Prológ: cloud a analýza sa sťahuje na novú adresu na hrane
Priemyselný internet vecí (IIoT) už nepotrebuje úvod. V priebehu rokov sa myšlienka konektivity vyvinula z prepojenia počítačov na pripojenie zdrojov až po pripojenie takmer všetkého. Iniciatívy ako Priemysel 4.0 sa usilujú o zlepšenie efektívnosti a produktivity v priemyselnej automatizácii prostredníctvom uplatňovaných princípov informačných technológií (IT). Výsledkom bolo obrovské množstvo údajov, ktoré by mohli pre výrobcov znamenať potenciálne obchodné príležitosti. Problém však spočíva v tom, že posielanie všetkých týchto údajov do cloudu a z cloudu je časovo náročné, drahé a veľmi nepraktické. V kontexte priemyselného prostredia má tento príliv údajov často za následok tieto výzvy:
1. Malá časť výrobných podnikov prenáša údaje do cloudových infraštruktúr; z tých výrobcov, ktorí používajú cloud, sa veľká väčšina spolieha na svoju vlastnú súkromnú infraštruktúru. Málo výrobcov v skutočnosti využíva ako infraštruktúru verejný cloud.
2. Vo výrobnom prostredí je každá sekunda dôležitá a strata času sa rovná strate peňazí. Pohyb údajov do/z cloudu môže byť časovo veľmi náročný a nežiaduci.
3. Posielanie a prijímanie údajov do/z cloudu vyžaduje veľkú šírku prenosového pásma. To by mohlo stáť výrobné podniky veľa peňazí.
Priemyselné automatizačné systémy budúcnosti budú musieť byť už vo svojej podstate prispôsobiteľné a flexibilné a výpočty na hrane (edge computing) sa javia v tomto smere ako najsľubnejšie riešenie. Výpočty na hrane (tiež známe ako fog computing – výpočty v hmle) je technológia, ktorá premosťuje priestor medzi cloudom a pripojenými zariadeniami v továrni. Výpočty na hrane doslova znamenajú selektívne posunutie cloudových výpočtov bližšie k senzorom, kde sa údaje skutočne generujú. Posúvanie cloudu bližšie k hrane zahŕňa presunutie možností cloudových výpočtov, ako je spracovanie, ukladanie, komunikácia a rozhodovanie, bližšie k pripojeným zariadeniam.
Na rozdiel od cloudu, ktorý je situovaný na centrálnom mieste ďaleko od miesta samotnej činnosti, hrana je umiestnená oveľa bližšie k miestu, kde sa všetko odohráva. Vďaka tomu dokážu výrobcovia vyriešiť problémy, ktoré sa objavujú v ich systémoch, a to vtedy, keď sa vyskytnú, bez oneskorenia a v správnom čase na ich riešenie. Dlhodobé výhody cloudu však nemožno úplne ignorovať. Je pochopiteľné, že ide o obojstranne výhodnú situáciu pre výpočty na hrane aj pre cloud. Budúcnosť výpočtovej techniky je o tom, že cloud potrebuje hranu a hrana potrebuje cloud. Jeden nemôže fungovať bez druhého. To povedie k nárastu distribuovaných výpočtových systémov, ktoré zahŕňajú výpočtové schopnosti z cloudu aj z hrany.
V tomto článku sa budeme zaoberať niektorými výhodami a aplikáciami výpočtov na hrane z priemyselného hľadiska, niektorými príležitosťami pre priemyselné organizácie, stavom ich pripravenosti prijať technológiu vo väčšom meradle a prekážkami, ktoré bránia pokroku. Autori príspevku poskytujú v závere aj odporúčania, ktoré môžu organizácie nasledovať, aby sa vydali smerom k využívaniu výpočtov na hrane.
Nástup hrany ako brány k inteligentnej výrobe
Inteligentná výroba sa netýka iba veľkého objemu údajov zo senzorov pripojených k zariadeniam. Ešte dôležitejšia je schopnosť používať tieto údaje na vytváranie automatizovaných štatistík, ktoré môžu pomôcť zlepšiť priemyselnú produkciu. To zase výrazne závisí od výkonných výpočtových a spracovateľských schopností umiestnených na centralizovanom mieste (cloud) aj na okraji pripojeného zariadenia (výpočty na hrane).
