הדרישה להגדלת תפוקות, קיצור זמני אספקה וצמצום השבתות דוחפת את התעשיות הביטחוניות לארכיטקטורת ייצור חדשה. מחשוב Edge מאפשר להעביר כוח עיבוד ישירות אל המכונה, לנתח מידע בזמן אמת ולחבר בין בקרה, אוטומציה ונתוני הייצור – בלי להקים מחדש את קו הייצור.
העלייה בדרישה של שימוש במחשב מוקשח בתעשיות הביטחוניות מציבה בפני מפעלי הייצור אתגרים טכנולוגיים לצד מגמות ייצור בלוחות זמנים קצרים לתת מענה של תפוקה של ייצור מוצרים
בסטנדרטים מחמירים של איכות ואמינות לצד איכות בכל קו הייצור. אחת המגמות שמאפשרות את השינוי היא המעבר ממחשוב ובקרה ריכוזיים לארכיטקטורת Edge Computing.
במקום שכל המידע שנוצר במכונה יעבור למערכת מרכזית לצורך עיבוד וקבלת החלטות, חלק מכוח המחשוב עובר ישירות אל רצפת הייצור קרוב לחיישנים, למנועים ולתהליך עצמו. מבחינה טכנולוגית מדובר בשינוי ארכיטקטוני. מבחינה כלכלית, המשמעות עשויה להיות רחבה הרבה יותר: ניצול טוב יותר של ציוד קיים, קיצור זמני תגובה, יכולת לזהות בעיות מוקדם יותר וצמצום התלות בתשתיות מחשוב ובקרה מרכזיות ולהתייעל בצורה מבוקרת תוך הקפדה על תוצרים באיכות הגבוה ביותר.
מחשב מוקשח לתעשיות ביטחוניות
עבור התעשיות הביטחוניות, שבהן פועלים קווי ייצור ומכונות שההשקעה בהם יכולה להיות משמעותית, המעבר למפעל חכם אינו חייב להתחיל בהחלפת הציוד הקיים.
היכולת להצמיד כוח מחשוב למכונה מאפשרת להוסיף לקווים קיימים שכבה חדשה של איסוף נתונים, בקרה, תקשורת, Diagnostics ו־Condition Monitoring. כך ניתן לקבל תמונה מדויקת יותר של פעילות המכונה ולזהות חריגות או שינויים בתהליך קרוב יותר לזמן שבו הם מתרחשים. כאן נכנסת גם המשמעות הכלכלית של המהלך. הארכת החיים של ציוד קיים ושיפור הביצועים שלו עשויים להיות אלטרנטיבה להשקעה בהחלפת קו שלם. בעולם תעשייתי שבו זמן השבתה מתורגם במהירות לאובדן תפוקה, היכולת לזהות בעיה לפני שהיא הופכת לעצירה משמעותית הופכת את המידע עצמו לכלי לשיפור הפרודוקטיביות.
בחירת מחשב מוקשח לתעשייה ביטחונית
בחירת מחשב מוקשח לתעשייה הביטחונית מתחילה הרבה מעבר לביצועי המעבד. בסביבות ייצור מורכבות נדרש מחשב תעשייתי שמסוגל לעבוד ברציפות ובתנאים מאתגרים, תוך שילוב של אמינות, עמידות, ביצועי Real-Time, חיבוריות וגמישות באינטגרציה. חשוב לבחון את סביבת העבודה, טווחי הטמפרטורה, דרגת ההגנה, ממשקי התקשורת ויכולת החיבור לחיישנים, מערכות בקרה וציוד קיים. הבחירה הנכונה מאפשרת לא רק להפעיל את המכונה, אלא ליצור תשתית מחשוב שתתמוך באוטומציה, ניטור ו־Edge Computing לאורך זמן. אחת הדוגמאות למגמה היא C7015-0020 Ultra-compact Industrial PC של Beckhoff Automation. מדובר במחשב תעשייתי קומפקטי במעטפת IP65, שנועד לאפשר התקנה בסביבת המכונה ולהביא יכולות Multi-Core ישירות אל רצפת הייצור. המבנה הקומפקטי ואפשרויות ההתקנה הגמישות מאפשרים לשלב את המחשב גם בסביבות שבהן המקום מוגבל.
מגוון ממשקי התקשורת מאפשר לחבר בין חלקים שונים של המכונה או קו הייצור לבין רשתות ומערכות מחשוב נוספות. חיבור EtherCAT P המשולב במערכת מאפשר לחבר גם רכיבי I/O, חיישנים ואקטואטורים בסביבת המכונה. המשמעות היא שניתן לבנות ארכיטקטורה מבוזרת שבה המחשוב התקשורת וה־I/O מתקרבים לתהליך הפיזי במקום להתרכז כולם בארון בקרה מרכזי.
