Прикладное ПО для промышленности: решение многих производственных проблем

Давайте вспомним четыре основные категории программного обеспечения:

• Системное ПО
  
  

Программное обеспечение, которое предоставляет платформу для другого ПО и управляет аппаратными и программными операциями. Примерами системного ПО являются Windows, Linux, iOS, Android и т. д.

• Вспомогательное ПО
  
  

Утилиты для написания кода, а также для разработки, тестирования и отладки других программ — ассемблеры, отладчики и компиляторы.

• Драйверы устройств

Драйверы управляют периферийными устройствами и устройствами, подключенными к компьютеру.

• Приложения
  
  

Приложения являются самой большой группой ПО. Это мобильные, веб- и десктопные программы, позволяющие пользователю решать определенные задачи.

В данной статье речь пойдет о прикладном программном обеспечении, а точнее о группе приложений, созданных для промышленных целей.

Если вам нужна помощь в создании промышленного решения, команда КЕДР Solutions готова взять на себя разработку аппаратного и программного обеспечения.

Промышленные программные решения занимают особое место в огромном разнообразии приложений. Они выполняют определенные задачи и обладают уникальными свойствами, а их создание требует от разработчика специальных знаний и навыков.

Промышленные приложения помогают в сборе и обработке данных, контроле и управлении производственными процессами в масштабах производства.

Промышленное ПО выполняет широкий спектр функций в горнодобывающей, химической, энергетической, нефтегазовой и обрабатывающей промышленностях.

Производственные предприятия используют программное обеспечение для решения различных задач. Вот некоторые из основных:

• Предотвращение выхода из строя оборудования и незапланированных простоев

Приложения для промышленных решений помогают планировать профилактические работы, учитывая состояние оборудования, рекомендации производителя и текущую производственную ситуацию.

Иногда выход из строя одного станка может привести к остановке линии или всего производственного процесса. Применение прикладного ПО способствует эффективному управлению активами, продлению сроков службы оборудования, минимизации поломок и простоев, а также снижению затрат на ремонт.

• Оптимизация потребления ресурсов

Экономичное использование любого ресурса, будь то сырье, упаковка, энергия или рабочая сила, — это один из способов повысить эффективность производства. Промышленное ПО собирает и обрабатывает данные, контролирует использование ресурсов, автоматизирует процессы и может даже предотвратить кражи.

Затраты на разработку приложений окупаются с лихвой, возвращаясь экономией сырья, энергии и рабочей силы, что составляет наибольшую долю себестоимости продукта.

КЕДР Solutions разработала для производителя продуктов питания программно-аппаратный комплекс, состоящий из устройств, присоединяемых к оборудованию.

Оснащенный датчиками температуры и влажности, акселерометром и гироскопом, прибор фиксирует состояние оборудования и круглосуточно передает эту информацию через определенные промежутки времени на сервер, используя Bluetooth, Wi-Fi или GSM.

С помощью кроссплатформенного фреймворка Qt нам удалось в кратчайшие сроки создать приложение для iOS и Android.

Мультиплатформенное мобильное приложение собирает информацию с устройств, формирует статистику и отправляет уведомления.

Пользователи также могут устанавливать в приложении допустимые диапазоны значений.

С помощью приложений на своих телефонах и планшетах сотрудники, находясь в любом месте производственного здания, отслеживают работу оборудования и принимают своевременные решения.

Мы реализовали серверную часть системы на PHP и использовали базу данных PostgreSQL.

Прошивка для устройства написана на C/C++.

Данный программно-аппаратный комплекс позволил компании добиться более эффективной работы оборудования, оптимизации производственного процесса и значительной экономии энергии. Улучшилось и качество продукции.

• Контроль качества

Контроль качества заключается не только в проверке конечного продукта, но и в мониторинге производственных процессов, и в контроле за соблюдением стандартов и требований.

Приложения для контроля качества могут быть основаны на использовании искусственного интеллекта для обнаружения брака, некондиции и других несоответствий.

По запросу производителя прецизионной продукции наша команда разработала приложение для выявления несоответствий маркировки.

Задача приложения — проверка соответствия продукта и его этикетки с помощью технологий компьютерного зрения, в частности библиотеки OpenCV.

