Sự phát triển của tự động hóa trên nền tảng hiện hữu được định nghĩa bằng phần mềm
Tự động hóa trên nền tảng hiện hữu đang bước vào một giai đoạn mới. Thay vì thay thế hạ tầng điều khiển đã trưởng thành, các đơn vị vận hành ngày càng tìm cách kéo dài vòng đời hữu ích của hạ tầng này, đồng thời đưa vào các năng lực do phần mềm điều khiển. Theo quan điểm của tôi, đây không chỉ đơn thuần là một bản nâng cấp công nghệ. Nó thể hiện một thay đổi căn bản trong cách tự động hóa công nghiệp nên được hiện đại hóa, thiết kế và bảo trì.
Hiện đại hóa trên nền tảng hiện hữu đang vượt ra ngoài việc thay thế phần cứng
Các dự án cải tạo trên nền tảng hiện hữu theo phương thức truyền thống thường tuân theo một mô hình đơn giản: xác định phần cứng lỗi thời, lập kế hoạch thay thế, chuyển đổi ứng dụng điều khiển và dừng quy trình trong một khoảng thời gian bảo trì đã xác định.
Cách tiếp cận đó vẫn có thể phù hợp, nhưng ngày càng khó được biện minh là chiến lược mặc định. Các nhà máy lâu năm chứa đựng nhiều năm kiến thức kỹ thuật, chuỗi điều khiển đã được kiểm chứng, thiết bị đo lường hiện trường, dữ liệu vận hành và thiết bị vẫn tiếp tục thực hiện đúng chức năng của chúng.
Thay thế mọi thứ chỉ vì một phần kiến trúc đã cũ có thể tạo ra những rủi ro kỹ thuật và thương mại không cần thiết.
Hướng đi thực tế hơn là hiện đại hóa có chọn lọc. Giữ lại những tài sản vẫn còn tạo ra giá trị, chỉ thay thế các thành phần bị hạn chế, và bổ sung các năng lực mới tại những nơi chúng mang lại lợi ích vận hành có thể đo lường.
Phần mềm đang trở thành lớp hiện đại hóa
Thay đổi quan trọng nhất là sự tách biệt ngày càng rõ giữa phần mềm tự động hóa và phần cứng vật lý thực thi phần mềm đó.
Tự động hóa được định nghĩa bằng phần mềm cho phép các ứng dụng điều khiển, công cụ kỹ thuật, dịch vụ dữ liệu và chức năng truyền thông phát triển độc lập hơn với từng nền tảng bộ điều khiển. Điều này tạo thêm sự linh hoạt khi các nhà máy cần tích hợp thiết bị mới hoặc mở rộng hệ thống hiện có.
Đối với các môi trường cải tạo trên nền tảng hiện hữu, sự khác biệt này có ý nghĩa đáng kể.
Một nhà máy không nên phải thiết kế lại toàn bộ kiến trúc điều khiển mỗi khi một bộ điều khiển kết thúc vòng đời. Thay vào đó, kiến trúc lấy phần mềm làm trung tâm có thể cung cấp một lớp trung gian giữa thiết bị hiện có và các công nghệ tự động hóa mới hơn.
Đây là điểm mà các nền tảng như Schneider Electric EcoStruxure Automation Expert thể hiện một định hướng kiến trúc quan trọng. Tính độc lập với phần cứng có thể cho phép các ứng dụng điều khiển hoạt động trên nhiều môi trường máy tính và tự động hóa khác nhau, đồng thời hỗ trợ khả năng tương tác giữa các hệ thống.
Khả năng tương tác quan trọng hơn việc thay thế
Một trong những lập luận thuyết phục nhất cho tự động hóa được định nghĩa bằng phần mềm là phương pháp này chuyển mục tiêu từ thay thế sang tích hợp.
Các hệ thống DCS, PLC, SCADA, I/O từ xa, bộ truyền động, thiết bị đo lường và mạng công nghiệp hiện có thường là kết quả của khoản đầu tư kỹ thuật đáng kể. Chúng cũng chứa kiến thức vận hành không thể đơn giản được tái tạo chỉ bằng cách lắp đặt phần cứng mới.
