בקרה בעננים – מגמות בתחום ה-Cloud Computing והשפעתן על עולם הבקרה התעשייתית

מאת: שי גרשון, קונטאל
אחת לשנתיים מתקיימת בגני התערוכה בתל אביב תערוכת ״ישראכם״ המיועדת לתעשייה התהליכית בישראל. התערוכה מארחת אלפי משתתפים מתחום התעשיות התהליכיות המעוניינים להתעדכן בחידושים הטכנולוגים של החברות הגדולות בישראל ובעולם. בשבוע שעבר הוזמנתי להרצות בפני מושב מקצועי שהתקיים במסגרת התערוכה אותו אירגן איגוד ISA הישראלי. את נושא ההרצאה ״בקרה בעננים״ בחרתי לאחר שמארגן הכנס, מר אריק ברקאי מחברת טבע, דירבן אותי לבחור בנושא חדשני שטרם ניתנה עליו תשומת לב מספיקה.
וכך, בשבועות שקדמו אל הכנס, מצאתי עצמי קורא עוד ועוד חומרים ומאמרים מעניינים ברשת אודות המגמה המתעצמת של ארגונים ומוסדות, להעתיק את משאבי המחשוב שלהם אל מחוץ לארגון ולהתקשר בהסכמי שירות עם ספקיות המחשוב הגדולות בעולם.
ניסיתי לתהות ולהעריך האם ניתן להינות מהיתרונות  שטמונים בחובם שירותי מחשוב הענן  גם בעולמות הבקרה ורציפות הייצור בהם אנו עוסקים בקונטאל.
נחשפתי לכמויות חומרים אדירות המתארות שלל יתרונות אותן הצליחו להשיג ארגונים רבים בזכות הפרטת מערכי המחשוב שלהם לידיים מקצועיות זרות, חוץ ארגוניות. העובדה שחברות מחשוב הענן מספקות שירותי מחשוב בהיקפים נרחבים לארגונים רבים מאפשרת להן לבצע השקעות ולהקצות משאבים טכנולוגים לטובת מערכי המחשוב של הלקוחות שלהן ברמה גבוהה הרבה יותר מאשר מסוגל לספק כל ארגון וארגון בנפרד. וכך ארגונים המשתמשים היום בשירותי מחשוב הענן מצליחים על פי רב להינות מזמינות, יתירות, אמצעי אבטחת המידע, ואיכות שירותי מחשוב ברמה גבוהה יותר לעומת העבר. זוהי חובתן של ספקיות הענן לדאוג לרמות שירות אלו על מנת להבטיח את עצם המשך שיגשוגן העסקי. בכך הן נמדדות, ובכך הן נבדלות האחת מהשניה.

כמובן שלכך מצטרף המודל העסקי המועדף על ארגונים רבים: Pay AsYou Go – תשלום חודשי קבוע המותאם לצרכי המחשוב בפועל להם הארגון נדרש- התשלום מתבצע לפי כמויות הצריכה בפועל של משאבי המחשוב, תוך אפשרות להתאים בכל עת את משאבי המחשוב הנצרכים לצרכי הארגונים.

אז איך זה בעצם קרה ?

אין כאן חידוש טכנולוגי מהפכני, לא פטנט חדש, וגם לא מעשה גאונות שטרם נראה. המגמה “להרחיק” את השרתים מתוך
הארגון “החוצה” אל ספק חיצוני, התאפשרה הודות לשיפורים המתמידים בתשתיות התקשורת, במחירי תעבורת התקשורת שצנחו במהלך שני העשורים האחרונים.

anan1

הגרף מעלה מתאר את מחיר השוק הממוצע ששילם צרכן אמריקאי עבור מגה-ביט יחיד לשנייה משנת 1998 ועד לימנו אנו. המגמה ברורה. ואודות לירידת המחירים ורוחב הפס הגדל – מגבלת המקום הוסרה. וכך במהלך השנים האחרונות הושקעו משאבים רבים בהקמה ופיתוח של תשתיות מחשוב ענן של הספקיות השונות.

