Integrated manufacturing and production

• Di Bill Lydon
• InTech

Sommario

le Nuove tecnologie dell’informazione e operative, modelli di tecnologia

Da Bill Lydon

Il rapporto tra la tecnologia dell’informazione (IT) e operative della tecnologia (OT), è un argomento di discussioni formali e informali al forum del settore, gruppi di utenti, eventi, e fiere con molti pensieri e opinioni. Ci sono chiaramente cambiamenti in corso nelle organizzazioni con diversi modelli di business e nuove tecnologie, concetti e sfide che stanno guidando queste discussioni, progetti pilota e cambiamenti di sistema. Ci sono alcune opinioni forti sulla relazione IT e OT, tra cui:

• separazione cooperativa
• integrazione cooperativa
• IT gestione OT ad eccezione dei controlli di macchine e processi in tempo reale
• nuovi gruppi ibridi

Sulla base delle discussioni con molti utenti, il rapporto tra IT e OT nelle organizzazioni sembra essere in fasi diverse. Tuttavia, la tendenza sembra essere l’integrazione funzionale di IT e OT, indipendentemente dalla struttura organizzativa, per ottenere una migliore produzione e produzione.

Che cos’è OT?

La tecnologia operativa è tipicamente definita come l’hardware e il software dedicati a rilevare o causare cambiamenti nei processi fisici attraverso il monitoraggio diretto o il controllo di dispositivi fisici, tra cui macchine, robot, linee di produzione, valvole, pompe e altri elementi di produzione. Il controllo effettivo sta rispondendo alla produzione con controller in tempo reale, come controller logici programmabili (PLC), sistemi di controllo distribuiti (DCSS), controller di macchine, robot, controller di processo e altri dispositivi che monitorano e controllano la produzione fisica. OT in molte organizzazioni comprende anche sistemi di controllo di supervisione e acquisizione dati, display di interfaccia uomo-macchina, storici e unità terminali remoti. Questi sistemi in genere comunicano utilizzando reti di controllo industriali, come Modbus, EtherNET / IP, Profinet ed EtherCAT. Più recentemente sensori wireless comunicano utilizzando ISA100, WirelessHART, o metodi proprietari.

Che cos’è?

Una prima definizione di tecnologia dell’informazione apparve nell’articolo di Harvard Business Review del novembre 1958, “Management in the 1980s” di Harold J. Leavitt e Thomas L. Whisler:

“La nuova tecnologia non ha ancora un unico nome stabilito. La chiameremo tecnologia dell’informazione. È composto da diverse parti correlate. Uno include tecniche per l’elaborazione di grandi quantità di informazioni rapidamente, ed è incarnato dal computer ad alta velocità. Una seconda parte è incentrata sull’applicazione di metodi statistici e matematici ai problemi decisionali; è rappresentata da tecniche come la programmazione matematica e da metodologie come la ricerca operativa. Una terza parte è in vista, anche se le sue applicazioni non sono ancora emerse molto chiaramente; consiste nella simulazione del pensiero di ordine superiore attraverso programmi per computer.”

Questa è ancora una definizione fondamentale abbastanza buona. Include il termine ricerca operativa. Un’ampia definizione di ricerca operativa sta determinando il massimo profitto, le prestazioni, il rendimento o la perdita minima, il rischio o il costo di alcuni obiettivi del mondo reale. L’ingegneria industriale e la ricerca operativa applicata alla produzione industriale e di processo combinano due discipline incentrate sul funzionamento di sistemi complessi per sviluppare sistemi e procedure operative migliori. Le nuove tecnologie di oggi consentono il raggiungimento di questi obiettivi.

Produzione integrata

Le industrie manifatturiere e di processo perseguono da molto tempo il concetto di integrazione dell’intera attività, compresa la progettazione del prodotto, l’approvvigionamento, la gestione della supply chain, la produzione, la manutenzione e la logistica in uscita. L’idea di computer integrated manufacturing è stata una visione fin dagli anni ‘ 70. È definita come l’integrazione dell’impresa manifatturiera totale utilizzando sistemi integrati e comunicazione dei dati accoppiati con nuove filosofie manageriali per migliorare l’efficienza organizzativa e del personale. Negli anni 1970 e 1980, alcuni grandi produttori automobilistici e aerospaziali implementarono un piccolo numero di progetti, ma i sistemi e la tecnologia in quel momento erano ingombranti, costosi e inaffidabili. Un’altra sfida importante è stata l’integrazione di componenti provenienti da diversi fornitori, tra cui PLC, DCSS, macchine utensili CNC, trasportatori e robot che utilizzano diversi protocolli di comunicazione. C’erano anche standard di scambio di dati e protocolli concorrenti tra Stati Uniti ed Europa, il che era controproducente.