מחשב מוקשח לתעשיות ביטחוניות: כך משלבים Edge Computing בקווי הייצור
עבור מנהל ייצור, הטכנולוגיה נמדדת בסופו של דבר בתפוקה. מחשב מהיר יותר או ארכיטקטורה מתקדמת יותר אינם מטרה בפני עצמם אם הם אינם משפיעים על זמינות המכונה איכות הייצור, זמני התחזוקה או יכולת המפעל להגדיל תפוקה. כאן נמצא אחד היתרונות המרכזיים של Edge Computing. עיבוד מקומי מאפשר לבצע משימות אבחון וניטור מצב המכונה קרוב למקור הנתונים. במקום לאסוף כמויות גדולות של מידע ורק לאחר מכן לנתח אותן במערכת מרוחקת, ניתן לבצע חלק מהניתוח כבר ברמת המכונה ולהעביר הלאה את המידע הרלוונטי.
עבור מפעל שמפעיל עשרות או מאות מכונות, גם שיפור מצטבר בזמינות הציוד עשוי להפוך למשמעותי.
פחות זמן המושקע באיתור מקור התקלה, תחזוקה מבוססת נתונים וניצול טוב יותר של נכסי הייצור הקיימים מתחברים בסופו של דבר למדדים שמנהלים מכירים היטב: OEE, תפוקה, עלות ליחידה וזמן אספקה.
מחשב מוקשח למפעל ביטחוני
השינוי החשוב ביותר הוא תפיסתי. Industry 4.0 אינו מחייב בהכרח להקים מפעל חדש מהיסוד.
במקרים רבים, המפעל החכם נבנה בהדרגה בתוך המפעל הקיים. הוספת שכבת מחשוב בקצה מאפשרת לחבר בין העולם הפיזי של המכונה לבין העולם הטכנולוגי של נתוני הייצור. מכונות ותיקות יכולות להשתלב בארכיטקטורה מתקדמת יותר, ומנהלי הייצור יכולים לקבל מידע שבעבר היה קשה או יקר להפיק. בתעשיות הביטחוניות, שבהן הצורך להגדיל קצב ייצור מתקיים לצד דרישות גבוהות של אמינות, איכות ורציפות תפעולית.
מחשב תעשייתי קומפקטי בתקן IP65, יכולות Multi-Core ו־Real-Time, חיבור ישיר לחיישנים ואקטואטורים ואפשרות לשמש כ־Edge Device – פותחים אפשרויות חדשות לשילוב מחשוב מתקדם בקווי ייצור ביטחוניים, במכונות ובמערכות אוטומציה קיימות.
כוח עיבוד רב ליבתי ישירות ברצפת הייצור
המגמה של מעבר למחשוב מבוזר מאפשרת להעביר יותר כוח עיבוד מהמחשב המרכזי אל המכונה עצמה. ה־C7015 של Beckhoff הוא מחשב תעשייתי Ultra-Compact במעטפת IP65, שתוכנן להתקנה גמישה ישירות במכונה או בסביבתה ולהטמעת פתרונות Industry 4.0 מתקדמים. מגוון ממשקי התקשורת המובנים מאפשר לחבר מכונות, יחידות ייצור ומערכות שונות לרשתות המפעל ולמערכות Cloud. חיבור EtherCAT P המשולב מאפשר לחבר ישירות חיישנים ואקטואטורים באמצעות מודולי EtherCAT P Box בעלי הגנת IP67. ארכיטקטורה זו מאפשרת לבצע באופן מבוזר גם משימות מורכבות של Diagnostics ו־Condition Monitoring, קרוב למקום שבו הנתונים נוצרים.
מחשוב תעשייתי שנבנה לעבודה בסביבה מאתגרת
ליבת המערכת מבוססת על לוח אם קומפקטי מתוצרת Beckhoff ומארז המשלב יציקת אבץ ואלומיניום. המערכת תוכננה לעבודה תעשייתית, לאמינות ולזמינות ארוכת טווח. למרות הקירור הפסיבי, מחשב ה-C7015 מתאים לעבודה בטמפרטורות של עד 50°C. הוא כולל שלושה חיבורי LAN, שני חיבורי USB, mini DisplayPort ו־EtherCAT P, לצד כונן M.2 SSD בנפח של 40GB לפחות ומעבד Intel Atom בעל עד ארבע ליבות. התמיכה הרציפה ב-Multi-Core באמצעות TwinCAT 3 מאפשרת להפעיל על אותה פלטפורמה מספר משימות במקביל – בקרה ואוטומציה בתנאי Real-Time, לצד ויזואליזציה ותקשורת. עבור התעשיות הביטחוניות, השילוב הזה מאפשר לבחון ארכיטקטורות שבהן מחשב אחד הממוקם בסביבת המכונה מבצע מספר תפקידים שבעבר דרשו מערכות נפרדות או מחשוב הממוקם בארון הבקרה.
