L’un des plus grands défis auxquels les organisations font face lorsqu’elles explorent de nouveaux modèles économiques et notamment l’Industrie4.0 est l’interopérabilité des systèmes. Voyons comment l’OPC-UA permet de répondre à cette question.
OPC-UA, Industrie 4.0 et le défi de l’interopérabilité
L’infrastructure et les machines utilisés pour fournir des produits de base tels que les aliments, les objets, les voitures, l’énergie éxistent depuis les 100 dernières années. Ces systèmes semi-automatisés au cours des 30 dernières années et ne peuvent être remplacés rapidement. Ils forment ce que l’on appelle l’OT.
Coté IT, les systèmes informatiques d’entreprise sont sophistiqués, comme les ERP ou les systèmes MES.
Le défi est de savoir comment connecter les architectures d’usine aux systèmes d’entreprise. L’OT et l’IT.
Cela dit, la solution au problème de l’interopérabilité est à portée de main. Les industriels ont compris que leur clients sont habitués aux smartphones et aux services en flux tendu. Ils veulent une expérience comparable sur les machines et services qu’ils utilisent.
L’enjeux est donc de faire converger les technologies de l’information (IT : ERP, CRM, etc.) et les technologies opérationnelles (OT : PLC, SCADA, etc.). L’OPC-UA pourrait être la clef pour réaliser cette convergence et relever les défis d’interopérabilité qui bloquent le décollage de l’industrie 4.0.
Histoire – de OPC à OPC-UA
Lorsque la vague des technologies de l’information a pris le dessus dans les années 90, le besoin de données provenant du monde des machines a également augmenté. Les fournisseurs d’automatisation, comme Fisher-Rosemount, Intellution, Opto 22 et Rockwell software ont formé un groupe de travail pour développer des normes pour l’accès aux données. Cela a conduit à la formation de la Fondation OPC en 1996 en tant qu’organisation officielle chargée de gérer les aspects clés de l’interopérabilité, de la conformité, de la validation et de la certification de la technologie OPC.
OPC classic fournissait des spécifications distinctes pour l’échange de données de processus, d’alarmes et de données historiques. OPC classic opérait au niveau des couches supérieures et non au niveau de la couche de communication machine-machine sur le terrain. Certaines limitations d’OPC classic étaient sa dépendance à la plateforme (Microsoft DCOM), sa vulnérabilité aux attaques, ses incohérences de données et ses modèles de données inadéquats.
En 2008, la Fondation OPC a intégré toutes les fonctionnalités d’OPC classic dans un référentiel extensible, indépendant de la plateforme, et a introduit une architecture orientée services, connue aujourd’hui sous le nom d’OPC-UA. OPC-UA est apparu comme la prochaine génération d’OPC classic et peut exister à la fois dans l’usine et dans l’entreprise. Cette architecture fournit un moyen plus facile de modéliser les objets disponibles dans l’usine et de les mettre à la disposition des systèmes d’entreprise. OPC-UA est un mécanisme plus sûr et plus fiable pour l’échange d’informations entre les systèmes d’entreprise. OPC-UA fonctionne sur différentes plates-formes matérielles et systèmes d’exploitation, ce qui assure l’interopérabilité entre les dispositifs de plusieurs fournisseurs.
Architecture OPC-UA pour la convergence IT/OT
Lors du salon SPS IPC Drives 2018 à Nuremberg en Allemagne, la Fondation OPC a officiellement lancé l’initiative Field Level Communications (FLC). Elle vise une solution de communication de l’Internet industriel des objets (IIoT) ouverte, unifiée et basée sur des normes. Elle doit répondre à toutes les exigences de l’automatisation industrielle et l’industrie de transformation. Cette initiative permettra une interopérabilité de bout en bout, indépendante des fournisseurs, des dispositifs de terrain. Ceci de manière sûre, sécurisée et déterministe. Cela inclut l’intégration horizontale pour la communication de contrôleur à contrôleur (machine to machine M2M). Et l’intégration verticale des capteurs/actionneurs et des contrôleurs sur le terrain vers les systèmes informatiques ou le cloud et vice versa.
