Liczba urządzeń podłączonych do Internetu, które składają się na Internet rzeczy (IoT), stale rośnie. W prognozie International Data Corporation (IDC) szacuje się, że w 2025 roku będzie 41,6 miliarda połączonych urządzeń IoT, czyli „rzeczy”, generujących 79,4 zetabajtów (ZB) danych1.
Wraz z nowymi możliwościami pojawiają się nowe wyzwania. Żądanie zbierania i analizowania informacji produkcyjnych w czasie rzeczywistym powoduje, że producenci muszą połączyć swoje istniejące w różnych standardach sieci przemysłowe i korporacyjne w jedną architekturę sieciową. Dobrze zaprojektowana i niezawodna warstwa fizyczna, zwana „network fabric”, stanowi kluczowy fundament i strategiczną przewagę biznesową dla myślących przyszłościowo producentów, którzy chcą wyróżnić się na tle konkurencji. W tym opracowaniu omówiono znaczenie warstwy fizycznej sieci przemysłowych we współczesnych środowiskach produkcyjnych oraz nakreślono kroki, które proaktywni producenci mogą podjąć, aby wykorzystać jej pełną wartość wykorzystania informacji w nadchodzących latach a także opisano czterostopniową metodologię ulepszania istniejącej infrastruktury do wyższego poziom dojrzałości.
IoT zmienia kształt hali produkcyjnej. Szybki napływ inteligentnego sprzętu i podłączonych urządzeń, które mogą komunikować się w przemysłowej sieci Ethernet, umożliwia producentom zrozumienie wydajności ich maszyn i procesów, jak nigdy dotąd. Równie ważne, jak „Co” jest podłączane, jest „Jak” jest to podłączane. Innowacyjne technologie umożliwiają zakładom produkcyjnym zarządzać swoją infrastrukturą, wdrażać technologię i udostępniać informacje na wiele sposobów.
Oto kilka przykładów:
IoT stanowi również ważny punkt zwrotny w projektowaniu, instalowaniu i utrzymywaniu sieci przemysłowych przez zakłady produkcyjne. Tradycyjne podejście polegające na wykorzystaniu oddzielnych sieci technologii informatycznej (IT) i technologii operacyjnych (OT) utrudnia płynną łączność i jest zbyt ograniczająca i niepewna, aby być właściwą opcją w dzisiejszych czasach. Zamiast tego przemysł wymaga architektury sieci zbudowanej na ujednoliconej platformie fizycznej network fabric wykorzystującej pełną moc IP i dogłębne zabezpieczenia. Dążenie do bezproblemowej łączności i udostępniania ogromnych ilości danych w całej hali produkcyjnej przedsiębiorstwu reprezentuje główny punkt zwrotny w projektowaniu, instalowaniu i utrzymywaniu sieci przemysłowych przez zakłady produkcyjne.
Zunifikowana struktura sieciowa fabric służy jako fizyczny fundament, na którym istnieją i działają sieciowe operacje producenta. Obejmuje ona całe okablowanie strukturalne, systemy bezprzewodowe, przełączniki sieciowe, komputery i systemy pamięci masowej oraz wykorzystuje standardowe i niezmodyfikowane połączenia protokołu internetowego (IP), aby zapewnić bezpieczną i otwartą komunikację.
Network Fabric to termin branżowy opisujący topologię sieci, w której urządzenia przekazują sobie dane za pośrednictwem przełączników. Systemy automatyzacji zakładów przemysłowych ewoluują od dedykowanych połączeń punkt-punkt do bardziej zorientowanej na przełącznikach architektury sieciowej, w której ruch może być teraz płynnie przepuszczany z dużo większą elastycznością i zwiększoną przepustowością. Zamiast nieelastycznych bezpośrednich połączeń między urządzeniami, przełączniki i konwergentna architektura sieciowa zakładu umożliwiają przełączanie i trasowanie danych z zachowaniem bezpieczeństwa w całym systemie automatyki zakładu.
Oprócz pełnienia funkcji niezbędnego szkieletu dla architektury informacyjnej, fabric network staje się decydującym czynnikiem sukcesu dla zakładu przemysłowego. Złe planowanie i reaktywne podejmowanie decyzji może spowodować, że sieć stanie się dużą plątaniną połączeń i przełączników, co może skutkować przestojami zakładu, naruszeniami zabezpieczeń i problemami z bezpieczeństwem.
