В момента навлизаме в четвъртата индустриална революция, чиято основна парадигма е, че информацията и по-дълбоката интеграция между машини, оператори и мениджмънт е основната движеща сила в повишаване на производителността. За да се реализира тази идея трябва всяка машина, съоръжение и процес в едно производство да са обвързани помежду си, а целият поток от данни да постъпва в единна система за управление където да се превръща в полезна информация, която да спомогне за оптимизиране на производствения процес.

Тази по-дълбока интеграция и взаимозависимост изисква и голяма степен на надеждност на новоизградената кибер-физична система и поражда критична необходимост от сигурна и надеждна връзка към сървъра следящ производствените процеси. Срив в преноса на данни може да причини огромни щети на производствения процес. Поради тази причина, съвременният стремеж за „умно“ производство не би бил възможен без надеждна и бърза индустриална комуникационна мрежа.

За това мрежовите комутатори в опорният оптичен пръстен трябва да отговарят на редица условия породени от тежкият производствен процес като устойчивост на вибрации, електрически шокове, голяма температурна амплитуда, високочестотни и електромагнитни смущения и др. Освен това, индустриалната мрежа трябва да покрива голяма площ с висока скорост и надеждност.

В системи от подобен род се въвеждат клиентски устройства с разнообразни протоколи и начини на обмен на данни. Поради това мрежовия комутатор трябва да може да поддържа работа с индустриални протоколи на различни производители.

С навлизането на различни устройства в една комуникационна мрежа изискванията за нейната сигурност и стабилност също се повишават. За това трябва да има възможност за логическо разделяне на отделните потребители.

Не на последно място, мрежовите комутатори трябва да позволяват лесен монтаж и подмяна без това да води до спиране на комуникацията.

Проект с мрежови комутатори Wago 852-1305

Като част от проект за изграждане на комплексна система за индустриален контрол, която обединява включва SCADA, MES и ЕMS системи,  в предприятие за производство на проводници и кабели, фирма Сивико ООД изгради първата индустриална комуникационна мрежа в България на базата на управляеми мрежови комутатори Wago 852-1305. Топологично мрежата описва пръстен и е изпълнена според изискванията на стандарт IEC 62439-3:2016: „Промишлени комуникационни мрежи. Автоматизирани мрежи с висока оперативна готовност. Част 3: Протокол PRP (Parallel Redundancy Protocol) и HRS (High availability Seamless Ring)“. Общата ѝ дължина е приблизително 1000m, има 11 броя мрежови комутатора и служи за основа на цялата система за индустриален контрол. Управляемите мрежови комутатори Wago 852-1305 осигуряват иновативни подходи за резервираност  Xpress Ring (възстановяване за по-малко от 50 ms) и JET Ring (възстановяване за по-малко от 350 ms). Това повишава вероятността за безотказна работа на опорния пръстен до 99,9%.

Защо мрежови комутатори Wago 852-1305?

На първо място, мрежовите комутатори на Wago 852-1305 отговарят на представените предизвикателства – надеждност, сигурност, гъвкавост и лесно обслужване. Те покриват изцяло изискванията на стандарт IEC 62439-3:2016. Системата постига надеждност от 99.99% чрез технологията Xpress Ring, която свързва всички комутатори. Едно от устройствата е конфигурирано като арбитър на връзката. Когато пръстенът е здрав арбитърът го разделя логически и подсигурява правилната работа на логическите комуникационни слоеве. В случай, че пръстенът бъде прекъснат физически в дадено място, за по-малко от 50 ms арбитърът възстановява логическото прекъсване и потокът на данни продължава. Освен това, мрежовите комутатори могат да бъдат захранени с електричество от две различни места. Другите интегрирани функции на комутатора, като Autonegotiation, Ограничаване на скоростта, Изолация на портове и т.н., оптимизират работата на мрежата и осигуряват надеждна свързаност и рентабилно решение в малък, но мощен пакет.

На второ място, архитектурата на индустриалната комуникационна мрежа позволява потребителите с различни роли в нея да са отделени и логически свързани според предварителни критерии – локално сегментиране. Това повишава нивото на сигурност и намалява обмена на излишна информация, което увеличава свободния мрежови капацитет.

На трето място, основната настройка и поддръжка на индустриална комуникационна система е лесна и надеждна. Тя е осъществена с хардуер и софтуер от WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. Всички управляеми мрежови комутатори предоставят данни по MODBUS TCP протокол. Всички текущи събития се предават към SCADA система, от която в реално време се следят ключови параметри за комуникационната мрежа. Всяко събитие се архивира в база данни, което позволява да се извършват подробни анализи след настъпили аварийни събития в комуникационните устройства.