Industria 4.0, smart manufacturing, et al.

Più recentemente, si è sviluppata una linea di pensiero progressiva nell’applicazione della tecnologia per migliorare la produzione con l’integrazione di tutti gli aspetti della produzione e del commercio attraverso i confini aziendali per una maggiore efficienza. È esemplificato da Industry 4.0, smart manufacturing, Industrial Internet of Things e altre iniziative che perseguono un’automazione olistica, informazioni aziendali\ e architettura di esecuzione della produzione. Gli obiettivi sono significativamente più elevati di produttività, efficienza e processi di produzione autogestiti in cui persone, macchine, attrezzature, sistemi logistici e lavoro in processo comunicano e cooperano direttamente tra loro. Questa visione include nuove tecnologie e architetture per ottenere efficienze di produzione di massa a basso costo per la produzione su ordinazione di quantity one.

Vista singola

IT/OT convergence promuove una vista singola delle informazioni di un’azienda e fornisce a ogni persona, macchina, sensore, PLC, controllore di processo, attuatore, centro di controllo motore e altri dispositivi dati e informazioni accurati in un contesto fruibile al momento giusto per migliorare l’efficienza operativa e ridurre i costi di produzione.

Decisione in tempo reale

Le decisioni saranno prese in tempo reale con livelli più elevati di fiducia, perché saranno disponibili maggiori informazioni riguardanti l’evento o la condizione. La gestione di un evento in un’architettura IT / OT convergente verrà eseguita come un processo a ciclo chiuso, ottimizzando i fattori di produzione. Ciò include il flusso e il mix degli ordini dei clienti, la supply chain, la produzione, i processi di produzione, la logistica in uscita e il servizio clienti.

Ecosistema di Lean manufacturing

Andando oltre una singola azienda manifatturiera, i processi di produzione e logistica sono integrati in modo intelligente attraverso i confini aziendali, creando un ecosistema di lean manufacturing in tempo reale più efficiente e flessibile. Ciò facilita le catene intelligenti di creazione di valore che includono tutte le fasi del ciclo di vita del prodotto, dall’idea iniziale del prodotto, allo sviluppo, alla produzione, all’uso e alla manutenzione fino al riciclaggio. In questo modo, l’ecosistema può soddisfare i desideri dei clienti perché tutto, dall’idea del prodotto al riciclaggio, sia reattivo e continui miglioramenti.

Piattaforme comuni

I gruppi IT e OT si sviluppavano tradizionalmente in due comunità separate in cui quasi tutta la comunicazione, l’hardware e il software erano specifici di quella comunità, risultando in una complessa integrazione di sistemi IT e OT. La nuova architettura, abilitata dalla proliferazione di standard di comunicazione, potenti processori, servizi web e software open source, fornisce un ambiente comune per la collaborazione e l’integrazione IT e OT. I gruppi IT e OT ora condividono i fondamentali nelle comunicazioni e nell’architettura di rete, che semplifica il trasporto di dati tra i sistemi, quindi il divario tecnologico tra IT e OT si sta chiudendo.

Evoluzione organizzativa e di sistema

L’applicazione di nuove tecnologie per raggiungere aziende industriali e di processo più efficienti porta a cambiamenti funzionali. Le nuove architetture aziendali e di produzione integrate, guidate da sistemi di pianificazione delle risorse aziendali in tempo reale, integrano le funzioni software del middleware di plant floor in dispositivi edge, enterprise e cloud computing. Un modo più tradizionale per esprimere questo è OT viene integrato in esso. Ma questo non descrive tutte le nuove possibilità dei sistemi integrati e del nuovo calcolo nei dispositivi edge. Le aziende progressiste stanno esplorando le nuove funzionalità con cambiamenti organizzativi e nuovi sistemi implementando progetti pilota. L’integrazione di IT e OT offre la possibilità di monitorare attivamente le prestazioni sul campo di macchine complesse e dei loro sottocomponenti per comprendere meglio la produzione e il funzionamento del processo, contribuendo a programmi di miglioramento continuo più efficaci. Inoltre ci sarà una maggiore fiducia nei risultati di produzione che miglioreranno le previsioni.