Wiodący przemysł celowo i proaktywnie projektuje swoje sieci fabric, aby wspierać swoje cele w zakresie wydajności. Badanie Aberdeen Group wykazało, że najlepsi w swojej klasie producenci z większym prawdopodobieństwem wybudują niezawodność warstwę fizyczną sieci, używając aplikacji i urządzeń do zarządzania siecią oraz stosują wysokie standardy okablowania, które jest dostosowane do środowiska przemysłowgo niż przeciętni którzy pozostają w tyle2. Aby osiągnąć pożądane rezultaty, integratorzy oraz projektanci systemów powinni wziąć pod uwagę pięć następujących kluczowych obszarów podczas projektowania i wdrażania struktury network fabric.
Rozwój systemów przemysłowych, wdrażanie nowych technologii lub zmieniające się wymagania dotyczące przepustowości w nadchodzących latach mogą być trudne do przewidzenia i zaplanowania. Zapewnienie rozwoju i skalowalności infrastruktury w celu zaspokojenia przyszłych potrzeb pozwoli uniknąć sytuacji typu „wyrwać i wymienić”, zmniejszając ryzyko zawodności i skracając czas wdrażania.
Przestoje sieci związane są z przestojami maszyn, ponieważ do sieci trafia coraz więcej zautomatyzowanych procesów produkcyjnych. Oprzyj strukturę sieci fabric na solidnej architekturze, przestrzegaj standardów branżowych i korzystaj ze współpracy IT/OT, aby pomóc osiągnąć wysoką niezawodność w całym zakładzie przemysłowym, ponieważ każda sekunda ma znaczenie w hali produkcyjnej.
Poważna transformacja sieci nieuchronnie wiąże się ze względami bezpieczeństwa. Najlepsze praktyki w branży zalecają stworzenie kompleksowej strategii bezpieczeństwa. Wykorzystuje ona wiele warstw ochrony na poziomie fizycznym, sieciowym, komputerowym, aplikacji i urządzeń, aby ustanowić kilka poziomów bezpieczeństwa przed stale rosnącym wolumenem zagrożeń.
Dobrze zaplanowane, przemyślane podejście do sieci fabric ułatwia projektowanie i wdrażanie oraz zmniejsza prawdopodobieństwo problemów z uruchomieniem lub innymi operacjami. Używaj standardów, takich jak ISA-99 i TIA-1005, EN-50173-3 oraz sprawdzonych architektur, takich jak Converged Plantwide Ethernet (CPwE), aby projektować strukturę sieci fabric z większą niezawodnością. Korzystaj z najlepszych praktyk dotyczących okablowania strukturalnego i sprawdzonych zintegrowanych rozwiązań, aby skrócić czas instalacji i zmniejszyć ryzyko związane z uruchomieniem.
Infrastruktura sieciowa fabric stanowi platformę do wykorzystania nowych innowacji. Na przykład Power over Ethernet (PoE) wykorzystuje pojedynczy kabel do dostarczania zasilania i danych, co może zmniejszyć złożoność okablowania oraz obniżyć koszty instalacji i konserwacji. Ustrukturyzowana sieć łączności przewodowej i bezprzewodowej stwarza możliwości wdrażania nowych usług, takich jak zdalne monitorowanie i inteligentne przetwarzanie brzegowe do monitorowania stanu i analiz predykcyjnych.
Firma Panduit opracowała model dojrzałości przemysłowej sieci fabric (rysunek 1), aby pomóc zakładom produkcyjnym zaplanować drogę do ujednolicenia infrastruktury sieciowej. Model ten przedstawia cztery poziomy sieci fabric – od wielu niezarządzanych sieci w hali produkcyjnej do w pełni zunifikowanej infrastruktury sieciowej fabric. Model może pomóc zakładom produkcyjnym zrozumieć, na jakim etapie są obecnie, i zapewnić wskazówki, które pomogą im przejść przez każdy poziom w kierunku celu końcowego. Model ten polega na migracji sieci przemysłowych zakładu skoncentrowanych wyłącznie na pojedynczych jednostkach organizacyjnych do stanu skupionego na misji, wizji i ogólnych wynikach biznesowych całej organizacji.
