Jak většina zdrojů uvádí, Průmysl 4.0 můžeme obecně definovat takto: Vzniknou chytré továrny, které budou využívat kyberfyzické systémy. Ty převezmou opakující se a jednoduché činnosti, které do té doby vykonávali lidé … Zavádět se bude pomocí metod strojového vnímání, autokonfigurace a autodiagnostiky a s počítačovým spojením strojů a dílů. Produkty i stroje dostanou čipy, pomocí nichž je bude možné kontrolovat a obsluhovat přes internet. Dále se budou využívat cloudová úložiště, 3D tisk, datová centra, automatické hlášení problémů či „chytré sklady“, které samy informují o docházejících zásobách… Myšlenky, které v této vizi zaznívají, jsou velmi zajímavé a určitě do budoucna představují přístup, kterým je nutno se ubírat. Pokusme se ale na tuto diskutovanou problematiku pohlédnout z poněkud jiného úhlu. Zamysleme se nad tím, co jsme před 25 lety technologicky v automatizaci a průmyslové automatizace měli a k jakému technickému vývoji v dané oblasti došlo. Pokusme se říci, zda tento pokrok je dnes v souladu s principy Průmyslu 4.0. I když teze o Průmyslu 4.0 nedefinují strukturu horizontální, tak jak ji historicky známe z modelů CIM, ale hovoří o struktuře ploché, kdy vše komunikuje se vším, pro účely následujícího článku použijeme postup hierarchický od nejnižší úrovně elektro a čidel až po úroveň nejvyšší, tj. k úrovni MIS/MES. Pro krátkost textu nelze podat vyčerpávající rozbor celé problematiky, omezíme se proto pouze na pokus vystihnout hlavní myšlenky. Úroveň 1: elektro, měřicí přístroje a akční členy Rozváděče, spínací technika, instalace V diskusích o průmyslové automatizaci se na tuto úroveň velmi často zapomíná, přestože představuje v projektech průmyslové automatizace vždy značnou část jak z pohledu pracnosti, tak i z pohledu financí. I když je tak tato oblast zdrojem značných realizačních problémů, není v tomto příspěvku diskutována. Měřicí přístroje a akční členy Měření fyzikálních veličin a jejich následný vstup do řídicích systémů je naprosto zásadní pro kvalitu řídicího procesu. U měřicích metod až na výjimky k zásadnímu přelomu spíše nedošlo, velkého pokroku se ale dosáhlo v oblasti zpracování signálů ze senzorů a vlastní vyhodnocovací elektroniky. Měřidla se jednoduše uživatelsky konfigurují a mají datová rozhraní pro většinu průmyslových sběrnic, nyní i včetně možností bezdrátových přenosů a metod IoT. Problémem někdy spíše bývá náročnost konfigurace, která pro běžné pracovníky údržby může být nad jejich technické schopnosti, nebo problémy s konfiguračními prostředími na PC a jejich kompatibilitou s OS. Obecně ale můžeme říci, že z pohledu připravenosti na Průmysl 4.0. je zde připravenost na vysokém stupni. Systémy pro řízení pohonů Problematika řízení pohonů se za poslední roky zásadně posunula kupředu. Moderní řízení pohonů včetně polohování doznalo značného pokroku. Na rozdíl od dřívějších systémů se vlastní inteligence řízení pohonů a polohování přesunula do systémů řízení pohonů a umožnila jejich větší autonomii. Z praktického pohledu je pak otázkou správa takových distribuovaných konfigurací a případná složitost prostředků řízení. Opět ale je možné konstatovat, že z pohledu připravenosti na Průmysl 4.0. je zde připravenost rovněž na vysokém stupni. Úroveň 2: řídicí systémy PLC + HMI a systémy DCS PLC z pohledu HW Vývoj PLC z pohledu HW koncepce zůstal víceméně shodný, stále používáme princip cyklického zpracování v procesorové jednotce a vstupně/výstupní a komunikační karty. HW výkon procesorů v současné době několikanásobně převyšuje výkon let 90. Díky krátké době cyklu jsme schopni řídit časově kritické úlohy, což dříve z úrovně PLC možné nebylo. Konektivita PLC je stoprocentní, najdeme karty nebo přímo vybavené procesory prakticky vším, na co si vzpomeneme a co bychom v rámci Průmyslu 4.0 potřebovali. PLC z pohledu programování Situace v oblasti programování už ale tak jednoznačná není. Na jedné straně stojí klasický přístup pomocí žebříčkové logiky (považovaný již v 90. letech za zastaralý), na straně druhé metody objektově orientovaného programování nebo jiné „vyšší jazyky“. Současný HW je schopen samozřejmě zvládat jak „žebříky“, tak i „vyšší jazyky“. Problémem však je v případě „vyšších programovacích jazyků“ potřebný výkon programovacích prostředků a dále složitost kódu a prostředí a s tím související vyšší nároky na kvalifikaci pracovníků, kteří nejen kód vyvíjejí, ale hlavně se následně o kód starají a případně jej modifikují. Na tyto problémy se snaží výrobci reagovat předpřipravenými prostředími, která zjednodušují práci, ale jdou proti univerzálnosti použití. Asi až doba ukáže, jaký přístup bude optimální. Z pohledu Průmyslu 4.0 je ale opět ve vztahu k HW většina předpokladů splněna. HMI/SCADA Vizualizační systémy a operátorské panely doznaly za posledních 25 let pokroku zejména v oblasti grafiky a možností komunikačních rozhraní jak k straně PLC, tak směrem do světa „zpracování dat“. Naopak hlavní principy, tj. struktura ovládacích objektů, dělení na obrazovky, hlášení, křivky, reporty, zůstaly víceméně neměnné. Sny z 90. let o univerzální konektivitě v podstatě vyřešila technologie OPC, úlohy ukládání dat a hloubky archivů pak použití integrovaných komerčních databázových systémů. Trh se ale rozdělil v zásadě na tři skupiny produktů. První jsou klasické produkty velkých známých firem Siemens, Wonderware, GE apod., které stále udržují původní koncepci na placených databázích a tuto koncepci obohacují o potřebná rozšíření světa IT za nemalé prostředky (WWW portály, reportovací portály, mobilní aplikace apod.). Druhou skupinou jsou menší výrobci, kteří opět drží klasickou koncepci, ale na freewarových produktech. Nově se objevují řešení, která jsou plně postavena na webových, cloudových a mobilních technologiích. Na rozdíl od minulosti je v této oblasti relativně obtížná orientace. Spektrum produktů, jejich variant a nadstaveb je velmi složité, kalkulace ceny za produkt neprůhledné, požadovanou funkcionalitu často ničí drobný detail neuvedený v dokumentaci a v neposlední řadě matice potřebných prerekvizit OS a HW jsou tak komplikované, že kolikrát není možné najít průnik se stávajícím HW. Z pohledu implementace principů Průmyslu 4.0 se dá ale konstatovat, že v současné době již výrobci na principy a konektivitu z pohledu Průmyslu 4.0 pamatují a potřebné prostředky ať v základu, nebo v doplňcích jsou již u všech produktů víceméně dostupné. Výrobci systémů HMI/SCADA se dále velmi intenzivně snaží implementovat nové přístupy jako virtuální realita, rozšířená realita a další poslední novinky z tohoto oboru. Systémy DCS Tak jak svět PLC, HMI/SCADA a HMI/ OP je světem otevřeným a kypícím nabídkou různých rozhraní, svět DCS je z důvodu použití v chemii a farmacii spíše světem konzervativním. Od let 90. nedošlo k zásadním změnám, a i principy zůstávají stále obdobné. Obdobně jako u systémů SCADA klasických dodavatelů jsou nyní tyto systémy rozšiřovány o archivační a WWW servery, vždy ale se značnými náklady a specifickou konfigurací. Separátní problematiku tvoří systémy pro dávkové řízení, kde je možné konstatovat, že trh stále nabízí velmi málo produktů, které za odpovídající cenu poskytují použitelné řešení. I přes dílčí pokrok nejsou tak aktivity Průmyslu 4.0 dostatečně patrné a prosazované. Pro všechny vrstvy: komunikační sběrnice Průmyslové sítě vs. Ethernet Průmyslové komunikační sítě změnily přístup k řešení automatizačních úloh v 90. letech. Možnosti propojení řídicích systémů a systémů SCADA na datové úrovni a možnost vzdálených vstupů a výstupů přinesly úplně nový pohled na strukturu řídicích systémů. Vlastnosti sítí, tj. rychlosti a objemy přenášených dat, ale vedly k tomu, že pro jednotlivé úrovně řízení bylo nutné používat různé typy sítí (např. v 90. letech v prostředí platforem Siemens typicky ASI a Profibus DP pro IO, Profibus FDL/FMS a Ethernet ISO pro PLC/HMI, Ethernet TCP na úrovni IT). Vznikl