ظهور اتوماسیون نرمافزارمحور براونفیلد
اتوماسیون براونفیلد وارد مرحله جدیدی میشود. اپراتورها بهجای جایگزین کردن زیرساخت کنترلی باسابقه، بیش از پیش به دنبال راههایی برای افزایش عمر مفید آن و در عین حال افزودن قابلیتهای نرمافزارمحور هستند. از دیدگاه من، این صرفاً یک ارتقای فناوری نیست. این رویکرد نشاندهنده تغییری بنیادین در نحوه نوسازی، مهندسی و نگهداری اتوماسیون صنعتی است.
نوسازی اتوماسیون براونفیلد در حال عبور از جایگزینی سختافزار است
پروژههای سنتی براونفیلد اغلب از مدلی ساده پیروی میکردند: شناسایی سختافزار منسوخ، برنامهریزی برای جایگزینی، انتقال برنامه کاربردی کنترل و توقف فرایند در یک بازه زمانی مشخص تعمیرات و نگهداری.
این رویکرد همچنان میتواند مناسب باشد، اما توجیه آن بهعنوان راهبرد پیشفرض دشوارتر شده است. کارخانههای باسابقه، سالها دانش مهندسی، توالیهای کنترلی اعتبارسنجیشده، دادههای عملیاتی و تجهیزاتی را در خود دارند که همچنان عملکرد موردنظرشان را ارائه میدهند.
تعویض همهچیز صرفاً به این دلیل که بخشی از معماری قدیمی شده است، میتواند ریسک فنی و تجاری غیرضروری ایجاد کند.
رویکرد عملیتر، نوسازی انتخابی است. داراییهایی را که همچنان ارزش ایجاد میکنند حفظ کنید، فقط اجزای محدودکننده را تعویض کنید و قابلیتهای جدید را در جاهایی به کار بگیرید که مزایای عملیاتی قابلاندازهگیری ایجاد میکنند.
نرمافزار در حال تبدیل شدن به لایه نوسازی است
مهمترین تغییر، جدایی روزافزون میان نرمافزار اتوماسیون و سختافزار فیزیکیِ اجراکننده آن است.
اتوماسیون نرمافزارمحور به برنامههای کنترلی، ابزارهای مهندسی، خدمات داده و قابلیتهای ارتباطی اجازه میدهد مستقلتر از پلتفرمهای منفرد کنترلر تکامل پیدا کنند. این امر هنگام نیاز کارخانهها به یکپارچهسازی تجهیزات جدید یا گسترش سامانههای موجود، آزادی عمل بیشتری ایجاد میکند.
در محیطهای براونفیلد، این تمایز اهمیت زیادی دارد.
یک کارخانه نباید مجبور باشد هر بار که یک کنترلر به پایان چرخه عمر خود میرسد، کل معماری کنترلش را از نو طراحی کند. در عوض، معماری نرمافزارمحور میتواند لایهای میان تجهیزات موجود و فناوریهای جدید اتوماسیون فراهم کند.
اینجاست که پلتفرمهایی مانند EcoStruxure Automation Expert شرکت اشنایدر الکتریک، مسیر معماری مهمی را نشان میدهند. استقلال از سختافزار میتواند به برنامههای کنترلی اجازه دهد در محیطهای مختلف رایانشی و اتوماسیونی اجرا شوند و در عین حال از همکنشپذیری میان سامانهها پشتیبانی کنند.
همکنشپذیری مهمتر از جایگزینی است
یکی از قویترین استدلالها در حمایت از اتوماسیون نرمافزارمحور این است که هدف را از جایگزینی به یکپارچهسازی تغییر میدهد.
سامانههای DCS، PLC، SCADA، ورودی/خروجیهای راه دور، درایوها، تجهیزات ابزار دقیق و شبکههای صنعتی موجود، اغلب نشاندهنده سرمایهگذاری مهندسی قابلتوجهی هستند. آنها همچنین حاوی دانش عملیاتیای هستند که صرفاً با نصب سختافزار جدید نمیتوان آن را بازتولید کرد.
بنابراین، یک لایه مدرن اتوماسیون باید بهجای خارج کردن سیستمهای تثبیتشده از سرویس، با آنها ارتباط برقرار کند.