Caractéristiques d’OPC-UA
OPC-UA s’appuie sur un référentiel extensible avec une architecture à plusieurs niveaux pour atteindre ces objectifs de conception :
1. Équivalence fonctionnelle : Construire sur le dessus de la spécification OPC Classic
2. Indépendance de la plate-forme : Des petits microcontrôleurs embarqués aux déploiements basés sur le cloud.
3. Communication sécurisée : Sécurité intégrée dès le départ et compatible avec les pare-feu.
4. Conception extensible : Ajout de nouvelles fonctionnalités sans affecter les applications existantes
5. Modélisation complète de l’information : Exigences d’interopérabilité verticales de l’industrie
Équivalence fonctionnelle
OPC-UA est fonctionnellement équivalent à OPC Classic tout en fournissant des capacités supplémentaires. Parmis celles ci on trouve :
- la découverte des serveurs OPC-UA disponibles
- la représentation hiérarchique des données comme un espace d’adresse
- l’accès contrôlé de lecture/écriture des données
- les souscriptions pour surveiller efficacement les changements de données
- les notifications d’événements
- les appels de méthodes à distance.
Indépendance de la plate-forme
OPC-UA peut être exécuté sur une grande variété de plates-formes matérielles. A titre d’exemple c’est possible sur les PC x86, les serveurs en cloud, les automates programmables (PLC) et les petits microcontrôleurs. Tout cela en exécutant une variété de systèmes d’exploitation tels que Windows, OSX, Android et les distributions Linux.
Communication sécurisée
OPC-UA intègre la sécurité dès le départ et prend en charge le chiffrement de session à différents niveaux. La signature des messages, pour vérifier l’origine et l’intégrité des messages, ainsi que le séquençage des paquets pour se protéger des attaques par relecture. OPC-UA prend également en charge l’authentification au niveau du client et du serveur UA (niveau application/système) et le contrôle d’accès granulaire au niveau de l’utilisateur. En outre, toutes les activités de l’utilisateur, de l’application et du système peuvent être enregistrées pour les besoins de l’audit.
Conception extensible
OPC-UA fournit un référentiel multi-niveaux qui permet l’incorporation de nouveaux composants technologiques tout en maintenant la rétro-compatibilité. Cela peut inclure l’exploitation de nouveaux développements tels que les protocoles de transport, les algorithmes de sécurité, les normes d’encodage, etc.
Modélisation complète des informations
Les applications de l’industrie 4.0 nécessitent la modélisation de structures multicouches complexes. Elles sont nécessaires pour représenter des informations structurées et pas seulement des données. L’approche orientées objet d’OPC-UA et son référentiel de description des informations rend ceci possible. Les règles et les blocs nécessaires pour modéliser et exposer un modèle d’information à l’aide d’OPC-UA sont définis dans ce référentiel.
Voir sur le site officiel OPC-UA (en)
Modèle d’information OPC-UA
Les applications de l’industrie 4.0 nécessitent la modélisation de structures multicouches complexes. Elles sont nécessaires pour présenter des informations et pas seulement des données. Les capacités orientées objet d’OPC-UA et son référentiel de modélisation des informations rendent ceci possible. Les règles et les blocs nécessaires pour modéliser et exposer l’information à l’aide d’OPC-UA sont définis dans ce référentiel. OPC-UA définit déjà plusieurs modèles de base qui peuvent être appliqués dans l’industries. Pour les scénarios où les modèles génériques sont insuffisants, OPC-UA permet également de construire des modèles d’information spécifiques. Le client ou l’industrie concerné peux les exposer via des mécanismes standard.
Mécanismes d’accès aux modèles d’information
OPC-UA supporte ces types d’accès aux modèles d’information :
- Parcourir les instances de modèle et leurs références.
- Lecture/écriture des données actuelles et historiques
- Notification des changements de données et des événements
- Exécution de méthodes
Tous les types d’accès aux modèles d’information ci-dessus sont possibles en utilisant le mécanisme de communication Client/Serveur. Dans ce cas, le serveur OPC-UA reçoit des demandes du client OPC-UA, traite ces demandes et renvoie la réponse avec les résultats au client OPC-UA. Il convient de noter que la communication Client/Serveur (qui ne garanti la livraison que pour un seul client) est gourmande en ressources. Cela convient mieux aux exigences de configuration individuelle, de diagnostic ou d’accès à faible fréquence.
D’autre part, pour les applications qui requièrent des exigences d’accès de plusieurs à plusieurs et/ou à haute fréquence, le mécanisme Publish-Subscribe (PubSub) fournit un mécanisme de communication alternatif et optimisé pour la notification des données et des événements. Dans ce cas, les clients et les serveurs n’échangent pas les demandes et les réponses. Au contraire, les éditeurs OPC-UA envoient des messages à un gestionnaire de messages. Les abonnés OPC-UA s’abonnent alors et reçoivent des messages du gestionnaire.