קיימים מספר מודלים עסקיים להתקשרות עם ספק מחשוב ענן, כשהנפוצים שבהם מאפשרים לארגונים לרכוש חבילות שירות שונות החל מתשתיות בסיסיות, מערכות הפעלה, בסיסי נתונים, ועד לאפליצקיה שלמה המסופקת כשירות.

anan2
מודלי שירות בענן (מקור: NIST)

 

באיור מעלה מתוארים ההבדלים בין המודלים העסקיים השונים והבסיסיים המקובלים בתחום מערכות מחשוב ענן. בעוד שבעמודה השמאלית ניתנים כל שירותי המחשוב והתוכנה על ידי הארגון עצמו, בעמודה הימנית ביותר SAAS – Software As A Service- מסופקים כל מרכיבי הפתרון על ידי ספק השירות. לעומת זאת מקובל היום בארגונים להשתמש במודלים האמצעיים – IAAS- Infrastructure As A Service – מודל בסיסי בו ניתנים כשירות רק “הברזלים” – השרתים, מערכי האיחסון, שירותי הרשת, ומערכות הוירטואליזציה. מודל רחב יותר הוא מודל ה- PAAS – Platform As A Service בו ניתנת כל הפלטפורמה, ובנוסף לשירותי התשתית מסופקות גם מערכות הפעלה, בסיסי הנתונים , ושירותי תוכנה משלימים הנדרשים לאפליקציה. במודל זה הארגון נדרש לדאוג רק לאפליקציה והנתונים הנדרשים לה, כל יתר תשתיות המחשוב יסופקו על ידי ספק הענן.

שחקנים

anan3לא כל יום אנו נתקלים בשחקן כל כך משמעותי המחזיק ב-90% מנתח השוק בארה”ב. חברת אמזון היא השחקן הגדול בעולם בתחום אספקת שירותי מחשוב ענן, ועל פי תחזיות אנליסטים היא צפויה לגלגל מחזור של 3.8 מלאירד דולר בשנת 2013 בתחום זה בלבד ולצמוח ל- 8.8 מליארד בשנת 2015. חברת מיקרוסופט הכריזה בחודש שעבר על השירות המתחרה Windows Azure המתיימר לנגוס בפלח השוק של אמזון בתחום. שירותי מחשוב הענן של אמזון, המוכרים בשם AWS – מאפשרים באמצעות ממשק ידידותי להקים תשתיות מחשוב בלחיצת כפתור ובעלות התחלתית של כ- 2 דולר ליום עבור שרת Windows 2012. שירותי האחסון של אמזון “S3” מבטיחים זמינות של 99.99%, ועלות אחסון של 1 GB הינה 5-10 סנטים בחודש (בהתאם לכמות השימוש). השירותים ניתנים באופן פשוט וקל דרך ממשק ניהול ידידותי, והופכים את חווית הקמת מערך שרתים חדש למשימה פשוטה ללא צורך במומחי IT, תוך מתן אפשרויות ללקוח להגדיר שירותים מתקדמים יותר כמו DRP, CLUSTER, VPN ועוד.

מכון המחקר והייעוץ גרטנר, המוביל בתחומו בעולם ה-IT, פירסם בחודש מרץ 2013 מאמר לפיו מודל השירות המסורתי ייעלם עד שנת 2015 – תוכנה, תשתית ופלטפורמה – יינתנו כולם כשירות.

על בקרה ועננים

לאור התנופה האדריה של הטמעת מערכות מחשוב בענן, נשאלת השאלה כיצד צפויות מגמות אלו להשפיע על עולמות האוטומציה והבקרה בהם אנו פועלים.