Kľúčové výhody výpočtov na hrane pre výrobný podnik
V poslednom čase sa výpočty na hrane objavili ako najpohodlnejšie riešenie na urýchlenie rastu digitálnej transformácie v priemyselnom prostredí. Typická inteligentná továreň sa skladá z niekoľkých zariadení a strojov, ktoré sú svojou povahou heterogénne, spolu so softvérom, ktorý sa dodáva v týchto zariadeniach.
IoT brána pomáha pri pripájaní týchto zariadení k internetu. Výpočty, ktoré sú k dispozícii na hrane, môžu pomôcť výrobcom zbierať, analyzovať, objavovať anomálie a robiť autonómne rozhodnutia (ak sú autorizované) na vyriešenie problémov. To by mohlo ušetriť čas, ktorý by bol inak potrebný na odoslanie, spracovanie a interpretáciu údajov do/z cloudu a vďaka čomu by sa mohli rýchlejšie prijímať rozhodnutia. Výpočty na hrane môžu výrobnému prostrediu priniesť niekoľko výhod, napr.:
1. Analýza údajov v reálnom čase – je oveľa rýchlejšia na úrovni miestneho zariadenia ako na úrovni cloudu alebo dátového centra.
2. Bezpečnosť údajov – výpočty na hrane ponúkajú výrobcom výhodu zvýšenej bezpečnosti, pretože pridružené pripojené zariadenia sa dajú ľahko zaistiť pomocou bezpečnostných dverových prvkov, video sledovania a ďalších metód fyzickej bezpečnosti. Údaje navyše zostávajú bezpečnejšie, pretože sú fyzicky obsiahnuté v rámci hraníc výrobného prostredia.
3. Znížené prevádzkové náklady alebo náklady na správu údajov, pretože údaje sa nachádzajú v samotnom zariadení. To tiež znamená minimálne náklady na infraštruktúru na sieťový prenos.
4. Odľahčenie výpočtových úloh – servery na hrane môžu znížiť záťaž z pripojených zariadení ukladaním informácií na hranu a pôsobiť ako súkromný cloud, ku ktorému možno pristupovať zo vzdialeného miesta.
Výpočty na hrane sú hlavne o polohe. Odstraňujú potrebu smerovania údajov do/z dátových centier umiestnených inde a namiesto toho umožňujú presunúť výkon spracovania oveľa bližšie ku konečnému používateľovi v priemyselnom podniku. Výpočty na hrane sa budú naďalej vyvíjať a ovplyvňovať niekoľko priemyselných odvetví v rámci výroby. Čím viac sa blížime k rozmachu IIoT, je len otázkou času, kým výpočty na hrane začnú podporovať riešenie zložitých problémov a vytvárať viditeľný vplyv používateľov vo výrobnom prostredí. Cloud a výpočty na hrane získajú na dôležitosti vo výrobnom priemysle, pretože sa vzájomne dopĺňajú. Výpočty na hrane sa vyvinú do rozhodujúcej technológie, ktorá urýchli túto digitálnu transformáciu.
Všetky cesty vedú na hranu
Úplná závislosť od cloudu by mala za následok stratu potenciálnych príležitostí vrátane zabránenia nákladným chybám v dôsledku oneskoreného reakčného času, ktorý by mohol viesť k neúčinným nápravným opatreniam. Okrem reakčného času nie je ani technicky možné, aby cloud spracoval obrovský objem údajov generovaných pripojenými zariadeniami. Zhromažďovanie, ukladanie a spracúvanie údajov priamo v uzloch na hrane siete môže výrazne znížiť zaťaženie cloudu. Hrana navyše lepšie znáša chyby a opravy možno vykonať okamžite. Dokonca aj v prípade slabej sily signálu by výpočty na hrane mali bežať ďalej a mali by mať schopnosť nezávislej podpory zariadení.
Využitie výpočtov na hrane v automatizácii: kde začať?
