הגדלת ביצועי קו הייצור וצמצום עלויות התפעול בעזרת טכנולוגיות IoT (האינטרנט של הדברים)

האינטרנט של הדברים מייצר אפשרויות חדשות ברצפת הייצור
אנשי תחזוקת ציוד אחראיים על שמירת פעולת קו הייצור בתפוקה מלאה תוך מזעור עלויות התפעול. זה נעשה קשה יותר ויותר בשל הצורך בסט כישורים מיוחדים כדי לתמוך במגוון רחב של מכשירים והתקנים במפעל שמשתמשים בפרוטוקולי תקשורת שונים, מבני נתונים שונים, כלי ניהול התקן וכדומה. כדי לפשט מאוד את המשימה הזו, ניתן באופן חלק וקל לקשר את תהליכי והתקני רצפת הייצור על ידי שימוש בטכנולוגיות האינטרנט של הדברים (IoT), ובכך לאפשר ניטור וניהול של הציוד מלוח מחוונים ובקרה מרכזי מרוחק.
מערכת הניהול מרחוק SUSIAccess של חברת אדוונטק נותנת פתרון כזה, ומאפשרת לאנשי תחזוקה לבצע בדיקות סטטוס ותחזוקה של ציוד מדפדפן אינטרנט בכל עת, מכל מקום, ועם כל מכשיר שמחובר. פתרון אוטומציית המפעל משתמש בגייטווי מבוסס מעבד של Intel אשר מריץ Client – Side Agent (סוכן צד הלקוח) של החברה כדי לטפל בשקיפות בפרוטוקול ובהמרת הנתונים, ולפעול כצינור בין ציוד הייצור לתוכנת צד השרת של החברה. פתרון זה יכול לעבוד מול יישומים ברמה גבוהה כגון ניתוח נתונים ולימוד מכונה. מאמר זה מפרט את היתרונות ואת הרכיבים העיקריים של הפתרון.

יעדים עסקיים מרכזיים
הגדלת ושיפור ביצועי קו הייצור והפחתת עלויות התפעול מבלי להתפשר על איכות.

אתגר עסקי
למרות שיצרנים גדולים כבר משתמשים בבקרת תהליכים סטטיסטית וניתוח נתונים סטטיסטי כדי לייעל את הייצור במשך שנים, המורכבות הקיצונית של הנתונים של היום מספקת הזדמנויות לפריסה של גישות, תשתיות וכלים חדשים. האתגר הוא להבין איך לאחד ניהול התקנים, שליטה וניתוח נתונים בצורה חסכונית. בנוסף, יצרנים צריכים פלטפורמה לניהול מכשירים בזמן אמת המאפשרת להם לטפל בבעיות תחזוקה על בסיס עדכני. היום, יש הרבה מערכות ייצור שונות עם כלי הניהול שלהם, אשר הופך את התחזוקה למסורבלת וגורם לה לצרוך זמן רב.
יתרונות הפתרון
כחלק ממהפכת ניהול ציוד המפעל בעידן ה-IoT, מערכת הניהול מרחוק SUSIAccess של החברה מספקת את היתרונות הבאים:
• הפחתת העלות הכוללת של הבעלות (TCO): חיסכון בזמן עבור אנשי תחזוקה, ניטור מרכזי מרחוק בודק ברציפות את התקני רצפת הייצור ושולח התראות למכשירים הניידים שלהם לפי הצורך. צריכת האנרגיה עשויה לרדת על ידי הפעלה/הפסקה של מערכות בצורה אוטומטית על פי לוח זמנים קבוע מראש.
• ביצועי קו ייצור משופרים: נתוני מכונה שנצברים על ידי שרת ה-SUSIAccess מעובדים על ידי אנליזת נתוני עתק (Big Data) כדי לחשוף דרכים להגדיל את תשואת המוצר, לשפר תחזוקה חזויה, ולזהות בעיות ייצור מהר יותר.
• אינטגרציה קלה: הפתרון מספק מערכת ניטור ובקרת מכשירים מקיפה ורציפה, אשר כוללת חומרה ותוכנה.
• זמינות ציוד גבוהה: אם מערכת כושלת, התקן העכבר – צג – מקלדת (KVM) מאפשר אבחון מרחוק והתאוששות מרוב בעיות התוכנה, ומאפשר להתקנים במפעל לחזור לפעולה הרבה יותר מהר ובעלות נמוכה יותר מאשר שליחה של טכנאי לאתר.
הפתרונות ניתנים להתאמה על מנת לענות על הדרישות הספציפיות של סביבות מפעל שונות, זאת בהתבסס על ניסיון שילוב המערכת המקיף של החברה.