Заключение:

Сивико ООД избра Wago 852-1305 защото отговаря на всички изисквания и предизвикателства в изграждането на една индустриална комуникационна мрежа – гъвкавост, надеждност, производителност, добра възможност за интеграция с индустриални системи и лесна и удобна конфигурация чрез различни интерфейси на достъпна цена.

The post Индустриална комуникационна мрежа на базата на Wago 852-1305 appeared first on Siviko.

Модулната архитектура на Ignition позволява на клиентите ѝ лесно да персонализират своята система като изградят точно тези приложения, от които се нуждаят. Сървър-ориентираният уеб базиран модел на Ignition е достатъчно гъвкав за всяка архитектура и достатъчно мащабируем за компании от всякакъв размер. Мощта и гъвкавостта на Ignition го правят идеалната платформа за разработка на SCADA, EMS, IIoT и MES приложения, така че да работят безпроблемно като едно цяло, на една единна платформа.

В сравнение с Ignition, старото поколение SCADA софтуер има редица недостатъци и ограничения.

1. Най-големият сред тях e, че е невероятно труднo да бъдат персонализирани според нуждите на бизнеса и трудно се интегрират с друг софтуер или система. От друга страна, Ignition е създаден с мисълта за персонализиране. Всъщност това представлява е една платформа за създаване на приложения, което позволява приложението да бъде изцяло пригодено към определен процес. В резултат на това, фирмите не са задължени да оформят процесите си според софтуера, което лесно може да създаде проблем, защото всички конкуренти предимства дължащи се на вътрешните процеси на фирмата могат да изчезнат поради ограничените възможности на софтуера.
2. На второ място, старите модели софтуер не боравят добре с комуникационни протоколи, което означава, че различни видове хардуер е трудно да се свържат и комуникират помежду си. Като сървърен софтуер, Ignition действа като център за всяка производствена система. Този модел на пълна интеграция може да асимилира всички марки, модели и платформи и да комуникира с тях, като по този начин създава стабилна и оптимизирана връзка между IT и производствения процес. Освен това, Ignition е идеалната платформа за IIoT, защото е единствената платформа на пазара, която има трите основни елемента, необходими за работата на IIoT: отворена свързаност, неограничени възможности за съхранение на данни и “agile” приложения.
3. На трето място, старото поколение SCADA софтуер не позволява на потребителите да имат лесен достъп до данни в реално време. По-голямата част използват собствен затворен софтуер за съхранение на данни. Това означава, че записите на серия от данни често се съхраняват отделно от останалите данни на компанията. Това може да доведе до погрешен обмен на данни или други проблеми поради по-бавната реакция. Дори информацията все пак да бъде извлечена, обикновенно това е след като вече са изтекли часове или дори дни и тя често вече е безполезна. За щастие, Ignition  позволява връзки с различни SQL бази данни за регистриране и съхраняване на данни по едно и също време. Това означава, че данните са налице в реално време. Това позволява тенденциите да бъдат прегледани и анализирани в реално време, точно когато те се случват, или да се направи взаимовръзка с друга информация за по-голяма прецизност и точност на анализа. Друго предимство, което Ignition има в този контекст е, че той улеснява по-доброто разбиране на това, което се случва, като дава моментен достъп до историческите данни за сравнение.

Ignition не е нищо повече бяло платно, което може да бъде персонализирано и да настроено за нуждите на всеки бизнес. Той работи еднакво добре с всяка база данни или всяка операционна система, независимо от версията, и има солиден набор от инструменти за събиране на данни, визуализация в реално време и контрол на процеси, оптимизиран HMI и аналитични инструменти. Накратко, Ignition е най-добрата и неограничена интегрирана софтуерна платформа за SCADA, EMS, IIoT and MES приложения.

Речник на използваните съкращения:

• SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition –  системата за надзорен контрол и събиране на данни. Състои от софтуерни и хардуерни елементи.  Тя позволява на индустриалните организации да контролират локални или отдалечени промишлени процеси чрез взаимодействие директно със сензори и актуатори и да наблюдават, събират и обработват данни в реално време;
• MES – Management Execustion System – системата за производствено управление. Използва в производството за проследяване и документиране на преработването на суровините в готови продукти. Тя предоставя информация, която помага на мениджърите управляващи производството да разберат как могат текущите условия да се подобрят така, че да се оптимизира производствения процес.;
• EMS – Energy Management System – системата за енергиен мениджмънт. Използва за мониторинг, контрол и оптимизиране на използването на електричество, вода, промишлен въздух, газ и др.;
• IIoT – Industrual Internet of Things – „индустриален интернет на обектите“. Позволява събиране и достъп на много по-големи количества данни при много по-голяма скорост и ефективност чрез отделяне на устройствата от приложенията.;
• SQL – Structured Query Language –  е популярен език за програмиране, предназначен за създаване, видоизменяне, извличане и обработване на данни от релационни системи за управление на бази данни;
• IT – Information Technologies – информационни технологии;

The post Защо Ignition е най-добрата платформа за SCADA, EMS, IIoT и MES appeared first on Siviko.

