Компания TSN меняет ландшафт промышленной робототехники
Сеть с гарантией времени доставки (TSN) помогает системным интеграторам и конечным пользователям повысить детерминированность и надежность передачи данных. Этот материал был первоначально опубликован в выпуске InTech Focus: Systems Integration 2022.
Рынок робототехники в настоящее время оценивается более чем в 16 миллиардов долларов и растет со скоростью более 14% в год. Традиционные сферы применения связаны с заменой рутинных операций. Роботов программируют на выполнение одной или серии задач в отдельной рабочей ячейке, например, для сборки, покраски или сварки. Это одни из самых простых в программировании и эксплуатации задач.
По мере того как роботы доказывают свою эффективность, они берут на себя более сложные задачи, традиционно выполнявшиеся человеком. Например, операции «взять-положить» и сборку, где исходное и конечное положение объектов часто меняется. Изначально роботы внедрялись в высокодоходных отраслях, где можно было оправдать их высокую стоимость, интеграцию и настройку, например, в электронной промышленности. Сейчас снижаются затраты на самих роботов, их конфигурацию и долгосрочное обслуживание, что стимулирует их внедрение в сегментах с меньшей маржой, таких как сортировка и упаковка пищевых продуктов.
В условиях этих ценозависимых рынков сохраняется давление с целью снижения общих затрат на приобретение, установку и обслуживание роботов. Это стимулирует несколько ключевых трендов: улучшение коммуникаций, конфигурации и координации роботов.
Коммуникации в робототехнике
Коммуникации в робототехнике должны становиться более гибкими и работать в реальном времени. Сегодня многие приложения роботов основаны на заранее запрограммированных движениях. Это простейший случай, где связь не требуется. На другом конце спектра — совместная работа нескольких роботов в ограниченном пространстве, требующая скоординированных движений и предотвращения столкновений. Для таких задач необходимы коммуникации, позволяющие передавать команды позиционирования и выигрывающие от максимальной производительности.
Подобно системам управления роботами, промышленные сети также предлагают разный уровень возможностей. По мере роста удаленного контроля и координации с помощью камер и симуляций, передовые коммуникационные решения становятся необходимостью. Сегодня Ethernet с функцией TSN (Time-Sensitive Networking) — это передовой край промышленных коммуникаций. TSN (Рис. 1) — это инновационная технология Ethernet, определенная стандартом IEEE 802.1 и работающая на 2-м уровне модели OSI.
Она быстро доказывает свою ключевую роль в будущем «подключенных» производств благодаря уникальной способности обеспечивать конвергенцию на уровне цеха, а также между мирами информационных (IT) и операционных технологий (OT). Ее важность признается многими секторами, требующими решений с поддержкой TSN. Производителям роботов стоит задуматься о своевременности внедрения TSN. Фактически, есть веские причины действовать уже сейчас. Внедрение этой технологии в продукты — верный шаг для повышения конкурентоспособности и доли рынка.
Многие предприятия находятся в процессе цифровой трансформации, и для специалистов по автоматизации критически важно поддерживать их современными решениями. Тем, кто сомневается, можно провести параллель между TSN и технологией мобильной связи, которая быстро эволюционировала от 2G к 3G, 4G и 5G. Конкурентоспособные производители внедряли эти обновления по мере их появления, чтобы удовлетворять рыночный спрос. Большинство экспертов сходятся во мнении, что любая технология постоянно развивается. Поэтому стратегия ожидания ее «завершенности» обречена на провал и ведет к отставанию.
Роль TSN в промышленных сетях Ethernet
Внедряя TSN, компании должны учитывать ряд практических аспектов. Например, производителям оборудования важно понимать, как TSN влияет на поддержку существующих промышленных протоколов Ethernet. Ключевой момент: TSN призван улучшить стандартный Ethernet, работая только на 2-м уровне модели OSI. Он предназначен для совместной работы с различными протоколами и поддержки их конвергенции для улучшения взаимосвязи, позволяя разным типам трафика сосуществовать в одной сети.
В конечном счете, TSN — это лишь «трубопровод», поэтому промышленные протоколы Ethernet по-прежнему необходимы для решения специфических задач, таких как безопасность и управление движением. Производителям роботов важно понимать, что TSN не заменяет все промышленные сети. Вместо этого им следует использовать решения, которые поддерживают ключевые сценарии применения и одновременно предлагают преимущества конвергенции от TSN, такие как CC-Link IE TSN. Это первая открытая и широко поддерживаемая сетевая технология, которая сочетает гигабитную пропускную способность с функциями TSN.
