Sprostać wymaganiom Przemysłu 4.0

W stworzeniu inteligentnej fabryki i osiągnięciu celów wyznaczonych przez koncepcję Przemysłu 4.0 może pomóc sieć przemysłowa CC-Link. W jaki sposób?
Od momentu pierwszych dyskusji toczonych na targach Hannover Messe w 2011 r., wszystkie postępowe firmy współpracujące z klientem i dostawcami próbują zmierzyć się ze standardami koncepcji Przemysłu 4.0.
Określenie „Przemysł 4.0” pochodzi od zaawansowanej technicznie strategii stworzonej przez niemiecki rząd, mającej na celu promocję komputeryzacji przemysłu wytwórczego.
Nie dotyczy to wyłącznie komunikacji między maszynami, bo ta istnieje już od lat w postaci kontaktu na linii maszyna-maszyna (M2M). Nie dotyczy to lodówki, automatycznie zamawiającej dla domowników mleko (choć w przyszłości może stać się ona częścią programu). Nie dotyczy też fabryk działających w pełni samodzielnie – wytwarzanie w trybie lights out (czyli zgaszonych świateł, niepotrzebnych w przypadku całkowitego zautomatyzowania zakładu) było obiektem rozważań już w latach 80. XX wieku. Chodzi raczej o kombinację systemów „cyberfizycznych” (skomputeryzowane elementy złączone i kontrolujące system fizyczny), zawierających Internet Rzeczy (IoT) oraz Przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT), w której inteligentne produkty przemysłowe, procesy i usługi komunikują się ze sobą oraz z ludźmi poprzez globalną sieć.
Ale dlaczego Przemysł 4.0 ma być czymś innym niż omawiane i podejmowane w przeszłości inicjatywy?
John Browett, kierownik w europejskim oddziale stowarzyszenia CC-Link Partner Association (CLPA), wierzy, że kluczową różnicę stanowi wykorzystanie standardu sieci Ethernet, a w konsekwencji – technologii bazujących na Internecie, zapewniających łączność wszystkiego ze wszystkim. Takie podejście było wprawdzie testowane już w przeszłości, lecz próby zwykle kończyły się fiaskiem. Niekompatybilność systemów rozdzielała zawsze projekt na mniejsze części, przede wszystkim ze względu na rodzaj użytej technologii i sieci.
Wprowadzanie Przemysłu 4.0
Jeśli Przemysł 4.0 stanie się rzeczywistością, po raz pierwszy możliwe będzie połączenie ze sobą prawie każdego urządzenia (zakładając, że jest wyposażone w port Ethernet, interfejs protokołu IP), bez względu na jego rodzaj i lokalizację. Dla przemysłu wytwórczego oznacza to urzeczywistnienie wielu scenariuszy z gatunku science fiction, o których rozmawiało się od wielu lat. Znajdujemy tu analogię np. do współczesnego samochodu, który stanowi przecież swego rodzaju sieć wymiany danych na kółkach. Wiele jego cyberfizycznych części (silnik, przekładnia, deska rozdzielcza, kierunkowskazy itp.) jest sterowanych przez oprogramowanie, które komunikuje się i współpracuje z poszczególnymi podzespołami.
W podobny sposób, w jaki producenci samochodów rozważają idee współpracy wszystkich samochodów w poszczególnych aglomeracjach (analogicznie jak w przypadku IoT), mającej zmniejszyć zanieczyszczenie i korki, koncepcja Przemysłu 4.0 pozwala na wgląd w pracę maszyn produkcyjnych i umożliwia ich kooperację na znacznie większą niż dotąd skalę. To prowadzi do powstania tzw. inteligentnej fabryki, w której automatycznie przeprowadza się zmiany w produkcji, decyduje o przydziale sprzętu, a nawet szacuje nakład partii schodzących z taśmy towarów w miarę, jak zwiększa się popyt. W dodatku, za pomocą Internetu, współpraca z dostawcami i klientami zacznie przebiegać na wyższym poziomie niż dotychczas.