פחות ארונות, יותר מחשוב ליד המכונה
אחד היתרונות המעניינים של ה־C7015 הוא דווקא הגודל. מדובר באחד המחשבים התעשייתיים הקומפקטיים בקטגוריית הביצועים שלו בפורטפוליו של Beckhoff. מעטפת IP65 מאפשרת להתקין אותו ישירות במכונה או בסמוך אליה וביישומים מתאימים להפחית את הצורך בהתקנת המחשב בתוך ארון בקרה מורכב. לפי Beckhoff, התכנון הקומפקטי מאפשר חיסכון של יותר מ־90% במקום בהשוואה לפתרונות IPC גדולים יותר של החברה. הקומפקטיות מקבלת משמעות נוספת כאשר מדובר בשדרוג מערכות קיימות. במקום לתכנן מחדש מכונה שלמה, ניתן לשלב יכולות מחשוב, תקשורת ו-Edge גם במקומות שבהם שטח ההתקנה מוגבל. גמישות שמאפשרת להשתלב במערכת הקיימת. סדרת C70xx תוכננה עם אפשרויות התקנה מגוונות. ניתן להתקין את המחשב על הדופן האחורית הצרה או על צדו ולכוון את אזור החיבורים בהתאם לארכיטקטורת המכונה. במידת הצורך ניתן כמובן להתקינו גם בתוך ארון בקרה. עבור מהנדסי מכונות וחשמל מדובר ביתרון משמעותי: במקום להתאים את המכונה למחשב, ניתן להתאים את מיקום המחשב למגבלות התכנון הקיימות.
מפלטפורמת בקרה ועד Edge Computing
מחשה C7015 אינו מיועד רק לבקרת מכונה קונבנציונלית. ארכיטקטורת ה־All-in-One Motherboard ומגוון הממשקים המובנים מאפשרים להשתמש באותה פלטפורמה למגוון רחב של יישומים
החל מבקרת מכונה ועד שימוש כ־Edge Device במסגרת פתרונות Industry 4.0. בתעשיות הביטחוניות המשמעות מעניינת במיוחד. קווי ייצור רבים משלבים ציוד מדורות שונים, מערכות אוטומציה, חיישנים ומערכות בקרה שאינן בהכרח חלק מארכיטקטורה אחידה. הוספת שכבת מחשוב בקצה מאפשרת לחבר בין העולם הפיזי של המכונה לבין שכבות המידע והאנליטיקה של המפעל.
כך ניתן לבחון יישומים של איסוף ועיבוד נתונים בזמן אמת, ניטור מצב מכונות, Diagnostics, תקשורת בין מערכות וחיבור של קווי ייצור קיימים למערכות מתקדמות יותר מבלי שהמהלך יחייב בהכרח החלפה של המכונה עצמה. גם הטכנולוגיה צריכה להצדיק את ההשקעה היבט נוסף בתכנון סדרת C70xx הוא העלות. באמצעות אופטימיזציה של המארז ותהליכי הייצור, Beckhoff פיתחה את הסדרה כפתרון Cost-Optimized, תוך שמירה על ההתאמה לסביבה תעשייתית, איכות ואורך חיים. זהו שיקול חשוב במיוחד כאשר עוברים מפרויקט נקודתי לפריסה רחבה. מחשוב Edge שמיועד להשתלב בעשרות מכונות בקו ייצור צריך להיבחן לא רק לפי הביצועים שלו, אלא גם לפי שטח ההתקנה, עלויות האינטגרציה, התחזוקה והיכולת להמשיך לעבוד עם תשתיות קיימות.
מחשב מוקשח לתעשיות ביטחוניות כחלק מהמפעל החכם
Beckhoff מפתחת ומייצרת חומרת PC לתעשייה מאז 1986, כחלק מתפיסת ה־PC-based Control שלה. הידע שנצבר בתחום משולב במחשבים התעשייתיים של החברה, החל מתכנון וייצור לוחות האם ועד לבחירת רכיבים, זמינות ארוכת טווח ואפשרויות התאמה ליישומים שונים. עבור התעשיות הביטחוניות, המשמעות של מחשב תעשייתי קומפקטי אינה מסתכמת בעוד רכיב חומרה. היכולת להביא כוח מחשוב, Real-Time, תקשורת ו־Edge Computing ישירות אל המכונה יכולה להפוך אותו לשכבת החיבור בין ציוד הייצור הקיים לבין המפעל הדיגיטלי.
במקום להחליף בהכרח את קו הייצור, ניתן לחשוב כיצד להוסיף לו יכולות חדשות. ובמקום להעביר כל נתון למערכת מרכזית, ניתן לעבד חלק מהמידע במקום שבו הוא נוצר, ישירות בקו הייצור.
