Привет, Хабр!
Сегодня поговорим об автоматизации технологического «умного» оборудования, которого становится все больше и больше на современных предприятиях. Оно может достаточно легко быть интегрировано с учетными и управляющими системами SAP для создания единого программно-аппаратного комплекса. На наш взгляд, это отлично демонстрирует концепцию индустрии 4.0 и приближает нашу промышленность к реализации идеи автономного предприятия.
Компания KUKA, один из партнеров SAP, производит высокотехнологичное «железо», а именно промышленных роботов, которые легко интегрируются в единый управляющий контур и позволяют за сравнительно небольшие время и стоимость достичь высокой степени автономности производственного блока.
Рассмотрим пример интеграции — робот-манипулятор, который собирал небольшие модели грузовиков из нескольких вариантов деталей – на выбор (Рис. 1). Клиент создавал заказ в привычном интерфейсе веб-магазина, составляя комплектацию транспортного средства. Робот получал заказ и исполнял его. При этом он самостоятельно находил детали для выбранной комплектации и собирал модель автомобиля.
Рисунок 1. Макет робота KUKA
На первый взгляд, вся конструкция была довольно простой, ведь промышленные роботы уже десятки лет используются на производстве и стали привычным элементом интерьера сборочного цеха, однако не все так просто.
Концепция интеллектуального предприятия
Одной из основ концепции Индустрия 4.0 является понятие Интеллектуального П��едприятия. Если рассматривать его как единый живой организм, то цифровое ядро SAP играет роль его центральной нервной системы. Но, как и любой организм в живой природе, предприятие должно взаимодействовать с окружающей средой, получая из нее задачи, знание об окружении, влияя на нее. Здесь был создан единый «организм», «руками» и «глазами» которого является промышленный манипулятор компании KUKA. «Рука» KUKA получает задачи на исполнение от «мозга» нашего единого организма, выполняет задачи, собирает информацию об окружающей среде и собственном состоянии и постоянно снабжает ею центр принятия решений. «Мозг» накапливает информацию и «заботится» о своих руках и глазах, постоянно оценивая их состояние и проводя профилактику возможных «заболеваний». Интеграция элементов решений, подобных показанным, позволяет приблизиться к созданию стопроцентно автоматизированных производственных зон, складов, зон сборки заказов и т.д.
По сути дела – «робот» или, скорее, завод-робот в данном решении представлял собой территориально распределенный комплекс. Он состоял из мобильного клиентского терминала, находящегося в руках у заказчика, управляющего ядра на базе облачной SAP S/4HANA, который установлен в одном из дата-центров SAP, разбросанных по земному шару, а также производственной ячейки KUKA, которую (равно как и ее копии) можно устанавливать там, где находится сырье или заказчики. При этом информация о расходе комплектующих, количестве собранных ТС, отгрузках и прочие бизнес-показатели поступают в SAP S/4HANA для полноценного финансового и материального учета в реальном времени. Единственным человеком, который работал на этом заводе, был клиент, создающий заказ своего транспортного средства.
Как это устроено?
В данном сценарии было предусмотрено два информационных потока. Первый, производственный – основной. Через него манипулятору передавались управляющие воздействия и снимался статус исполнения конкретного заказа. Технологическая карта сборки хранилась в производственном модуле SAP S/4HANA. Для интеграции учетной системы с миром промышленных устройств использовался SAP Manufacturing Integration and Intelligence (MII). Это решение также служило платформой, на которой был разработан клиентский терминал. Интерфейс клиентского приложения реализован на стандартном фреймворке SAP UI5 с сильно кастомизированной таблицей стилей (рис.2).
Рисунок 2
Интеграция SAP MII непосредственно с манипулятором осуществлялась «на земле» с помощью программного компонента SAP Plant Connectivity (PCo), который поддерживает ряд протоколов промышленного интернета вещей и, в частности, OPC UA, сервером которого и является ПО робота KUKA. Надо отметить, что сам процесс интеграции систем двух вендоров и разных классов занял считанные часы и основные усилия были сосредоточены на создании клиентских интерфейсов.