Rysunek 1: Model oceny dojrzałości sieci fabric w przemyśle
Sytuacja
Wiele sieci przemysłowych, które powstały na przestrzeni wielu lat w celu obsługi zarówno nowego, jak i starszego sprzętu w urządzeniach i panelach sterowania, może powoduje wzrost ilości sieci. Oprócz sterowania maszynami i procesami istnieje niewiele możliwości połączeń w tych zastrzeżonych i niezarządzanych sieciach bez użycia wyspecjalizowanych bram i dodatkowego skomplikowanego oprogramowania.
Skutek
Rozbudowane sieci mogą być niestabilne i powodować nieoczekiwane przestoje. Istnieją ograniczone możliwości wykorzystania danych produkcyjnych, które są w dużej mierze uwięzione na lokalnych stacjach roboczych i serwerach. Specjalistyczne sieci stwarzają również wyzwania związane ze wsparciem dla pracowników IT, którzy nie są zaznajomieni z zastrzeżonymi sieciami przemysłowymi.
Sytuacja
Dane dotyczące sterowania, bezpieczeństwa, ruchu i energii są zbierane w jednej technologii sieci OT, takiej jak EtherNet/IP, która wykorzystuje standardowy, niezmodyfikowany adres IP. Sieć przemysłowa ma ograniczoną łączność z siecią informatyczną przedsiębiorstwa.
Skutek
Konwergentna sieć hali produkcyjnej wykorzystująca protokół IP ogranicza rozrastanie się sieci firmowych i umożliwia korzystanie ze standardowych narzędzi i rozwiązywania problemów, co skutkuje zwiększonym potencjałem sprawności sieci. Jednocześnie wiele zakładów produkcyjnych na tym etapie nadal korzysta z architektur typu fieldbus i nie wykorzystuje w pełni mocy zarządzanych przełączników i najlepszych praktyk okablowania strukturalnego, pozostawiając izolowane podsieci i wąskie gardła danych.
Sytuacja
Sieci przemysłowe i korporacyjne są skonwergowane w ujednoliconą architekturę sieciową, która jest zorientowana na IP i wykorzystuje sprawdzone wytyczne projektowe, takie jak CPwE. Standardy warstwy fizycznej są stosowane od hali produkcyjnej do przedsiębiorstwa i wdrażane jest bardziej solidne, dogłębne podejście do bezpieczeństwa, w tym wykorzystanie przemysłowej strefy zdemilitaryzowanej (IDMZ) lub innych silnych metod segmentacji.
Skutek
Konwergentna infrastruktura sieciowa eliminuje wysepki danych, zapewniając lepszy wgląd w operacje produkcyjne. Oparta na standardach warstwa fizyczna obsługuje wirtualizację aplikacji w zakładzie i tworzy bardziej stabilną infrastrukturę w celu skrócenia przestojów. Konieczne mogą być dalsze udoskonalenia, aby wspierać wzrost przepustowości wymaganej dla nowych technologii, takich jak technologie bezprzewodowe i wzrost ilości urządzeń IoT.
Sytuacja
Infrastruktura sieciowa obsługuje teraz połączenia przewodowe i bezprzewodowe w celu łączenia ludzi, procesów i sprzętu w zakładzie przemysłowym oraz zapewnia skalowalność i bezpieczeństwo dla przyszłych zmian technologicznych. Sieć infrastruktury fizycznej jest zbudowana przy użyciu modułowych, sprawdzonych elementów konstrukcyjnych i jest oparta na najlepszych praktykach i standardach zarówno dla IT, jak i OT, zapewniając przepustowość i elastyczność dla nowych usług.
Skutek
W pełni ujednolicona infrastruktura sieciowa otwiera drzwi dla innowacyjnych sposobów prowadzenia działalności, ustanawiając fundamenty wspierające nowe i ewoluujące technologie, takie jak przetwarzanie brzegowe, usługi zwirtualizowane i bezprzewodowe sieci kratowe. Na tym etapie widoczność sieci i narzędzia predykcyjne zapewniają dłuższy czas pracy i bezpieczeństwo sieci, a zaawansowane analizy i dostęp zdalny oferują nowe możliwości uzyskiwania wartości z sieci i jej połączeń.
Odpowiedni wysiłek w określeniu ścieżki, którą należy obrać, może mieć wpływ na ilość przyszłych poprawek. Droga do osiągnięcia w pełni ujednoliconej infrastruktury sieci na poziomie 4 rozpoczyna się od zrozumienia obecnego poziomu dojrzałości sieci. Aby pomóc, użyj następujących zestawów charakterystycznych dla każdego poziomu modelu dojrzałości sieci fabric, aby dokładnie określić, gdzie obecnie znajduje się Twoja infrastruktura w modelu.