איור 1. מבנה ברמה גבוהה של פתרון אוטומציה במפעל

סקירת הפתרון
החברה הביאה את פתרונות ה-turnkey שלה עבור אוטומציה במפעל לרמה חדשה על ידי שילוב טכנולוגיית IoT כבסיס עבור אנליזת נתונים שרצה על פלטפורמה מבוססת ענן, ניהול מרחוק, ומגוון רחב של יישומי צד שלישי. הדבר נעשה במסגרת ניהול ענן המורכב משלוש שכבות של מסוף מבוסס אינטרנט, שרת, וסוכן (Agent) כפי שמודגם באיור 1.
1. סוכן (Agent): תוכנת SUSIAccess בצד הלקוח פועלת על Gateway IoT של אדוונטק או על התקן IoT (למשל: בקר אוטומציה, מחשב קצה, חיישנים/מפעילים) שנמצא על רצפת הייצור במפעל.
2. שרת (Server): חדר בקרה מרכזי או שירות מבוסס ענן, כגון Azure של חברת מיקרוסופט ושירותי האינטרנט של חברת אמזון, שמריץ תוכנת SUSIAcess בצד השרת ושנמצא בקשר ישיר עם ה-agents.
3. מסוף (Console): ממשק מבוסס אינטרנט אשר מתקשר עם ה-agents דרך השרת, מציג את מצב התקן ה-IoT ואת נתוני התצורה.

יכולות הפתרון
פתרון קו הייצור החכם של חברת אדוונטק מספק מגוון של תכונות רבות עצמה לפיקוח על התקנים ומכשירים במפעל ולביצוע פעולות מרחוק.
1. ניהול מרחוק מרכזי
מבנה השרת – מסוף – agent של החברה מאפשר למנהלי המערכת לבצע בדיקות תחזוקה ומצב מכשיר – בכל זמן ומכל מקום – דרך מסוף SUSIAccess מבוסס דפדפן האינטרנט. המנהלים יכולים לנהל את כל המכשירים שלהם בקלות ובפשטות על ידי שימוש במחשבים, בטלפונים חכמים או בטאבלטים שלהם. הפתרון מספק גם מבנה קישוריות מבוזר, אשר פותר את האתגרים של ניהול התקנים שמפוזרים בהרבה אתרים או ניהול התקנים בקנה מידה גדול.
2. ניטור חומרה ותוכנה
SUSIAccess מבטיח את היציבות של התקן החברה על ידי ניטור פעיל של הטמפרטורה, מהירות המאוורר, מתחים, מצבי הדיסק הקשיח ואלמנטי חומרה אחרים, כפי שמוצג באיור 2. התראות פעילות נשלחות אם ליקויים וכשלים כלשהם נצפו, ואשר יכולים לעורר פעולות המוגדרות על ידי המשתמש, כמו לדוגמא, לעצור או להפעיל מחדש את התהליכים.