Модернизация роботов и устройств управления
Выбрав ключевое решение для промышленных коммуникаций, компании должны рассмотреть способы модернизации своих продуктов. Доступная экосистема разработки зависит от выбранной технологии. Например, CC-Link IE TSN предлагает множество вариантов — как программных, так и аппаратных, — которые обеспечивают разную скорость внедрения TSN, производительность устройств и классы сертификации. Благодаря разнообразию методов разработки производители могут подобрать правильное техническое решение для конкретного продукта.
Например, программные стеки протоколов идеальны для быстрого внедрения CC-Link IE TSN, так как они позволяют модернизировать существующие продукты с минимальными затратами времени и средств на внутреннюю разработку. Они, как правило, переносимы и требуют минимальных изменений. Когда на первый план выходит производительность, лучше подходят аппаратные решения, такие как специализированные интегральные схемы (ASIC) или программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA), чтобы гарантировать соответствие CC-Link IE TSN.
В конечном счете, TSN, как и любая новая технология, будет меняться, но производители оборудования могут получить значительные преимущества, уже сейчас внедряя инновационные возможности. CC-Link IE TSN сегодня пользуется широким признанием, и его экосистема быстро растет. Используя эту открытую сетевую технологию, и производители устройств, и машиностроители могут быстро выйти на новые рынки, обеспечивая будущее своих бизнесов и операций своих клиентов.
Другие преимущества промышленных сетей на базе TSN
Хотя можно обеспечить надежность Ethernet в закрытых сетях, тщательно контролируя подключенные устройства, такие сети не способствуют непрерывному совершенствованию и цифровой трансформации. Использование коммуникаций Ethernet на базе TSN означает, что мы можем надежно объединить весь трафик — как IT, так и OT — на общей магистрали Ethernet.
Преимущества промышленных сетей на базе TSN включают:
Сочетание планирования трафика, приоритизации и большей пропускной способности обеспечивает надежную работу с более крупными и сложными приложениями, особенно на рынках управления движением и робототехники, что приводит к снижению затрат и повышению надежности.
Теперь пользователи могут применять IT-инструменты, такие как SNMP (Simple Network Management Protocol), для взаимодействия с OT-устройствами и управления ими, что улучшает понимание системы управления и повышает ее зависимость.
Первые решения в конце 2018 года были сосредоточены на высокопроизводительных приложениях от ограниченного числа поставщиков. Со временем все больше производителей устройств и инфраструктуры представили совместимые продукты, сформировав надежную экосистему решений на выбор.
Ethernet с TSN не обязательно должен стать единой магистралью для всех корпоративных коммуникаций. Более вероятно, что системные интеграторы и конечные пользователи будут внедрять «островки TSN», выделенные для конкретной машины или производственной линии, используя там высокопроизводительные, детерминированные и надежные коммуникации, при этом связывая эти сети с IT-инфраструктурой для более широкого доступа к информации. Это ключ к цифровой трансформации.
На рынке существует вопрос: с ростом числа поставщиков, использующих Ethernet с TSN, как обеспечить их совместимость и интероперабельность? Этот вопрос недавно был решен благодаря новой кросс-вендорной инициативе — TSN Industrial Automation Conformance Collaboration.
Это сотрудничество между Avnu Alliance, CC-Link Partner Association (CLPA), ODVA, OPC Foundation и PROFIBUS & PROFINET International (PI) создает единый общий план тестирования на соответствие профилю TSN для промышленной автоматизации IEC/IEEE 60802.
Улучшенные коммуникации роботов означают больше возможностей
По мере того как применение роботов становится более рентабельным, они будут брать на себя все более сложные человеческие функции. Это потребует большей сложности, координации систем машинного зрения с движением роботов и избегания столкновений. Производителям роботов потребуется тесно сотрудничать с новым классом компаний, специализирующихся на независимых системах управления, которые предлагают решения на основе камер для управления движениями, симуляции для планирования этих движений и быстрого перепрофилирования роботов с одной задачи на другую.
Один из ведущих поставщиков решений для автоматизации способствует такой межотраслевой интеграции, предлагая не только передовые коммуникации, такие как CC-Link IE TSN, но и партнерскую программу для стимулирования сотрудничества и вывода интегрированных решений на рынок робототехники. Эта программа, называемая e-F@ctory Alliance, объединяет поставщиков систем управления роботами и системных интеграторов, способных предоставлять такие комплексные решения.
