Leuze ve Microsoft ortaklığı, BCL 300i barkod okuyucunun işleyiş prensibine dayanan ve veriyi doğrudan Azure Cloud’a ve tekrar sensöre yollayabilen Endüstri 4.0 özellikli bir sensör çözümü geliştirmiştir.
Endüstri 4.0 bir haberleşme arayüzü müdür?
Akıllı ve standartlaştırılmış veri arayüzü, yüksek veri anlaşılabilirliğinin sağlanmasında bir ön koşuldur ve dolayısıyla Endüstri 4.0 için bir temel gerekliliktir. Arayüz tek başına yeterli değildir ancak Endüstri 4.0 sistemlerinin uygulanabilirliği sürecinde gereklidir. Endüstri 4.0 platformunun RAMI 4.0 referans mimarisi, endüstrinin temsili bir modelini sağlamaktadır.
Endüstri 4.0 bileşenlerinin özellikleri RAMI modelinde üç farklı boyutta betimlenmiştir: aslında bir bakıma ürünün yaşam döngüsü tespit edilmektedir – bu bağlamda üretim verisi, veri föyleri, yapılandırma verisi gibi ürünle ilgili bilgiler toplanmaktadır. Bir sonraki adımda ise sistemin işleyiş hiyerarşisi kayıt altına alınır. Bu da prensip olarak bilindik otomasyon piramidine benzer ve Saha seviyesinin altındaki Ürünöğesi ve Şirket seviyesinin üstündeki Bağlı Dünyaöğesi ile genişletilir. Üçüncü adımda tanımlanan ise IT’nin bir temsilidir.
Endüstri 4.0 bileşenleri, RAMI 4.0 modelini kullanarak izah edilebilir olmalıdır. Yani bu da bir sensörün (saha cihazı) Endüstri 4.0 bileşeni olarak kullanılması durumunda tüm IT seviyeleri arasında iletişimi sağlaması gerektiği anlamına gelir. Bu, klasik endüstriyel haberleşme arayüzüne sahip bir sensör için mümkün değildir fakat bu arayüzler yalnızca kontrol ile iletişim kurdukları için herhangi bir veriyi üst IT seviyelerine geçirmezler.
M2M haberleşme sisteminde geleceğin standardı olarak OPC UA
Klasik endüstriyel haberleşme arayüzlerinin aksine, OPC UA haberleşme modeli ile genişletilmiş olan bir arayüz, RAMI modelinin daha üst IT seviyelerine veri iletebilir. “Açık Platform Haberleşme” ile ilgili OPC standardı, bir dizi endüstriyel haberleşme standardından oluşur. Bu standart, “Süreç Denetimine Yönelik OKE” adı altında SCADA ve HMI sistemlerine sahip çeşitli üreticilerin aktüator ve sensörlerinin süreç verisi alışverişlerinin sağlanabilmesi amacıyla 1994-1996 yılları arasında geliştirilmiştir. OPC ise, Microsoft’un OLE, COM ve DCOM teknolojilerine dayanmaktadır. OPC UA içerisindeki UA “Tümleşik Mimari” demektir ve OPC’nin kilometre taşı niteliğindedir. Orijinal UPC teknolojisinin aksine OPC UA, çok platformlu bir uygulamadır ve artık Windows platformları ile sınırlı değildir. Diğer yerlerin yanı sıra, gömülü sistemlerde de kullanılabilir ve böylece sensörlere de uygulanmaktadır. Ayrıca OPC UA haberleşme modeli, Ethernet tabanlı endüstriyel haberleşme arayüzleri üzerinden Profinet ya da Ethercat gibi klasik protokollerin yanında çalıştırılabilir.
OPC UA; kimlik denetimi, yetkilendirme, şifreleme, imza ve verinin bütünlüğünden oluşan bir güvenlik uygulamasına sahiptir. OPC UA, endüstriyel çevrelerde genellikle kullanılan haberleşme yöntemlerinin aksine, güvenli haberleşmeye olanak sağlar. Otomasyon piramidinin saha seviyesinde bulunan OPC UA, aşağıdaki iki farklı mekanizma üzerinden iletişim kurabilir: ya istemci/sunucu haberleşmesi ya da yayımcı prosesi. İstemci/sunucu haberleşmesi ile, veri kaynağına bir OPC UA sunucusu entegre edilebilir, örn; veri alıcısına veri yollayabilen bir sensör. Yayıncı süreciyle birlikte, veri kaynağına bir UPC UA yayımcısı entegre edilebilir. Bu da verinin çeşitli veri alıcıları tarafından alınmasına olanak sağlar. Eğer sistemde birden fazla veri kaynağı (sensör) var ise, veri alıcısı hangi verinin hangi yayımcıdan alınacağına karar verir. Böylece, alıcı tüm yayımcılardan gelen veriyi kabul etmek zorunda kalmaz. Bu süreci kullanarak, m veri kaynağı ile n veri alıcısı arasındaki iletişim sağlanır. Ayrıca bir veri bulutu, gereken bir veriyi doğrudan veri kaynağından alabilir. Aksi yöndeki haberleşme – buluttan sensöre doğru – ilerleyen zamanlarda mümkün olacaktır. Endüstri 4.0 uyumlu haberleşme gereksinimlerine göre, OPC UA otomasyon piramidinin katmanlarını sanal olarak “tünelleyebilir” ve veriyi RAMI modelinin daha üst seviyelerine iletebilir. Böylece bulut tabanlı ERP sistemiyle, çeşitli üreticilerin sensör ve aktüatorleri üzerinden, doğrudan standartlaştırılmış bir haberleşme sağlanır. Güvenli haberleşme sayesinde, halka açık kanallar aracılığıyla farklı sistemler arasında bile veri değişimi yapılabilir. Endüstri 4.0 ve IIoT, tüm sistem sınırları boyunca yakalama ve çalıştırma birimleri arasında yapılan veri değişimi anlamına geldiği için OPC UA Endüstri 4.0’ın önemli bir parçasıdır. Yukarıda bahsi geçen özellikler ile birlikte, bu – kendi perspektifimizden – makinelerin birbiri ile haberleşmesi (M2M) konusunda ileride oluşacak bir standart için en önemli adaylardan bir tanesidir.
