Yeni-nesil bilgi teknolojisinin endüstriyel ekonomiyle derin entegrasyonunun oluşturduğu, yeni ortaya çıkan bir iş modeli ve uygulama paradigması olarak Endüstriyel İnternet, endüstriyel işletmelerin dijital dönüşüme ulaşması için kritik bir temel görevi görüyor. Son yıllarda, kilit sektörlerin üretim özelliklerine ve sıkıntılı noktalarına göre uyarlanan inovasyonlar sayesinde çok sayıda entegre çözüm ortaya çıktı. Örnekler arasında üst düzey ekipman imalatında tedarik zinciri işbirliği,{3}temel ekipmanların uzaktan çalıştırılması ve bakımı, çelik endüstrisinde enerji tasarrufu ve emisyon azaltımı ve petrokimya sektöründe üretim güvenliğinin izlenmesi yer alıyor. Bu çözümler, endüstriyel internetin toplama ve güçlendirme etkilerinden tam olarak yararlanarak üretimin dijital dönüşümünü teşvik eder ve kalite iyileştirme, maliyet azaltma ve verimlilik kazanımlarında temel değer sunar.
Endüstriyel İnternet platformları, büyük endüstriyel verileri toplama, entegre etme, depolama, işleme, hesaplama ve analiz etme yetenekleri sunarak kuruluşların birleşik, tam{0}}yaşam döngüsü operasyonel kontrol veri platformları oluşturmasına olanak tanır. Platform- ile ilgili çok sayıda teknoloji sürekli olarak yineleniyor ve geliştiriliyor (örneğin, mikro hizmet bileşenleri, kapsayıcılar, toplu veri işleme, akış işleme). Bu teknolojiler, endüstriyel bilgi birikimini, donanım ve yazılımın ayrıştırılmasını ve yenilikçi uygulamaların hızla devreye alınmasını hızlandırırken, bir yandan da heterojen, devasa endüstriyel verilerin{6}}derinlemesine analizini yapma konusunda bize giderek güç veriyor. Ancak, bu gelişmiş, açık-kaynak teknolojilerinin, nihai hedefe değil, temel olarak kuruluşların akıllı üretime- ulaşmalarına yardımcı olacak araçlar olduğunun bilincindeyiz. Büyük kuruluşlar, bu tür platformlardan yararlanarak tüm üretim kapsamı boyunca üretimi optimize edebilir, varlıkların ve operasyonların değer zincirinin tamamını geliştirebilir ve sonuçta yaşam döngüsü genelinde değer optimizasyonuna ulaşabilir. Örneğin, Abu Dhabi Ulusal Petrol Şirketi (ADNOC) Grubu, genel merkezinden faaliyet gösteren 14 şirketin varlık ve operasyonel performansını merkezi olarak izlemek ve optimize etmek için panoramik dijital komuta merkezinden yararlanıyor. Tahmine dayalı bakım ve değer zinciri optimizasyonu gibi çözümler aracılığıyla, grup için 60 milyon ila 100 milyon ABD Doları değerinde potansiyel değer optimizasyonu fırsatları belirledi (petrol ve gaz değer zinciri optimizasyon çözümleri sağlamak, varlık ve operasyonel değer zincirlerini entegre etmek ve üretim ve operasyonel getirileri en üst düzeye çıkarmak).
Endüstriyel İnternet, işletmeleri, kullanıcıları ve ürünleri birbirine bağlayarak hizmet genişletme, ağ bağlantılı işbirliği ve kişiselleştirilmiş özelleştirme gibi senaryolarda çok sayıda çözüm sunar. Ancak akıllı üretim senaryoları henüz keşif aşamasındadır ve işletmeler hâlâ üretim operasyonlarında önemli zorluklarla karşı karşıyadır.