מערכות הבקרה והאוטומציה מופקדות על בקרת התהליכים של המכונות וקווי הייצור. הדרישות הבסיסיות ממערכות הבקרה הינן למקסימום זמינות, אמינות, איכות, ומהירות – על מנת לנצל באופן היעיל ביותר את משאבי הייצור של הארגון. זאת כמובן תוך הקפדה ושמירה על בטחון תפעולי וחסיון המידע הרגיש העשוי להימצא במערכים אלו. מזה למעלה משלושה עשורים מבוצעות הבקרות הללו באמצעות בקרים מתוכנתים ייעודיים PLCs- הנותנים מענה מעולה לדרישות הייחודיות של הארגונים בתחום הבקרה והמותאמים לעבודה בסביבה תעשייתית רועשת. באופן המקובל – מה שמבדיל ומייחד את מערכות הבקרה ממערכות משובצות מחשב הינה האמינות. הרי הארגון לא ירצה לסמוך את ידיו על שרת או מחשב PC עם מערכת הפעלה ותוכנה להן יציבות מוגבלת וזמינות Up Time נמוכה בהשוואה לבקרים המתוכנתים. עצירה של מתקן ייצור עשויה להסב נזקים כלכליים גדולים ועל כן פותחו מערכות חומרה ייעודיות על גביהן ממומשת הלוגיקה התפעולית של מערכי הייצור.

למרות שהאינטואיציה בקרב מהנדסי הבקרה הינה לשלול מכל וכל אפשרות למפגש כלשהו בין מחשוב הענן לבין עולם הבקרה המסורתי – שאלתי האם אכן אלו הם שני מסלולים נפרדים שלא יפגשו ? אני מבקש להציג במאמר זה חשיבה אחרת. הרי ספקיות מחשוב הענן נמדדות בזמינות המערכות שלהן, הרי הן משקיעות משאבים רבים באבטחת תשתיות המחשוב, הרי יש להן כוח רב יותר בביצוע ההשקעות הללו מאשר לכל ארגון וארגון בנפרד – ובזכות כך מערכי המחשוב שלהן הופכים ליציבים יותר ויותר, ומאובטחים לא פחות. קווי התמסורת גדלים בהתמדה וספקיות התקשורות משפרות בהתמדה את זמינות קווי התקשורת שלהן. וכך-  הכוחות שהניעו את הארגונים לחפש אחרי פתורנות חומרה ייעודיים – בקרים מתוכנתים – הם אותם כוחות למעשה שמניעים את ספקיות מחשוב הענן לשפר את המערכים שלהן ולאפשר רמת שירות ושרידות גבוהה. ההערכה שלי כי בזכות כך ניתן יהיה ליישם בעתיד הלא רחוק מערכות בקרה מבוססות בקר בענן.

PLC As A Service

מזה שנים ארוכות מאפשרות יצרניות הבקרה המובילות דוגמאת Rockwell Automation אפשרות להתקין את מערכת הבקרה שלהן על מחשב או שרת – תוך שימוש בכל אותם כלי התכנות והפונקציות הניתנות למימוש באמצעות הבקר המסורתי. עד היום לא זכה הבקר התוכנתי מבוסס המחשב, ה- SoftLogix לעדנה למרות שהיצרן מאפשר לעשות שימוש באותו כלי פיתוח תוכנה עוצמתי RSLogix 5000  המשמש לפיתוח תוכנה עבור בקרים מסורתיים, מבוססי חומרה, מסדרת Logix. אנו בקונטאל אף פעם לא סיפקנו פתרון ללקוח באמצעות בקר-תוכנה זה. ושוב – זאת עקב רמת אמינות פחותה של מערכי המחשוב בהשוואה לזמינות הגבוהה של בקר ה- PLC המסורתיים. בעתיד,  במידה ויותקן ה-SoftLogix על תשתית מחשוב ותקשורת בעלות רמות אמינות וזמינות גבוהות יותר שיסופקו על ידי ספקיות הענן – נוכל לבחון אפשרות לעשות שימוש בבקר בעננים.