Ograniczone sieci często wynikają z lekceważenia najlepszych praktyk OT/IT i pójście na skróty. Może to obejmować użycie zastrzeżonej magistrali fieldbusowej i sieci warstwowych w celu zaoszczędzenia czasu na szkolenie i naukę lub użycie niezarządzanych przełączników klasy komercyjnej w celu obniżenia kosztów. Takie skróty mogą prowadzić do wzrostu ilości sieci, wysepek danych i luk w zabezpieczeniach. Podniesienie infrastruktury sieciowej do poziomu funkcjonalnego wymaga bardziej zaplanowanego, opartego na standardach podejścia, stopniowo migrującego na zasadzie priorytetu.
Producenci, którzy dokonali konwergencji sieci przemysłowych w jedną sieć OT często opierają się na starych szkieletach i technologiach sieciowych, które nie posiadają odpowiedniej przepustowości, aby nadążyć za wyższymi potrzebami. Przejście do efektywnego poziomu sieci wymaga zastosowania architektur referencyjnych i najlepszych praktyk.
Konwergentne sieci IT/OT to cecha definiująca innowacyjną architekturę sieci, ponieważ zapewnia nowe możliwości gromadzenia i wykorzystywania danych w całym zakładzie produkcyjnym i służy jako podstawa kompleksowego bezpieczeństwa. Osiągnięcie w pełni ujednoliconej infrastruktury sieci, która może w pełni wykorzystać swój potencjał, wymaga skalowania podstawy sieci z odpowiednią przepustowością i strukturą aby obsłużyć nagły wzrost połączeń przewodowych i bezprzewodowych oraz zasoby obliczeniowe na brzegu sieci.
Droga do osiągnięcia w pełni ujednoliconej struktury sieci na poziomie 4 zaczyna się od zrozumienia obecnego poziomu dojrzałości sieci. Sprawdź następujące cechy dla każdego poziomu modelu dojrzałości sieci fabric, aby określić, gdzie znajduje się Twoja sieć w tym modelu.
Zwróć uwagę, że różne komórki lub obszary w Twoim zakładzie mogą mieć różne poziomy dojrzałości i dlatego mogą wymagać oddzielnej oceny.
IHS Technology przewiduje, że do 2025r.3 sektor automatyki przemysłowej będzie stanowił prawie trzy czwarte wszystkich podłączonych do sieci urządzeń. Potencjał wartości generowany przez wszystkie te połączenia przemysłowe będzie napędzał nowe modele biznesowe, radykalnie zmieniając produktywność. Przyszła konkurencyjność prawie wszystkich firm produkcyjnych zależy od tego, jak szybko mogą one wdrożyć technologie konwergencji i IP. Ujednolicona struktura sieci oparta na standardowym IP z silną infrastrukturą fizyczną posłuży jako podstawa przyszłych potrzeb w zakresie informacji i łączności, a także umożliwi konwergencję sieci w celu uzyskania solidności, widoczności i niezawodności. Wykorzystanie modeli dojrzałości może pomóc zarówno personelowi OT, jak i personelowi IT, przyśpieszyć postęp w kierunku bardziej efektywnych i innowacyjnych sieci, które spełnią wymagania dla IoT.
DCNART Sp. z o.o. jako Autoryzowany Dystrybutor Electrical & Network PANDUIT w Polsce dostarcza kompleksowe rozwiązania do budowy wysokowydajnej infrastruktury sieciowej w Przemyśle
Wybierz się na wycieczkę po rozwiązaniach Industrial Networks PANDUIT w wirtualnej fabryce 3D
Strona producenta: Panduit | Industrial Networks
1 źródło: International Data Corporation, Worldwide Global DataSphere IoT Device and Data Forecast, 2020–2024
2 źródło: Aberdeen Group, Industrial Networking Real-time Foundation for Manufacturing and Enterprise, August 2012
3 źródło: IHS Technology, Industrial Internet of Things, 2014 Edition
* EtherNet/IP is a trademark of ODVA.
DCNART Sp. z o.o. – firma z branży teleinformatycznej, dystrybutor Electrical & Network PANDUIT...
czytaj więcejChoć tematyka szaf może nie wydawać się ekscytująca, produkty te są bardzo ważne w...
czytaj więcej