Discussione di settore

Convergere IT e OT per creare operazioni più efficaci è in discussione da molti utenti, e alcuni stanno apportando modifiche per essere produttori più efficienti. Questi sono alcuni pensieri delle aziende manifatturiere.

Un esempio di cambiamento organizzativo è stato presentato alla 2017 Ignition Community Conference da Sugar Creek Packing Co., un produttore di cibo diversificato e flessibile. Un rappresentante della società ha discusso come la sua organizzazione ha una persona responsabile per OT e uno per ESSO, con entrambi i rapporti al Chief Information officer. Ha descritto come questo ha migliorato la cooperazione organizzativa e le operazioni su sei siti di produzione con più di 100 dispositivi PLC e controller e più di 15.000 tag.

Questi pensieri da un pannello di eventi Rockwell Automation Perspectives e presentazioni utente illustrano ci sono diversi punti di vista su di esso/OT. Manager, esperti del settore e sei utenti hanno discusso e condiviso informazioni sui loro percorsi unici verso la creazione di un’impresa connessa. I commenti chiave della tavola rotonda includevano queste osservazioni:

• Dovrebbe prendere l’iniziativa di spostare i dati in modo sicuro, consegnandoli quando necessario.
• La sfida è avere persone OT familiarità con il processo, mentre la comprensione dei processi di business.
• Sono necessari modelli di dati comuni per un efficiente interscambio di dati tra IT e OT.
• La chiave del successo è collegare i dati attraverso l’intera architettura utilizzando standard IT aperti e non proprietari.
• Una società assumeva ingegneri di controllo, progettisti e ingegneri meccanici per progettare riduttori di motori e catene di trasmissione. Nel corso degli anni, ha scoperto che il modello di assunzione non funziona più. Il controllo e la progettazione meccanica si intrecciarono, quindi passò agli ingegneri meccatronici che si occupano di entrambi i mondi. Questo cambiamento sta continuando ora con l’aggiunta di persone che capiscono la fisica, analisi, e la tecnologia IT.
• Fornisce e gestisce le connessioni Ethernet ai controller, incluso il controllo della configurazione. Gli ingegneri dell’automazione non dovrebbero essere gravati da reti ma focalizzati sul miglioramento dei controlli e sull’ottimizzazione dell’automazione.

Le varie opinioni espresse suggeriscono che le organizzazioni hanno opinioni diverse sugli approcci organizzativi e tecnologici.

Obiettivi

Leadership le aziende manifatturiere stanno iniziando a competere in tutto il mondo e ad utilizzare nuove tecnologie pervasive. Qualunque sia la forma di implementazione di sistemi, architetture e strutture organizzative, ci sono obiettivi comunemente espressi per migliorare la produzione, tra cui competitività, produttività, qualità e soddisfazione del cliente. Le informazioni convergenti vengono utilizzate per ottimizzare le risorse fisse e variabili. Operazioni migliorate che utilizzano dati in tempo reale, insieme all’analisi, portano molti vantaggi, tra cui minori tempi di inattività, ridotto consumo di energia e maggiore efficacia complessiva delle apparecchiature.

Poiché le organizzazioni lavorano per beneficiare della convergenza delle funzioni IT/OT, le parti interessate, i proprietari dei prodotti e i responsabili organizzativi devono continuare a comprendere i nuovi modelli di sistemi integrati e imparare dalle industrie che stanno integrando i sistemi con successo, come l’industria dei computer, di Internet e dei cellulari.

Nel complesso, queste nuove tecnologie stanno sfidando e consentendo ai professionisti del controllo e dell’automazione di fornire più valore come esperti di sistemi e processi di produzione per raggiungere gli obiettivi aziendali.