Node-RED وصعود الأتمتة الصناعية منخفضة البرمجة
يعيد Node-RED تشكيل الأتمتة الصناعية من خلال إدخال التطوير منخفض التعليمات البرمجية إلى الحوسبة الطرفية، وإنترنت الأشياء الصناعي، وربط الآلات. بدءًا من خوادم الحافة المستندة إلى Raspberry Pi ووصولً...
لماذا يكتسب Node-RED اهتمامًا في الأتمتة الصناعية
على مدى عقود، اعتمدت الأتمتة الصناعية اعتمادًا كبيرًا على لغات البرمجة المتخصصة وبيئات الهندسة الاحتكارية. أما اليوم، فيواجه المصنّعون ضغوطًا لنشر الأنظمة المتصلة بوتيرة أسرع مع خفض الأعباء الهندسية. وقد أدى هذا التحول إلى زيادة الاهتمام بمنصات التطوير منخفضة التعليمات البرمجية مثل Node-RED.
طُوّر Node-RED في الأصل كأداة برمجة قائمة على الأحداث ومبنية على Node.js، ثم تطوّر ليصبح منصة جادة لتطبيقات الحافة الصناعية. ويستخدمه المهندسون الآن لربط التكنولوجيا التشغيلية (OT) بتكنولوجيا المعلومات (IT)، لا سيما في عمليات نشر إنترنت الأشياء الصناعي والمصانع الذكية.
على خلاف تطوير البرمجيات التقليدي، يتيح Node-RED للمهندسين تجميع التطبيقات بصريًا باستخدام عُقد السحب والإفلات. والنتيجة هي نشر أسرع، وتكامل مبسّط، وتقليل الاعتماد على الخبرة المتقدمة في البرمجة.
الشكل 1. أصبح Node-RED منصة منخفضة التعليمات البرمجية معروفة على نطاق واسع لتطبيقات إنترنت الأشياء الصناعي والحوسبة الطرفية الصناعية.
يجد التطوير منخفض التعليمات البرمجية مكانًا له في أرضية المصنع
من المنطق السلمي إلى تدفقات العمل المرئية
احتضنت الأتمتة الصناعية البرمجة الرسومية لسنوات طويلة. فقد خفّضت مخططات السلم المنطقية ووظائف الكتل وواجهات تعليم الروبوتات تعقيد البرمجة قبل وقت طويل من شيوع مصطلح «منخفض التعليمات البرمجية».
يوسّع Node-RED هذه الفلسفة لتشمل الأتمتة الحديثة القائمة على البيانات. وبدلًا من التركيز على تسلسل تشغيل الآلات فقط، يستطيع المهندسون الآن إنشاء تدفقات عمل تنقل البيانات بين وحدات PLC وواجهات HMI وقواعد البيانات والمنصات السحابية وأنظمة المؤسسات.
أصبحت هذه الإمكانية مهمة بوجه خاص مع تحديث المصنّعين لأنظمة التحكم القديمة. فكثيرًا ما تجمع المنشآت التي تشغّل بنية تحتية قديمة من وحدات PLC بين Node-RED ومنصات من Allen-Bradley أو Mitsubishi Electric لتبسيط جمع البيانات والاتصال بالسحابة من دون استبدال المعدات الحالية.
نهج مختلف للبرمجيات الصناعية
قد يتطلب تطوير البرمجيات الصناعية التقليدي أسابيع من البرمجة والاختبار وتصحيح الأخطاء. ويغيّر Node-RED هذه العملية تغييرًا جذريًا. إذ يمكن للمهندسين نشر تطبيقات وظيفية خلال ساعات باستخدام عُقد اتصال ولوحات معلومات مُعدّة مسبقًا.
تقلل واجهته المستندة إلى المتصفح أيضًا من عوائق النشر. فبمجرد تثبيتها على حاسوب صناعي أو خادم طرفي، تصبح بيئة الهندسة متاحة عبر متصفح ويب قياسي من دون الحاجة إلى برامج مخصصة لمحطة العمل.
الشكل 2. تقلل منصات التطوير منخفضة التعليمات البرمجية من تعقيد البرمجيات، مع تسريع نشر التطبيقات الصناعية.
