Systemy HMI/SCADA – gdzie dziś się znajdujemy?

Wprowadzanie koncepcji Przemysłu 4.0 ma duże przełożenie na wszystkie elementy infrastruktury produkcyjnej, tak w warstwie sprzętowej, jak i w oprogramowaniu. Mówiąc o oprogramowaniu, należy mieć oczywiście na uwadze wszystkie szczeble pozyskiwania i przetwarzania informacji. Chcemy tu jednak nakreślić kilka słów o warstwie operatorskiej, którą okupuje oprogramowanie klasy HMI/SCADA (H/S). Nie znaczy to, że nie doceniamy przemian, które stoją niżej, w sterownikach, czy też powyżej, w oprogramowaniu MOM i ERP. Po prostu systemy H/S są tym, na czym ASKOM zna się dość dobrze – od początku swojej działalności produkujemy i wdrażamy aplikacje w tej klasie oprogramowania. Nasz autorski system, który rozrósł się już do platformy programowej, Asix.Evo, jest naszym ulubionym dzieckiem, ale również przykładem, jak postępuje ewolucja tego typu oprogramowania.

Nowe role i wymagania

Pierwotnie systemy HMI rzeczywiście były jedynie interfejsem i niczym więcej. Interfejsem, przez który maszyny i linie produkcyjne komunikowały się z człowiekiem. Systemy SCADA w owym czasie również spełniały wyłącznie podstawowe funkcje akwizycji danych, prezentacji ich na ekranie i wykonywania sterowania.

To już jednak dawno należy do przeszłości i myślimy o tych czasach jak o samochodach z hamulcami bez wspomagania i bez klimatyzacji. Co spowodowało ewolucję systemów H/S? Z jednej strony, dynamiczny rozwój technologii informatycznych, z drugiej zaś, dążenie do podnoszenia jakości produktów i jej powtarzalności. To wymusiło konieczność zbierania dużych ilości danych i ich przetwarzania, interpretowania. Szybki rozwój warstwy sprzętowej – komputerów – umożliwił stawianie kolejnych kroków na drodze ewolucji oprogramowania. Właśnie ten rozwój dał podstawę do koncepcji Przemysłu 4.0.

Zwiększa się waga oprogramowania przemysłowego w procesie produkcji – w coraz większym stopniu decyduje ono o zapewnieniu jakości, terminowości realizacji zamówień, optymalizacji kosztów. Bez informacji Przemysł 4.0 byłby skazany na porażkę. Szczególne zadanie przypadło tu systemom klasy H/S – to jedyny łącznik między programami sterowników i programami wyższych poziomów przy jednoczesnym współdziałaniu z operatorem. Pojawiły się więc tu nowe role i wymagania.

Do "klasycznych" zadań akwizycji i archiwizacji danych doszły:

• procesy agregacji danych i wyliczania różnego rodzaju danych analitycznych i wskaźników. Często wymagają one dodatkowego działania operatora, więc to naturalne środowisko ich kalkulacji;
  
  
• coraz bardziej skomplikowane raportowanie i udostępnianie tych raportów zainteresowanym podmiotom: zarówno ludziom, jak i oprogramowaniu;
  
  
• monitorowanie zużycia mediów energetycznych w celu zapewnienia optymalnego ich zużycia. Dziś to nie tylko modny temat, ale wymóg techniczny i ekonomiczny. Przykładem może być moduł Asix Energy, który pozwala monitorować zużycie energii bez względu na jej nośnik. W dodatku daje on narzędzia do raportowania, analiz porównawczych, kalkulacji wprost kosztów według standardowych lub indywidualnie zdefiniowanych taryf. Powstał pod dyktando wymagań klientów, pod czujnym okiem energetyków jednego z dużych zakładów przemysłowych, więc nie jest jedynie sztuką dla sztuki – to bardzo użyteczne narzędzie, które pozwala na automatyczne budowanie narzędzi ze standardowych "klocków". Kluczowym słowem jest tu "automatyczne budowanie";
  
  
• kontrolowanie jakości w sensie statystycznym i bieżąca kalkulacja standardowych oraz zindywidualizowanych współczynników wydajnościowych. Tu również odpowiadamy na zapotrzebowanie rynku, oferując Asix OEE, moduł samoczynnie generujący aplikację kalkulującą wskaźniki oceniające proces produkcyjny oraz pozwalające planować remonty, zakupy części i dostępność specjalizowanego personelu do czynności remontowych;
  
