Aktuální vydání

celé číslo

05

2021

Perspektivy automatizace, umělá inteligence v automatizaci; prostředky automatizace v době lockdownu
celé číslo

Budoucnost automatizace: sociální sítě, rozšířená realita i stroje se sebeuvědoměním

Společnost Pantek (CS) s. r. o., oslavila letos dvacet let od svého vzniku. Tradiční setkání uživatelů produktů Wonderware z České republiky se proto konalo ve slavnostnějším duchu na zámku Liblice u Mělníka. Setkání se zúčastnil také Tim Sowell, Invensys Fellow and Vice President of Software Strategy koncernu Invensys. Připomeňme, že společnost Wonderware je součástí Invensys. Tim Sowell je jedním z tvůrců architektury ArchestrA, jež byla ve své době převratnou novinkou v oblasti systémů pro řízení výroby (MOM – Manufacturing Operations Management) – v terminologii Wonderware systémů výrobní inteligence. Od vzniku architektury ArchestrA se změnilo mnohé. Jak se nové trendy, např. cloud computing, využití sociálních sítí nebo rozšířené reality, projeví v tak konzervativním oboru, jako je průmyslová automatizace? Jak budou systémy pro řízení výroby čelit hrozbám kybernetických útoků? Jaké jsou další směry vývoje v oblasti systémů MOM a jaké trendy bude prosazovat společnost Invensys v oblasti výrobní inteligence? Právě o tom hovořil ve své přednášce na setkání uživatelů Tim Sowell. Odpoledne potom poskytl časopisu Automa rozhovor. 

Před několika dny jsem navštívil veletrh EMO v Hannoveru. To je veletrh obráběcích strojů. Nejsem odborník na obráběcí stroje, ale na automatizační techniku – proto jsem se na veletrh díval trochu jinýma očima než běžní návštěvníci. Překvapilo mě, kolik je v moderních obráběcích strojích automatizační techniky. Nejde jen o řídicí systém stroje s odměřováním a řízením pohonů. Součástí strojů je také množství pneumatických a hydraulických komponent se snímači a ventily, bezpečnostní snímače a spínače, systémy strojového vidění pro manipulátory a roboty, nebo dokonce detektory kouře, které hlídají, zda je chlazení nástroje dostatečné. Všechny snímače jsou zdrojem velkého množství dat. Jak tato data efektivně zpracovat?

Máte pravdu, že množství dat z nejrůznějších snímačů a akčních členů roste velmi rychle. Například obyčejné čerpadlo si dříve vystačilo s několika proměnnými: start, stop, jen u těch lepších bylo možné ovládat i rychlost, buď v několika stupních, nebo spojitě, a je-li to třeba, také směr otáčení. Někdy se hlídala teplota vinutí. Celkem to bylo čtyři nebo pět, maximálně deset proměnných. Dnes má podobné čerpadlo až 120 proměnných. Tyto proměnné umožňují optimalizovat provoz a údržbu čerpadla. Měří se vibrace, proud, teplota vinutí, teplota ložisek apod. Pro diagnostiku je důležité znát nejen aktuální hodnoty, ale i průběh naměřených hodnot v čase. Technicky to vlastně není nic nového. Když se podíváte např. na motor tryskového letadla, je plný snímačů, aby se řídicí systém okamžitě dozvěděl o každé anomálii v kterékoliv jeho části.

Jak tato data efektivně využít? Velmi užitečná je možnost vytvářet preemptivní výstražná hlášení. Znamená to, že operátor či pracovník údržby se nejen může podívat na aktuální stav, ale systém sám automaticky vyhodnocuje trendy hodnot jednotlivých proměnných a iniciuje výstražné hlášení dřív, než hodnota proměnné překročí hranici alarmu. Z naší nabídky je pro údržbu a podporu rozhodování určen systém IntelaTrac.

Kde by se data měla zpracovávat – přímo tam, kde vznikají, např. v PLC, nebo mají být všechna ukládána do centrální databáze a teprve potom zpracována, nebo mají být ukládána do cloudu?