Сивико ООД, в партньорство с WAGO България и Lean Institute Bulgaria ,има удоволствието да ви покани на семинара: Industry 4.0 – решения за повишаване на производителността, който ще се проведе на 4-ти октомври 2018 г. от 9:00 до 16:00ч. в хотел Теодора Палас, гр. Русе. 

През следващите няколко десетилетия технологиите, които са в основата на Четвъртата технологична революция, ще променят из основи структурата на световната икономика и ще създадат възможности за създаване на нови оперативни модели. Всички тези промени и технологии имат една обща черта: те използват всеобхватната мощ на дигитализацията и на информационните технологии.

На това събитие ще дискутираме „защо“ тази тема трябва да ни вълнува през призмата на lean manufacturing и типовете системи за индустриален контрол и „как“ от чисто технологична гледна точка можем да се възползваме от тези нови възможности. Ще демонстрираме хардуер и софтуер.

Основни теми:
• Lean manufacturing в условията на повишаващото се ниво на дигитализация при Industry 4.0
• Представяне на различни типове системи за индустриален контрол, които оформят информационен гръбнак на „умните“ фабрики
• Представяне на Ignition SCADА – една от най-мощните и иновативни платформи за разработка на най-различни индустриални приложения
• Представяне на новите контролери на Wago – технологични новости и възможности, комуникация чрез MQTT протокол, връзка с Ignition SCADA
• Системи за енергиен мениджмънт базирани на Wago и Ignition SCADA
• Индустриален Интернет на Обектите (IIoT) и изграждане на комуникационни мрежи с Wago

Билетите са безплатни, но местата са ограничени! 

За повече информация и записване: 
Desislava.Manova-Georgieva@wago.com
engineered@siviko.com

The post Industry 4.0 – Решения за повишаване на производителността appeared first on Siviko.

Често ни задават въпроса:

„Мога ли да използвам модерна система за управление на производство  без да заменям цялото оборудване? Може ли предлаганата от Сивико софтуерната платформа Ignition, да работи със наличния ни хардуер?“

Краткия отговор е:

Да, може! И не само, че може, а резултатите са наистина впечатляващи.

В тази статия ще разкажем за точно такъв тип проект, в който клиентът ни реши да инвестира в подобряване на производствения си процес като замени съществуващата система за управление на производството с предлаганата от нас съвременна система Ignition, без да се налагат инвестиции в замяна на хардуера. В резултат на това постигнахме значителна оптимизация на производствения процес и създадохме изцяло нови възможности за неговото управление.

Клиентът

Клиентът в този проект е сред водещите български производители на сухи строителни смеси, лепила и мазилки – Теразид ЕООД. Производството на сухи строителни смеси  представлява една голяма инсталация, разположена на няколко етажа. Тя обединява различни процеси – дозиране, смесване, опаковане на готовия продукт, транспорт, палетизиране и складиране. Производствената инсталация има множество бункери, в които се съхраняват суровините, шнекове, дозиращи бункери, клапи, рутери, миксери, пакетиращи машини, аспиратори, пневматични и електрически вибратори, транспортни ленти, индустриални роботи и други.

Предизвикателството

Едно от съществуващите ограничения на старата система за управление на производството беше начина, по който се управляваха рецептите. Параметрите на всяка една рецепта – дози, приоритет, технологични времена, се съхраняваха в друга система и се зареждаха през отделен интерфейс в програмируемият логически контролер, управляващ производството. Тази организация на работа създаваше проблеми на операторите, защото не можеха автономно да променят и създават нови рецепти. Това е особено затормозяващо при създаване на нови продукти, защото по време на производствените тестове трябва да се правят множество промени по параметрите на рецептите докато се получи търсения резултат. Представете си колко тромав е процеса на работа ако за всяка малка промяна на рецептите опрераторите трябва да търсят съдействие от компетентен инженер. При производството на строителни смеси е от изключителна важност рецептите да бъдат изпълнени правилно и без вариации в качеството. Например при лепилата за плочки, малка разлика в съотношенията на химическите добавки може значително да промени времето за втвърдяване. Това затруднява работата на крайния клиент – строителните работници. За това, начина на управление на рецепти трябваше да бъде променен.

