Nghiên cứu điển hình để tạo dữ liệu hiệu quả từ Shopfloor 

Các dự án số hóa có lợi nhuận Bắt đầu trong Mạng máy

Bất kỳ ai muốn thực hiện bất kỳ dự án số hóa nào ở cấp độ cửa hàng, chẳng hạn như quản lý năng lượng, giám sát điều kiện hoặc các khái niệm bảo trì phòng ngừa, sẽ quen thuộc với những thách thức: Lấy dữ liệu toàn diện và chính xác ở đâu? Làm thế nào để giữ cho chi phí điều chỉnh cơ sở hạ tầng ở mức hợp lý? Trọng tâm trước hết là hệ thống điều khiển (PLC) của máy móc và nhà máy. Mạng của họ thường khép kín để đảm bảo tính bảo mật và độ tin cậy về chức năng. Dù sao thì việc có thể truy cập vào dữ liệu có sẵn trong máy cũng sẽ thúc đẩy đáng kể các dự án số hóa. Mạng nói chung đóng một vai trò trung tâm trong bối cảnh này. Rốt cuộc, sẽ không có gì cản đường cho một dự án số hóa có lợi nhuận nếu nó đã được lên kế hoạch để bảo tồn tài nguyên đồng thời đạt được các mục tiêu và được tối ưu hóa để đáp ứng tất cả các yêu cầu cấp quan trọng của công ty. Tầm quan trọng này đã được gắn liền với mạng chưa?

Hiện trạng tại các cơ sở công nghiệp hiện nay như thế nào? Trọng tâm chính là thực hiện các chức năng cần thiết khi thiết kế điều khiển và thiết kế mạng trong máy móc và nhà máy. Tư duy cấu hình PLC chiếm ưu thế, ví dụ khi sử dụng PROFINET. Các mô-đun I/O, hệ thống điều hành và phát hiện cần thiết, máy quét hoặc thậm chí camera được liên kết chức năng dựa trên các điều kiện cục bộ và được thiết lập trong cấu hình PLC. Do đó, cơ sở hạ tầng được chọn dựa trên chứng chỉ PROFINET, tập trung thêm vào giá cả và mối quan hệ với nhà sản xuất. Không áp dụng xác định tải trọng mạng, lập kế hoạch băng thông và xác định hiệu suất trên cơ sở hạ tầng. Nhìn chung, không có gì sai với cách tiếp cận này vì nó đạt được tính bảo mật, chức năng và sự ổn định. Tuy nhiên, điều này không xem xét các dự án số hóa tiềm năng của nhà điều hành đang khao khát có thêm dữ liệu sản xuất từ ​​quy trình sản xuất tương ứng (Hình 1).

Hình 1: Các mạng cấp độ sản xuất (OT) không đóng bất kỳ vai trò nào trong quá trình số hóa trong đời thực. Hệ thống điều khiển (PLC) thường là điểm truyền dữ liệu tới IIT và IT. (Indu-Sol)

Thiếu đối thoại giữa người chế tạo máy và người vận hành

Người chế tạo máy hiện hoàn toàn phớt lờ mong muốn số hóa của bất kỳ nhà điều hành nào trong thiết kế mạng của họ. Nó chủ yếu xem xét chức năng, do đó đặt ra mạng chỉ cho một ứng dụng. Ví dụ, điều này tuân thủ các nguyên tắc PROFINET hiện hành và tuân thủ các thông số chất lượng được yêu cầu, chẳng hạn như các thông số của PI (PROFIBUS & PROFINET International). Nhưng vẫn còn thiếu thông tin về dữ liệu bổ sung mong muốn hoặc thậm chí các dự án số hóa sắp tới. Điều này hiếm khi được mô tả trong thông số kỹ thuật hoặc đã được thông báo khác. Đó là một thiếu sót lớn và là trở ngại thường xuyên cho sự thành công của các dự án số hóa vì nguồn dữ liệu “mạng máy” vẫn còn ẩn.

Một vấn đề khác là trong kinh nghiệm thực tế, lưu lượng bổ sung do giao tiếp TCP / IP xoay vòng có thể đột ngột gây ra sự cố không thể tái tạo, thường có thể được khắc phục bằng cách ngăn và tách. Điều này vô tình đóng các nguồn dữ liệu quan trọng, chỉ có thể được bù đắp bằng cách sử dụng các tài nguyên và chi phí bổ sung – mạng thứ hai và các cảm biến bổ sung (Hình 2).

Hình 2: Mức OT được phân chia phần lớn với ý tưởng đảm bảo chức năng. Chỉ một phạm vi nhỏ của dữ liệu sẽ tiếp cận với IIT và CNTT, ví dụ: thông qua PLC. (Indu-Sol)

Nghiên cứu điển hình về quản lý năng lượng

Không thể bàn cãi rằng Công nghiệp 4.0 đã trở thành một điều tất yếu. Vì kinh nghiệm cho thấy rằng mạng máy và hệ thống không được coi là nguồn dữ liệu trực tiếp vì các lý do cơ bản đã được mô tả, dữ liệu được lấy theo hai cách khác có thể. Khả năng đầu tiên và rất phổ biến là thông qua hình ảnh quá trình của PLC. Ngoài thực tế là những dữ liệu này thường bao gồm các liên kết, được lấy với thời gian trễ và đòi hỏi nỗ lực lập trình bổ sung, PLC thường không cung cấp dữ liệu cần thiết. Một công ty đã thực hiện trải nghiệm này khi thu thập dữ liệu tiêu thụ năng lượng. Chúng cần thiết trong quá trình bảo trì để tạo ra bản đồ hao mòn bằng cách sử dụng sự khác biệt giữa dòng điện thực sự tiêu thụ và dòng điện danh định của người tiêu dùng, và trong quản lý môi trường và năng lượng, muốn tránh các đỉnh tải đắt đỏ. Trong trường hợp này, một mạng riêng với các cảm biến bổ sung dưới dạng đồng hồ đo tiêu thụ đã được lắp đặt (Hình 3). Do đó, các khoản đầu tư bổ sung đã được thực hiện thay vì sử dụng các nguồn lực hiện có.