איור 3. UTX-3115 IoT Gateway

זמינה ישר מהקופסה, תוכנת צד ההתקן, משתמשת בממשק API SUSIAccess כדי לשלוח את נתוני מצב ההתקן אל ה-SUSIAccess.
בנוסף לפונקציות ניטור החומרה, SUSIAccess מבצע גם ניטור תוכנה על ידי בדיקת מצב התכנית ללא הרף. התראות בזמן אמת נשלחות באם נצפו תופעות חריגות. ניהול אקטיבי של חומרה ותוכנה יחד יכול למנוע נזק חמור למכשירים, וכך למנוע תיקונים יקרים, וביעילות להפחית את עלות הבעלות.
3. ממשק מפה ידידותי למשתמש
אנשי תחזוקה יכולים בקלות רבה יותר לאתר ולנהל את המכשירים וההתקנים שלהם באמצעות ממשק תצוגת המפה ב-SUSIAccess. בנוסף למפות, דיאגרמות בניין מצורפות כדי לסייע בציון נקודתי של מיקום ההתקנים במשרדים, במפעלים, או בכל מקום אחר.
4. אנליטיקת (הסקת מסקנות) נתונים
תוכנת שרת SUSIAccess פועלת על מגוון רחב של פלטפורמות מחשוב ענן, לרבות Microsoft Azure ו-Amazon Web Services. פלטפורמות אלה כוללות בדרך כלל תמיכת יישומי אנליטיקה וניתוח נתונים, למידת מכונה, זיהוי וידאו, SCADA, בינה עסקית ועוד.
5. ממשקי Secure
חיבור ה-Agent-Server מבוסס על פרוטוקול התקשורת MQTT, המציע תקשורת מאובטחת ויציבה והפחתת זמן אינטגרציית ה-SUSIAccess. החיבור מוגן גם על ידי OpenSSL.
6. חיסכון בעלויות
תוכנת שרת SUSIAccess מוצעת חינם, ותוכנת agent SUSIAcess מותקנת מראש על כל פתרונות אדוונטק. בנוסף, SUSIAccess יפתח את קוד המקור של ה-agent ואת מסמך ה-RESTFUL API עבור פלטפורמות שאינן אדוונטק.
לקוחות יכולים לחסוך עד 30 אחוזים על עלויות פריסה, עם תאימות מלאה וללא דמי רישיון לתוכנה המשולבת. ניתן להפחית את עלויות התחזוקה עד 50 אחוזים בעזרת יכולות האבחון ושחזור מרחוק. ניטור מרחוק בזמן אמת והתרעות אזעקה פרואקטיביות יכולים להוריד את הזמן הדרוש לפתרון בעיות בעד 70 אחוזים.

טכנולוגיה

איור 4.

סעיף זה מתאר את מרכיבי הטכנולוגיה שזמינים לפריסת פתרון הייצור כמו זה שתואר לעיל.

התקני IoT
אדוונטק הינה מובילה עולמית בתחום של מודולי קלט/פלט מרחוק, ומציעה פתרון מלא של מודולי רכישת נתונים עצמאיים, אשר נמצאים בשימוש רחב ביישומי IoT או ביישומים תעשייתיים אחרים, כגון ניטור מתקנים, ניטור סביבה ובקרת תהליכים תעשייתית. מודולי הקלט/פלט המבוזרים של חברת אדוונטק מסווגים לשתי משפחות: Ethernet I/O (סדרת ADAM -6000) ו-RS – 485 I/O (סדרת ADAM-4000), אשר מחולקים בחלוקה משנית למודולים אנלוגיים ומודולים דיגיטליים .
אדוונטק גם מציע מגוון שלם של מחשבי אוטומציה משובצים (embedded) כשכל סדרה מגיעה בשלושה גדלים – כף יד, קטן, ורגיל – וכולם מספקים פלטפורמת שליטה נטולת מאוורר עם יישום מובנה ברמה תעשייתית גבוהה.