Заедно с клиента направихме анализ на текущото състояние и решихме, че съществуващата SCADA система не може да бъде доработвана и трябва да бъде изцяло заменена. Новата система е разработена на платформата за индустриални софтуерни приложения Ignition поради редицата ѝ технически и лицензионни предимства. Пътво, Ignition комуникира еднакво добре с хардуер и с база данни.  Второ модулната ѝ архитектура и съществуващите инструменти позволяват лесно персонализиране на система с необходимите приложения за конкретното производство. Всъщност, новата система се превърна в повече от SCADA. Тя стана система за индустриален контрол и е логична първа стъпка в дигитализацията на производството.

Решението

В рамките на 3 месеца изградихме новата система, която постигна търсените резултати. Освен основната нова функционалност – управлението на производството и рецептите – създадохме изцяло нова организация на човеко-машинният интерфейс, добавихме автоматично създадени отчети за изразходените количества материали, изцяло нова системи за аварийните събития, трендовете и редица други подобрения.

Управление на рецепти

Новата функционалност за управление на рецептите позволи на операторите и технолозите сами да създават, редактират и зареждат рецептите. Това им позволи да са много по-бързи, по-точни и по-гъвкави, по време на стандартния производствения процес и при разработка на нови рецепти. Друга голяма полза на дигитализацията беше, че вече всички особености при изпълнението на рецептите се намират в системата.  Те станаха достъпни и видими за целия екип – мениджмънт, технолози, поддръжка и оператори.  Добавихме и редица подобрения като например прогнозни изчисления за това за колко още производствени цикъла би стигнал наличния материал. Това помага на операторите по-лесно да следят наличните материали и да допълват липсите. По този начин се намаляват непланирани спирания на производствения процес. Друга голяма полза от системата беше, че успяхме да използваме по-добре съществуващия хардуер като „отключихме“ функции, които преди това не бяха достъпни. Например създадохме допълнителни възможности за настройка на дадени технологични времена и т.н.

Управление на рецептите

Нов HMI

Замисляли ли сте се колко е важен интерфейса човек-машина (HMI) в управлението на едно производство? Според проучване проведено в САЩ, голяма част от сериозните индустриалните инциденти се дължат именно на лошо създаден HMI. Освен големите инциденти докладвани в медиите, има множество малки, но постоянни загуби на качество и производителност, които често остават незабелязани.  Екрани претрупани с ненужна информация, натоварващи цветови схеми, неинтуитивна навигация, нееднозначни данни, „заровени“ настройки, липсващи алармени събития и т.н. често заблуждават или объркват операторите, които управляват производствения процес в реално време.

За да представим важната информация ясно, просто и недвусмислено, решихме изцяло да променим съществуващия HMI. Създадохме нова интуитивна навигационна схема, опростено графично представяне и нова високо-производителна цветова схема. Опростихме графичното представяне на процесите като премахнахме всички елементи, които не носят полезна информация. Това ни позволи да покажем целия производствен процес на един екран. Вече операторите могат с един бърз поглед да се видят текущото състояние на цялото производство. Освен това, при новата цветова схема направихме фокусът да е върху важните съобщения изискващи внимание. Екраните са предимно в неутралните цветове сиво и бяло, данните в реално време от производството са в синьо.  Алармените състояния и събития са в привличащите вниманието цветове жълто, оранжево и червено. Всичко това, позволява на операторите да следят процеса дори когато са на метри от екрана и вършат друга оперативна работа.

Управление на потребители

Към новата система изградихме различни нива на потребителски достъп, което позволява на различни групи потребители да работят безконфликтно в единна система за управление на цялото производство. Например, това позволи едновременно операторите да управляват процеса, докато технолозите го наблюдават и оптимизират без да се опасяват, че ще спрат някоя машина или работния процес. Освен това, осигурихме дистанционен достъп до системата и на мениджърският състав в офис сградата чрез криптирана SSL комуникация.

Единна система за управление на производството

Друга важна полза от системите за индустриален контрол е възможността им да извличат данни от производството и да ги превръщат в полезна информация, която да спомага за работата на всички в екипа. Възможността на Ignition да комуникира еднакво добре както с хардуера, така и с бази данни, ни позволи да изградим мощни инструменти за визуализация на данните и отчетност. Данните от производството вече са достъпни в реално време чрез вградените инструменти на Ignition, а в допълнение създадохме алгоритъм за отчитане на изразходените количества на дневна база. Това позволява точна и бърза отчетност и спомага и за по-доброто производствено планиране.

Заключение

Новата система за управление на производството подобри производствения процес като направи управлението му много по-лесно, по-надеждно и по-гъвкаво, без да е нужно да се правят големи инвестиции в замяната на хардуера. Системата премахна редица ограничения и създаде нови възможности пред производствения екип да си върши качествено работата. Така в крайна сметка клиентът ни може да се фокусира върху най-важното за него – създаване на качествен краен продукт, при висока производителност и с възможност за постоянно подобрение на процесите.