Günümüzün İmalat İşletmelerinin Karşılaştığı Zorluklar
Pazar Zorlukları: Küresel ekonomik ve pazar belirsizlikleri, üreticileri ham madde ve enerji maliyetlerindeki dalgalanmalarla başa çıkarken daha sık ve{0}}hızlı pazar taleplerine uyum sağlamak için stratejilerini hızla ayarlamaya zorluyor. Bu trend, şirketleri operasyonel yaklaşımlarını yeniden düşünmeye zorluyor: Ekipman satın alma döngülerini, yeni ürün geliştirme zaman çizelgelerini ve pazara-sürüş-zamanını kısaltırken sürekli olarak yeni ürünler piyasaya sürmeleri gerekiyor. Talep-odaklı, tedarik zinciri-koordineli optimizasyon iş modelleri ve büyük-ölçekli karma-hat üretimi-gibi esnek üretim sistemleri (özellikle ayrık üretim sektörü için kritik) oluşturmaları gerekiyor.
İnsan Kaynakları ve Bilgiyi Elde Tutma Zorlukları: Eski nesil çalışanlar emekli oldukça, kontrol sistemleri, operasyonlar ve bakım konusunda sahip oldukları uzmanlık kaybolma riskiyle karşı karşıya kalıyor. Endüstriyel işletmeler işgücü geçişleri nedeniyle önemli zorluklarla karşı karşıyadır. Yeni nesil dijital yerliler, endüstriyel otomasyon bilgisinin kullandıkları sistemlere entegre edilmesini beklerken, geleneksel OT yeteneği giderek azalıyor.
Toplam Maliyet ve Uyumluluktaki Zorluklar: Sürdürülebilir kalkınmayı sağlamak için giderek katılaşan ulusal çevre koruma yasa ve yönetmeliklerine uyarken yeni inşaat projeleri ve işletme giderleri için maliyetler nasıl optimize edilip azaltılabilir.
Endüstriyel yöneticiler, Endüstri 4.0 ve Endüstriyel İnternet teknolojilerinin bu yeni zorlukların üstesinden gelmelerine yardımcı olacağını umuyor. Sektör analistleri, daha esnek, yeni-nesil üretim teknolojilerinin üretim verimliliğini %30 artırabileceğini tahmin ediyor. Ancak araştırmalar aynı zamanda şirketlerin %60'ının projelerini pilot aşamanın ötesine taşıyamadığını gösteriyor. Bu sonuç personel, süreçler ve teknoloji ile ilgili çeşitli faktörlerden kaynaklanmaktadır. Teknolojik açıdan bakıldığında, çoğu üretici bu yeniliklerden daha yüksek getiri elde etmek için mücadele ediyor, bunun temel nedeni operasyonel tesis sistemlerinin kapalı ve özel kurulumlar halinde kalması. DCS ve PLC sistemlerinin endüstriyel otomasyona girdiği 1970'lerden bu yana, özel sistemler gelişti. Bugüne kadar pazar, her otomasyon ve bilgi sistemi satıcısının kendi yazılım ekosistemini oluşturmasıyla, donanım{11}}yazılım paketleme modelleri etrafında gelişmiştir. Bu, kullanıcıları birden fazla OT ve BT sistemini sürdürmeye zorlayarak sistem satıcılarına yüksek düzeyde bağımlılık sağlar.
Endüstriyel İnternetin Sınırındaki Mevcut Darboğazlar
-Dijital Olmayan Mimari-Modern otomasyon sistemlerinin çoğu, gerçek-zamanlı kontrol için yüksek düzeyde optimize edilmiştir, ancak BT alanında ortaya çıkan hızla gelişen teknolojilerden yararlanma konusunda başarısız olurlar. Analitik, yapay zeka/makine öğrenimi, nesne-odaklı yaklaşımlar ve hizmet-odaklı mimariler- dahil olmak üzere bu son teknoloji dijital teknolojiler-akıllı üretime ulaşmak için gereklidir-.
Donanım-Merkezli İş Modelleri-Donanım iyileştirmeleri mevcut kontrol ortamlarını optimize edebilse de dijital dönüşümün en kritik yönü değildir. Gerçek anahtar, operasyonel teknoloji zorluklarını akıllıca ele alan yazılım-odaklı inovasyonda yatmaktadır. Sonuç olarak, iş değeri sürekli olarak donanım-odaklı modellerden yazılım-odaklı modellere doğru kayıyor.