المزايا التقنية وراء نمو Node-RED
مصمم لنقل البيانات والاتصال
في جوهره، يعالج Node-RED البيانات ويوجّهها بين الأجهزة وطبقات البرمجيات. ويمكن أن تتضمن حمولات البيانات قيمًا رقمية أو هياكل JSON أو حالات منطقية أو أحداثًا للآلات تنشئها وحدات التحكم الصناعية.
تدعم المنصة البروتوكولات الشائعة في البيئات الصناعية، بما في ذلك OPC UA وMQTT وModbus TCP وHTTP واتصالات WebSocket. ويتيح هذا الدعم الواسع للبروتوكولات لـ Node-RED العمل كطبقة وسيطة خفيفة بين أصول المصنع وأنظمة تحليلات السحابة.
نظرًا لأن المنصة تعمل على Node.js، يمكن تشغيلها على منصات أجهزة مدمجة تتراوح من أجهزة Raspberry Pi إلى الحواسيب الصناعية (IPC) والخوادم الافتراضية.
الحوسبة الطرفية دون بنية تحتية ثقيلة
تعتمد معماريات إنترنت الأشياء الصناعي (IIoT) الحديثة بشكل متزايد على الحوسبة الطرفية لتقليل زمن الاستجابة والحد من حركة البيانات السحابية. ويندمج Node-RED طبيعيًا في هذه الاستراتيجية لأنه يستطيع معالجة بيانات الآلات محليًا قبل إرسال المعلومات المهمة فقط إلى الأنظمة الأعلى.
عادةً ما يُثبت خادم الحافة داخل خزانة التحكم. ويتصل الجهاز في الوقت نفسه بشبكة الآلة وشبكة المؤسسة، ويعمل كطبقة ترجمة آمنة بين أنظمة تقنيات التشغيل وتقنيات المعلومات.
بالنسبة إلى المنشآت التي تحدّث البنية التحتية القديمة للأتمتة، يوفر هذا النهج مسارًا فعالًا من حيث التكلفة للتحديث. ويمكن للمهندسين دمج وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) القديمة وأنظمة الإدخال والإخراج الموزعة ومنصات SCADA دون إعادة تصميم كاملة لأنظمة التحكم.
الشكل 3. تؤدي الحواسيب الصناعية المدمجة دورًا متزايدًا كبوابات طرفية لتطبيقات Node-RED في المصانع المتصلة.
أجهزة الحوسبة الطرفية الصناعية تقود انتشار الاستخدام
لماذا تُعد أجهزة Raspberry Pi مهمة
يُعدّ سهولة الوصول إلى الأجهزة أحد الأسباب الرئيسية وراء شعبية Node-RED. فقد جعلت أجهزة Raspberry Pi التجارب الصناعية غير مكلفة، مما أتاح للمهندسين إنشاء نماذج أولية لتطبيقات إنترنت الأشياء الصناعي (IIoT) دون تكاليف البنية التحتية على مستوى المؤسسات.
وسّع المورّدون الصناعيون المفهوم لاحقًا من خلال تقديم حواسيب صناعية متوافقة مع التركيب على قضبان DIN، ومزوّدة بحاويات متينة ونطاقات أوسع لدرجات حرارة التشغيل ودعم لمصادر الطاقة الصناعية.
بعد نشره، يمكن لـ Node-RED التفاعل مباشرةً مع واجهات GPIO والمستشعرات والمرحلات ووحدات الاتصالات الصناعية. ويمكن للمهندسين إنشاء لوحات معلومات للآلات وأنظمة لمراقبة البيئة أو تطبيقات إشرافية خفيفة بسرعة.
التوسع إلى ما بعد النمذجة الأولية
ما بدأ كأداة لمجتمع صانعي الأجهزة يظهر الآن داخل منصات الأتمتة التجارية. وتدمج الجهات المورّدة الصناعية Node-RED بشكل متزايد في منظومات التحكم الأصلية، إدراكًا منها للطلب على مسارات عمل مرنة منخفضة التعليمات البرمجية.
تجمع بعض الشركات المصنّعة الآن بين Node-RED ومنتجات الاتصالات الصناعية والبوابات الطرفية لتبسيط ترجمة البروتوكولات. وفي مشاريع الأتمتة الموزعة، تؤدي بنية الاتصالات التحتية من منصات مثل أنظمة الشبكات الصناعية دورًا مهمًا في الحفاظ على تدفق بيانات موثوق بين تقنيات التشغيل وتقنيات المعلومات.