Този проект е добър пример за това колко важна роля играят модерните системи за управление на производството дори на места където има в годините е създадено едно наследство от различни машини и инсталации. За нас, този тип системи са първата стъпка към изграждането на „умна фабрика“ и дигитализация на производството. Както казахме в началото, внедряването им е възможно, а резултатите са впечатляващи.

The post Дигитализация на производството с Ignition SCADA appeared first on Siviko.

„Нито най-силният оцелява, нито най-интелигентният. Оцелява този, който е най-приспособим към промените.“

Leon C. Megginson

Винаги сме се опитвали да видим общата картина и да синтезираме същността на макро тенденциите засягащи дейноста ни. Понякога, поради постоянния поток от информация, е трудно различимо кое е истинско и кое просто реклама. Фокусът върху основните тенденции ни помага да разберем по-добре какво се случва в динамичната средата около нас и да правим по-добри стратегически решения свързани с дейността ни. Когато промените са очаквани, човек има повече време да създаде правилната стратегия, да планира и и приспособи бизнеса или кариерата си към тях.

Най-видимата тенденция в нашият инженерен сектор е ускорения напредък на автоматизацията и дигитализацията в производството. Тази тенденция е от съществено значение за бизнес ни, защото ние решаваме производствени проблеми точно чрез автоматизация и дигитализация. За това, трябва да знаем какво движи тази тенденция, каква е силата ѝ и какви са фундаменталните предпоставки да се случва точно сега.

През последните няколко години събрахме много информация, както от външни източници, така и от собствените ни проекти. Често ни се налага да решаваме сложни производствени проблеми, в които тестваме възможностите на текущите технологии. За това е изключително важно е да познаваме задълбочено лимитите на текущите технологии и тяхното възможно развитие в близко бъдеще. 

Тази информация е интересна и ценна за хора работещи в производството. За това решихме да я организираме и споделим в поредица от няколко статии. Те са фокусирани върху основните тенденции, които е малко вероятно да се променят в следващото десетилетие. За това информацията в тези статии също ще е актуална в следващите години. Надяваме се тя да е интересна и полезна.

Трите мега тенденции в производството, които водят до повече автоматизация

Основното ни наблюдение е, че има три основни тенденции, които водят до използването на повече интелигентна автоматизация и дигитализация в производството:

1. Технологичното развитие и напредък, породени от нарастващата изчислителна мощ,
2. Приложенията на тези технологии, и
3. Съвременните демографски тенденции в Европа и България.

Очакванията са, че интелигентна автоматизация и дигитализация ще помогнат на производствените компании да подобрят своята производителност и качество, да намалят разходите и да увеличат гъвкавостта си. И още по-важно е, че това ще ускори темповете на въвеждане на подобрения и иновации. Настоящите маркетингови кампании обаче са толкова интензивни, че човек лесно може да повярва, че бъдещето ще бъде толкова радикално различно, че ако съвременен производствен експерт влезе във фабрика на бъдещето, няма да може да разбере какво се случва в нея.

Промените в производството ще приличат на ускорена еволюция

Не можем да знаем какво ще се случи в далечното бъдеще, нито пък някой друг знае със сигурност. Очакваме, че през нашия живот промените ще приличат по-скоро на ускорена еволюция, отколкото радикална революция. Първата причина е, че има някои основни принципи в производството, които не са се променили от началото на индустриалната революция през 1800-те. Те ще останат същите, до тогава докато производството е физически процес, който произвежда стоки от суровини. Можете да прочетете повече за принципите на производство в нашата статия, в която говорим по-подробно за тях. Другата причина е, че производството е по-консервативно към прилагането на нови технологии, които не са стабилни и доказани. А много от най-новите технологии са точно такива.

Дори и промените да не са толкова радикални, те все пак ще са с изключително силен ефект. Интелигентната автоматизация и цифровизацията ще дадат силни конкурентни предимства на определени икономики или компании. Те ще създадат повече възможности за растеж, иновации и подобрения. Тези, които вече инвестират и проучват новите възможности, ще оцелеят и ще просперират в променящата се световна икономика. За разлика от тях, компаниите, които не разбират тази тенденция, нито се интересуват от нея, ще изпитат доста затруднения. За това се надяваме се да видим повече български и европейски компании, които инвестират в интелигентна автоматизация и цифровизация.

