Leuze SmartID-Edge

Cyfryzacja i tworzenie sieci to kluczowe zagadnienia w naszych czasach. W środowisku przemysłowym kształtują one koncepcje takie jak Przemysł 4.0 i Przemysłowy Internet Przedmiotów (IIoT). Sieć odgrywa szczególnie istotną rolę w dzisiejszych systemach automatyzacji produkcji i logistyki. Celem tutaj jest możliwość wywołania dokładnego stanu procesów produkcyjnych w dowolnym momencie i utrzymanie pełnego przeglądu danych istotnych dla produkcji na poziomie sieciowym. Obejmuje to kluczowe kwestie, takie jak: W jaki sposób użytkownicy mogą skutecznie osiągnąć maksymalną przejrzystość w swoich procesach produkcyjnych? A jak bezpieczna jest komunikacja między uczestnikami sieci?

Nowoczesne systemy automatyki w produkcji lub intralogistyce posiadają szereg systemów sterowania, czujników i aktywatorów. Są one połączone ze sobą w sieć za pośrednictwem komunikacji opartej na sieci Ethernet lub systemach fieldbus i mogą wymieniać dane. Czujniki generują sygnały oparte na zdarzeniach w celu aktywacji procesów produkcyjnych lub dostarczają wartości pomiarowe w celu monitorowania prawidłowości procesów produkcyjnych i wymagań jakościowych. Systemy AutoID, takie jak systemy kamer 2D i czytniki RFID, identyfikują obiekty, nośniki ładunku oraz pojemniki w produkcji i przepływie materiałów.

Nowoczesne systemy identyfikacji zazwyczaj muszą być w stanie obsługiwać duże ilości danych i różne systemy kodów, w zależności od identyfikowanego obiektu. W przypadku klasycznych kodów 1D/2D możliwości te są jednak ograniczone, ponieważ znormalizowane kody kreskowe, takie jak Globalny Numer Jednostki Handlowej (GTIN), zawierają jedynie określoną, niezmienną i raczej niewielką ilość danych. Co więcej, kod kreskowy zawsze wymaga dostępu do systemu informatycznego wyższego poziomu, takiego jak MES lub ERP, w którym przechowywany jest kompletny rekord danych reprezentowany przez kod kreskowy. RFID korzysta z elastyczności wykorzystywanych nośników danych („znaczników”), oprócz innych zalet zasady fizycznej. Zazwyczaj mają one swobodnie programowalną pamięć elektroniczną – oznacza to, że dane produktu i procesu wymagane w określonych sytuacjach mogą być przechowywane bezpośrednio na obiekcie. Jednak ze względów ekonomicznych lub technicznych korzystanie z RFID nie zawsze jest praktyczne lub możliwe. Częste zmiany nośników z kodów kreskowych na RFID są również niepożądane w ciągłych procesach produkcyjnych, ponieważ powodują zwiększony wysiłek w procesach automatyzacji i obsłudze danych.

To właśnie w takim przypadku zastosowanie znajduje koncepcja SmartID-Edge firmy Leuze. Wykorzystuje ona standardowe mechanizmy RFID do przetwarzania i przechowywania danych identyfikacyjnych, zachowując jednocześnie klasyczną, optyczną technologię kodów kreskowych. Technologia ta wykorzystuje połączenie struktur danych RFID i zestawów poleceń ze standardowymi skanerami kodów kreskowych i skanerami opartymi na kamerach przy użyciu OPC UA jako standardu wymiany danych i w pełni zintegrowanej specyfikacji AutoID Companion. Każdy fizyczny kod kreskowy ma przypisany wirtualny znacznik RFID, który jest przechowywany w bazie danych na serwerze brzegowym. Dane są wymieniane wyłącznie między urządzeniami z kodami kreskowymi a serwerem brzegowym. System kontroli systemu, na przykład PLC, nie ma dostępu do serwera brzegowego – PLC może uzyskać dostęp tylko do systemów identyfikacji kodów kreskowych, chociaż zachowują się one jak systemy RFID.