الشكل 4. يمكن للوحات معلومات Node-RED أن تجمع بين تصور العمليات، وأدوات تحكم المشغلين، وتحليلات الحافة ضمن واجهة واحدة مستندة إلى المتصفح.
داخل بيئة سير عمل Node-RED
التدفقات والعقد ومعالجة الأحداث
تتكون تطبيقات Node-RED من تدفقات مبنية من عقد مترابطة. وتؤدي كل عقدة مهمة محددة، مثل تصفية البيانات، أو تعديل حمولات البيانات، أو تأخير الإجراءات، أو الاتصال بأجهزة خارجية.
تتدفق البيانات من اليسار إلى اليمين عبر التطبيق. ويمكن للمهندسين تتبع منطق العمليات بصريًا من دون قراءة شيفرة مصدرية مطولة، مما يحسّن استكشاف الأخطاء وإصلاحها والتعاون بين مهندسي أنظمة التحكم وفرق تقنية المعلومات.
تدعم المنصة أيضًا عقد الدوال البرمجية في JavaScript لإجراء تخصيصات متقدمة. ويتيح هذا النهج الهجين للمهندسين الجمع بين بساطة البرمجة منخفضة التعليمات البرمجية ومرونة البرمجة الكاملة عند الحاجة.
منظومة مفتوحة ضخمة
ومن المزايا الرئيسية الأخرى منظومة المجتمع المفتوحة. إذ تتوفر آلاف العقد التي ساهم بها المستخدمون للبروتوكولات الصناعية، وواجهات برمجة التطبيقات السحابية، وقواعد البيانات، ومنصات التحليلات.
بخلاف العديد من حزم البرمجيات الصناعية الاحتكارية، يتجنب Node-RED تراخيص التشغيل المكلفة. وتجعل هذه المرونة المنصة جذابة للمشاريع التجريبية، وأنظمة المراقبة عن بُعد، ومصنّعي الآلات الذين يطوّرون بنيات قابلة للتوسع.
الشكل 5. يمكن للوحات المعلومات المستندة إلى المتصفح والمُنشأة باستخدام Node-RED أن توفر للمشغلين وظائف HMI خفيفة الوزن وبيانات مباشرة عن الآلات.
موضع Node-RED في مستقبل الأتمتة
لن يحل Node-RED محل بيئات برمجة PLC للتحكم الحتمي في الآلات. فما تزال أنظمة الحركة الآنية، وتطبيقات السلامة، والتحكم في العمليات عالية السرعة تتطلب وحدات تحكم صناعية تقليدية.
ومع ذلك، يسد Node-RED فجوة متنامية بين أجهزة الأتمتة وبرمجيات المؤسسات. ومع مطالبة المصانع بمزيد من الاتصال، والتحليلات التنبؤية، والتكامل السحابي، تزداد الأهمية الاستراتيجية لمنصات الحوسبة الطرفية منخفضة التعليمات البرمجية.
من المرجح أن تجمع أنجح الشركات المصنّعة خلال العقد المقبل بين أجهزة تحكم مجرّبة وطبقات برمجية مرنة قادرة على التكيف سريعًا مع المتطلبات التشغيلية. ويتوافق Node-RED جيدًا مع هذا التوجه لأنه يقلل عوائق التطوير مع الحفاظ على مرونة التكامل.
لا تكمن قيمته الحقيقية في استبدال المهندسين، بل في تعزيز إنتاجية الهندسة من خلال السماح لفرق الأتمتة بالتركيز على وظائف النظام بدلًا من مهام البنية التحتية البرمجية المتكررة.
أوليفر غرانت — مراسل أول للأنظمة الصناعية
يتمتع أوليفر غرانت بخبرة تزيد على 14 عامًا في تغطية الأتمتة الصناعية، والبنية التحتية لإنترنت الأشياء الصناعي (IIoT)، وتقنيات الحوسبة الطرفية. وتشمل خلفيته مشاريع تكامل الأتمتة التي تتضمن أنظمة Siemens وRockwell Automation وBeckhoff Automation وEmerson للتحكم في العمليات، وذلك في منشآت التصنيع والطاقة.