Historian As A Service

אם בקר בעננים נשמע כמו חזון רחוק, ניתן לצפות כי מערכת הבקרה תנדוד למעלה אל הענן במספר שלבים. ראשונים צפויים לטפס מעלה רכיבי המערכת המשמשים לניטור, ולהם אין השפעה ממשית על משאבי הייצור של הארגון. כך למשל מערכות איסוף הנתונים – Plant Historians הן הראשונות הצפויות להגר אל הענן. מחקר של מכון ARC האמריקאי בנושא The Plant Historian As a Cloud Application הוא הפרסום הראשון המשמעותי שבוחן וממליץ ליצרניות הגדולות בעולם הבקרה התעשייתית על אסטרטגיה בכיוון זה. המחקר, בן ה-26 עמודים שפורסם בחודש נובמבר 2012, סוקר צעדים שביצעו כבר היצרניות לקראת פתרונות בכיוון זה.

HMI As A Service

כבר היום נמצא ניתן למצוא מספר מערכות שליטה וממשק אדם-מכונה מבוססי מחשוב ענן. חברת RealiteQ הישראלית למשל מספקת שירותי ניטור למערכות בקרה באמצעות יישום המותקן על הענן. בעוד שמהירות הסריקה של הבקרים המתוכנתים מהווה חסם לכניסתם אל הענן – מערכות התוכנה HMI – המספקות את ממשקי הפעולה לאדם מול מערכות הבקרה והייצור אינן נדרשות למהירויות תגובה מהירות כמו הבקרים עצמם, ועל כן יש להניח שיצטרפו אל הענן לפני הבקרים עצמם.

anan4
בקרה בעננים – אבני הדרך

 

Control As A Service

מערך ייצור קונבציונאלי מורכב מאביזרי מכשור שונים המותקנים בשטח (מנועים, חיישנים, ברזי בקרה, משאבות, וכו’). המכשירים השונים מחווטים אל הבקרים המתוכנתים הן באמצעות סיגנלים חשמליים (I/Os) והן באמצעות רשתות תקשורת ייעודיות לריצפת הייצור. עם התרחבות השימוש ברשתות תקשורת תעשייתיות מבוססות אטרנט, דוגמאת פרוטוקול התקשורת (Ethernet Inudstrial Protocol (Ethernet IP ניתן להניח כי בעתיד הלא רחוק יוסרו החסמים הטכניים והשליטה על כל מערכי המכשור תתאפשר בתקשורת IP, אלחוטית או קווית, היישר אל מערכת הבקרה. בחזון רחוק זה לא נדרש עוד לארונות בקרה, לארונות ה- IO ולחיווט נקודות הבקרה מאביזרי המכשור אל מערכת הבקרה. בחזון הרחוק, אולי בעוד כשני עשורים, כל אביזרי המכשור יותקנו באתר הייצור, כל אחד ואחד מהם יצוייד בכתובת IP, מערכת הבקרה על הענן תזהה את כל אביזרי המכשור, ואנו, מהנדסי הבקרה, נדרש לכתוב רק את הלוגיקה התפעולית.

ההרצאה בתערוכת ישראכם במושב Future Trends In Instrumentation & Process Control זכתה לגובות מעורבות. מרבית מהמשתתפים עימם שוחחתי גילו עניין בנושא, אך באותה הנשימה ציינו גם שבעולם הבקרה המסורתי לתהליכים הללו נדרשים עוד שנים ארוכות, אם בכלל. אנו בקונטאל הקמנו מעבדת ניסוי חדשה מבוססת ענן, באמצעות שירותי המחשוב של חברת אמזון באירלנד. על שרת וירטואלי הותקן בקר-תוכנה SoftLogix ובימים אלו אנו פועלים על מנת לבחון את ביצועי הבקר מול יחידות IO מרוחקות שיותקנו במשרדי קונטאל בפ”ת. מטרת המעבדה היא לבחון את מהירות סריקת הבקר כפונקציה של תשתיות התקשורת, ולייצר אופיין כדאיות כדלהלן:

anan5
מהירות סריקת בקר ענן כפונקציה של רוחב פס תשתיות תקשורת (עלות ב-$)

 

 

 

 

 

 

כללי