IoT Gateway
כמתואר באיור 3, מכשיר ה-3115 UTX הוא אחד מהמכשירים של סדרת IoT Gateway Embedded של חברת אדוונטק, המיועד לעבודה ותפעול יעיל ויציב של 24/7. המכשיר מצויד במעבד E3826™ Intel® Atom כפול ליבות. הגייטווי בנוי מחומרה אמינה מאוד והאינטגרציה בינו לבין מערכות ההפעלה והתחזוקה העורפית קלה מאד. UTX-3115 מבוסס על Gateway Intel® IoT, וזו פלטפורמה מוכחת, עם אפליקציה מובנית ועם תוכנה שהוכיחה את עצמה כמובילה בתעשייה. הרכיבים המשולבים מספקים גמישות מרבית, פיתוח יישומים מהיר ופריסה מהירה בשטח. ה-IoT Gateway של חברת אינטל בנוי על בסיס ארכיטקטורה פתוחה כדי להבטיח פעולה הדדית בין מערכות, לאפשר פיתוח יישומים רחב, ולפשט פריסת שירותים.
ה-UTX-3115 IoT Gateway כולל פלטפורמת התקן חכמה של Wind River (IDP), אשר מהווה סביבת פיתוח תוכנה מלאה עבור בניית יישומי IoT ועבור מכשירים שמתקשרים עם הענן. הוא מספק רכיבי אבני בניין כדי לאבטח, לנהל ולחבר Gateway IoT לענן ומבוסס על מערכות ההפעלה המובילות בתעשייה של Wind River, אשר תואמות לסטנדרטים ואשר נבדקו באופן מלא.

SUSIAcess
תוכנת שרת SUSIAccess מספקת יכולות ענן IoT המספקות ניטור ותחזוקה של חומרה ותוכנה בזמן אמת יחד עם תכונות עיקריות נוספות שמוצגות באיור 4 ומתארות להלן:
• גיבוי ושחזור מערכת: מופעל על ידי טכנולוגית שחזור וגיבוי Acronis Backup. התכונה הזו מבצעת גיבויים סדירים ואוטומטיים עם תזמון דינמי, גיבוי חם בלי להפריע למשימה הנוכחית, וגיבוי הפרשי המשמש על מנת לחסוך מקום אחסון יקר.
• ניטור מרחוק: מנהלי המערכת יכולים לפקח על מצב המכשירים מרחוק, כולל טמפרטורת הדיסק הקשיח, בריאות הכונן הקשיח, חיבור רשת, טמפרטורת מעבד/מערכת, מהירות המאוורר של המעבד/ מערכת, ומתחי מערכת.
• הגנת המערכת: תוכנות אבטחת הבקרה המשובצות (embedded) של חברת מקפי, שומרות על השלמות של המערכות המשובצות של אדוונטק על ידי אפשור של קוד מורשה בלבד לרוץ על המערכת, ורק לשינויים מורשים להתבצע. זה יוצר באופן אוטומטי רשימה לבנה (רשימה של שמות או כתובות דואר אלקטרוני או תוכנות או כתובות של אתרי אינטרנט שנחשבים לבטוחים ללא וירוסים וללא ספאם) של הקוד המורשה במערכת. לאחר שהרשימה הלבנה נוצרת ומאופשרת, המערכת ננעלת לקו הבסיס שפעל כשורה. אף תכנית או קוד, מחוץ לסט המורשה לא יוכלו לרוץ, ושינויים לא מורשים אינם יכולים להתבצע.
• עכבר – צג – מקלדת מרוחקים (KVM): מנהלי המערכת יכולים להשתמש בקונסולות שלהם כדי לשלוט ולהציג את ממשק המשתמש הגרפי (GUI) של מכשיר ה-IoT שנמצא על רצפת המפעל באמצעות התקן ניתוב מחדש מסוג עכבר – צג – מקלדת (KVM). לא נדרשת חומרה נוספת. מנהלי המערכת יכולים לשלוט על כל מכשיר כאילו שהם יושבים ממש מול המכשיר. KVM מרחוק זו תכונה מובנית ב -Intel® Active Management Technology , אשר גם מאפשרת למנהלים לאבחן ולתקן התקנים מרחוק, ובכך להקטין את עלויות התמיכה באופן משמעותי. למשל, אפשר לתקן ולשחזר מרחוק מערכות לאחר כשל של מערכת הפעלה או מנהל ההתקנים (דרייבר).
• הפעלה/הפסקה מרחוק: מנהלי המערכת יכולים להפעיל או לסגור מכשירי IoT על בסיס לוח זמנים קבוע מראש.
• התראות אוטומטיות באמצעות דואר אלקטרוני/SMS: באופן פעיל שולח התראות כדי שהמנהלים יוכלו לקבל התראות בזמן אמת לגבי המצב של מכשירי IoT באמצעות הדוא”ל או הטלפון החכם.