Tescilli Sistemlerin Sınırlamaları-Şu anda bir sistem için geliştirilen otomasyon uygulamaları başka bir sistem üzerinde çalışamaz. Bununla birlikte, BT alanında son yıllarda Linux gibi açık işletim sistemleri üçüncü taraf uygulama geliştirmeyi- teşvik ederek hızlı ekosistem genişlemesine ve birçok sektör ve pazar segmentindeki iş ihtiyaçlarını karşılayan zengin yazılım portföylerinin oluşturulmasına olanak sağladı. Ne yazık ki, endüstriyel sektördeki tescilli sistemler inovasyonun önünde engeller oluşturuyor: Kullanıcılar üretim sistemlerini makul maliyetle-etkili bir şekilde geliştiremez veya farklı tedarikçilerin-sınıfının-en iyisi ürünlerini entegre edip eşleştiremez. İnovasyon hızları, özel sistem satıcılarına olan bağımlılıkları nedeniyle sınırlanıyor. Bu engeller sonuçta toplam işletme maliyetlerini artırır.
Orijinal ekipman üreticileri (OEM'ler) için zorluk, iki önceliği dengelemede yatmaktadır: sanal ve fiziksel dünyalar arasında köprü kurmak için modüler tasarım sırasında sanal hata ayıklama yeteneklerinden yararlanmak-böylece maliyetleri azaltmak, riskleri azaltmak ve pazara-giriş süresini- hızlandırmak-aynı anda pazarları genişletmek ve iş büyümesini desteklemek için makine değeri katma hizmetlerini-iyileştirmek.
Sistem entegratörleri (SI'ler) kritik bir boşlukla karşı karşıyadır: Otomasyon sistemleri, BT ve OT alanlarını birbirine bağlayan araçlardan yoksundur. Sonuçta kendilerini son derece karmaşık özelleştirilmiş çözümler geliştirmek için önemli insan kaynaklarına yatırım yapmak zorunda buluyorlar. Daha da önemlisi, bu tür ısmarlama hizmetlerin piyasada geniş çapta çoğaltılması zordur. Endüstriyel bilgilerini ve sektöre özel çözümleri koruyan, böylece düşük-değerli mühendislik çabalarını azaltan (birden fazla projede nesneleri ve süreç algoritmalarını yeniden kullanarak) yazılım işlevsel blokları arıyorlar. Bu, teknik uzmanlarının Üretim, Operasyon ve Bakım (MOM) süreçlerindeki sıkıntılı noktaları ve zorlukları çözmeye daha dikkatli odaklanmasına ve sonuçta daha fazla değer yaratmasına olanak tanır.
Son-kullanıcı (AB) tarafında, bu zorlukların acilen ele alınması, planlanmamış kesinti sürelerinin en aza indirilmesi, yoğun sezonlarda ürün teslimatının sağlanması ve harici teknik desteğe bağımlılığın azaltılması için kapsamlı bir sistem yönetimi gerektirir. Üretim çevikliği sağlayacak, talep kaymaları veya bakım programları değiştiğinde daha fazla üretim esnekliği sağlayacak esnek sistemlere/üretim hatlarına yönelik bir istek vardır.
Bu sorunları etkili bir şekilde çözmek ve gerçekten "yazılım{0}}tanımlı endüstriyel" bir dijital endüstriyel ekosistem oluşturmak, kapalı OT sistemlerini, standartları ve ekosistem sorunlarını kaynağında ele almayı gerektirir. Bu, BT-OT yakınsamasını hızlandırmak için ek teknik özellikleri entegre ederken açık otomasyon sistemlerini ve standartlarını benimsemeyi gerektirir.