Není dost dobře možné data ukládat a zpracovávat přímo tam, kde vzniknou. V PLC nebo v modulu I/O je možné uložit je na několik minut nebo desítek minut a provést s nimi operace, jež jsou třeba pro lokální řízení nebo regulaci. Otázka je, jak data efektivně předat do struktury řídicího systému, když množství dat a proměnných, jak jsem uvedl před chvílí, neustále roste. S namapováním a sledováním pěti nebo deseti proměnných si člověk snadno poradil, ale má-li jen jedno čerpadlo 120 proměnných, už to není v lidských silách. Zařízení proto musí být vybaveno určitou inteligencí, aby bylo schopno samo určit např. to, že teplota ložiska rychle roste a je třeba je v dohledné době vyměnit.

Kdo by se před pár lety neusmál při představě, že Wonderware Historian bude ukládat až dva miliony proměnných? To dokáže nová verze Wonderware Historian, kterou uvedeme na trh příští rok, a my se s takovými objemy dat musíme umět vypořádat. Ne proto, že bychom řídili rozsáhlejší a komplikovanější zařízení, ale proto, že dramaticky narůstá jejich vybavení měřicí a řídicí technikou. Pro zpracování takového množství dat je nutné mít inteligentní interní objekty, které dají datům jejich smysl a zařadí je na jejich místo ve struktuře řízené technologie. Dosud se do databáze ukládaly např. hodnoty proměnné TIC 101 a bylo nutné vědět, že jde např. o teplotu předního ložiska motoru číslo deset v čerpací stanici. Moderní databáze historických hodnot však musí ukládat nejen hodnoty proměnných, ale i jejich umístění ve struktuře systému a vlastnosti, např. alarmové meze apod.

Avšak pojďme ještě dál: proměnná může být navázána i na simulační model. Když např. určitá teplota nedosáhne požadované provozní hodnoty, systém nasimuluje, co se stane v příštích okamžicích a doporučí, co je třeba udělat, aby se situace napravila.

Je to logické – jako provozní technik nepotřebuji žádná data, ale potřebuji doporučení, co mám dělat. Je to stejné jako u navigace v automobilu. Je hezké, když mě upozorní, že na mé trase je dopravní zácpa, ale mnohem užitečnější je, když mi poradí, zda se mám pokusit místo dopravního problému objet, nebo mám raději popojíždět v koloně. A když už se rozhodnu pro objížďku, doporučí mi, která trasa je nejvhodnější.

Ve své přednášce jsem hovořil o jiném problému moderní průmyslové výroby: výměně generací. Označují se jako generace X, to jsme my starší, a generace Y, to jsou ti mladší, zhruba narození po roce 2000, kteří se tedy kolem roku 2020 začnou uplatňovat v praxi. V současné době má provozní technik nebo technik údržby na vedoucí pozici – tedy osoba z generace X – za sebou zkušenosti patnáct nebo dvacet let v provozu. Takový člověk vycítí, že zařízení začíná mít nějaké problémy, a ví, co má dělat. Jenže v budoucnu bude průměrná doba setrvání na jedné pracovní pozici 2,4 roku. Noví provozní inženýři z generace Y tedy nebudou mít žádné zkušenosti a nebudou mít šanci je získat. Když nebudou mít zkušenosti pracovníci obsluhy, bude je muset mít řídicí systém – báze znalostí musí být vestavěna do řídicího systému, který obsluze poradí, co má v dané situaci dělat.  

Nejsem si jistý, zda měnit pracovní pozice tak rychle je dobré. Jestliže jsem například chemický technolog, můžu měnit svou pozici ve firmě, můžu se stěhovat ze závodu do závodu, v rámci nadnárodního koncernu i ze země do země, můžu změnit i zaměstnavatele, ale když chci budovat kariéru ve svém oboru, musím v něm získávat zkušenosti. Po pěti letech vysokoškolského technického studia přece nezůstanu ve svém oboru jen dva a půl roku. To by bylo značně neefektivní.