Информационната епоха

„Наистина сме в ранните етапи на голяма технологична трансформация, която е много по-мащабна, отколкото дори най-възторжените експерти осъзнават… Триста години развитие на технологията приключи след Втората световна война. През тези три века моделът за технология беше механичен: събитията, които се случват в звезда като Слънцето. Всичко започна, когато един иначе почти неизвестен френски физик, Денис Папен, изобрети парната машина около 1680 г. Той завърши, когато възпроизведохме с ядрените експлозии процесите случващи се в една звезда. За тези три века напредъкът в технологиите означаваше – както при механичните процеси – повече скорост, по-високи температури, по-високо налягане. От края на Втората световна война обаче моделът на технологията се превърна в биологичен процес, събитията в организма. И в организма процесите не са организирани около енергията, в смисъла на термина от физиката. Те са организирани около информация. ”

Питър Дракър, 1985 г., „Иновации и предприемачество“^[1]

Продължаващото технологично развитие е първата голяма сила, която движи нарастващото използване на автоматизацията и цифровизацията в производството. Технологичният напредък прави технологичните решения едновременно по-мощни и достъпни. В резултат това увеличава тяхната полезност и инвестиционна привлекателност. В тази статия ще разгледаме въздействието на нарастващата изчислителна мощ и някои свързани технологични постижения, които ще окажат влияние върху индустрията през следващите от 5 до 10 години. Също така ще обясним защо се фокусираме точно върху нарастващата изчислителна мощ като най-важната тенденция в съвременния технологичен свят.

Законът на Мур – Нарастващата изчислителна мощност

Живеем в информационната ера от края на Втората световна война. От създаването на първия компютър, изчислителната мощ нараства с необикновените 35% годишно и се е превърнала в основния двигател на технологичните промени. Един от основателите на производителя на чипове Intel, Гордън Мур, за първи път наблюдава тази тенденция през 1965 г. Той забелязва, че броят на транзисторите в една интегрална схема се удвоява приблизително на всеки две години, докато цената за компютрите се намалява наполовина.  Това наблюдение е известено като „Закон на Мур“.

Закон на Мур за последните 120 години

Увеличението на изчислителната мощност позволи създаването на много нови технологии като електронния цифров компютър с общо предназначение, интернет и милионите му уебсайтове, всякакъв вид софтуер – от счетоводен софтуер до игри и софтуер компютърно подпомаган дизайн (CAD), смартфони и други преносими компютри, впечатляващи специални ефекти и 3D анимация, цифрова фотография, изкуствен интелект и машинно обучение, компютърно цифрово управление (CNC) и роботика, самоуправляващи се автомобили и много, много други технологии. То също така промени значително начина, по който общуваме, пазаруваме и работим.

Следващата графика показва експоненциалния ръст на евтината изчислителна мощност. При изчислителната техника операциите с плаваща запетая в секунда (FLOPS, флоп или флоп / s) са мярка за производителност на компютъра, полезна в области на научни изчисления, които изискват изчисления с плаваща запетая.

Закон на Мур в GigaFLOPS за 1 USD

Пресъздаването на първият цифров компютър с общо предназначение ENIAC на силициев микрочип с размери 7,4 х 5,2 mm.

Ръстът на изчислителната мощ е много впечатляващ, особено ако се сравнява със стандартния темп на подобрения от 1% до 3% на годишна база в други по-стари технологии, като самолети или помпи. Двата следващи примера са идеална илюстрация на двете фигури по-горе.

Първият пример сравнява първия електронен цифров компютър с общо предназначение ENIAC, създаден през 1945 г., с пресъздаване направено 50 години по-късно през 1996 г .:

ENIAC притежавал 17 648 вакуумни тръби от 16 различни вида (както и десетки хиляди резистори, кондензатори, ръчни превключватели и релета) с общ обем от 80 м³ (площ от 167 м² или около два корта за бадминтон) и с електрозахранването и въздушното охлаждане тежи около 30 t. Около 90% от прекъсванията в работата се дължат на повтарящи се повреди на тръби, налагащи трудоемка поддръжка и подмяна (само рутинната проверка отнема около 8 часа).

Половин век по-късно ENIAC е реконструиран върху силициев микрочип с размери 7,4 x 5,3 mm, който съдържа 174 569 транзистора: общата им стойност е десет пъти по-голяма от първоначалната бройка на вакуумните тръби, тъй като транзисторите заместват и всички резистори, кондензатори и други компоненти. ENIAC е бил над 5 милиона пъти по-тежък, консумирал е с около 40 000 пъти повече електричество, но скоростта му е била не повече от 0,002% от тази на реконструирания процесор (100 kHz срещу 50 Mhz), всичко това е благодарение на полупроводниковата електроника и нейното непрекъснато подобрение.^[2]

ENIAC – първия електронен цифров компютър с общо предназначение

ENIAC-on-a-Chip създаден през 1996

Една заявка за търсене на Google използва повече изчисления от цялата програма Apollo

Вторият пример подчертава огромната изчислителна мощ, с която разполагаме днес:

Компютърът Apollo Guidance Computer (AGC) на борда на лунния модул (LM) изпълнява инструкции със скорост от около 40 KHz (или 0,00004 GHz), около 100 000 пъти по-бавно от лаптоп от висок клас днес. Имаше и подобен компютър в реално време, вграден в ракетата Saturn V. На земята НАСА имаше достъп до някои от най-мощните компютри за времето си: пет мейнфрейм компютъра на IBM модел 360/75, всеки около 250 пъти по-бърз от AGC. Те работеха почти 24 часа в денонощието, 7 дни в седмицата, изчисляваха данните за излитане и орбитите, наблюдаваха биомедицински данни по време на мисията и извършваха множество други изчисления.