עקרונות ה-IoT:
מערכת הניהול מרחוק SUSIAccess של חברת אדוונטק נועדה לספק אבטחה ויכולת פעולה הדדית מציוד הקצה אל מרכז הבקרה או אל הענן תוך שמירה על 5 עקרונות מפתח שהוגדרו על ידי אינטל:
• אבטחה ברמה עולמית כבסיס
– הפתרון מיישם רמת הגנת חומרה ותוכנה חזקה, הגנה שמאבטחת את הנתונים בין התקני ה-IoT שברצפת המפעל והענן.
• גילוי אוטומטי והקצאה של מכשירי קצה כדי להקל על הפריסה
– SUSIAccess מגלה ונותן הוראות להתקני אדוונטק שעל רצפת המפעל.
• נורמליזציית נתונים באמצעות הפשטת הפרוטוקול כדי לשפר את יכולת הפעולה ההדדית
– ה-gateway IoT של החברה תומך במגוון רחב של פרוטוקולים, וכולל: MQTT, TR-069 OMA, OSGi, Wi-Fi, ו-ZigBee.
• תשתית אנליזה רחבה מן הקצה אל הענן כדי לממש ערך ללקוח
– מבנה ה-server – agent Console מבוסס האינטרנט של הפתרון של החברה מאפשר למשתמשים לצבור ולהעביר נתונים מרצפת המפעל ליישומים אנליטיים.
• תשתיות להפקת רווחי חומרה, תוכנה, וניהול נתונים מן הקצה אל הענן
– פתרון מבוסס ענן זה מספק את הכלים הדרושים כדי לממש שיפורים משמעותיים בביצועי הייצור.

סיכום
הבאת העוצמה של IoT לאוטומציית המפעל, ופתרון SUSIAccess של החברה מסוגלים לסייע ליצרנים לשפר את ביצועי קו הייצור ולהפחית את עלויות התפעול על ידי חיבור התקנים במפעל לענן. הפתרון בנוי מתוכנת agent (סוכן) בצד הלקוח ותוכנת ניהול בצד השרת. דבר זה מאפשר חיבור חלק וקל של מכשירים, וממשק ניהול קל לשימוש. באמצעות סט כלים זה, לקוחות יכולים לחסוך זמן כעת פתרון בעיות תחזוקה של המכשיר, והכי חשוב, להפחית את עלות הבעלות הכוללת (TCO) של ציוד המפעל.
הפתרון כולל ממשק יעיל שנועד להציע חוויה חלקה ואינטואיטיבית, מה שמקל על מנהלים להגיע למהירות העבודה הנכונה מיד. כתוצאה מכך, אנשי תחזוקת הציוד ימצאו שהרבה יותר קל להשתמש באנליטיקת נתוני עתק (big data) כדי לשפר את ביצועי הייצור ואת ניטור ההתקנים מרחוק כדי להפחית את עלויות התמיכה. החברה, עובדת בצמוד עם חברת אינטל, ומשלבת את טכנולוגיית ה-IoT כדי לאפשר הזדמנויות חדשות על רצפת הייצור במפעל.