Problém je v něčem jiném. Nejde o to, že by technici zcela měnili svůj obor, ale o to, že moderní výroba je velmi flexibilní, mění se druh vyráběných produktů i zařízení, na němž se vyrábějí. Jeden operátor nebo technik údržby prostě není schopen v krátkém čase získat potřebné zkušenosti pro obsluhu složitého výrobního zařízení. Řešení je v tom, aby se zkušenosti a znalosti staly součástí řídicího systému a operátoři je mohli sdílet.

Moderní řídicí systémy musí být intuitivní, protože noví operátoři z generace Y na to budou zvyklí. Podívejte se na Facebook. Mezi mládeží ho dnes používá kdekdo, ale nikdo se ho neučil ovládat – protože jeho ovládání je velmi jednoduché, nikoho ani nenapadne ptát se po manuálu. Řídicí systémy v průmyslové automatizaci ovládají složité procesy, ale od jejich ovládání se bude vyžadovat stejná jednoduchost. A to je základní změna, která je před námi. 

Co se týče Facebooku, měli jsme na webových stránkách našeho časopisu anketu o využívání sociálních sítí v průmyslové praxi. Naši čtenáři uváděli mnoho důvodů, proč sociální sítě nepoužívat, a jen málo příkladů, jak je efektivně využít. Sociální sítě jsou zbytečné, jsou zdrojem nebezpečí, management jejich používání zakázal, pracovníci nesmějí na veřejných fórech diskutovat o pracovních záležitostech. Jak si vysvětlujete hluboký rozpor mezi očekáváním vizionářů v oboru průmyslové automatizace a praxí?

Facebook jsem uváděl jako příklad intuitivního ovládání, ale vaši čtenáři mají pravdu, není to vhodný nástroj pro výměnu profesních informací. Osobně dávám více šancí Twitteru.

Problém techniků v průmyslové praxi je v tom, že jsou velmi konzervativní a zvláště pro starší generaci je obtížné přijmout sociální sítě jako součást inženýrské práce a jako prostředek komunikace.

Ovšem první vzorové projekty už existují: například v USA máme systém řízení potrubní distribuční sítě, který k rozesílání alarmů používá Twitter. Technikovi, který je na inspekční cestě v terénu, stačí, když se přes mobilní síť přihlásí ke svému účtu v Twitteru, a dostává všechna alarmová hlášení, která jsou mu určena. Používá se při tom veřejný internet a běžná mobilní síť, žádná vyhrazená komunikace. Na první pohled se tedy zdá, že takové řešení bude mít problémy se zabezpečením dat, ale je tomu právě naopak. Twitter používá velmi bezpečné dvojité šifrování. Jestliže správně nastavíte jeho zabezpečení, je výsledný systém z hlediska zabezpečení komunikace bezpečnější než mnohé v průmyslové automatizaci běžně používané komunikační systémy.  

A co eskalace alarmů? Jak tu zařídit?

V Twitteru je to velmi jednoduché. Operátor dostane tweet, že došlo k nějaké kritické události. Může si zprávu otevřít, prohlédnout si detaily a přijetí zprávy potvrdit. Všichni tak dostanou informaci, že alarm už je kvitován a někdo se jím zabývá. Není k tomu třeba nic speciálního, používá se běžná komunikační infrastruktura a komunikační služby Twitteru. Ve srovnání například s e-mailovou komunikací je to mnohem operativnější, přehlednější, spolehlivější a bezpečnější.

Problémy tedy nejsou v technické podstatě věci, ale v tom, že starší generace není na tyto nástroje zvyklá. Pro příslušníky nové generace bude Twitter něco úplně přirozeného – tak proč by jej neměli využívat ve své práci?