При обнаружении несоответствия оператор получает сообщение на дисплее. Неправильно маркированная деталь сразу удаляется.

• Контроль безопасности

Охрана труда и соблюдение техники безопасности имеют решающее значение для любой отрасли, но особенно для производства.

Программное обеспечение используется на предприятиях для обучения сотрудников технике безопасности, для отслеживания сроков действия сертификатов и контроля за соблюдением сотрудниками всех норм и правил.

Мы в КЕДР Solutions делали несколько проектов, связанных с безопасностью.

Так, например, для работников предприятий, работающих с опасными химическими веществами, мы разработали наручное устройство с кнопкой экстренного вызова.

Водонепроницаемый браслет имеет сверхнизкое энергопотребление и может работать в течение двух недель от литий-ионного аккумулятора емкостью 360 мАч.

В экстренной ситуации сотрудники могут отправить сигнал бедствия, который передается по LoRaWAN или Bluetooth на ближайший шлюз. Встроенный акселерометр обнаружит падение работника.

Сервер использует данные шлюза для расчета точного местоположения работника. Наша команда разработчиков программного обеспечения также создала десктопное приложение на C++, которое отображает данные, передаваемые на внутренний сервер по Wi-Fi.

Разработка кода для производственных целей может отличаться от разработки потребительского ПО.

Необходимость строгого соблюдения международных стандартов и требований совместимости приложений с производственным оборудованием создает дополнительные трудности для разработчиков промышленного программного обеспечения.

Вот некоторые особенности разработки приложений для промышленных нужд.

Языки

При разработке приложений для промышленных предприятий инженеры ограничены в выборе языков программирования.

Во-первых, приложение должно надежно работать в течение длительного времени. Во-вторых, программное обеспечение должно быть интегрировано в существующую систему ПО на предприятии.

При этом приложение должно работать на выбранном заказчиком устройстве: это может быть смартфон на iOS или Android, компьютер с Linux или Windows или сразу несколько устройств.

В таких ситуациях очевидным решением является разработка кроссплатформенных приложений, которые поддерживают несколько операционных систем и работают на разных устройствах.

Время

Многие пользовательские приложения не слишком требовательны к времени отклика и иногда могут подтормаживать. Для большинства пользователей зависания являются небольшим раздражающим фактором, но не более.

Приложение для промышленных решений управляет операциями, которые необходимо выполнять быстро, точно и безопасно, поэтому сбои и зависания недопустимы.

Один из наших клиентов, компания-разработчик решений для Интернета вещей, создала аппаратное устройство на базе IoT-платформы Particle, улучшающее вакуумное формование при производстве армированных композитов.

Устройство построено с использованием микроконтроллера STM32 и оснащено модулем Wi-Fi Particle. С датчиков оно получает данные об атмосферном давлении, вакууме, температуре и влажности под вакуумным мешком и передает их в облако пользователя для обработки и хранения.

Мультиплатформенное приложение Qt с графическим интерфейсом отображает утечки в вакуумном мешке. Оно также записывает все производственные параметры, такие как давление, влажность и температура.

Благодаря кроссплатформенным возможностям приложения пользователи могут быстро получить доступ к информации, используя компьютер, планшет или смартфон.

Устройство оснащено датчиком проверки отверждения отдельных деталей. При достижении параметров отверждения или температурного порога пользователи получают уведомления.

Заказчик обратился к нам с проблемой медленной передачи данных в облако. Из-за этого приложение не могло обеспечить работу в реальном времени. Задержка отправки сообщений составляла около 250 мс на стороне сервера.

Наша команда оптимизировала существующую программную архитектуру кроссплатформенных Qt приложений и реализовала асинхронные методы на сервере, устранив задержки.

Выполнив поставленные задачи, мы продолжаем работу по улучшению устройства.

Команда КЕДР Solutions реализовала миграцию данных из базы данных TinyDB в MongoDB, буферы протоколов Google и беспроводные (OTA) обновления прошивки.

Мы продолжаем сотрудничество с компанией заказчика, обеспечивая полную поддержку сервера, промышленных IoT-решений и пользовательских приложений. Мы также работаем над добавлением новых функций в программно-аппаратный комплекс.

