Nowa produkcja w ramach koncepcji Fabryki 4.0

Koncepcja Fabryki 4.0 jest zorientowana na wysoką rentowność zakładów produkcyjnych i ogólnie przemysłowych. Wirtualny świat informacji i technologii oraz fizyczny świat maszyn stanowią tutaj jedność. Idea ta koncentruje się na integracji wszystkich obszarów produkcji, z wykorzystaniem zaawansowanych technologii IT.
Takie działanie umożliwia zwiększenie elastyczności, szybkości, wydajności i skalowalności, organizację produkcji bardziej zindywidualizowanych produktów oraz łatwość adaptacji zmian w zarządzaniu produkcją. Komunikacja pomiędzy maszynami oraz ich zwiększona „inteligencja” prowadzą do poprawy automatyzacji procesu, monitoringu oraz analizy parametrów i wyników w czasie rzeczywistym. Otwarte platformy bazujące na sieci Internet to zwiększona konkurencyjność i więcej możliwości.
Pięć uwag dotyczących Przemysłowego Internetu Rzeczy
Urządzenia Przemysłowego Internetu Rzeczy powinny pracować w oparciu o kilka głównych zasad.
1. Decentralizacja
O zdecentralizowanej lub rozproszonej inteligencji można mówić wtedy, gdy inteligentne napędy oraz kontrolery są połączone z innymi urządzeniami na zasadzie dużej autonomii – oznaczającej jak największe możliwości sterowania na poziomie maszyny lub nawet konkretnej osi ruchu, a nie kontrolę z poziomu jednej centralnej jednostki. Pozostawienie danych procesowych oraz operowanie nimi na poziomie maszyny jest możliwe, ponieważ każda maszyna może być wyposażona w mikrokontroler – jednostkę przetwarzania danych, i sama jest w stanie dokonywać korekt w przebiegu procesu, efektywniej zużywać energię itp., bez konieczności opierania się na wytycznych i sygnałach z sieci dotyczących wykonania tych zadań. Połączone maszyny komunikują się z sieciami wyższego poziomu (linii produkcyjnej, zakładu, przedsiębiorstwa), dysponując narzędziami i możliwościami do dokonywania regulacji specyficznych dla danego zdarzenia lub produktu w czasie rzeczywistym. Zintegrowane w napędzie serwomotory oraz napędy, pozbawione szaf sterujących, dają mikrokontrolerowi odpowiedzialnemu za każdą z osi ruchu maszyny możliwość decydowania o sekwencji i logice ruchów.
2. Szybka łączność
Systemy, które ułatwiają szybkie połączenia zarówno w pionie, jak i poziomie architektury sieci komunikacji danych, by zapewnić swobodny przepływ danych w strukturze przedsiębiorstwa, wymagają ciągłych inwestycji i ulepszeń. Mnogość rozwiązań sieciowych oraz dostępnych dzięki nim informacji w ramach koncepcji Przemysłu 4.0 może przytłoczyć operatorów, inżynierów, techników w zakładzie przemysłowym. Jak zatem zwiększyć możliwości maszyn i oprogramowania w zakresie automatyki, tak aby proces projektowania i organizacji produkcji uczynić prostszym, szybszym i bardziej otwartym? Ścieżki komunikacji umożliwiają lepszy transfer, gdy są odpowiednio zaprojektowane i implementowane. Podczas określania wymagań odnośnie magistrali komunikacyjnej warto się zastanowić, czy budowana platforma produkcyjna spełnia różne standardy, takie jak np. OPC UA. Kwestiew rodzaju wyeliminowania barier w procesie dostaw czy bardziej otwartego spojrzenia na komunikację i sterowanie są również bardzo istotne.
3. Otwarte standardy
Skupienie się na kwestii otwartości systemów, w perspektywie pojawiających się nowych standardów komunikacyjnych i dotyczących oprogramowania, to sedno koncepcji Przemysłu 4.0. Otwarte standardy pozwalają bowiem na większą elastyczność w integracji rozwiązań bazujących na oprogramowaniu – tym samym na migrację nowych technologii w istniejącej infrastrukturze automatyki. Otwarte oprogramowanie dla aplikacji sterowania oraz prac inżynieryjnych rozwija się w takim kierunku, by zmniejszyć dystans dzielący programowanie automatyki i oprogramowanie przeznaczone dla sprzętu i sieci IT. Otwarte jądro platformy kontrolerów pozwala na programowanie modułów automatyki przy użyciu popularnych języków programowania wyższego poziomu, jak Java czy C++.
Współczesne systemy operatorskie maszyn powinny umożliwiać łatwą komunikację ze smartfonami i tabletami. Oprogramowanie może pomóc przyspieszyć projektowanie i uruchomienie systemów automatyki, dzięki połączeniu sterownika z oprogramowaniem do modelowania 3D. Sterownik może wysyłać komendy i informacje zwrotne od modelu 3D, dzięki czemu funkcjonalność jest na bieżąco optymalizowana już w fazie projektowania. Pozwala to na przetestowanie zarówno maszyny, jak i programu jeszcze przed uruchomieniem. Wirtualne maszyny mogą być przetestowane i dopracowane, zanim jeszcze zostaną zamówione części potrzebne do ich zbudowania.
4. Informacja w czasie rzeczywistym
W zakładach działających w oparciu o ideę Fabryki 4.0 będzie możliwe wykorzystywanie w czasie rzeczywistym danych o wydajności maszyn oraz zakładu do wprowadzania zmian w zarządzaniu procesami produkcyjnymi. Zamiast zbierania i analizowania danych z kilku miesięcy, dotyczących przepustowości, przestojów lub zużycia energii, w platformach opartych na idei Fabryki 4.0 takie informacje są zintegrowane z rutynowymi raportami dotyczącymi zarządzania zakładem. To wyposaża wytwórców oraz same maszyny w narzędzia do przeprowadzania natychmiastowych zmian w produkcji lub procesie, tak by osiągać jak najlepszą rentowność, zgodną ze specyficznymi potrzebami klienta.
5. Autonomia
Działania produkcyjne zgodne ze zmieniającą się rzeczywistością mogą uczynić produkcję bardziej spójną i ukierunkowaną na aktualne zapotrzebowanie. Technologia umożliwia, aby linie produkcyjne stały się bardziej autonomiczne. Celem jest to, by stanowiska robocze i moduły mogły łatwo się adaptować do indywidualnych wymagań klienta i produkcji. Przykładowo, w fabryce zajmującej się wytwarzaniem zaworów hydraulicznych nowa adaptacyjna linia produkcyjna wykorzystuje moduły (chipy) identyfikacyjne w każdym obrabianym przedmiocie. Na linii produkcyjnej znajduje się dziewięć inteligentnych stacji, które rozpoznają, jak gotowy produkt powinien być złożony oraz jakie nastawy narzędzi i kroki operacyjne są wymagane. Każdy element przesyła automatycznie, za pośrednictwem kanału Bluetooth, informacje do stacji montażowej. Informacja o krokach montażowych jest wyświetlana wraz z danymi dotyczącymi detali i poziomem skomplikowania elementu. Linia może produkować 25 typów zaworów hydraulicznych, w wielu rozmiarach i to bez ingerencji człowieka. Nie ma konieczności zmiany nastaw oraz gromadzenia nadmiernych stanów magazynowych. Okazuje się, że efektywność produkcji wzrasta o 10%, a zapasy maleją o 30%.