По мере того как роботы доказывают свою эффективность, они берут на себя более сложные задачи, традиционно выполнявшиеся человеком. Например, операции «взять-положить» и сборку, где исходное и конечное положение объектов часто меняется. Изначально роботы внедрялись в высокодоходных отраслях, где можно было оправдать их высокую стоимость, интеграцию и настройку, например, в электронной промышленности. Сейчас снижаются затраты на самих роботов, их конфигурацию и долгосрочное обслуживание, что стимулирует их внедрение в сегментах с меньшей маржой, таких как сортировка и упаковка пищевых продуктов.
В условиях этих ценозависимых рынков сохраняется давление с целью снижения общих затрат на приобретение, установку и обслуживание роботов. Это стимулирует несколько ключевых трендов: улучшение коммуникаций, конфигурации и координации роботов.
Коммуникации в робототехнике
Коммуникации в робототехнике должны становиться более гибкими и работать в реальном времени. Сегодня многие приложения роботов основаны на заранее запрограммированных движениях. Это простейший случай, где связь не требуется. На другом конце спектра — совместная работа нескольких роботов в ограниченном пространстве, требующая скоординированных движений и предотвращения столкновений. Для таких задач необходимы коммуникации, позволяющие передавать команды позиционирования и выигрывающие от максимальной производительности.
Подобно системам управления роботами, промышленные сети также предлагают разный уровень возможностей. По мере роста удаленного контроля и координации с помощью камер и симуляций, передовые коммуникационные решения становятся необходимостью. Сегодня Ethernet с функцией TSN (Time-Sensitive Networking) — это передовой край промышленных коммуникаций. TSN (Рис. 1) — это инновационная технология Ethernet, определенная стандартом IEEE 802.1 и работающая на 2-м уровне модели OSI.
Она быстро доказывает свою ключевую роль в будущем «подключенных» производств благодаря уникальной способности обеспечивать конвергенцию на уровне цеха, а также между мирами информационных (IT) и операционных технологий (OT). Ее важность признается многими секторами, требующими решений с поддержкой TSN. Производителям роботов стоит задуматься о своевременности внедрения TSN. Фактически, есть веские причины действовать уже сейчас. Внедрение этой технологии в продукты — верный шаг для повышения конкурентоспособности и доли рынка.
Многие предприятия находятся в процессе цифровой трансформации, и для специалистов по автоматизации критически важно поддерживать их современными решениями. Тем, кто сомневается, можно провести параллель между TSN и технологией мобильной связи, которая быстро эволюционировала от 2G к 3G, 4G и 5G. Конкурентоспособные производители внедряли эти обновления по мере их появления, чтобы удовлетворять рыночный спрос. Большинство экспертов сходятся во мнении, что любая технология постоянно развивается. Поэтому стратегия ожидания ее «завершенности» обречена на провал и ведет к отставанию.
Роль TSN в промышленных сетях Ethernet
Внедряя TSN, компании должны учитывать ряд практических аспектов. Например, производителям оборудования важно понимать, как TSN влияет на поддержку существующих промышленных протоколов Ethernet. Ключевой момент: TSN призван улучшить стандартный Ethernet, работая только на 2-м уровне модели OSI. Он предназначен для совместной работы с различными протоколами и поддержки их конвергенции для улучшения взаимосвязи, позволяя разным типам трафика сосуществовать в одной сети.
В конечном счете, TSN — это лишь «трубопровод», поэтому промышленные протоколы Ethernet по-прежнему необходимы для решения специфических задач, таких как безопасность и управление движением. Производителям роботов важно понимать, что TSN не заменяет все промышленные сети. Вместо этого им следует использовать решения, которые поддерживают ключевые сценарии применения и одновременно предлагают преимущества конвергенции от TSN, такие как CC-Link IE TSN. Это первая открытая и широко поддерживаемая сетевая технология, которая сочетает гигабитную пропускную способность с функциями TSN.
Модернизация роботов и устройств управления
Выбрав ключевое решение для промышленных коммуникаций, компании должны рассмотреть способы модернизации своих продуктов. Доступная экосистема разработки зависит от выбранной технологии. Например, CC-Link IE TSN предлагает множество вариантов — как программных, так и аппаратных, — которые обеспечивают разную скорость внедрения TSN, производительность устройств и классы сертификации. Благодаря разнообразию методов разработки производители могут подобрать правильное техническое решение для конкретного продукта.