Açık Otomasyon Sistemlerinin Geleceği
Gelecekteki otomasyon sistemi mimarileri kaçınılmaz olarak açıklığa, dağıtılmış dağıtıma ve doğal güvenliğe doğru evrilecektir. Endüstriyel otomasyon teknolojisi ve uç bilişim bu açık sistemlerin temelini oluşturur. Geleneksel özel sistemlerle karşılaştırıldığında açık otomasyon mimarileri aşağıdaki dönüşümleri sergileyecektir:
Açık otomasyon mimarilerinin mühendislik gelişimini hızlandırdığı, sistem çevikliğini, üretim esnekliğini ve genel verimliliği arttırdığı açıktır. Bu değişim, teknik bir yükseltmeden daha fazlasını temsil ediyor-temel olarak süreçlerin ve makinelerin nasıl tasarlandığını yeniden tanımlıyor. Tescilli denetleyiciler için uzun-vadeli, düşük-değerli programlama, tak-ve-çalıştır otomasyon sistemlerine geçiş yapacaktır. Bu sistemler, geniş bir ekosistem tarafından geliştirilen kapsamlı, tamamen doğrulanmış yazılım fonksiyon bloklarından yararlanacaktır. Birden çok tedarikçinin-gömülü kontrol sistemlerinden güçlü uç zeka cihazlarına kadar çeşitli donanımlarıyla çalışacaklar.
Açık otomasyon sistemleri oluşturmak için açık standartlar gereklidir ve IEC 61499 bu yeni sınırın kilidini açan temel standarttır. Nesne- yönelimli modelleme kurallarını tanımlayarak, kontrol edilen nesnelerin kontrol modellerini ve algoritmalarını "kara kutular" (yazılım fonksiyon blokları) içine alır. Bu doğrulanmış fonksiyon blokları farklı senaryolarda yeniden kullanılabilir ve tekrarlanan programlama çalışmalarını önemli ölçüde azaltır. Kullanıcılar için, uygulama ayrıntılarını bilmeye gerek kalmadan sağlanan işlevselliği anlamak yeterlidir, böylece geliştiricilerin fikri mülkiyeti korunur. Geleneksel fonksiyon bloklarının aksine, bu standartla tanımlananlar döngüsel tarama yerine olay tetiklemeye dayalı olarak çalışır. Bu, BT alanındaki nesne-yönelimli konseptler ve programlama yaklaşımlarıyla uyumlu olup onu doğal bir BT/OT yakınsama teknolojisi haline getirir. Gelişmiş kontrolör CPU verimliliğini ve yük dengelemeyi kolaylaştırır, özellikle dağıtılmış sistemler için uygundur ve gelişmiş BT teknolojilerinin otomasyon sistemlerine sorunsuz entegrasyonunu sağlar. Standart ayrıca uygulama modelleri, sistem modelleri ve cihaz/kaynak modelleri için kuralları tanımlar. Entegrasyonları, kullanıcıların temel otomasyon donanımından bağımsız olarak uygulamalar tasarlamasına olanak tanır. Bu donanım soyutlama yaklaşımı, proje zaman çizelgelerini kısaltır ve ekipman üreticilerine bağımlılığı azaltır. İşlev bloklarının nesne odaklı gelişimiyle birleştiğinde, üretim hatları ve ekipmanlar için çevrimiçi ayarlamaları önemli ölçüde basitleştirir. Doğal olarak standart, temel fonksiyon bloklarını bileşik bloklar halinde oluşturmak ve farklı fonksiyon bloklarını hızlı bir şekilde bağlamak için (basit sürükle-ve-bırakma yoluyla) yöntemler de sağlayarak yazılım programlama hata ayıklama iş yükünü ve program hata oranlarını önemli ölçüde azaltır. Özetle, cihazın birlikte çalışabilirliğini, sistemin yeniden yapılandırılabilirliğini ve yazılım taşınabilirliğini sağlamak temel hedefleridir. Açık Süreç Otomasyonu Forumu (OPAF) ve Uluslararası Süreç Endüstrisi Otomasyon Kullanıcıları Birliği (NAMUR) gibi şu anda son{19}}kullanıcı katılımıyla yönetilen kuruluşlar, bu standarda dayalı mevcut özel otomasyon sistemi çerçevelerinden uzaklaşmayı savunuyorlar-bu arayışın en iyi örneği.