Симуляция

Инженеры часто создают программное обеспечение, не имея физического доступа к целевому устройству, машинам и оборудованию. Тогда на помощь приходят программы-эмуляторы, которые имитируют работу устройства для проверки функциональности приложения.

Для программно-аппаратного комплекса, используемого на предприятии горнодобывающей отрасли, нам предстояло протестировать функциональность кроссплатформенного Qt приложения, получающего данные с датчиков, размещенных на удаленных устройствах. Мы написали приложение с поддержкой BLE, используя C++, QML и JavaScript.

Трудность возникла при проверке работы приложения с удаленными датчиками. Периферийные устройства находились на другом континенте.

Наш специалист написал программу-эмулятор устройства на Swift с кнопками-переключателями, имитирующими выбор режима работы.

Приложение подключается к периферийному устройству и отправляет команды. Приложение-эмулятор отображает полученный запрос и отправляет данные датчика, имитируя работу периферийного устройства.

Производственные компании используют специальное программное обеспечение для оптимизации рабочих процессов, автоматизации и улучшения внутренней коммуникации.

Вот наиболее распространенные требования заказчиков при разработке приложений для решений промышленной автоматизации:

• Надежность ПО;
  
• Безопасность данных;
  
• Скорость и эффективность;
  
• Разумная стоимость;
  
• Простота установки и использования;
  
• Эффективное управление данными;
  
• Интеграция с внутренними и внешними системами;
  
• Кроссплатформенные возможности.
  

Безопасность системы и данных была одним из требований заказчика нашего крупного проекта, включавшего создание промышленного приложения.

Прежде всего, мы сделали разграничение прав доступа пользователей приложения, определив роли по степени вовлеченности в процесс управления оборудованием.

Пользователи с гостевой ролью могут видеть только параметры, отображаемые приложением. Сотрудники с более продвинутыми ролями имеют доступ к экрану управления оборудованием.

Мы также внедрили систему одноразовых паролей для входа и выполнения определенного круга задач.

Программные решения для промышленных предприятий должны быть полностью интегрированы в повседневную работу и приносить ощутимую пользу.

Разработка промышленных приложений дает предприятию следующие преимущества:

• Компания получает оптимальное отраслевое решение, сделанное под нужды конкретного бизнеса;
  
• Возможность масштабирования и модернизации решения;
  
• Быстрый выход на рынок;
  
• Работа приложения и все данные находятся под контролем компании.
  
  

КЕДР Solutions создает комплексные решения, основываясь на требованиях заказчика. Мы разрабатываем индивидуальные системы для управления конкретными процессами. Наши решения соответствуют требованиям, предъявляемым к промышленным приложениям.

При разработке промышленного программного приложения аутсорсинговая компания должна получить описание оборудования с краткими техническими характеристиками, сертификационными требованиями и протоколами связи оборудования.

Проект может включать в себя создание как аппаратного, так и программного обеспечения. У нас есть команды для осуществления этих работ. Наши инженеры имеют большой опыт и знания в области аппаратной и программной разработки.

Разработка программного обеспечения становится все более сложной.

Производственные приложения интегрированы в системы управления. Диапазон их применения варьируется от контроля отдельных производственных процессов до управления несколькими предприятиями. Чем сложнее производственная среда, тем более сложные программные решения требуются для управления ею. Однако сложность часто возникает из-за большого количества простых комбинаций, а не из-за сложных алгоритмов.

Сегодня программное обеспечение — это цемент, скрепляющий организацию, будь то небольшой семейный бизнес или крупная холдинговая компания. Предприятия используют специализированные приложения для отслеживания и оценки огромных объемов данных и внутренних коммуникаций.

Мультиплатформенные решения помогают компаниям работать эффективнее и, следовательно, с большей прибылью.

Автоматизация трудоемких процессов может привести к снижению производственных затрат и повышению производительности.

Используя кроссплатформенные инструменты, инженеры разрабатывают приложение, с минимальными изменениями подходящее для разных операционных систем.

Какие преимущества дает кроссплатформенный подход к разработке?