Sociální média hrají v moderním světě stále větší roli. O víkendu jsem byl v jedné pražské restauraci. Viděl jsem tam skupinu mladých turistů, kteří seděli u jednoho stolu, ale nemluvili spolu – v restauraci byla wifi a mladí byli plně zaujati svými smartfony a tablety. Nevím, zda právě tweetovali (možná dokonce navzájem kolem stolu) nebo psali na zeď ve Facebooku své dojmy z Prahy. Pro nás starší z generace X je používání mobilních telefonů v restauraci hrubý prohřešek proti dobrému vychování, ale víte, pro kolik dětí je to naprosto přijatelné a přirozené? Říkám dětí, ale myslím tím spíše mládež ve věku zhruba do třiceti let. Pro mladé lidi je samozřejmé, že své zážitky a zkušenosti bezprostředně sdílejí se svými přáteli a kamarády prostřednictvím sociálních sítí. Děláte to vy nebo já? Já rozhodně ne, ale považuji to za sympatický rys kultury mládeže.

Nyní to ale aplikujme do prostředí průmyslové automatizace. Když se tito mladí lidé něco nového naučí, získají nějakou zkušenost, považují za zcela přirozené, že se o to podělí s ostatními ze své komunity.  

Jak bude v moderních výrobních informačních systémech řešeno zabezpečení dat a komunikací? Všichni hovoří o kybernetické bezpečnosti jako o velkém problému.

Jistě, internet je veřejné médium a musíte se na něm chovat bezpečně.

Pokud jde o sdílení citlivých výrobních dat prostřednictvím internetu, mnohé lze vyřešit firewally a blokováním obousměrné komunikace. Jestliže lze data přenášet jen ven ze systému, nelze do něj touto cestou zanést žádný škodlivý kód.

My ve firmě Invensys se otázkou zabezpečení dat a komunikací intenzivně zabýváme. Vytváříme architektury bezpečné proti kybernetickým útokům a zavádíme do řídicích systémů body, kde se musí operátor identifikovat, jinak nedostane přístup do systému nebo nebude mít oprávnění provádět určité akce.

Nevěřte lidem z oddělení IT, že jen oni mají právo přístupu k internetu a jen oni ho dokážou zabezpečit. Je to ovšem věc strategického rozhodnutí. Ve firmách, kde mají mladší vrcholové vedení, se využití internetu pro komunikaci v rámci řídicích systémů prosazuje mnohem snáze. Snazší je to také v malých firmách nebo ve firmách, které obhospodařují geograficky rozlehlé území – typicky jsou to distribuční nebo dopravní společnosti. Zde je rozdíl mezi rizikem a přínosy tak velký, že sem internet proniká velmi rychle.

Problém je, že kybernetickou bezpečnost nelze nikomu dodat jako hotový produkt. Pro nás to znamená, že musíme koncovým zákazníkům a integrátorům systémů pomoci vytvořit tým odborníků, jenž se bude zabývat tím, jak vytvořit pro danou úlohu vhodnou bezpečnou architekturu a jak nastavit bezpečnostní pravidla uvnitř firmy. Členy těchto týmů jsou naši špičkoví odborníci, ale musí v nich být i zástupci koncových zákazníků a integrátorů systémů – bez nich to nejde. 

To jsme se bavili o zabezpečení dat a komunikace proti kybernetickým útokům. Ovšem hodně lidí ve spojitosti se sociálními sítěmi cítí jiné nebezpečí – ztrátu soukromí. Sdílet profesní informace s cizími lidmi může být nebezpečné, protože se k nim snadno dostane vaše konkurence.

To se může stát. Je proto nutné používat takové sociální sítě, které vám umožní spravovat, kdo je členem vaší komunity. Jistěže nemůžete vše publikovat veřejně a mnoho věcí můžete sdílet jen mezi lidmi, jimž důvěřujete – v osobním i profesním životě.

Co je pro mě ale velmi zajímavé, a to není věc Facebooku, Twitteru nebo sítě LinkedIn, to je změna kultury: mladí lidé jsou prostě zvyklí sdílet informace globálně. Dejme tomu, že máte firmu sídlící zde v České republice. Další závody máte ve Španělsku, v Německu a např. v Kanadě. Technik údržby zde v Česku má po světě dejme tomu osm nebo deset kolegů, kteří jsou ze stejné firmy a řeší podobné problémy. Proč se s nimi tedy neporadit? Víte, jak obtížné by to bylo před deseti lety?