Do đó, một lớp tự động hóa hiện đại nên giao tiếp với các hệ thống hiện hữu thay vì buộc chúng phải ngừng hoạt động.
Ví dụ, việc tích hợp với các môi trường DCS hiện hữu như Foxboro có thể tạo ra lộ trình để đưa vào các khả năng điều khiển, dữ liệu và phần mềm mới mà không cần ngay lập tức xây dựng lại toàn bộ hạ tầng điều khiển quy trình.
Theo đánh giá của tôi, nguyên tắc về khả năng tương tác này sẽ trở thành một trong những tiêu chí lựa chọn quan trọng nhất đối với các dự án cải tạo trong tương lai. Câu hỏi không chỉ nên là "Nền tảng này có thể điều khiển những gì?" mà còn phải là "Nền tảng này có thể hoạt động cùng những hệ thống hiện có nào?"
Hiện đại hóa từng bước giúp giảm mức độ rủi ro của dự án
Các dự án thay thế tự động hóa quy mô lớn tập trung rủi ro kỹ thuật và vận hành vào một chương trình duy nhất. Sai sót kỹ thuật, vấn đề chuyển đổi, chậm trễ chạy thử và các điều kiện bất ngờ tại hiện trường đều có thể đồng thời ảnh hưởng đến sản xuất.
Hiện đại hóa từng bước giúp phân bổ rủi ro đó.
Nhà vận hành có thể bắt đầu với một khu vực sản xuất được xác định rõ, một chức năng điều khiển cụ thể, một yêu cầu tích hợp dữ liệu hoặc một nhóm phần cứng lỗi thời. Sau khi kiến trúc mới được thẩm định, cùng một phương pháp kỹ thuật có thể được mở rộng dần.
Mô hình này cũng mang lại một lộ trình thực tế hơn cho các nhà máy có ít cơ hội dừng hoạt động.
Lợi thế thương mại cũng đáng kể không kém. Hiện đại hóa trở thành một chuỗi các khoản đầu tư được kiểm soát thay vì một dự án vốn lớn duy nhất. Vì vậy, các nhà máy có thể ưu tiên cải tiến theo yêu cầu sản xuất, tình trạng tài sản và giá trị vận hành có thể đo lường.
Môi trường kỹ thuật mới đòi hỏi những kỹ năng khác
Tự động hóa do phần mềm định nghĩa cũng đang thay đổi hồ sơ năng lực của kỹ sư tự động hóa.
Chuyên môn tự động hóa truyền thống vẫn cần thiết, đặc biệt trong điều khiển quy trình, đo lường, lập trình PLC, kỹ thuật DCS, an toàn chức năng và chạy thử. Tuy nhiên, những kỹ năng này ngày càng cần được kết hợp với mạng công nghiệp, an ninh mạng, kiến trúc phần mềm, quản lý dữ liệu và tích hợp IT-OT.
Kỹ sư hiểu cả quy trình vật lý lẫn kiến trúc số của quy trình đó sẽ có lợi thế đáng kể.
Điều này không có nghĩa là mọi kỹ sư tự động hóa đều phải trở thành nhà phát triển phần mềm. Điều đó có nghĩa là kỹ thuật tự động hóa ngày càng đòi hỏi sự hiểu biết về cách các ứng dụng điều khiển trao đổi thông tin, cách các hệ thống giao tiếp và cách các dịch vụ số tương tác với công nghệ vận hành.
Kiến trúc mở có thể kéo dài giá trị tài sản
Các tiêu chuẩn mở và giao diện có khả năng tương tác cũng có thể thay đổi cách các tổ chức nhìn nhận việc quản lý vòng đời tài sản.
Trong lịch sử, vòng đời của một hệ thống tự động hóa gắn chặt với vòng đời của phần cứng bộ điều khiển. Các kiến trúc do phần mềm định nghĩa có thể làm giảm sự phụ thuộc đó bằng cách cho phép các ứng dụng và dịch vụ phát triển độc lập.
Điều đó có thể kéo dài giá trị thực tiễn của các tài sản hiện có.