Hình 3: Một mạng lưới riêng biệt với các đồng hồ đo tiêu thụ bổ sung đã được lắp đặt với các khoản đầu tư cao vào dự án số hóa để quản lý năng lượng này. (Indu-Sol)

Sự thiếu hiểu biết về dung lượng thực tế của mạng máy đã lắp đặt yêu cầu tài nguyên bổ sung vì những mạng hiện có vẫn chưa được sử dụng. Các giá trị hiện tại của độ chi tiết nhỏ (tiêu thụ liên quan đến biến tần) có thể được xác định trực tiếp từ mỗi bộ biến tần và được cung cấp ở định dạng dữ liệu chuẩn hóa thông qua cấu hình PROFINET “Profi-Drive”. Nếu bất kỳ cuộc thảo luận chủ động nào được tổ chức với người chế tạo máy ở giai đoạn đầu của dự án, thì sẽ nhanh chóng trở nên rõ ràng rằng mạng máy có thể và nên cung cấp những dữ liệu này trực tiếp.

Nghiên cứu tình huống giám sát điều kiện

Một máy yêu cầu khoảng 100 cảm biến bổ sung để theo dõi tình trạng nhằm xác định mức độ mài mòn của các cụm chịu tải động cao. Một mạng riêng biệt đã được thiết lập để tránh tạo ra gánh nặng cho mạng máy hoặc vì sợ rằng khối lượng tải tăng lên có thể được tạo ra. Vì tổng số tiền đầu tư 200.000 EUR được tính cho việc này gần như đã được sử dụng hết, nên số lượng cảm biến đã giảm xuống còn 20; cuối cùng, chỉ có năm cảm biến được tích hợp làm nguồn dữ liệu. Do đó, dự án số hóa đã bị “đốt cháy” và cuối cùng đã không đạt được hiệu quả như kế hoạch: Ngân sách tuân thủ! Đã đạt được mục tiêu?

Xem toàn bộ mạng

Mạng bị bỏ sót trong mọi cuộc thảo luận về việc thực hiện các dự án số hóa. Điều này được thực hiện bởi vì nó được giả định là một vấn đề tất nhiên, hoặc bởi vì nó được tích hợp vào tính toán chi phí như một khoản chi phí bổ sung cần thiết. Cách tiếp cận này phải thay đổi nếu chi phí không để loại bỏ hiệu quả. Các dự án số hóa phải đặt mức độ ưu tiên cao hơn vào mạng, quy hoạch của nó và cuối cùng là thiết lập của nó, cụ thể là trong việc lắp đặt greenfield. Mạng là liên kết giữa người yêu cầu dữ liệu và nguồn dữ liệu. Chế độ xem tích hợp, có xem xét các ứng dụng được yêu cầu và do đó các băng thông yêu cầu, đảm bảo giao tiếp đầu cuối và sự phát triển của các nguồn dữ liệu chính đa dạng nhất. Các mạng máy móc và hệ thống tự trị, biệt lập không còn chỗ đứng trong thời đại số hóa và các dự án đi kèm. Mạng phải được mở theo cách có kế hoạch mà không ảnh hưởng đến bảo mật, tính ổn định và độ tin cậy. Chúng phải được xem xét tách biệt khỏi ứng dụng, được chỉ định và đưa ra đấu thầu như một phần để phản ánh tất cả các vấn đề CNTT và OT, bao gồm cả mạng máy (Hình 4). Tính mở và tính nhất quán kết quả cho phép mở ra các nguồn dữ liệu, giảm chi phí và tăng đáng kể hiệu quả số hóa.

Hình 4: Đặc biệt trong trường hợp của các nhà máy đồng ruộng, nhà điều hành nên chú ý đến toàn bộ mạng ngay từ đầu để họ không phải thiết lập các dự án số hóa trên các mạng máy tự trị, “biệt lập” với chi phí lớn. (Indu-Sol)

Các chuyên gia mạng tại Indu-Sol hiện đang giải quyết vấn đề này một cách sâu sắc để làm cho cách tiếp cận như vậy dễ dàng hơn trong tương lai. Họ đã thực hiện nhiệm vụ của mình là tập hợp các cấp độ mạng khác nhau mà không gặp bất kỳ trở ngại và rào cản nào trong việc trao đổi chặt chẽ với các nhà khai thác mạng OT và đưa “kho dữ liệu” ra ánh sáng. Các chuyên gia mạng, những người đóng vai trò là người quản lý dự án, giới thiệu những người chế tạo máy về các yêu cầu của mạng và làm việc với họ để phát triển các cấu trúc cần thiết. Điều này dựa trên các quy tắc rõ ràng được xác định và thực hiện bởi IT và OT cùng nhau. Tất cả các thông số kỹ thuật phải được lập kế hoạch, kiểm soát, giám sát và các trách nhiệm phải được xác định. Sau đó, “kho dữ liệu” ẩn sau đó có thể được khám phá. Sử dụng tài nguyên một cách cẩn thận là một thành phần quan trọng của các dự án số hóa có lợi nhuận.

Ts. Karl-Heinz Richter
Giám đốc kinh doanh và Marketing
Indu-Sol GmbH