Większość wspomnianych funkcji wciąż należy do przyszłości, ale z całą pewnością do ich realizacji niezbędne jest jak najszybsze powstanie sieci przekazującej informacje w czasie rzeczywistym.
Fundamentem owej infrastruktury jest sieć Ethernet, a uzyskanie odpowiedniej szybkości pracy wymagać będzie użycia lepszej technologii niż ta stosowana obecnie. W tym miejscu pojawia się wspomniane wcześniej CLPA, czyli CC Link Partner Association – międzynarodowe stowarzyszenie producentów i użytkowników CC-Link, a dokładniej zrzeszone w niej firmy. Ich zdaniem właściwą odpowiedzią na poszukiwanie owej lepszej technologii będzie standard CC-Link IE.
Rynek sieci przemysłowych udowodnił, że istnieje zapotrzebowanie na łączność w postaci przemysłowej sieci Ethernet i tradycyjnych magistrali.
– Szacuje się, że 34% światowego rynku sieci bazuje obecnie na sieci Ethernet, podczas gdy 66% na bardziej tradycyjnych magistralach – ocenia Christian Begdahl, menedżer ds. marketingu produktu w firmie HMS Industrial Networks. – Implementacja przemysłowej sieci Ethernet rozwija się szybciej, niż ma to miejsce w przypadku tradycyjnych magistrali, nawet na poziomie urządzeń, a CC-Link IE jest jedną ze wschodzących technologii w tym obszarze, zwłaszcza dla rynku azjatyckiego.
Knut Dettmer, menedżer ds. marketingu w firmie Renesas Electronics Europe, dodaje:
– Odkąd firmy zajmujące się automatyzacją przemysłu starają się sprostać wymaganiom Przemysłu 4.0, w sposób oczywisty kładzie się w automatyce większy nacisk na sieci czasu rzeczywistego, ze względu na prognozowany rozwój komunikacji typu M2M, w konfigurowalnych systemach cyberfizycznych.
Wykorzystując jedyny odpowiedni przemysłowy standard sieci Ethernet – technologię Gigabit Ethernet, CC-link IE stanowi system gotowy już dziś sprostać wspomnianym wymaganiom. Jednym z wielu celów i wizji związanych z ideą Przemysłu 4.0 jest budowa inteligentnej fabryki, która będzie działać szybko i wydajnie, łatwo dostosowując się do zmiennych warunków.
– By osiągnąć ten cel, maszyny w fabryce muszą być znacznie bardziej inteligentne niż dotąd – wyjaśnia Stephan Langer, menedżer produktu ds. sieci w firmie Balluff, zrzeszonej w CLPA. – Obserwujemy rosnące ilości danych przesyłanych podczas procesu produkcyjnego za pośrednictwem łączy najniższego poziomu systemów komunikacji. Urządzenia muszą być w stanie wygenerować niezbędne informacje i obsłużyć nieprzerwaną komunikację pomiędzy sprzętem, w związku z czym wymagane jest użycie sieci Internet. Potrzebujemy również infrastruktury zapewniającej nieprzerwaną transmisję danych poprzez wszystkie poziomy komunikacji.
Infrastruktura wykorzystująca automatykę oddala się od klasycznych systemów magistralowych w kierunku systemów komunikacji opartych na sieci Ethernet.
– Jednym z powodów stosowania Ethernetu jest szybkość przesyłu i wielkość przesyłanych danych – mówi Stephan Langer. – By sprostać wizji Przemysłu 4.0, potrzebujemy więcej wysoko wydajnych sieci.
Jakich? Takich jak Gigabit technology w CC-Link IE.
– Jesteśmy przekonani, że ta technologia zapewni odpowiednie wsparcie dla wymagań Przemysłu 4.0 i urzeczywistni wizje tego programu – dodaje Langer.