Microsoft Azure Cloud
Verilerin bileşenler ile OPC UA haberleşmesi aracılığıyla sağlanması, Endüstri 4.0 uygulaması için tek başına yeterli değildir. Buluttan veri alımı yapmak için ilave mekanizmalar gerekmektedir. Bir sensörden buluta yapılan veri iletimi, telemetri olarak adlandırılır. Leuze Elektronic ve Microsoft, Endüstri 4.0 ağ geçidi gibi ek bileşenler olmadan telemetri verisi oluşturmak için bir işbirliğine girişmişlerdir, her iki şirketin de Nuremberg’de SPS/IPC/Drives 2016’da birlikte temsil edecekleri bu işbirliğinin ilk sonuçları şunlardır: Leuze Elektronic’in BLC 348i barkod okuyucusunun sensör verileri, OPC UA Yayımcı/Sürdürümcü Haberleşme Modeli (PSCM) aracılığıyla Microsoft şirketinden Azure IoT Hub’a iletilir. Kod türü ya da okuma sayısının yanı sıra hem süreç verisi hem de üstveri, barkod okuyucu tarafından OPC UA arayüzünün İleri Mesaj Dizisi Protokolü (AMQP) aracılığıyla Microsoft Azure Cloud’a iletilir. Bu veriler, IoT hub tarafından burada kaydedilir ve Azure Cloud Hizmetleri tarafından analiz ve görselleştirme için kullanılabilir.
Leuze Elektronic ve Microsoft işbirliği
Microsoft, Azure Cloud ile birlikte, bulut hizmetlerinin önde gelen tedarikçilerinden bir tanesi haline geldi. Azure Cloud, kullanıcı için çok sayıda bulut uygulaması sunar. Bu hizmetler, kullanıcı tarafından yeniden ölçeklendirilerek(hyperscale) dünyanın her yerinden erişilebilir hale getirilebilir. Microsoft, şu anda ilk defa olmak üzere gömülü cihazlar için röle/aracı haberleşme imkanları sunmaktadır. Bu özellik artık Leuze Elektronic’in BCL 348i barkod okuyucusuna entegre edilmiştir. Bu haberleşme ile birlikte, gömülü bir cihaz Azure Cloud’dan denetlenebilir ve yapılan iş de “komuta/denetim işlevi” olarak adlandırılır. BCL 348i barkod okuyucusunu örnek olarak alalım; Leuze Elektronic, bir cihazın başka bir ağ geçidine ihtiyaç duymadan en düşük RAMI seviyesindeki bir buluttan nasıl adreslendiğini gösterecektir. Leuze Elektronic’in barkod okuyucusunun okuma geçidinin Azure Cloud aracılığıyla dünyanın her yerinden nasıl denetlenebileceği açık bir şekilde gösterilecektir.
“Big data” bağlamında ise diğer bir uygulama çalışması büyük önem taşımakta. IoT hub tarafından kaydedilen sensör verileri, daha önceden belirlenmiş kriterlere ve Endüstri 4.0 sistemi genelindeki tetikleyici durumlara göre bulutun güçlü analiz araçları ile analiz edilebilir. Leuze Elektronic, Nuremberg’teki SPS/IPC/Drives’da grafik sunumuna ek olarak, Azure Cloud’da oluşan ve kullanıcıya gönderilen bir mesaj ile sonuçlanan, hatalı veri yorumlamalarının/okumaların bir değerlendirmesini örnek vaka incelemesi olarak sunacaktır: bina 7A, stand 230.
İşbirliğine yönelik uygulamalar, uygulama odaklı kullanım örnekleri ve yenilikçi Endüstri 4.0 özelliği olan çözüm ve ürünleri geliştiren Leuze Elektronic, Endüstri 4.0 teknolojisine yön veren bir pozisyonda olmasını, yeni iş modelleri için bir fırsat olarak görmektedir.