Tuy nhiên, không nên xem tính mở là sự bảo đảm tự động cho chi phí thấp hơn hoặc rủi ro thấp hơn. Việc tích hợp vẫn đòi hỏi kiến trúc có kỷ luật, các biện pháp kiểm soát an ninh mạng, quản lý phiên bản, kiểm thử, tài liệu hóa và lập kế hoạch vòng đời.
Một kiến trúc mở về mặt kỹ thuật có thể trở nên khó bảo trì nếu thiếu những nguyên tắc kỹ thuật đó.
Sự hội tụ IT-OT cần kỷ luật kỹ thuật
Sự hội tụ giữa công nghệ thông tin và công nghệ vận hành tạo ra những cơ hội đáng kể cho các cơ sở brownfield. Dữ liệu sản xuất ngày càng có thể được truyền từ các hệ thống điều khiển vào các hệ thống lưu trữ lịch sử, nền tảng phân tích, ứng dụng doanh nghiệp và các dịch vụ dựa trên đám mây.
Tuy nhiên, không nên triển khai kết nối chỉ đơn giản vì công nghệ cho phép điều đó.
Mạng công nghiệp có các yêu cầu khác với môi trường doanh nghiệp thông thường về tính sẵn sàng, độ trễ, an toàn và an ninh mạng. Vì vậy, mọi chiến lược tích hợp IT-OT phải duy trì tính tất định của hệ thống điều khiển, phân đoạn mạng, kiểm soát truy cập và tính liên tục trong vận hành.
Từ góc độ kỹ thuật, mục tiêu đúng đắn không phải là kết nối tối đa. Mà là kết nối có kiểm soát, với mục đích vận hành được xác định rõ ràng.
Tự động hóa brownfield sẽ ngày càng thiên về phần mềm
Định hướng dài hạn đã rõ ràng: tự động hóa brownfield sẽ ngày càng kết hợp phần cứng công nghiệp hiện hữu với điều khiển được định nghĩa bằng phần mềm, truyền thông có khả năng tương tác, các dịch vụ dữ liệu và tài nguyên điện toán phân tán.
Điều này không có nghĩa là các hệ thống cũ sẽ biến mất.
Thay vào đó, nhiều nhà máy sẽ vận hành các kiến trúc lai, trong đó thiết bị điều khiển đã được kiểm chứng tiếp tục thực hiện các chức năng cốt lõi, còn các lớp phần mềm mới hơn cung cấp thêm khả năng phân tích thông minh, tích hợp, chẩn đoán và linh hoạt trong kỹ thuật.
Cách tiếp cận này đặc biệt phù hợp với các ngành công nghiệp quy trình liên tục, nơi việc gián đoạn sản xuất có thể gây ra những hậu quả tài chính đáng kể.
Quan điểm của tôi: Hiện đại hóa nên được thiết kế dựa trên tính liên tục
Theo tôi, chiến lược brownfield hiệu quả nhất không phải là khiến nhà máy trông như mới. Mà là giúp nhà máy dễ phát triển hơn.
Sự khác biệt đó rất quan trọng.
Một dự án hiện đại hóa thành công nên duy trì hành vi quy trình đã được kiểm chứng, giảm sự phụ thuộc không cần thiết vào phần cứng, cải thiện khả năng tiếp cận thông tin vận hành và tạo ra một lộ trình có kiểm soát hướng tới các công nghệ tương lai.
Vì vậy, những kiến trúc tối ưu sẽ linh hoạt mà không trở nên phức tạp một cách không cần thiết. Chúng vẫn có khả năng tương tác mà không phải hy sinh an ninh mạng. Quan trọng nhất, chúng cho phép các kỹ sư đưa vào những năng lực mới mà không phải liên tục xây dựng lại nền tảng bên dưới.
Tương lai của tự động hóa brownfield không phải là sự cắt đứt hoàn toàn với quá khứ. Đó là một quá trình chuyển đổi có kiểm soát, trong đó các tài sản công nghiệp hiện hữu trở thành một phần của kiến trúc tự động hóa thiên về phần mềm hơn, có khả năng tương tác và liên tục phát triển.