Сравнихме това с това, което Google прави днес, и установихме, че:

Отнема приблизително същото количество изчисления, за да се отговори на една единствена заявка за търсене в Google, колкото за всички извършени изчисления – в полет и на земята – за цялата програма Apollo!^[3]

Технологичен напредък в производството

Всяка година от 2001 г. насам, списание MIT Technology Review избира десетте най-важни нови технологични пробиви за годината.^[4] Това е списък с технологии, които почти без изключение са възможни само поради напредъка в изчислителната мощ, описан от закона на Мур.^[5] По-голямата част от настоящите технологични разработки в индустриалната автоматизация също се базират на изчислителни и софтуерни постижения. Дори това, което се счита за „стари“ или „традиционни“ технологии, се възползват от все по-мощните програмируеми логически контролери (PLC), индустриалните компютри и устройствата за компютърно цифрово управление (CNC) и съответния софтуер.

Най-важните нови технологии в производството

Ще има много нови или подобрени технологии, които ще виждаме все по-често във фабриките или веригите за доставки в близко бъдеще като:

• Усъвършенствана роботика. В сравнение с конвенционалните роботи, усъвършенстваните роботи имат превъзходно възприятие, интегрируемост, адаптивност и мобилност.
• Индустриален интернет на нещата. Отнася се до взаимосвързани сензори, инструменти и други устройства, свързани в мрежа заедно с индустриалните приложения на компютрите.  Той е част от индустриалните системи за контрол, включващо модерните системи за надзорен контрол и събиране на данни (SCADA) и системите за управление на производството (MES).
• Машинно зрение. Обхваща всички приложения, при които комбинация от хардуер и софтуер осигурява оперативно водене на устройствата при изпълнение на техните функции въз основа на заснемане и обработка на изображения.
• Тримерният печат. Известно още като 3D печат, е компютърно контролиран процес, който създава триизмерни обекти чрез полагане на материали, обикновено на слоеве. Тази технология използва 3D CAD модели.
• Изкуствен интелект (AI) и машинно обучение (ML). AI е по-широката концепция за създаване на машини, които могат да изпълняват задачи по начин, който ние бихме сметнали за „умен“. ML е текущото приложение на AI, базирано на идеята, че просто трябва да дадем на машините достъп до данни и да ги оставим да се учат сами.
• Усъвършенствана аналитичност. Това е общ термин за няколко подраздела на аналитиката, които работейки съвместно използват възможности за прогнозиране. Усъвършенстваната аналитика използва методи и инструменти на високо ниво за предсказване на бъдещи тенденции, събития и поведения.
• Разширена реалност. Това е технология, която наслагва компютърно генерирано изображение върху погледа на потребителя за реалния свят, като по този начин осигурява композитен изглед.
• Виртуална реалност. Това е използването на компютърни технологии за създаване на симулирана среда.
• Блокчейн. От снабдяването със суровини до доставката на крайния продукт, блокчейнът може да увеличи прозрачността и доверието на всеки етап от веригата от доставки в индустриална среда.

Най-добър резултат може да се получи чрез комбиинацията на тези технологии

Този списък от технологии не е изчерпателен и постоянно се променя и разраства. Но вероятно това ще са новите технологии, които ще имат най-голямо въздействие върху производствените фирми през следващите 5 до 10 години, защото предлагат решения за най-много производствени проблеми.

Най-голямото въздействие, обаче, може да бъде постигнато ако тези технологии се комбинират. Тази концепция обикновено се обобщава като Четвъртата индустриална революция или Индустрия 4.0. Индустрия 4.0 обхваща продължаващата автоматизация на традиционните производствени и индустриални практики чрез използването на съвременни интелигентни технологии. Според поддръжниците ѝ, в бъдеще ще бъдем свидетели на една всеобхватна комуникация между машините чрез подобрените възможности на системите за индустриален контрол, което ще доведе до повишено ниво на автоматизация, подобрена комуникация и самоконтрол.  В производството ще се използват интелигентни машини, които могат да анализират и диагностицират проблеми без нужда от човешка намеса. Освен това експертите предвиждат сливане между физическия и дигиталния свят, което ще ни помогне да управляваме производствените процеси много по-добре, отколкото днес.