Son yıllarda uç bilişim teknolojisi de hızlı bir gelişme gösterdi. Konteyner teknolojisi, uç kontrolüne yönelik uygulamaların toplu olarak güncellenmesi/yükseltilmesi ve zamanında veri iletimi ve işlenmesinin sağlanması için etkili yöntemler sağlar. Başta Docker olmak üzere konteyner teknolojileri ve Kubernetes gibi konteyner düzenleme araçları artık olgunlaşıyor. Mikro hizmet mimarisi, uçta kaynak kullanım verimliliğini sürekli olarak artırır, işlevsel ayrıştırmayı ve yeniden kullanımı teşvik eder, uygulama geliştirmeyi hızlandırır ve uç bilişim teknolojisinde önemli bir trend haline gelmiştir. OPC UA ve Zamana- Duyarlı Ağ İletişimi (TSN) gibi standartlar, saha cihazlarının ara bağlantısı için uluslararası çerçeveler ve belirleyici ağlar sağlayarak endüstriyel uygulamalardaki çeşitli veri iletimi ve değişim gereksinimlerini karşılar. Bu yeni-nesil bilgi ve iletişim teknolojilerinin IEC 61499 standart teknolojileriyle entegrasyonu, açık otomasyonun ilerlemesini hızlandıracaktır. Bu açıklık yalnızca standartlara değil aynı zamanda ağ oluşturma, donanım, yazılım ve sistem mimarisine de uzanıyor ve fabrikalarda ve atölyelerde dijitalleşme, ağ oluşturma ve zekaya ulaşmak için sağlam bir temel oluşturuyor.
Açık otomasyon, Endüstriyel İnternet'in hızlı gelişimine yön verecek ve nihai olarak son kullanıcılar, sistem entegratörleri ve OEM'ler için sorunlu noktaları ele alacaktır. Bu yaklaşım esnek üretim sağlar, pazara-sürüş-zamanını kısaltır, mühendislik süresini ve maliyetlerini azaltır, operasyonel ve üretim verimliliğini artırır ve fikri mülkiyeti korur. Aslında, uluslararası bir üçüncü-taraf firma tarafından yakın zamanda yapılan karşılaştırmalı bir çalışma bunu etkili bir şekilde vurgulamaktadır: Tipik bir küçük-ölçekli otomasyon projesini tamamlamak için (uygulama oluşturma, ilgili veritabanlarını içe aktarma, mantık oluşturma, cihazları yapılandırma, HMI'ları geliştirme ve projeyi dağıtma dahil görevler), geleneksel otomasyon yazılım araçları 40 saat gerektiriyordu. Buna karşılık açık otomasyon sistemi kullanmak bu süreyi %68 oranında azalttı. Sistem çevikliğini test etmek için denetleyiciler, cihazlar ve orijinal cihazlar için yapılandırılan yeni denetleyiciler arasında manuel olarak değiştirildi. Bu operasyonların geleneksel özel sistemlerle hantal olduğu ortaya çıktı, oysa açık otomasyon sistemleri bunları %70 ila %80 daha hızlı gerçekleştirdi.
Özetle, geleceğin Endüstriyel İnternet'inin mevcut darboğazları aşabilmesi ve endüstriyel işletmelerin dijital dönüşümünü derinlemesine ve kapsamlı bir şekilde ilerletebilmesi, yeni konseptler, mimariler ve standartlar üzerine kurulu açık bir otomasyon sisteminin kurulmasına bağlıdır. Geleneksel donanım-merkezli özel sistemlerin yerini yazılım-merkezli açık sistemler alacak. Uç bilişime daha fazla bulut teknolojisi uygulanarak, geniş bir BT yetenek havuzunun bu açık çerçeve içerisinde endüstriyel uygulama bilgisiyle derinlemesine bütünleşmesi sağlanacak. Endüstriyel İnternet'in bu açık ekosistemden yararlanarak sağlıklı ve sürdürülebilir bir yol çizeceğini öngörebiliriz.