  
• 
  narzędzia do śledzenia produktu. Proszę zauważyć, że od pewnego czasu "pani magister" w aptece każde opakowanie leku skanuje dwukrotnie: raz odczytuje kod EAN do znalezienia ceny, drugi raz skanuje kod QR w celu identyfikacji konkretnego opakowania leku! To wynik wprowadzonego obowiązku śledzenia i dokumentowania procesu produkcji i dystrybucji leków z dokładnością do pojedynczego opakowania, czyli tzw. serializacja. I właśnie systemy SCADA stoją u podstaw realizacji tych wymagań. Asix kreował tu trend i od ponad dwudziestu lat zapewnia odpowiednie narzędzia, pozwalające na recepturowanie i śledzenie produktu w celu dokumentowania historii jego wytwarzania, dzięki czemu każdy wyrób może mieć swój indywidualny "paszport", pozwalający odtworzyć każdy etap produkcji;
  
  
• komunikacja z oprogramowaniem poziomu zarządzania produkcją MOM, zarządzania przedsiębiorstwem ERP, systemami planowania produkcji APS. Trzeba zauważyć, że z realizacji wymienionych wyżej funkcji rodzą się nowe możliwości, związane ze skojarzeniem danych o zużyciu mediów energetycznych, z wyliczeniem wydajności maszyn i linii produkcyjnych i być może jeszcze z powiązaniem z danymi o zasobach magazynowych surowców i części zamiennych: optymalizacja realizacji zadania produkcyjnego pod kątem kosztów, jakości i czasu. Teraz łatwiej zdecydować, jaką obrać strategię produkcji i jaką wybrać trajektorię przepływu materiału przez linie produkcyjne – wiedząc, jakie koszty generowane są w poszczególnych elementach infrastruktury produkcyjnej, jakie są zagrożenia dla jakości produktu w połączeniu z poszczególnymi urządzeniami i narzędziami, a nawet przy udziale konkretnych zespołów ludzkich!;
  
  
• konieczność zapewnienia realizacji niestandardowych wymagań klienta, rozumianych jako funkcje, algorytmy przetwarzania danych. Standardem jest teraz rozszerzanie możliwości systemu H/S przy użyciu skryptów. Ważne też, by język skryptowy stanowił standard, a nie dialekt producenta systemu oprogramowania;
  
  
• wymaganie zapewnienia bezpieczeństwa tak technologii, jak i wyrobu. To złożone zagadnienie, które ma wiele wymiarów. Jednym z nich jest możliwość precyzyjnego żonglowania uprawnieniami operatorów i, często, sprzęgnięcia systemu zabezpieczeń z kontrolerem domeny MS Active Directory. To ułatwienie dla klienta w gospodarowaniu personelem i jego uprawnieniami. Drugim wymiarem, nabierającym coraz większego znaczenia, jest bezpieczny przesył danych i ochrona przed ich przejęciem przez podmioty nieuprawnione oraz przed wysłaniem danych (w szczególności sterowania) przez hakerów i osoby nieupoważnione. Asix.Evo podąża tym tropem. Wprowadziliśmy kompresję danych przesyłanych między naszymi komputerami wraz z ochroną WPA-PSK2 z hasłem. Dajemy też możliwość użycia certyfikatów SSL – nasze terminale komunikują się z serwerami po HTTPS. Dzięki tym oraz innym zaimplementowanym mechanizmom kontroli i zabezpieczeń możemy powiedzieć, że odpowiednio skonfigurowana aplikacja Asix.Evo wypełnia wymagania poziomu drugiego normy IEC62443-3-3 oraz spełnia zalecenia NIST SP 800-82 i NIST SP 800-53. Podobnie rzecz się ma z wymaganiami dla aplikacji w przemyśle farmaceutycznym i spożywczym, zawartymi w amerykańskich wymaganiach FDA 21 CFR 11 oraz zaleceniach europejskich GAMP5.

Ewolucja i rozwój

Jak widać, współczesne systemy HMI/SCADA daleko odeszły od swoich protoplastów. To dziś naprawdę skomplikowane oprogramowanie. Ale nie można się temu dziwić: tak właśnie rodzi się postęp w każdej z dziedzin – przez ewolucję i rozwój, przez kolejne komplikowania konstrukcji i funkcji, by zapewnić realizację coraz bardziej wyśrubowanych wymagań i żądań klientów. To trochę jak z rozwojem samochodów: jakże daleko odeszliśmy od pierwszych prób z silnikami parowymi i bryczki Daimlera z silnikiem spalinowym! Obecne samochody mają się tak do tych z początku XX wieku, jak współczesne systemy HMI/SCADA do pierwszych programów tego "gatunku". I proces rozwoju trwa nadal, zarówno jeśli chodzi o samochody, jak i o oprogramowanie. Skończy się kiedyś?

ASKOM
www.askom.pl