Расцвет облачных вычислений в автоматизации процессов промышленных предприятий

Облачные технологии используются повсеместно. Ранее мы уже писали о развитии индустрии в финансовой отрасли, медицине и управлении персоналом. Сегодня мы публикуем перевод статьи Latha D.S. и K. Jayaprakash, специалистов по промышленной автоматизации в Tata Consulting Engineers.

С появлением передовых технологических разработок, особенно в сфере облачных вычислений и анализе данных, автоматизация процессов на промышленных предприятиях и заводах, возможно, получит больше возможностей для решения бизнес-задач и быстрого распространения моделей обслуживания через Интернет.

Облачные вычисления обеспечивают способ использования виртуализации и консолидации вычислительных ресурсов с минимальными авансированными инвестициями, что позволяет обеспечить доступность услуг и информации по всему миру. Кроме того, эти технологические достижения также могут быть использованы для предоставления готовых решений и услуг. Например, аналитика больших данных позволяет управлять, консолидировать, обобщать и анализировать данные с большим объемом и разнообразием переменных. Многие приложения для промышленной автоматизации подходят для использования в облаке. Среди них серверы архивных данных, системы обслуживания на основе автоматического контроля состояния оборудования, диагностического техническое обслуживания, системы управления активами и многое другое.

В этой статье представлен краткий обзор сути облачных технологий и того, как технология облачных вычислений трансформирует индустриальную автоматизацию в будущем, повышая производительность заводов и оптимизируя затраты.

Основы облачных технологий

Суть модели облачных вычислений заключается в обеспечении по требованию через сеть доступа к пулу общих вычислительных ресурсов. Ресурсами могут быть серверы, сети, устройства хранения данных, программные приложения и другие услуги удобные для пользователя. Это возможно за счет эффективной конфигурации вычислительных ресурсов и автоматизированного взаимодействия с провайдером услуг. Требуемый при этом управленческий контроль за инфраструктурой минимален.

Компоненты инфраструктуры облака обычно включают:

Серверы: для обработки информации при совместном использовании ресурсов и для выполнения других функций, включая распределение ресурсов и мониторинг, а также защиту данных.

Устройства хранения данных: распределенная система с резервированием для хранения файлов. Если одно хранилище файлов выходит из строя, данные могут быть извлечены из избыточного удаленного хранилища, что делает облачные вычисления очень надежными.

Программное обеспечение: программное обеспечение для управления и виртуализации, программное обеспечение для развертывания, диспетчер виртуальных машин, библиотека логических сетевых элементов и прочее.

Основные цели развития облачных вычислений сосредоточены на создание возможностей для

• повышения эластичности,

• выделения и использования ресурсов по требованию,

• оплаты только за использование и

• мультиарендности.

Облачные услуги обычно разделяются на три типа:

1. Программное обеспечение как услуга (Software-as-a-Service, SaaS)

2. Платформа как услуга (Platform-as-a-Service, PaaS)

3. Инфраструктура как услуга (Infrastructure-as-a-Service, IaaS)

В зависимости от аппаратной реализации облачный сервис разбивается на один из четырех основных вариантов облака:

• Публичное

• Частное

• Облако сообщества

• Гибридное

Наиболее часто используемой моделью является гибридная модель, в основе которой комбинация двух или более облаков, а облачный инструментарий включают в себя возможности публичных и частных облаков. Некритические операции обычно выполняются с использованием публичного облака, тогда как критические и специализированные приложения размещаются, как правило, в частных облаках или в публичных облаках с высоким уровнем информационной безопасности.

Технологии облака

Множество технологий объединилось, чтобы облачные вычисления стали реальностью в промышленной автоматизации. Среди них:

Виртуализация

Виртуализация возникает, когда отдельная единица физического ресурса или приложения распределяется в виде виртуальных машин между несколькими компаниями-клиентами или несколько отдельных единиц оборудования объединяются для удовлетворения потребностей одного крупного арендатора. Это происходит путем назначения логических имен различным физическим ресурсам, объединения их в пул и выделения ресурсов из пула в зависимости от спроса.

Вычисления как коммунальная услуга

Оплата по факту потребления только за использование, pay-per-use или pay-as-you-go, является основой для разработки бизнес-модели предоставления облачных вычислений как коммунальной услуги. Ресурсы для вычислений предлагаются в качестве измеряемой услуги, основанной на спросе. Коммунальная или мультиарендная модель широко используется в сфере ИТ-услуг.

Свобода масштабируемости, интеллектуальный мониторинг и уровень безопасности должны учитываться при использовании этой технологии исходя из требований конкретного приложения.

Сервис-ориентированная архитектура

Сервис-ориентированная архитектура позволяет использовать облачные сервисы для нескольких приложений независимо от используемой технологии, типа продукта или вендора. В сервис-ориентированной архитектуре обмен данными между приложениями различных разработчиков используется в максимально возможной степени.

Распределенные вычисления

Grid Computing называются цифровые вычисления, в которых набор компьютеров из разных мест работает взаимосвязано для достижения общей бизнес-задачи. Эти компьютерные ресурсы могут быть географически распределены и в целом неоднородны. Распределенные вычисления позволяют пользователю разбивать сложное задание на несколько миниатюрных фрагментов. Эти фрагменты распределяются между различными компьютерами, существующими в сети.