Globálni výrobcovia využívajú silu IIoT na získanie konkurenčnej výhody. Digitalizácia dáva výrobcom nekonečné možnosti na inováciu a je nevyhnutné, aby podniky rozvíjali silnú digitálnu infraštruktúru, ktorá bude rásť. Konzultačná spoločnosť Frost & Sullivan odporúča, ako pri každej inej technológii, aby výrobné podniky pri zavádzaní výpočtov na hrane začínali s malými projektmi. Len čo sa preukáže, že riziko je na prijateľnej úrovni, možno túto technológiu rozšíriť. Všetky typy výrobných podnikov už začali poškuľovať po výpočtoch na hrane, ale spoločnosti ako Siemens AG (Siemens) sú pri zavádzaní výpočtov na hrane ďalej ako ostatní. V nasledujúcej časti je uvedených niekoľko krokov a odporúčaní, ako začať pri zavádzaní výpočtov na hrane:
Pretože výpočty na hrane sa dostávajú do stredu pozornosti, potenciál ich využitia v celom rade priemyselných odvetví je obrovský. Priemyselné zariadenia budú schopné vďaka výpočtom na hrane robiť nezávislé rozhodnutia bez zásahu človeka, bude možné ochrániť kriticky dôležité stroje, zabrániť nebezpečným incidentom a lokálne ukladať a spracúvať údaje. Všetko, čo beží a pracuje pod cloudom, bude teraz bežať a pracovať na hrane. V ďalšej časti uvádzame niekoľko príkladov použitia, ktoré demonštrujú, aké výhody môžu priniesť výpočty na hrane pre výrobu v rôznych odvetviach priemyslu.
Nasadenie výpočtov na hrane bude rozhodujúce pre priemyselné podniky, ktoré sa usilujú o prechod na Priemysel 4.0. Pre väčšie podniky, ako je Siemens, Rockwell Automation alebo GE (ktoré majú celosvetové pôsobenie a IIoT), je to skôr otázka „Kedy sa prijmú?“ A nie „Prijmú sa?“. Aj keď na začiatku sú výpočty na hrane k dispozícii iba pre tieto väčšie organizácie, menšie a stredné podniky sa tiež už vydali touto cestou. Tento prechod možno pripísať zníženiu nákladov na implementáciu výpočtov na hane.
Epilóg: základ priemyselnej automatizácie leží na hrane
Bez ohľadu na priemyselné odvetvie, či už ide o ťažbu a spracovanie ropy a plynu, energetiku alebo automobilový priemysel, výpočty na hrane budú mať obrovský vplyv na výrobné podniky. Dnešné prepojené továrne získajú nasadením výpočtov na hrane podstatné prínosy. Výzvy zostávajú vo forme nekompatibilných systémov a sietí, ktoré sú potrebné na zvládnutie ohromného množstva a rýchlosti údajov, ako aj ich bezpečnosti. Koncoví používatelia sa vo väčšine prípadov nezaujímajú o to, kde sa údaje ukladajú alebo spracúvajú, zaujímajú sa viac o to, ako rýchlo, bezpečne a ľahko sa dajú z toho odvodiť správne aktivity pre ich podnik.
Inteligentné továrne využívajú výpočty na hrane na zlepšenie produktivity, efektívnosti a času uvedenia na trh. Vedenie podnikov by malo využívať výpočty na hrane, aby získali pridanú hodnotu. Výrobcovia, ktorí sú schopní prijať kombináciu technológií výpočtov na hrane a cloudových výpočtov, budú mať najlepšie predpoklady na zvládnutie meniacej sa dynamiky priemyselného prostredia.
Cloud zostane chrbtovou kosťou tovární budúcnosti, ale keď si podniky začnú uvedomovať výhody výpočtov na hrane, budú musieť správne skombinovať možnosti týchto výpočtov a cloudu, aby vybudovali úspešný rámec IIoT. Ďalším zásadným faktorom, ktorý treba pri zavádzaní výpočtov na hrane zvážiť, bude infraštruktúra. Keď sa výkonné výpočty priblížia k hrane, podniky začnú chápať dôležitosť hľadania nástrojov a odborných znalostí, ktoré dokážu tieto zmeny vyriešiť. Keďže sa tento scenár začína napĺňať, výrobcovia začnú zaznamenávať pokles nákladov a začnú realizovať návratnosť investícií.
Zdroj: Sundaram, K. – Natarajan, N.: Moving to the Edge Evaluating the potential benefits of bringing shop-floor automation closer to the cloud. Frost & Sullivan White Paper 2018.
© Frost & Sullivan, 2018