Специалистами компании KUKA были разработаны высокоуровневые управляющие команды по сборке, коды которых и содержались в технологической карте SAP. Команды через PCo записывались в управляющие теги OPC-сервера манипулятора, назад возвращалась информация о статусе завершения того ��ли иного подпроцесса, что позволяло в реальном времени визуализировать ход выполнения заказа (Рис.3).
Рисунок 3 «Производственный» информационный обмен
Второй информационный поток, сервисный – это сбор с робота телеметрической информации. Манипулятор имеет сотни параметров, позволяющие оценивать его состояние как в реальном времени, так и используя исторически накопленные данные. В этом сценарии значения переменных OPC-сервера через Plant Connectivity поступали в облако SAP Cloud Platform Internet of Things, где был создан цифровой двойник устройства. Данные автоматически накапливались и могли служить «сырьем» для самых разных приложений: мы можем использовать потоковую аналитику для выявления паттернов показателей и генерирования на их базе некоторых бизнес-событий, таких как состояние неисправности или запредельный режим работы робота.
Еще более интересным применением собранных данных является обработка их с помощью алгоритмов машинного обучения и реализация на этой базе сценариев предиктивного обслуживания. Эти сценарии стандартно реализуются продуктами SAP. Впрочем, в рамках данного проекта интеграции основным сценарием был производственный, поэтому сервисный обмен (Рис.4) был реализован в виде приложения для визуального мониторинга основных показателей робота. Приложение разработано с помощью облачного сервиса быстрой разработки IoT-приложений SAP Leonardo IoT.
Рисунок 4 «Сервисный» информационный обмен
Очередной успешный опыт интеграции показывает, что, в целом, информационные технологии и их отдельные элементы полностью готовы к построению промышленных решений в парадигме Индустрия 4.0. Мы уже часто слышим истории про «партию из одного экземпляра», «производство без людей», «массовое производство под заказ» Подобные решения возникают в том числе и на просторах нашей страны. SAP активно продвигает и реализует подход Интеллектуального Предприятия и имеющийся набор технологий уже сейчас позволяет строить предприятия как полноценные киберфизические организмы. К чему это приведет – увидим довольно скоро.
Антон Ноздрин, архитектор бизнес-решений SAP CIS
Сегодня поговорим об автоматизации технологического «умного» оборудования, которого становится все больше и больше на современных предприятиях. Оно может достаточно легко быть интегрировано с учетными и управляющими системами SAP для создания единого программно-аппаратного комплекса. На наш взгляд, это отлично демонстрирует концепцию индустрии 4.0 и приближает нашу промышленность к реализации идеи автономного предприятия.
Компания KUKA, один из партнеров SAP, производит высокотехнологичное «железо», а именно промышленных роботов, которые легко интегрируются в единый управляющий контур и позволяют за сравнительно небольшие время и стоимость достичь высокой степени автономности производственного блока.
Рассмотрим пример интеграции — робот-манипулятор, который собирал небольшие модели грузовиков из нескольких вариантов деталей – на выбор (Рис. 1). Клиент создавал заказ в привычном интерфейсе веб-магазина, составляя комплектацию транспортного средства. Робот получал заказ и исполнял его. При этом он самостоятельно находил детали для выбранной комплектации и собирал модель автомобиля.
Рисунок 1. Макет робота KUKA
На первый взгляд, вся конструкция была довольно простой, ведь промышленные роботы уже десятки лет используются на производстве и стали привычным элементом интерьера сборочного цеха, однако не все так просто.
Концепция интеллектуального предприятия
Одной из основ концепции Индустрия 4.0 является понятие Интеллектуального П��едприятия. Если рассматривать его как единый живой организм, то цифровое ядро SAP играет роль его центральной нервной системы. Но, как и любой организм в живой природе, предприятие должно взаимодействовать с окружающей средой, получая из нее задачи, знание об окружении, влияя на нее. Здесь был создан единый «организм», «руками» и «глазами» которого является промышленный манипулятор компании KUKA. «Рука» KUKA получает задачи на исполнение от «мозга» нашего единого организма, выполняет задачи, собирает информацию об окружающей среде и собственном состоянии и постоянно снабжает ею центр принятия решений. «Мозг» накапливает информацию и «заботится» о своих руках и глазах, постоянно оценивая их состояние и проводя профилактику возможных «заболеваний». Интеграция элементов решений, подобных показанным, позволяет приблизиться к созданию стопроцентно автоматизированных производственных зон, складов, зон сборки заказов и т.д.
