integrerad tillverkning och produktion

• av Bill Lydon
• InTech

sammanfattning

ny informationsteknologi och operativa teknikmodeller

av Bill Lydon

förhållandet mellan informationsteknologi (IT) och operativ teknik (OT) är ett ämne för formella och informella diskussioner på branschforum, användargrupper, evenemang och mässor med många tankar och åsikter. Det sker tydligt förändringar i organisationer med olika affärsmodeller och ny teknik, koncept och utmaningar som driver dessa diskussioner, pilotprojekt och systemförändringar. Det finns några starka åsikter om IT-och OT-förhållandet, inklusive:

• kooperativ separation
• kooperativ integration
• it hantera OT med undantag för realtidsmaskin och processkontroller
• nya hybridgrupper

baserat på diskussioner med många användare verkar förhållandet mellan IT och OT i organisationer vara i olika stadier. Trenden verkar dock vara den funktionella integrationen av IT och OT, oavsett organisationsstruktur, för att uppnå förbättrad tillverkning och produktion.

Vad är OT?

Operativ teknik definieras vanligtvis som hårdvara och programvara som är avsedd för att upptäcka eller orsaka förändringar i fysiska processer genom direkt övervakning eller kontroll av fysiska enheter, inklusive maskiner, robotar, produktionslinjer, ventiler, pumpar och andra produktionselement. Den faktiska kontrollen svarar på produktion med realtidsstyrenheter, såsom programmerbara logiska styrenheter (PLC), distribuerade styrsystem (DCSs), maskinstyrenheter, robotar, processstyrenheter och andra enheter som övervakar och kontrollerar fysisk produktion. OT i många organisationer omfattar också övervakningssystem och datainsamlingssystem, gränssnitt mellan människa och maskin, historiker och fjärrterminalenheter. Dessa system kommunicerar vanligtvis med industriella styrnätverk, såsom Modbus, EtherNET/IP, Profinet och EtherCAT. På senare tid kommunicerar trådlösa sensorer med ISA100, WirelessHART eller proprietära metoder.

Vad är det?

en tidig definition av informationsteknologi dök upp i Harvard Business Review-artikeln i november 1958, ”Management in the 1980s” av Harold J. Leavitt och Thomas L. Whisler:

”den nya tekniken har ännu inte ett enda etablerat namn. Vi kommer att kalla det informationsteknologi. Den består av flera relaterade delar. En inkluderar tekniker för att bearbeta stora mängder information snabbt, och den är epitomiserad av höghastighetsdatorn. En andra del centrerar kring tillämpningen av statistiska och matematiska metoder för beslutsfattande problem; det representeras av tekniker som matematisk programmering och av metoder som operations research. En tredje del är på gång, även om dess tillämpningar ännu inte har dykt upp mycket tydligt; den består av simulering av högre ordningens tänkande genom datorprogram.”

Detta är fortfarande en ganska bra grundläggande definition. Det inkluderar termen operations research. En bred definition av verksamhetsforskning är att bestämma maximal vinst, prestanda, avkastning eller minsta förlust, risk eller kostnad för något verkligt mål. Industriell teknik och verksamhetsforskning tillämpad på industriell och processtillverkning kombinerar två discipliner inriktade på drift av komplexa system för att utveckla bättre system och operativa förfaranden. Dagens nya teknik gör det möjligt att uppnå dessa mål.

integrerad tillverkning

tillverknings-och processindustrier har länge drivit konceptet att integrera hela verksamheten, inklusive produktdesign, upphandling, supply chain management, produktion, underhåll och utgående logistik. Tanken med datorintegrerad tillverkning har varit en vision sedan 1970-talet. det definieras som integrationen av det totala tillverkningsföretaget genom att använda integrerade system och datakommunikation i kombination med nya ledningsfilosofier för att förbättra organisations-och personaleffektiviteten. På 1970-och 1980-talet genomförde några stora bil-och rymdtillverkare ett litet antal projekt, men systemen och tekniken vid den tiden var besvärliga, dyra och opålitliga. En annan stor utmaning var integrationen av komponenter från olika leverantörer, inklusive PLC, DCSs, CNC-verktygsmaskiner, transportörer och robotar med olika kommunikationsprotokoll. Det fanns också konkurrerande datautbyte och protokollstandarder mellan USA och Europa, vilket var kontraproduktivt.

Industri 4.0, smart tillverkning, et al.

på senare tid har en progressiv tankegång utvecklats för att tillämpa teknik för att förbättra tillverkningen med integration av alla aspekter av produktion och handel över företagsgränser för ökad effektivitet. Det exemplifieras av Industry 4.0, smart manufacturing, Industrial Internet of Things och andra initiativ som bedriver en holistisk automatisering, affärsinformation\ och tillverkningsexekveringsarkitektur. Målen är betydligt högre produktivitet, effektivitet och självstyrande produktionsprocesser där människor, maskiner, utrustning, logistiksystem och processarbete kommunicerar och samarbetar direkt med varandra. Denna vision inkluderar ny teknik och arkitekturer för att uppnå låg kostnad massproduktionseffektivitet för tillverkning på beställning av kvantitet ett.

Enkelvy

it/OT-konvergens främjar en enda bild av företagets information och ger varje person, maskin, sensor, PLC, processstyrenhet, ställdon, motorstyrcenter och annan enhet exakta data och information i ett handlingsbart sammanhang vid rätt tidpunkt för att förbättra driftseffektiviteten och sänka produktionskostnaderna.

beslut i realtid

beslut kommer att fattas i realtid med högre nivåer av förtroende, eftersom mer information kommer att finnas tillgänglig om händelsen eller tillståndet. Hantering av en händelse i en it/OT-konvergerad arkitektur kommer att utföras som en sluten kretsprocess, vilket optimerar produktionsfaktorerna. Detta inkluderar kundorderflöde och mix, leveranskedja, tillverkning, produktionsprocesser, utgående logistik och kundservice.