Znám několik firem, které provozují vlastní „interní facebook“, kde si mohou pracovníci například z deseti nebo dvanácti závodů po celém světě vyměňovat profesní zkušenosti – v prostředí, které zejména ti mladší důvěrně znají. Takový „interní facebook“ nepoužívá veřejně přístupný web, ale používá stejné principy sdílení informací, vytváření komunit přátel atd., jak to známe z Facebooku.

Jiný zajímavý nástroj je tzv. developmentpedia – obdoba Wikipedie, určená pro limitovanou komunitu uživatelů. Umožňuje publikovat články dostupné uzavřené komunitě vývojářů jedné firmy a jejím vývojářským partnerům. Například já, protože jsme partnerem firmy Microsoft, mohu mít přístup do její developmentpedie. Uživatelé mohou publikované články recenzovat a komentovat. Mohou si klást otázky a sdílet své nápady. Pro globální firmu, která má vývojové pracovníky po celém světě, je to neocenitelný nástroj. Při správném nastavení zabezpečení přitom i velmi bezpečný.  

Zpátky k našim čerpadlům a ventilům. Dnes se hodně hovoří o chytrých strojích a zařízeních. Jakou míru autonomie mají mít? Mají si například samy říct o práci, o materiál, o nový nástroj nebo přivolat opraváře, když to potřebují?

Vezměte si jako příklad sebe. Jste pod neustálým dohledem lékaře? Za běžných okolností nikoliv. Lékaře vyhledáte, když se necítíte dobře, že ano? Proč by mělo oddělení údržby neustále dohlížet na stav svěřených strojů? Stačí, když je stroj vybaven softwarem, který oddělení údržby oznámí, že se zařízení „necítí dobře“. Teprve potom musí mít údržbář k dispozici kompletní informace o stavu a provozu stroje, jinak jsou to jen zbytečně obtěžující data.

Není to úplně triviální věc a je třeba v ní vyřešit ještě hodně otázek, ale s předními společnostmi působícími v oblasti těžby ropy a plynu – protože pro ně je to prioritní záležitost – jsme na této koncepci udělali velký kus práce. Jde o systémy údržby řízené mimořádnostmi (exception-based) a stroje se sebeuvědoměním (self-awareness). Základní otázkou je, kolik „inteligence“ je třeba a kam ji vestavět. Vrátíme-li se k alegorii s člověkem, asi by nebylo výhodné, kdyby se zub sám rozhodl, že potřebuje jít k zubaři. Toto rozhodnutí musí být přijato na vyšší úrovni. Hodně se hovoří o internetu věcí, ale co má být ta věc? Ložisko, čerpadlo, ventil, nebo celý stroj? Může tou věcí být i člověk, např. údržbář?

Internet věcí znamená, že „věci“ jsou schopny komunikovat i mimo hranice závodu. Stroj tedy může poslat informace svému výrobci a „postěžovat si“. Takhle se například výrobce čerpadla dozví, že se s jeho výrobkem děje něco špatného, a pošle náhradní díl dřív, než si problému všimne někdo z provozních operátorů. Stejnou informaci dostane i oddělení údržby nebo externí servisní organizace, která tak má dost času naplánovat servisní zásah.

Opět je tu jeden zásadní problém – je třeba pečlivě hlídat, s kým zařízení komunikuje. Komunita účastníků komunikace musí být přísně omezena, aby se citlivé výrobní informace nedostaly do nepovolaných rukou. 

A co mobilní zařízení? To je pro mladé lidi také naprosto nepostradatelná věc. Jaké výhody přinášejí tablety a chytré mobilní telefony a jaká nebezpečí s sebou nese to, stanou-li se součástí systémů řízení výroby?

V první řadě je třeba uvažovat o tom, že to nejsou zařízení určená do provozního prostředí. Mají-li být skutečně používána v provozních podmínkách, musí to být odolné varianty zařízení v průmyslovém provedení. Speciální požadavky jsou například v prostředí s nebezpečím výbuchu nebo v prostředí se zvýšenými požadavky na hygienu. Taková odolná zařízení jsou však dražší než běžné tablety a chytré telefony a to je důvod, proč je průmyslové podniky zatím nekupují po stovkách.