Няма да обсъждаме подробно Индустрия 4.0, защото в интернет има много информация написана по темата.^[6] Вместо това, в следващите две статии ще се спрем на две технологии, с които сме най-добре запознати – индустриалните роботи и системите за индустриален контрол. Тези две ключови технологии със сигурност ще получат голямо внимание в България и в световен план през следващите години поради нарастващата им полезност, приложимост и възвращаемост на вложените инвестиции.

Ще причини ли краят на законът на Мур спиране напредъка в производството?

Законът на Мур не е естествен закон. Той е просто наблюдение на реалността. Много експерти, включително Гордън Мур, очакват, че в даден момент растежът на изчислителната мощ ще се забави и дори ще спре. Причината е, че съществува физическа бариера в това колко малки могат да станат транзисторите. В момента те са толкова малки, че се доближават до размерите на няколко атома. Някои учени дори твърдят, че законът на Мур вече не е валиден и има признаци, че растежът на изчислителната мощност се е забавил.

Хардуерните иновации, оптимизираното програмиране и квантовите компютри вероятно ще удължат валидността на закона на Мур

Според Intel^[7] обаче това не е вярно и няма да се случи през следващите 10 години, защото все още има място за иновации като нови архитектури и нов дизайн на транзистори. Също така може да се постигне по-нататъшно подобряване на изчислителната производителност чрез по-добър софтуер, алгоритми и специализирана архитектура на чипове. Например, една възможност е да се намали така нареченото „раздуване“ на софтуера (“software bloat”), за да се извлече максимума от съществуващите чипове. Досега, с постоянно нарастващото изобилие от изчислителна мощ, програмистите не трябваше да се притесняват много за писането на по-ефективен код от гледна точка на хардуера.

Експерименти направени от изследователи от MIT показват, че е възможно едно изчисление, което изисква много изчислителна мощност, да се изпълни около 47 пъти по-бързо, само като се премине от Python, популярен език за програмиране с общо предназначение, на по-ефективния C. Това е така защото C, макар че изисква повече работа от програмиста, значително намалява необходимия брой операции. Това позволява на програмата да се изпълнява много по-бързо. По-нататъшното адаптиране на кода, за да се възползва напълно от чип с 18 процесорни ядра, ускорява нещата още повече. Само за 0,41 секунди изследователите от MIT получават резултат, който отнема седем часа с кода писан на Python.^[8]

Не на последно място, в момента квантовите компютри все още са в най-ранните етапи от своето развитие. Смята се, че квантовите компютри могат да решават определени изчислителни проблеми, значително по-бързо от класическите компютри. Което допълнително ще удължи валидността на закона на Мур.

Производственият сектор изостава в развитието в сравнение с общите тенденции

Нашето лично наблюдение е, че индустриалната автоматизация обикновено изостава в развитието в сравнение с общите тенденции, тъй като както доставчиците, така и клиентите са по-консервативни и предпочитат добре тествани и доказани технологии. Причината е, че обикновенно става на въпрос за огромни инвестиции, които веднъж осъществени, е трудно и скъпо да се променят. Освен това много от съществуващите ограничения, като несъвместимост на хардуера или софтуера, са резултат от търговски и лицензионни решения на доставчиците, а не реални технологични ограничения. И накрая, но не на последно място, все още има огромно пространство за разработване и подобряване на софтуера.

Така че дори ако законът на Мур престане да бъде валиден днес, което изглежда не е така, технологичното развитие в индустрията, породено от увеличената наличност на изчислителна мощност, няма да бъде сериозно засегнато през следващите 20 до 30 години. По времето когато ефектът от  Закона на Мур спре да действа, повечето хора от нашето поколение ще са се пенсионирали. И кой знае, може би до тогава ще са станали нови технологични открития, които за които днес дори не подозираме.

Чрез този линк може да прочете част 2: Усъвършенствани индустриални роботи.

Използвани източници

[1] Innovation and Entrepreneurship, Peter Drucker (1985)

[2] Growth, Vaclav Smil (2019)

[3] Fun fact: One Google search uses the computing power of the entire Apollo space mission

[4] https://www.technologyreview.com/10-breakthrough-technologies/2020/

[5] We’re not prepared for the end of Moore’s Law

[6] Някои от добрите публикации на тема Industry 4.0 са на McKinsey и BCG

[7] https://www.youtube.com/watch?v=QPHlXbDmIbU

[8] We’re not prepared for the end of Moore’s Law

The post Технологично развитие в производството. Мега тенденции, част 1. appeared first on Siviko.