Например, программные стеки протоколов идеальны для быстрого внедрения CC-Link IE TSN, так как они позволяют модернизировать существующие продукты с минимальными затратами времени и средств на внутреннюю разработку. Они, как правило, переносимы и требуют минимальных изменений. Когда на первый план выходит производительность, лучше подходят аппаратные решения, такие как специализированные интегральные схемы (ASIC) или программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA), чтобы гарантировать соответствие CC-Link IE TSN.
В конечном счете, TSN, как и любая новая технология, будет меняться, но производители оборудования могут получить значительные преимущества, уже сейчас внедряя инновационные возможности. CC-Link IE TSN сегодня пользуется широким признанием, и его экосистема быстро растет. Используя эту открытую сетевую технологию, и производители устройств, и машиностроители могут быстро выйти на новые рынки, обеспечивая будущее своих бизнесов и операций своих клиентов.
Другие преимущества промышленных сетей на базе TSN
Хотя можно обеспечить надежность Ethernet в закрытых сетях, тщательно контролируя подключенные устройства, такие сети не способствуют непрерывному совершенствованию и цифровой трансформации. Использование коммуникаций Ethernet на базе TSN означает, что мы можем надежно объединить весь трафик — как IT, так и OT — на общей магистрали Ethernet.
Преимущества промышленных сетей на базе TSN включают:
- Доступ ко всем OT-устройствам из IT-сети.
- Повышенная производительность.
- Упрощенные архитектуры.
- Более легкая диагностика неисправностей.
- Снижение стоимости за счет новых продуктов и рыночной конкуренции.
Сочетание планирования трафика, приоритизации и большей пропускной способности обеспечивает надежную работу с более крупными и сложными приложениями, особенно на рынках управления движением и робототехники, что приводит к снижению затрат и повышению надежности.
Теперь пользователи могут применять IT-инструменты, такие как SNMP (Simple Network Management Protocol), для взаимодействия с OT-устройствами и управления ими, что улучшает понимание системы управления и повышает ее зависимость.
Первые решения в конце 2018 года были сосредоточены на высокопроизводительных приложениях от ограниченного числа поставщиков. Со временем все больше производителей устройств и инфраструктуры представили совместимые продукты, сформировав надежную экосистему решений на выбор.
Ethernet с TSN не обязательно должен стать единой магистралью для всех корпоративных коммуникаций. Более вероятно, что системные интеграторы и конечные пользователи будут внедрять «островки TSN», выделенные для конкретной машины или производственной линии, используя там высокопроизводительные, детерминированные и надежные коммуникации, при этом связывая эти сети с IT-инфраструктурой для более широкого доступа к информации. Это ключ к цифровой трансформации.
На рынке существует вопрос: с ростом числа поставщиков, использующих Ethernet с TSN, как обеспечить их совместимость и интероперабельность? Этот вопрос недавно был решен благодаря новой кросс-вендорной инициативе — TSN Industrial Automation Conformance Collaboration.
Это сотрудничество между Avnu Alliance, CC-Link Partner Association (CLPA), ODVA, OPC Foundation и PROFIBUS & PROFINET International (PI) создает единый общий план тестирования на соответствие профилю TSN для промышленной автоматизации IEC/IEEE 60802.
Улучшенные коммуникации роботов означают больше возможностей
По мере того как применение роботов становится более рентабельным, они будут брать на себя все более сложные человеческие функции. Это потребует большей сложности, координации систем машинного зрения с движением роботов и избегания столкновений. Производителям роботов потребуется тесно сотрудничать с новым классом компаний, специализирующихся на независимых системах управления, которые предлагают решения на основе камер для управления движениями, симуляции для планирования этих движений и быстрого перепрофилирования роботов с одной задачи на другую.
Один из ведущих поставщиков решений для автоматизации способствует такой межотраслевой интеграции, предлагая не только передовые коммуникации, такие как CC-Link IE TSN, но и партнерскую программу для стимулирования сотрудничества и вывода интегрированных решений на рынок робототехники. Эта программа, называемая e-F@ctory Alliance, объединяет поставщиков систем управления роботами и системных интеграторов, способных предоставлять такие комплексные решения.
© Использованы материалы с буржуйских интернет-ресурсов