برای مثال، یکپارچهسازی با محیطهای تثبیتشده DCS مانند Foxboro میتواند مسیری برای معرفی قابلیتهای جدید کنترلی، دادهای و نرمافزاری فراهم کند، بدون آنکه نیاز باشد کل زیرساخت کنترل فرایند بلافاصله بازسازی شود.
از دیدگاه من، این اصل همکنشپذیری به یکی از مهمترین معیارهای انتخاب برای پروژههای آینده در سایتهای موجود تبدیل خواهد شد. پرسش نباید فقط این باشد که «این پلتفرم چه چیزی را میتواند کنترل کند؟» بلکه باید این هم باشد که «این پلتفرم با کدام سیستمهای موجود میتواند کار کند؟»
نوسازی تدریجی میزان ریسک پروژه را کاهش میدهد
پروژههای جایگزینی گسترده اتوماسیون، ریسک فنی و عملیاتی را در یک برنامه واحد متمرکز میکنند. خطاهای مهندسی، مشکلات مهاجرت، تأخیرهای راهاندازی و شرایط پیشبینینشده در محل میتوانند همگی بهطور همزمان بر تولید اثر بگذارند.
نوسازی تدریجی این ریسک را توزیع میکند.
بهرهبرداران میتوانند کار را با یک ناحیه تولید مشخص، یک عملکرد کنترلی خاص، یک نیازمندی یکپارچهسازی داده یا یک گروه سختافزاری منسوخ آغاز کنند. پس از اعتبارسنجی معماری جدید، همین رویکرد مهندسی را میتوان بهتدریج گسترش داد.
این مدل همچنین برای کارخانههایی که فرصتهای محدودی برای توقف تولید دارند، مسیر واقعبینانهتری فراهم میکند.
مزیت تجاری نیز به همان اندازه قابلتوجه است. نوسازی به مجموعهای از سرمایهگذاریهای کنترلشده، نه یک پروژه سرمایهای بزرگ، تبدیل میشود. بنابراین کارخانهها میتوانند بهبودها را بر اساس نیازهای تولید، وضعیت دارایی و ارزش عملیاتی قابلاندازهگیری اولویتبندی کنند.
محیط جدید مهندسی به مهارتهای متفاوتی نیاز دارد
اتوماسیون نرمافزارمحور همچنین در حال تغییر مشخصات حرفهای مهندس اتوماسیون است.
تخصص سنتی اتوماسیون همچنان ضروری است، بهویژه در کنترل فرایند، ابزار دقیق، برنامهنویسی PLC، مهندسی DCS، ایمنی کارکردی و راهاندازی. بااینحال، این مهارتها بیشازپیش باید در کنار شبکهسازی صنعتی، امنیت سایبری، معماری نرمافزار، مدیریت داده و یکپارچهسازی IT-OT قرار گیرند.
مهندسی که هم فرایند فیزیکی و هم معماری دیجیتال آن را درک کند، مزیت قابلتوجهی خواهد داشت.
این بدان معنا نیست که هر مهندس اتوماسیون باید به توسعهدهنده نرمافزار تبدیل شود. منظور این است که مهندسی اتوماسیون بیشازپیش به درک نحوه تبادل اطلاعات میان برنامههای کنترلی، نحوه ارتباط سیستمها و نحوه تعامل خدمات دیجیتال با فناوری عملیاتی نیاز دارد.
معماریهای باز میتوانند ارزش داراییها را افزایش دهند
استانداردهای باز و رابطهای قابلهمکنش نیز میتوانند نگرش سازمانها به مدیریت چرخه عمر داراییها را تغییر دهند.
از نظر تاریخی، چرخه عمر یک سیستم اتوماسیون ارتباط نزدیکی با چرخه عمر سختافزار کنترلکننده آن داشت. معماریهای نرمافزارمحور میتوانند با مستقل کردن روند تکامل برنامهها و خدمات از یکدیگر، این وابستگی را کاهش دهند.
که میتواند ارزش عملی داراییهای موجود را افزایش دهد.