Mobilita je ale velmi výhodná: operátor sedí v kanceláři, zjistí, že v provozu nastal nějaký problém, vezme s sebou tablet a zajde se přímo na místo podívat, co se děje. Tablet s vizualizační aplikací má stále s sebou – a navíc má možnost snadno získat další doplňující informace, vyfotit zařízení a fotografii odeslat údržbáři apod. Operátor může paralelně používat několik zařízení, například operátorský terminál, tablet a chytrý telefon. Na každém může běžet jiná aplikace, ale dojde-li k např. k alarmu, je alarmové hlášení zobrazeno na všech třech zařízeních a operátor může alarm kvitovat z kteréhokoliv z nich. 

Jak je to s používáním osobních chytrých telefonů a tabletů pro profesionální účely?

Většina lidí nyní používá chytré telefony a tablety pro kontrolu e-mailů, pro přístup na Facebook nebo Twitter nebo pro elektronické bankovnictví. Proč tedy nedovolit používat je v pracovní době i k získávání informací z provozu, zobrazování alarmů a jejich notifikaci? Jistě, s výše uvedenými omezeními z hlediska odolnosti v provozních podmínkách. My právě připravujeme přibližně deset aplikací pro tablety a smartfony Apple pro různé pracovní pozice – pro manažery, údržbáře nebo operátory, a pro různé pracovní úlohy. 

Před čtrnácti lety jsme publikovali první článek o rozšířené realitě. Dnes jste o ní hovořil ve své prezentaci jako o budoucnosti průmyslové automatizace. Kdy už o ní budeme hovořit v přítomném čase?

Ve videoukázce jste mohl vidět údržbáře s aplikací, která zatím nemá definitivní název – říkáme jí pracovně Maintenance Companion. Tato aplikace umožňuje s využitím GPS a obrazu sejmutého kamerou tabletu určit, na jaké zařízení se údržbář právě dívá. Současně vidí všechny potřebné informace pro jeho údržbu, které získává z jiných aplikací, např. InTouch. Maintenance Companion se právě vyvíjí, v současné době se očekává vydání zkušební verze a na trh bude uvedena pravděpodobně do deseti měsíců. Takže kousek rozšířené reality uvidíte v praxi už zanedlouho.

Například v petrochemii mají zájem kombinovat ji místo tabletu se speciálními brýlemi. Tyto brýle, vyvíjené společností Google pod názvem Google Glass, jsou vlastně přenosný počítač s náhlavním displejem. Jsou vhodné pro každého, kdo potřebuje mít při práci volné ruce. Údržbář na inspekční pochůzce se podívá na určité zařízení, stiskne tlačítko na brýlích a na náhlavním displeji uvidí, o jaké zařízení jde, jaké jsou jeho provozní hodnoty a diagnostické údaje. Zatím tyto brýle testujeme v laboratoři. Můžete se s nimi procházet, dívat se kolem, mačkat tlačítka – vypadáte trochu jako blázen, ale pro údržbáře je to velmi užitečné zařízení, které mu umožňuje přijmout včas správné rozhodnutí.

Myslím, že právě v oblasti těžby ropy a zemního plynu a v petrochemii se tato technika prosadí velmi rychle. Pracovníci těžební společnosti BHP ji už nyní testují a na stejnou cestu se vydaly i další firmy, např. Chevron a Shell. Následovat je budou pravděpodobně elektrorozvodné a vodohospodářské společnosti.  

Děkuji Vám za odpovědi a za zajímavý pohled do budoucnosti průmyslové automatizace.

(Rozhovor vedl Petr Bartošík.)

Obr. 1. Tim Sowell při přednášce na setkání uživatelů Wonderware

Obr. 2. Rozhovor s Timem Sowellem vedl šéfredaktor časopisu Automa Petr Bartošík