Prewencyjne podejmowanie decyzji
– Od poziomu fabryki do systemu realizacji produkcji (MES) wytwórcy potrzebują dostępu do danych przesyłanych w czasie rzeczywistym, aby móc wspierać prewencyjne podejmowanie decyzji odnośnie czasu produkcji, diagnostyki i utrzymania ruchu – twierdzi Damien Leterrier, kierownik ds. przemysłowych systemów komunikacji w firmie Molex, zrzeszonej w CLPA. – Wyposażenie fabryki, urządzenia oraz czujniki generują coraz więcej danych, które muszą być pobierane, analizowane i przechowywane. Te ogromne ilości danych trzeba sprawnie przesłać z poziomu fabryki do menedżerów ruchu i zarządców. Odpowiednią prędkość przesyłu zapewnia właśnie Gigabit Ethernet, w systemie CC-Link IE. Jednakże konfiguracja inteligentnej sieci wymaga wykorzystania technologii informatycznej oraz wiedzy dotyczącej wytwarzania.
Leterrier podaje przykład, w jaki sposób sprzęt staje się bardziej inteligentny, ułatwiając pracę:
– Maszyny i oprogramowanie są obecnie w stanie przewidzieć wiele potencjalnych problemów mogących prowadzić do awarii. Potrafią wykonać czynności prewencyjne w celu zminimalizowania kosztownych przestojów lub uniknięcia uszkodzenia sprzętu. Technologie wchodzące w skład CC-Link IE, takie jak nieprzerwany protokół SLMP, sprawiają, że łatwiej jest podłączyć urządzenie i eksploatować je, bez potrzeby zmian sprzętowych, a krytyczne procesy wciąż operują na podstawowym przesyle czasu rzeczywistego Gigabit Ethernet.
Rick Roszkowski, starszy dyrektor ds. marketingu w firmie Cognex, zrzeszonej w CLPA, również uważa, że CC-Link IE nadaje się do użycia w ramach koncepcji Przemysłu 4.0.
– Wysoką wydajność zapewnia zastosowanie deterministycznego interfejsu od poziomu przedsiębiorstwa, wprost do poziomu urządzenia – twierdzi. – Uważam, że bardzo ważne jest stosowanie protokołu umożliwiającego wykorzystanie zalet cyfryzacji przedsiębiorstwa.
W celu zapewnienia przepływu materiałów warto dysponować protokołem, który wypełni lukę pomiędzy poziomem obiektowym urządzenia a systemem zarządzającym przedsiębiorstwem.
– CC-Link IE pozwala na współdzielenie jednego protokołu dla urządzenia, jak również dla przedsiębiorstwa – dodaje Roszkowski. – Protokoły mają różne charakterystyki fizyczne, takie jak szybkość komunikacji, lecz architektura łącza zapewnia wspólne okablowanie, złączki i interfejs programowania.
Greg Hookings, starszy menedżer strategii rozwoju biznesu w firmie Mitsubishi Electric, również zrzeszonej w CLPA, widzi to tak:
– Przemysł 4.0 obejmuje kilka trendów branży wytwarzania, takich jak IIoT, Big Data, bezpieczeństwo cybernetyczne, ciągła komunikacja – opowiada. – Skutkiem wprowadzenia tych technologii jednocześnie jest coś, co nazwiemy inteligentną fabryką. CC-Link IE proponuje kilka podstawowych funkcji, by pomóc w osiągnięciu wizji takiej fabryki. W ich skład wchodzą: szybki przesył danych i uproszczona obsługa danych, standaryzacja technologii bazującej na sieci Ethernet, relacje z dziedziczeniem wykorzystujące technologie magistrali CC-Link, rozszerzona kompatybilność między urządzeniami sterującymi naszej produkcji a innymi dostawcami i w końcu nieprzerwana komunikacja pomiędzy przedsiębiorstwem a fabryką.
Autorka: Suzanne Gill jest redaktorem w magazynie Control Engineering Europe.
Tekst pochodzi ze specjalnego wydania “Fabryka 4.0“. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.