По сути дела – «робот» или, скорее, завод-робот в данном решении представлял собой территориально распределенный комплекс. Он состоял из мобильного клиентского терминала, находящегося в руках у заказчика, управляющего ядра на базе облачной SAP S/4HANA, который установлен в одном из дата-центров SAP, разбросанных по земному шару, а также производственной ячейки KUKA, которую (равно как и ее копии) можно устанавливать там, где находится сырье или заказчики. При этом информация о расходе комплектующих, количестве собранных ТС, отгрузках и прочие бизнес-показатели поступают в SAP S/4HANA для полноценного финансового и материального учета в реальном времени. Единственным человеком, который работал на этом заводе, был клиент, создающий заказ своего транспортного средства.
Как это устроено?
В данном сценарии было предусмотрено два информационных потока. Первый, производственный – основной. Через него манипулятору передавались управляющие воздействия и снимался статус исполнения конкретного заказа. Технологическая карта сборки хранилась в производственном модуле SAP S/4HANA. Для интеграции учетной системы с миром промышленных устройств использовался SAP Manufacturing Integration and Intelligence (MII). Это решение также служило платформой, на которой был разработан клиентский терминал. Интерфейс клиентского приложения реализован на стандартном фреймворке SAP UI5 с сильно кастомизированной таблицей стилей (рис.2).
Рисунок 2
Интеграция SAP MII непосредственно с манипулятором осуществлялась «на земле» с помощью программного компонента SAP Plant Connectivity (PCo), который поддерживает ряд протоколов промышленного интернета вещей и, в частности, OPC UA, сервером которого и является ПО робота KUKA. Надо отметить, что сам процесс интеграции систем двух вендоров и разных классов занял считанные часы и основные усилия были сосредоточены на создании клиентских интерфейсов.
Специалистами компании KUKA были разработаны высокоуровневые управляющие команды по сборке, коды которых и содержались в технологической карте SAP. Команды через PCo записывались в управляющие теги OPC-сервера манипулятора, назад возвращалась информация о статусе завершения того ��ли иного подпроцесса, что позволяло в реальном времени визуализировать ход выполнения заказа (Рис.3).
Рисунок 3 «Производственный» информационный обмен
Второй информационный поток, сервисный – это сбор с робота телеметрической информации. Манипулятор имеет сотни параметров, позволяющие оценивать его состояние как в реальном времени, так и используя исторически накопленные данные. В этом сценарии значения переменных OPC-сервера через Plant Connectivity поступали в облако SAP Cloud Platform Internet of Things, где был создан цифровой двойник устройства. Данные автоматически накапливались и могли служить «сырьем» для самых разных приложений: мы можем использовать потоковую аналитику для выявления паттернов показателей и генерирования на их базе некоторых бизнес-событий, таких как состояние неисправности или запредельный режим работы робота.
Еще более интересным применением собранных данных является обработка их с помощью алгоритмов машинного обучения и реализация на этой базе сценариев предиктивного обслуживания. Эти сценарии стандартно реализуются продуктами SAP. Впрочем, в рамках данного проекта интеграции основным сценарием был производственный, поэтому сервисный обмен (Рис.4) был реализован в виде приложения для визуального мониторинга основных показателей робота. Приложение разработано с помощью облачного сервиса быстрой разработки IoT-приложений SAP Leonardo IoT.
Рисунок 4 «Сервисный» информационный обмен
Очередной успешный опыт интеграции показывает, что, в целом, информационные технологии и их отдельные элементы полностью готовы к построению промышленных решений в парадигме Индустрия 4.0. Мы уже часто слышим истории про «партию из одного экземпляра», «производство без людей», «массовое производство под заказ» Подобные решения возникают в том числе и на просторах нашей страны. SAP активно продвигает и реализует подход Интеллектуального Предприятия и имеющийся набор технологий уже сейчас позволяет строить предприятия как полноценные киберфизические организмы. К чему это приведет – увидим довольно скоро.
Антон Ноздрин, архитектор бизнес-решений SAP CIS
