ارتباط اینترنت محلی قطع بشود، سرویس موبایلی فارغ از اتفاق رخ داده، در مکان تعریف شده به کارش ادامه خواهد داد.

یک تفکر نو

بسیاری از تأمین‌کنندگان فناوری اتوماسیون و اتوماسیون ابری، تفکر نویی را نسبت به کنترل ماشین‌آلات، علی الخصوص در عصر اینترنت اشیای صنعتی (IIOTIndustrial Internet of ThingsTooltip content) در پیش گرفته‌اند. در این دوران به یکپارچه سازی فناوری اطلاعات (IT)، فناوری عملیاتی و گسترش مقیاس کاربردها، نیاز ضروری احساس می‌شود.

سال گذشته، شرکت BOSCH Rextroth پلتفرم اتوماسیون ctrlX خود را معرفی نمود. این سیستم روی لینوکس قرار دارد و شامل یک مؤلفه Real time، برای کنترل ماشین‌آلات می‌باشد.

هسته‌ی ctrlX، به عنوان قلب اتوماسیون صنعتی، یک فناوری چندهسته‌ای مبتنی بر لینوکس است که مرزهای عملکردی در کنترلر، رابط انسان با ماشین (HMI)، کانال‌های ارتباطی و غیره را جابه‌جا کرده است. آلن تابس، مدیر این شرکت می‌گوید:

اکنون می‌توان همه کارها را روی یک پردازنده، یک سیستم لینوکس و روی یک مجموعه فیزیکی انجام داد.

لینوکس یک سیستم متن باز و به شدت امن است. لذا دروازه‌هایی برای انواع جدید برنامه‌های کاربردی گشوده شده که در نهایت به فناوری ابری مجهز می‌شوند. برای مثال توانایی مدیریت سیستم‌های دوقلو دیجیتالی کارخانه و انجام بروزرسانی‌های تدریجی، از آن جمله هستند.

دیمون تامپسون، مدیر محصول نرم‌افزاری شرکت اتوماسیون Beckhoff در آمریکا، بیان می‌کند که توانایی انتقال فایل‌ها به کنترلر، جهت به روزرسانی کدها، یک بهره‌برداری مطلوب از محیط ابری است.

ما توانایی انتقال یک فایل جهت بروزرسانی کد‌های PLC را در اختیار داشته‌ایم، اما پروتکل‌های دیگری همچون HTTP را اضافه می‌کنیم تا کل بروزرسانی روی محیط ابر از راه دور صورت بگیرد.

Beckhoff نیز از MQTT به عنوان سرور واسطه مرکزی در پیام‌رسانی درون محیط ابر استفاده می‌کند. بدین ترتیب قابلیت‌های مهندسی، تحلیل و باگ‌زدایی هنگام اتصال سرور به ماشین‌آلات، حاصل می‌شوند. در این وضعیت، محیط ابری به منزله یک مکانیزم انتقال برای سازنده‌ی ماشین‌آلات تلقی می‌شود. همچنین داشبوردی از وضعیت سلامت دستگاه یا نگهداری آن‌ها در اختیار مشتریان قرار می‌گیرد.

سناریوی دیگر، اجرای تکنولوژی یادگیری ماشینMachine LearningTooltip content روی کنترلرها است.
یادگیری ماشین، پیش‌بینی‌هایی را به صورت محلی انجام می‌دهد و داده‌ها را به محیط ابری ارسال می‌نماید. سپس در مرحله بعد، بررسی‌های منظم به صورت 24 ساعته یا هفتگی صورت می‌گیرد. طبق نظر تامپسون اگر سازنده خواهان گردآوری داده از چند دستگاه و افزایش سطح هوشمندی هر تجهیز باشد، این گردآوری در محیط ابری صورت خواهد گرفت.

سهولت کار با محیط ابری

یکی از مزیت‌های مهم محیط ابری، قابلیت گسترش مقیاس و دسترسی به اطلاعات از هر نقطه می‌باشد. به همین منظور، Beckhoff ابزاری تحت عنوان مهندسی ابری (TwinCATThe Windows Control and Automation Technologyمجموعه نرم‌افزاری TwinCAT به عنوان یک نرم‌افزار کنترلی قوی هم برای برنامه‌ریزی انواع PLC‌ها و EPC‌های Beckhoff استفاده می‌شود و هم می‌توان از آن به عنوان یک Soft PLC و یا Soft Motion Control استفاده کرد. منظور از Soft PLC و یا Soft Motion Control در واقع بهره‌گیری از ساختارهای PC-Based جهت کنترل می‌باشد که در سالهای اخیر بسیار متداول شده است) را معرفی کرد.

این ابزار یک ماشین مجازی است که به کاربران ثبت شده این امکان را داده تا مستقیماً از طریق محیط ابر، از ابزارهای مهندسی و اجرایی بهره برداری نمایند. این نرم‌افزار ابری که از طریق وبسایت Beckhoff در دسترس می‌باشد، به کاربران این امکان را داده تا از طریق مسیرهای برقرار شده و کانال‌های انتقالیِ امن، با سخت‌افزارهای کنترلی فیزیکی ارتباط برقرار کنند. این سیستم همچنین شامل واسطه‌های برنامه‌نویسی کاربردی (API) به منظور تلفیق با سیستم‌های موجود می‌باشد.

فقط یک نمونه از سیستمِ مهندسی فعال شده با TwinCAT، قادر به برقراری ارتباط با چندین کنترلر است. بدین ترتیب عیب‌یابی و عیب زدایی از راه دور روی برنامه‌های PLC امکان پذیر می‌شود.

اما در صورتی که قصد کنترل مجموعه‌ای از ربات‌ها در محیط ابری را داشته باشید، چطور می‌توانید اینکار را انجام دهید؟
نگران نباشید، روش جدیدی برای انجام این کار مطرح شده است.

استارت آپ Inorbit

Inorbit، که یک استارت آپ مستقر در کالیفرنیا است، پلتفرم مدیریت عملیات رباتیکیِ امن و مبتنی بر فناوری ابری با نام اختصاری robops را معرفی کرده است. این سیستم جهت کار با ربات‌های سیار خودکار ساخته شده است.