Otwiera to bezprecedensowe możliwości wzbogacania danych podczas identyfikacji obiektów w procesie produkcyjnym: Oprócz unikalnego identyfikatora obiektu, w rekordzie danych mogą być przechowywane informacje o stanie systemu identyfikacji, a także jakość odczytu oraz inne dane procesowe i statusowe. Dostęp do tego rekordu danych można uzyskać bezpośrednio w czasie rzeczywistym na poziomie sieciowym. Zapytania do systemów MES i ERP nie są już konieczne, co odciąża ruch danych w sieciach i uwalnia zasoby systemowe na poziomie IT. Wiele lokalnych sieci czujników i AutoID może być synchronizowanych za pośrednictwem rozproszonych serwerów brzegowych. Oznacza to, że wszystkie zdarzenia identyfikacji są dostępne w całej sieci przez cały czas. Połączenie tych lokalnych zdarzeń z powiązanymi informacjami przechowywanymi w brzegowej bazie danych przez cały cykl produkcji stanowi zatem podstawę dla cyfrowego bliźniaka. Można to nawet osiągnąć w ramach łańcucha dostaw z różnymi dostawcami i zakładami, rozszerzając serwer brzegowy o interfejs API i połączenie z chmurą. Pozwala to na wydajniejszą logistykę, eliminuje ręczne wprowadzanie danych i pozwala uniknąć skomplikowanych zmian systemowych w oprogramowaniu biznesowym (ERP).

Środki bezpiecznej komunikacji są niezbędne do bezproblemowego i niezakłóconego korzystania z systemów sieciowych. W tym przypadku rozwiązanie SmartID-Edge zapewnia kilka zintegrowanych mechanizmów bezpieczeństwa. Nowoczesne komponenty automatyki i systemy identyfikacji z komunikacją za pośrednictwem interfejsów opartych na sieci Ethernet lub magistrali fieldbus, takich jak ProfiNet, Ethernet/IP lub EtherCAT, posiadają zintegrowane serwery internetowe. Serwery internetowe umożliwiają wygodny dostęp do urządzeń w sieci lokalnej. Aby spełnić wysokie wymagania w zakresie adaptacyjności, precyzji i wydajności, wszelkie niezbędne aktualizacje oprogramowania sprzętowego urządzenia muszą być szybkie, niezawodne i bezpieczne. Rozpoznane ulepszenia funkcjonalne można zatem wdrożyć bez konieczności wymiany urządzenia, a nowe funkcje mogą być wdrażane automatycznie. Jednocześnie wymagana jest pewność, że tylko autoryzowane oprogramowanie sprzętowe jest ładowane do urządzenia i że transfer danych nie może zostać zmanipulowany. Wymagania dotyczące bezpiecznej transmisji danych stają się podstawowymi filarami nowoczesnych systemów automatyki, które komunikują się lokalnie w sieciach i za pośrednictwem systemów chmurowych, nie tylko ze względu na unijną ustawę o odporności cybernetycznej. 

OPC UA zapewnia interoperacyjną, opartą na sieci Ethernet platformę komunikacyjną, która wykorzystuje zintegrowane szyfrowanie end-to-end. Ponadto OPC UA Device Interface Specification Part 100 (Specyfikacja interfejsu urządzenia część 100) definiuje niezależną od dostawcy procedurę wykonywania aktualizacji oprogramowania i zarządzania nimi. Procedura bezpośredniego ładowania jest zalecana dla urządzeń z ograniczonymi zasobami sprzętowymi. Nowe oprogramowanie jest przesyłane w postaci archiwum plików, w którym każdy plik jest sprawdzany za pomocą określonego nagłówka i instalowany natychmiast po rozpakowaniu. Po ostatecznym sprawdzeniu urządzenie jest ponownie uruchamiane. Cała komunikacja za pośrednictwem OPC UA, a tym samym również pobieranie oprogramowania, są zabezpieczone poprzez wymianę certyfikatów między klientem a serwerem. Zautomatyzowana wymiana certyfikatów za pośrednictwem zewnętrznego serwera Global Discovery Server (GDS) zapewnia centralne zarządzanie aplikacjami i certyfikatami w całej sieci OPC UA. Komunikacja między uczestnikami sieci spełnia zatem najwyższe wymogi bezpieczeństwa: Danych nie można zmanipulować. Gwarantuje to, że każde urządzenie jest zawsze obsługiwane z najnowszym i przede wszystkim wyłącznie oryginalnym oprogramowaniem sprzętowym.

SmartID-Edge oferuje potężną platformę do łączenia w sieć systemów identyfikacji na poziomie sieciowym. Wyjątkowa koncepcja obsługi danych za pomocą serwerów brzegowych i wirtualnych nośników danych zapewnia maksymalną przejrzystość w zastosowaniach w zakresie śledzenia i identyfikacji, a także efektywny dostęp do danych obiektowych oraz procesowych w każdym punkcie łańcucha dostaw w czasie rzeczywistym. Dzięki zintegrowanym mechanizmom bezpieczeństwa, spełnia również wysokie wymagania w zakresie cyberodporności.