Zjednodušeně řečeno, výrazem inteligentní továrna se označuje koncept digitálně transformované továrny nebo skladu. Jde o kyberneticko-fyzikální ekosystém vzájemně komunikujících virtualizovaných a fyzických prostředků, lidí a procesů, který tvoří výrobní platformu tzv. Průmyslu 4.0.
Od technologií 5G se očekává, že inteligentní továrně umožní zavádět nová bezdrátová řešení založená na revolučních datově komunikačních schopnostech, to zahrnuje technologie:
- vysoce spolehlivá komunikace s velmi nízkou latencí (URLLC),
- zdokonalené vysokorychlostní mobilní datové připojení (eMBB),
- rozsáhlá automatizovaná komunikace mezi stroji (mMTC).
Jedním z očekávaných zásadních přínosů 5G je nová úroveň flexibility ve výrobním provozu inteligentní továrny, kde bude rostoucí počet mobilních autonomních robotů a vozidel různých druhů moci bezpečně operovat vedle lidí. Očekává se také, že technologie 5G umožní snadné přemísťování zařízení a nástrojů, a tedy dynamické změny uspořádání výrobních linek při zachování bezdrátové konektivity průmyslové třídy u strojů i pracovníků ve výrobním provozu. Dalším očekávaným efektem je přechod od dnešních statických modelů výroby k vysoce dynamickým a softwarově definovaným modelům.
5G znamená více než mobilní síť nové generace
Inteligentní továrně sice technologie 5G nabídnou nové revoluční možnosti, ale obecně budou mít podstatně širší a výraznější dopady. Nejde totiž o pouhý další krok ve vývoji mobilních komunikací, ale o revoluci v bezdrátových komunikacích, které jsou stále větší měrou softwarově definované a hyperkonvergované, od rádiové části přes páteřní síť až po cloud.
Virtualizace mobilní síťové infrastruktury otevírá nové možnosti, jak zakomponovávat síťové funkce do specifických služeb pro softwarově definované pracovní zátěže. Patnácté vydání standardu 3GPP 5G zavádí standard Standalone (SA) 5G-NR pro samostatné mobilní 5G sítě, který umožňuje skutečnou revoluci – vznik zcela samostatných mobilních sítí páté generace. Celou mobilní síťovou infrastrukturu od rádiové části po páteřní síť lze dynamicky konfigurovat a poskytovat dedikované síťové služby s různými garantovanými parametry pro specifické účely.
5G také podporuje hyperkonvergenci mobilní sítě, kde výpočetní prostředky a úložiště spolu s vícepřístupovým edge computingem (MEC) umožní dynamickou distribuci a spouštění výpočetních pracovních zátěží, jako jsou umělá inteligence nebo renderování digitálního obsahu na okraji bezdrátové sítě a na koncových zařízeních, např. brýlích pro rozšířenou realitu (AR) nebo bránách internetu věcí (IoT). Digitální infrastruktura inteligentní továrny může podporovat nové distribuované výpočetní architektury a implementace, které lze inteligentně přizpůsobovat podle rychle se měnících požadavků na výrobu. Například systém strojového učení lze nasadit tam, kde to z hlediska využití jeho výstupů dává největší ekonomický a technický smysl – na okraji sítě nebo na koncovém zařízení.
5G: Klíčový předpoklad pro inteligentní továrnu
Sítě 5G přicházejí v nejlepší možnou dobu, aby pomohly inteligentním továrnám využít nové možnosti bezdrátové komunikace, které posunou provozní přizpůsobivost a akceschopnost na novou úroveň. 5G dnes známe v kontextu veřejných mobilních sítí provozovaných operátory, ale 16. vydání standardu 3GPP 5G bude obsahovat podporu pro privátní sítě využívající licencované, volné a sdílené spektrum. Proč je to důležité?
Protože se tak dostanou technologie 5G do rukou průmyslových podniků, které je budou moci využít k posílení a rozšíření svých privátních nebo hostovaných průmyslových sítí o komunikační infrastrukturu, technologie a služby operátorské třídy.
Sítě operátorské třídy samy o sobě inteligentní továrně přinášejí vysokou spolehlivost (s dostupností 99,999 %), ale aplikace koordinovaného mnohabodového vysílání a příjmu (CoMP) u sítí 5G-NR může nabídnout uvedenou míru dostupnosti spolu s mimořádně nízkou latencí (v řádu milisekund) prostřednictvím malých buněk vhodně uspořádaných v provozních prostorách.
5G verze 16 standardu 3GPP bude obsahovat také podporu časově citlivých sítí (TSN). Síť 5G tak inteligentní továrně poskytne výkon, spolehlivost a deterministickou síťovou komunikaci vzduchem srovnatelnou s metalickým průmyslovým Ethernetem, který se užívá k propojení zařízení v průmyslových provozech dnes. Výrobci komunikačních technologií usilovně pracují na uvedení takových možností do praxe, jak předvedli na loňském veletrhu průmyslových technologií v Hannoveru.
Dnešní průmyslové podniky představují složitá a vnitřně nesourodá prostředí, kde dochází k řadě problémů s interoperabilitou technologií, které omezují flexibilitu, akceschopnost a rozšiřitelnost. Síťová infrastruktura 5G je díky novým standardům a digitálním schopnostem ideální jako univerzální služba pro připojení a propojení existujících i budoucích zařízení. 5G bude podporovat řadu funkcí pro interoperabilitu sítí, jako jsou koexistence Wi-Fi, konvergence metalických a bezdrátových sítí s podporou Ethernetu nebo kontinuita vícepřístupových seancí. Bude také podporovat různé komunikační a přístupové protokoly internetu věcí pro nízkovýkonové systémy inteligentních továren, např. NB-IoT nebo LTE-M.
Zavádění bezdrátové a mobilní komunikace v inteligentních továrnách s sebou nese nové problémy týkající se kybernetické bezpečnosti – připojený je větší počet zařízení, systémy jsou provázanější a více procesů je definovaných softwarově. 5G zahrnuje celou řadu osvědčených i nově vznikajících bezpečnostních technologií a technologií pro zajištění důvěry, kterými lze zabezpečit digitální prostředí inteligentní továrny. Operátorské technologie jako vestavěná SIM (eSIM) a Soft SIM umožňují důvěryhodné připojení, správu a monitoring podstatně širšího spektra zařízení průmyslového internetu věcí v celulárních sítích. Objevují se i zdvojené rámce důvěry založené na technologii blockchain, které poskytují dodatečné zabezpečení zařízení připojených k podnikové síti 5G a důvěryhodný přístup k digitálním prostředkům v těchto zařízeních včetně dat a aplikací.
Jaký je přínos pro manažery?
Inteligentní továrna a inteligentní sklad jsou kyberneticko-fyzikální systémy, které vyžadují digitální infrastrukturu operátorské třídy, jež bude spolehlivá, interoperabilní, škálovatelná, odolná a softwarově modernizovatelná.
Jedině taková bezdrátová infrastruktura umožní realizovat vizi dynamického průmyslového provozu, u něhož lze snadno měnit uspořádání podle aktuálních potřeb. Průmyslové podniky mají příležitost se svézt na vlně 5G, která bude do jejich provozů přinášet nepřetržitý příliv telekomunikačních inovací.
Autor je zakladatel poradenské agentury neXt Curve.