Консолидация и анализ данных в облаке

Мы наблюдаем огромный скачок во внедрении облачных вычислительных систем в разрезе различных типов приложений и по всем секторам экономики. Было отмечено, что значительное влияние облачных вычислений на промышленную автоматизацию позволяет улучшить процесс управления данными и повысить эффективность в целом.

Облачные технологии открыли для отрасли возможности понять причины, казалось бы, случайных и непредвиденных событий, которые трудно было предсказать в прошлом из-за отсутствия данных и возможности использовать правильные модели для прогнозирования. В настоящее время эти модели были внедрены, а в производственных подразделениях собирают большие объемы данных. Происходит эффективный обмен информацией, что дает новые возможности профессионалам отрасли воспользоваться проверенными механизмами и инструментами для анализа.

До сих пор облачные технологии были эффективным и важным инструментом, помогающим делать Industrial Internet of Things (IIoT, Промышленный Интернет вещей) осязаемой реальностью и помогать обрабатывающей промышленности получать выгоды благодаря более высокой эффективности и превосходному качеству. Как было сказано ранее, эта технология привела к созданию приложений, связанных с технологическими процессами, для решения целого ряда задач, в том числе:

• Архивные хранилища данных

• Инструменты анализа

• Управление аварийными сигналами

• Управление активами

• Контроль эффективности

• Тренажеры для обучения

• Удаленная диагностика

Все эти приложения отражают оффлайновые бизнес-процессы, которые требуют от экспертов решения проблем клиентов путем консолидации данных и их анализа. В каждом приложении соответствующие данные модели предметной области собираются из нескольких источников, консолидируются и анализируются для вероятного прогнозирования аварий или сбоев.

Учитывая это направление, которое создают существующие облачные приложения в промышленной автоматизации, разработчики технологий продолжат предлагать облачные сервисы во всех этих областях. Более того, эти сервисы могут потенциально предоставляться облачными провайдерами по запросу, без покупки дорогостоящего программного обеспечения и инвестиций в создание собственной IT-инфраструктуры.

Ожидание от облака и дальнейшее развитие

Мы ожидаем, что усилия в развитии облачных вычислений в сфере автоматизации процессов будут сконцентрированы вокруг одной из двух моделей:

OEM-модель (изготовитель оригинального оборудования)

В этой модели производители оборудования для автоматизации будут иметь в облаке функции разработки и проектирования, управления активами и состояниями (asset health management), функции моделирования и системной диагностики. Они смогут оказывать специализированную поддержку пользователям продукта. Эта модель может быть наиболее эффективной с точки зрения затрат, так как pay-for-use операционные расходы лучше для завода в финансовом плане, поскольку сводят к минимуму капиталовложения в новое компьютерное оборудование. Некоторые OEM-производители также разрабатывают диагностические модели, которые способны регулярно сообщать владельцам об отключениях, функциональном состоянии оборудования, новых требованиях к обслуживанию и общей эффективности системы. Эта модель особенно применима для производителей распределенных систем управления, программируемых логических контроллеров, систем вибрационного контроля и тому подобных.

Централизованная корпоративная модель

Централизованная корпоративная модель позволяет промышленникам иметь возможности анализа производительности завода, управления активами, моделирования и системной диагностикой в одном облаке. По сравнению с OEM-моделью эта модель обычно обеспечивает большую конфиденциальность, лучший контроль и повышенную безопасность, при этом обеспечивая энергоэффективность, а также централизованный мониторинг коммунальных услуг. Модель выгодна владельцам нескольких, похожих друг на друга заводов для мониторинга операций на нескольких предприятиях.

Многие компании в отрасли работают над созданием технологической базы для промышленных предприятий, чтобы сократить незапланированные отключения и повысить эффективность работы. Дальнейшее улучшение управления активами за счет превосходной отладки, анализа и оптимизации системы, а также комбинация этого с новейшими информационными технологиями и продуктами для анализа данных в облаке, скорее всего, приведут к разработке большого числа клиентских систем.

Будущее облачных вычислений и управления технологическими процессами

В индустрии управления технологическими процессами преимущества облачных вычислений все еще взвешиваются против рисков потери контроля над производством, безопасности, доступности и неопределенности местоположения серверов. Однако с появлением новых технологических достижений виртуализированные серверы становятся все более привлекательными для конечных пользователей. Внедрение облачных вычислений может быть неизбежной необходимостью для выживания старых, ограниченных пространством заводов, которым нужны последние достижения в оборудовании для модедрнизации. Это также может привести к тому, что вторичный мониторинг и экспертные системы будут перенесены в облако. Скорее всего, мы увидим, что все больше и больше этих приложений виртуализируются, обеспечивая экономию и другие преимущества для заводов.

Самое главное для всего мира, что последние разработки сосредоточены на использовании «зеленых облачных вычислений», совершенствованию IT-архитектуры, использованию коммунальных вычислительных ресурсов. Всё это будет способствовать снижению уровню воздействия на окружающую среду и минимизации экологического ущерба.

Об авторах

Latha D. S., заместитель генерального директора по направлению контрольно-измерительные приборы Tata Consulting Engineers. Имеет обширный технический 23-летний опыт работы в области нефтехимической, металлургической, полимерной и энергетической промышленности.

K. Jayaprakash, главный менеджер по направлению контрольно-измерительные приборы Tata Consulting Engineers. Имеет опыт работы более 30 лет в области проектирования электростанций.