• Экономия времени и средств на разработку продукта и, как следствие, получение дополнительного конкурентного преимущества;
  
• Программисты вносят изменения и исправления, тратя меньше времени на тестирование и отладку.
  
• Приложения имеют одинаковый (или очень похожий) интерфейс на разных платформах.
  
  

В зависимости от цели и объема проекта программисты используют различные фреймворки и наборы инструментов для разработки кроссплатформенных приложений.

В статьях нашего блога мы описываем широкий спектр инструментов для создания кроссплатформенных программных продуктов.

Специалисты КЕДР Solutions имеют большой опыт разработки кроссплатформенных десктопных, веб- и мобильных приложений на C++ и Qt.

Будучи открытыми ко всему новому и активно используя множество других библиотек и наборов инструментов, мы отдаем предпочтение фреймворку Qt и C++ для кроссплатформенной разработки приложений. В нашем блоге мы рассказываем о преимуществах Qt и о других инструментах C++ разработки.

C и C++ широко используются для создания ПО, применяемого в машиностроении, химической промышленности, металлообработке и автомобилестроении.

C++ — это объектно-ориентированный язык, сочетающий высокую производительность с мобильностью. Приложения C++ работают быстро и надежно во встроенных системах и Интернете вещей для производства.

По оценкам платформы Statista C и C++ входят в топ-10 языков, наиболее востребованных среди разработчиков в 2022 году.

По данным того же источника, у C и C++ четвертое по численности сообщество разработчиков в 7,3 миллиона человек по всему миру. Это значит, что на большинство вопросов уже имеется ответ специалистов, а вновь возникающие трудности будут оперативно решены.

C++ очень часто используется в разработке приложений для встраиваемых систем, поскольку позволяет получить максимальную производительность от аппаратного обеспечения.

Интернет вещей также требует высокой производительности и высокой скорости обработки больших объемов данных. C++ идеально подходит для этих целей.

Совместное исследование The Grand View Research и Statista показывает, что рынок промышленного Интернета вещей (IIoT) вырастет более чем в пять раз с 2020 по 2028 год и достигнет $1,11 трлн.

На сегодняшний день ни одна производственная отрасль не может обойтись без использования встроенных систем и устройств Интернета вещей в своем производственном процессе.

C++ часто выбирают производители решений промышленной автоматизации, использующие встроенные системы и IoT.

Программные решения для промышленных нужд помогают поддерживать бизнес-процессы и управлять ими, повышать производительность и предоставлять производственную аналитику.

Искусственный интеллект, машинное обучение, периферийные вычисления и компьютерное зрение открывают новые возможности для отраслевых IT-решений.

Вот лишь некоторые области успешного применения промышленных приложений.

Повышение эффективности в инженерии

Приложения для проектирования и моделирования позволяют предприятиям сократить капитальные и эксплуатационные расходы и автоматизировать рабочие процессы.

Анализ производственного процесса

Промышленные приложения помогают собирать, структурировать и анализировать данные, связанные с производственными процессами, и предоставлять их в удобном для пользователя виде.

Дистанционное управление

Используя настольные, веб- или мобильные приложения, пользователи могут в режиме реального времени удаленно управлять датчиками, детекторами и оборудованием.

Планирование

Предоставляя данные с различных производственных участков, приложения могут контролировать движение сырья и упаковочных материалов и помогать планировать производство. Готовый график производства можно получить с помощью промышленного приложения.

Мониторинг

Кроссплатформенные приложения для мониторинга и управления позволяют пользователям объединять информацию из нескольких ресурсов в один и визуализировать данные в облаке.

Эффективность активов

Промышленные приложения могут помочь в управлении эффективностью активов. Сотрудники компании используют программное обеспечение для проверки соблюдения нормативных требований и контроля затрат. Приложения позволяют повысить производительность труда, эффективность оборудования, улучшить технологические показатели.

В большинстве случаев приложения выполняют несколько задач или охватывают несколько бизнес-процессов.

Производитель бытовой техники обратился к нам с просьбой внедрить программную систему для своих контрольно-измерительных приборов. Аппаратура проверяет сборку и режимы работы тестируемых бытовых устройств.