ohromný počet typů sítí a proprietárních protokolů, v kterém bylo obtížné se orientovat. Letitý sen mít možnost univerzálního propojení všeho se vším se prakticky splnil až nástupem technologií Ethernetu a OPC. Je samozřejmě nutné respektovat požadavky bezpečnosti, ale principiální pokrok je zde naprosto zásadní. I přes deklarované snahy všech výrobců o jednotnost platformy je velmi zajímavé, jak i v této, na první pohled otevřené platformě Ethernetu se s přibývajícím časem začínají objevovat zájmy výrobců nebo jejich skupin o prosazení vlastních platforem, dedikovaných vždy pro specifické úlohy. Právě použití Ethernetu pro plošné propojení jednotlivých zařízení, jak v horizontální, tak i ve vertikální struktuře, by mělo být klíčem k řešením na principech Průmyslu 4.0. Bezdrátové systémy Bezdrátové datové přenosy v 90. letech byly výsadou řešení spíše v oblasti vodárenství a dálkového transportu médií. Rychlost přenosu se pohybovala v řádech stovek, v lepším případě tisíců bitů za sekundu, a v automatizaci výrobních podniků jsme se proto s nimi setkali jen výjimečně. Současné vysokorychlostní bezdrátové technologie wi-fi a další nyní spolehlivě propojují pevná a mobilní zařízení, což je technické řešení, o kterém jsme si dříve mohli nechat jenom zdát. Nové technologie IoT jsou schopny rozšířit tyto lokální sběrné sítě o přenos dat z libovolného místa, technologie RTLS kromě přenosu dat umožňují lokalizovat místo vysílače s přesností na centimetry. Úroveň 3: průmyslo vá informatika Kategorie MIS/MES v 90. letech a dnes Pojem MIS/MES se začal objevovat cca na přelomu tisíciletí. Zprvu byl chápán jako logická interpretace části modelu CIM (definujícího jednotlivé vrstvy řízení již v letech 80. a 90.) a vyústění požadavku na řízení na nejvyšší úrovni. Byly definovány modely systémů MIS/MES (ISA 95 a další) a zahrnovaly prakticky všechny požadavky výroby od plánování přes vlastní výrobu až po reporting o výrobě, sledování skladů a tok materiálu, a dokonce i personální otázky výroby. Tak jak v oblasti PLC, HMI a nakonec i u komunikačních sítí byly snahy o určité koncepční i produktové sjednocení vcelku úspěšné, na poli systémů MIS/MES byla a je situace relativně komplikovaná. Tím, jak model ISA 95 pokrývá nejen relativně širokou problematiku zahrnující plánování, řízení výroby, archivaci dat o výrobě, sklady, ale i kompletní spektrum výrob (od ryze spojitých chemických přes dávkové potravinářské až po kusovou například v automobilovém průmyslu), nebylo pravděpodobně v silách jednoho výrobce zrealizovat softwarové řešení, které by ve funkční verzi bylo schopno pojmout kompletně všechny úlohy. U opravdu kvalitních SW produktů tak došlo k tomu, že se řešení MIS/MES redukovala na menší rozsah úloh (typicky např. projekty monitoringu energií nebo sledování efektivity výroby). Na úrovni MIS/ MES tak stále prakticky neexistuje žádné jednotné univerzální řešení. Závěr Pokrok v oblasti automatizace za posledních 25 let je obrovský. Zejména výkon procesorů a možnosti komunikačních technologií přinesly mnoho zásadních vylepšení. Pozitivní určitě je, že z analýzy jednotlivých vrstev řízení v zásadě vychází, že vše se zdá být pro implementaci Průmyslu 4.0 připraveno. Plošná implementace principů Průmyslu 4.0 nebude ale přesto úplně jednoduchá. Pokud pomineme výstavbu podniků na zelené louce, kde bude snad možné celek navrhnout podle posledního technologického vývoje, zbývají stovky, ne- -li tisíce výrobních technologií, kde bude nutné tento přerod zvládnout „za chodu a se stávajícím vybavením“. V těchto technologiích a jejich řídicích systémech jsou implementovány stará neintegrovatelná PLC, průmyslové sběrnice a HMI/SCADA z 90. let a různé systémy s MIS/MES dedikované na specifické úlohy. A právě na nalezení metodiky (technické i projektové), jak do těchto podniků principy Průmyslu 4.0 implementovat, by se naše snahy do budoucna měly orientovat. Ing. Radim Novotný, PhD., MBA, SIDAT, spol. s r.o.