بااینحال، بازبودن نباید تضمینی خودکار برای هزینه یا ریسک کمتر تلقی شود. یکپارچهسازی همچنان به معماری منضبط، کنترلهای امنیت سایبری، مدیریت نسخه، آزمون، مستندسازی و برنامهریزی چرخهٔ عمر نیاز دارد.
یک معماریِ فنیِ باز، در صورت نبود این انضباطهای مهندسی، میتواند نگهداری دشواری پیدا کند.
همگرایی IT-OT به انضباط مهندسی نیاز دارد
همگرایی فناوری اطلاعات و فناوری عملیاتی، فرصتهای چشمگیری برای تأسیسات براونفیلد ایجاد میکند. دادههای تولید میتوانند بهطور فزایندهای از سیستمهای کنترل به تاریخچهنگارها، پلتفرمهای تحلیل، برنامههای سازمانی و خدمات مبتنی بر ابر منتقل شوند.
بااینحال، اتصال هرگز نباید صرفاً به این دلیل پیادهسازی شود که فناوری آن را ممکن کرده است.
شبکههای صنعتی، در مقایسه با محیطهای متعارف سازمانی، الزامات متفاوتی از نظر دسترسپذیری، تأخیر، ایمنی و امنیت سایبری دارند. بنابراین، هر راهبرد یکپارچهسازی فناوری اطلاعات و فناوری عملیاتی (IT-OT) باید قطعیّت سیستم کنترل، بخشبندی شبکه، کنترل دسترسی و تداوم عملیات را حفظ کند.
از دیدگاه مهندسی، هدف درست، بیشینهکردن اتصال نیست؛ بلکه ایجاد اتصالِ کنترلشده با هدف عملیاتیِ کاملاً مشخص است.
اتوماسیون براونفیلد نرمافزارمحورتر خواهد شد
مسیر بلندمدت روشن است: اتوماسیون براونفیلد بهطور فزایندهای سختافزار صنعتیِ تثبیتشده را با کنترل نرمافزارمحور، ارتباطات تعاملپذیر، خدمات داده و منابع محاسباتی توزیعشده ترکیب خواهد کرد.
این به معنای ناپدید شدن سیستمهای قدیمی نیست.
در عوض، بسیاری از کارخانهها با معماریهای ترکیبی کار خواهند کرد؛ معماریهایی که در آنها تجهیزات کنترلیِ آزمودهشده همچنان وظایف اصلی را انجام میدهند و لایههای نرمافزاری جدید، هوشمندی، یکپارچهسازی، عیبیابی و انعطافپذیری مهندسی بیشتری فراهم میکنند.
این رویکرد بهویژه برای صنایع فرایندیِ پیوسته اهمیت دارد؛ صنایعی که توقف تولید در آنها میتواند پیامدهای مالی قابلتوجهی داشته باشد.
دیدگاه من: نوسازی باید بر پایهٔ تداوم طراحی شود
من معتقدم مؤثرترین راهبرد براونفیلد این نیست که کارخانه را نو جلوه دهیم؛ بلکه باید کاری کنیم که تکامل کارخانه آسانتر شود.
این تمایز مهم است.
یک پروژهٔ موفق نوسازی باید رفتار فرایندیِ اعتبارسنجیشده را حفظ کند، وابستگی غیرضروری به سختافزار را کاهش دهد، دسترسی به اطلاعات عملیاتی را بهبود بخشد و مسیری کنترلشده به سوی فناوریهای آینده ایجاد کند.
بنابراین، قدرتمندترین معماریها انعطافپذیر خواهند بود، بدون آنکه بیدلیل پیچیده شوند. آنها تعاملپذیری خود را بدون قربانی کردن امنیت سایبری حفظ خواهند کرد. مهمتر از همه، به مهندسان امکان خواهند داد قابلیتهای جدید را بدون بازسازی مکرر زیرساخت زیربنایی، به سیستم اضافه کنند.
آیندهٔ اتوماسیون براونفیلد، گسستی کامل از گذشته نیست؛ بلکه گذارِ کنترلشدهای است که در آن داراییهای صنعتی موجود، به بخشی از معماری اتوماسیونی نرمافزارمحورتر، تعاملپذیر و پیوسته در حال تکامل تبدیل میشوند.