Наша команда разработчиков внедрила программную систему тестирования и измерений на базе одноплатного компьютера (SBC).

SBC управляет реле, датчиками температуры, вольтметром, амперметром, расширителем портов общего назначения и записывает собираемые ими данные. Результаты тестирования отображаются в веб-интерфейсе.

Специалисты КЕДР Solutions внедрили систему баз данных на основе PostgreSQL для сбора и обработки данных, записанных SBC с подключением через сокет ZeroMQ.

Мы создали веб-систему бизнес-аналитики, которая отображает данные, собранные с датчиков. Графический интерфейс пользователя разработан с использованием HTML, CSS и Javascript.

Веб-интерфейс отображает данные с тестируемых устройств в режиме реального времени и позволяет пользователям назначать тестовый сценарий для запуска на нескольких аналогичных устройствах или запускать несколько тестовых сценариев на одном тестируемом устройстве, предоставляя графики состояния.

Каждый датчик, подключенный к тестируемому устройству, ежесекундно фиксируют от 1 до 10 показаний. Ежедневный график с результатами тестирования от одного датчика должен отображать от 36 000 до 360 000 точек за 10-часовой тест. Мы оптимизировали систему, чтобы предоставлять такой большой объем информации без задержек.

Наше программное решение достаточно гибкое и надежное для круглосуточной работы с различной бытовой техникой.

Компания КЕДР Solutions разработала программный комплекс, который позволяет производителю быстро и точно тестировать готовую продукцию, снижая затраты на возврат и замену бракованного товара и повышая свою репутацию.

Формальный подход

Корпоративные приложения часто грешат запутанным меню, странным интерфейсом и ненужными функциями (или, наоборот, отсутствием нужных). Обновления ПО могут происходить несвоевременно, или процесс принимает формальный характер.

Сложность

Усложнение является фактором риска при разработке промышленных приложений.

Вот лишь некоторые факторы, которые могут способствовать повышению сложности ПО и процесса его разработки.

Стандарты и требования

Используя промышленное приложение, инженер может влиять на работу механизмов и контролировать производственный процесс. В связи с этим к системе предъявляются требования безопасности, надежности и долговечности.

Программное обеспечение усложняется, чтобы соответствовать стандартам и требованиям оборудования. Возникает замкнутый круг.

Автоматизация

Приложения используют сложные технологии, такие как машинное обучение и компьютерное зрение, для обработки и объединения данных, предоставления статистики, прогнозов или результатов оптимизации.

Применение все более сложных технологий может привести к усложнению ПО.

Взаимозависимость

Приложения могут взаимодействовать с другим ПО внутри производственной системы и за ее пределами, поддерживать удаленный доступ к данным и удаленное обновление.

Все эти функции ведут к необходимости серьезной защиты системы от взлома и кражи, что также усложняет ПО.

Соответствие уровней ПО и аппаратной части

Разработка и обновление программного обеспечения должны осуществляться параллельно с разработкой аппаратной части.

Уровень оборудования должен соответствовать программным решениям и наоборот. Виртуализация может помочь на каком-то этапе, но и она создает взамен дополнительные сложности и требует дополнительных ресурсов.

Ограничения

Разработка промышленных приложений ограничена аппаратными возможностями, производственными мощностями и бизнес-возможностями (например, финансовыми).

Стремясь оставаться в рамках требований и обеспечить необходимую функциональность, разработчики программного обеспечения иногда не имеют иного выбора, кроме как усложнять систему.

Чтобы найти эффективный баланс между актуальностью и сложностью прикладного ПО, лучше доверить разработку и дальнейшую поддержку промышленного программного обеспечения профессионалам с соответствующим опытом.

Команда КЕДР Solutions разрабатывает программно-аппаратные системы в соответствии с требованиями заказчика. Мы стремимся сделать наши решения надежными, но в то же время простыми и понятными в использовании.

Существуют потенциальные риски безопасности, связанные с разработкой производственных приложений на C++ из-за особенностей языка и разработки ПО с открытым исходным кодом.

Минимизировать риски можно, используя стандартизированный процесс управления библиотеками, применяя ручное тестирование в локальных средах разработки или автоматизированное тестирование программного обеспечения на C/C++.