Lean manufacturing ecosystem

utöver ett enda tillverkningsföretag integreras Produktions-och logistikprocesser intelligent över företagsgränser, vilket skapar ett Lean manufacturing-ekosystem i realtid som är mer effektivt och flexibelt. Detta underlättar smarta värdeskapande kedjor som inkluderar alla livscykelfaser av produkten från den ursprungliga produkt ideen, utveckling, produktion, användning och underhåll till återvinning. På så sätt kan ekosystemet tillfredsställa kundernas önskemål om allt från produkt idea till återvinning för att vara lyhörd och ständigt göra förbättringar.

vanliga plattformar

IT-och OT-grupper utvecklades traditionellt i två separata samhällen där nästan all kommunikation, hårdvara och programvara var specifika för det samhället, vilket resulterade i komplex IT-och OT-systemintegration. Den nya arkitekturen, som möjliggörs av spridningen av kommunikationsstandarder, kraftfulla processorer, webbtjänster och programvara med öppen källkod, ger en gemensam miljö för IT-och OT-samarbete och integration. IT-och OT-grupper delar nu grunderna i kommunikations-och nätverksarkitektur, vilket förenklar transporten av data över system, så teknologiskillnaden mellan IT och OT stängs.

organisations-och systemutveckling

att tillämpa ny teknik för att uppnå effektivare industri-och processtillverkningsföretag leder till funktionella förändringar. De nya integrerade tillverknings-och företagsarkitekturer som leds av realtids enterprise resource planning systems integrera växt golv middleware programvara funktioner i edge-enheter, företag, och cloud computing. Ett mer traditionellt sätt att uttrycka detta är att ot integreras i det. Men detta beskriver inte alla nya möjligheter för integrerade system och ny databehandling i kantenheter. Progressiva företag utforskar den nya funktionaliteten med organisatoriska förändringar och nya system genom att genomföra pilotprojekt. Integrationen av IT och OT ger möjlighet att aktivt övervaka fältprestanda hos komplexa maskiner och deras delkomponenter för att bättre förstå tillverknings-och processdrift, vilket bidrar till effektivare kontinuerliga förbättringsprogram. Dessutom kommer det att finnas större förtroende för produktionsresultat som kommer att förbättra prognoserna.

Branschdiskussion

konvergerande IT och OT för att skapa effektivare operationer diskuteras av många användare, och vissa gör ändringar för att bli effektivare tillverkare. Det här är några tankar från tillverkningsföretag.

ett exempel på en organisatorisk förändring presenterades vid 2017 Ignition Community Conference av Sugar Creek Packing Co., en diversifierad och flexibel livsmedelsproducent. En företagsrepresentant diskuterade hur organisationen har en person ansvarig för OT och en för den, med båda rapportering till chief information officer. Han beskrev hur detta förbättrade organisatoriskt samarbete och verksamhet över sex tillverkningsanläggningar med mer än 100 PLC-och styrenheter och mer än 15 000 taggar.

dessa tankar från en Rockwell Automation Perspectives händelsepanel och användarpresentationer illustrerar att det finns olika åsikter om IT / OT. Chefer, branschexperter och sex användare diskuterade och delade insikter om sina unika resor mot att skapa ett anslutet företag. Viktiga kommentarer från paneldiskussionen inkluderade dessa observationer:

• det bör ta ledningen för att flytta data säkert och leverera det när det behövs.
• utmaningen är att ha OT-personer bekanta med processen samtidigt som de förstår affärsprocesser.
• gemensamma datamodeller krävs för effektivt utbyte av data mellan IT och OT.
• nyckeln till framgång är att ansluta data genom hela arkitekturen med nonproprietary, open it-standarder.
• ett företag brukade anställa kontrollingenjörer, designers och mekaniska ingenjörer för att designa motorväxellådor och drivkedjor. Under åren fann det att anställningsmodellen inte fungerar längre. Kontrollen och mekanisk design blev sammanflätade, så det skiftade till mekatronik ingenjörer som handlar i båda världarna. Det skiftet fortsätter nu med tillägg av människor som förstår fysik, analys och IT-teknik.
• det tillhandahåller och hanterar Ethernet-anslutningar till styrenheter, inklusive konfigurationskontroll. Automationsingenjörer bör inte belastas med nätverk utan fokusera på att förbättra kontrollerna och optimera automatiseringen.

de olika åsikter som uttrycks tyder på att organisationer har olika tankar om organisatoriska och tekniska tillvägagångssätt.

mål

ledande tillverkningsföretag börjar konkurrera över hela världen och använda genomgripande ny teknik. Oavsett vilken form implementeringen av system, arkitekturer och organisationsstrukturer är, finns det ofta uttryckta mål för att förbättra tillverkningen, inklusive konkurrenskraft, produktivitet, kvalitet och kundnöjdhet. Konvergerad information används för att optimera fasta och rörliga tillgångar. Förbättrad drift med realtidsdata, i kombination med analys, ger många fördelar, inklusive lägre stilleståndstid, minskad energiförbrukning och högre total utrustningseffektivitet.

när organisationer arbetar för att dra nytta av konvergensen av IT/OT-funktioner måste intressenter, produktägare och organisationschefer fortsätta att förstå nya integrerade systemmodeller och lära av branscher som integrerar system framgångsrikt, till exempel Dator -, Internet-och mobiltelefonindustrin.

på det hela taget är dessa nya tekniker utmanande och ger kontroll-och automatiseringspersonal möjlighet att leverera mer värde som system-och tillverkningsprocessens ämnesexperter för att uppnå företagsmål.