Na Przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT) składają się: urządzenia, łączność między nimi, dane oraz narzędzia i procesy analityki tychże danych. Urządzeniem może być cokolwiek, zaczynając od czujnika aż po duże systemy kontroli. Czujniki i systemy wymagają łączności, by współdzielić trzeci z wymienionych elementów ? informacje generowane przez te czujniki, moduły lub systemy. Analiza wspomnianych danych tworzy informację zwrotną, pozwalając ludziom i samym sterownikom podejmować dobre decyzje.
Przekładając to na praktykę przemysłową, w IIoT urządzenia są połączone z chmurą lub lokalnym systemem informatycznym, by umożliwić zbieranie i/lub przesyłanie danych. Informacje te mogą być później analizowane, dostarczając wiedzy o urządzeniach i aktywach.
Czujniki monitorujące temperaturę pracy w elementach mechanicznych mogą sygnalizować każde odchylenie parametru od normy. To pozwala przedsiębiorstwu aktywnie przeciwdziałać niepożądanym zachowaniom i zjawiskom poprzez właściwą konserwację zapobiegawczą, zanim dojdzie do awarii skutkujących przestojami oraz w efekcie spadkiem dochodów. Informacje takie to olbrzymia wartość dla zakładu. Pomagają przy projektowaniu procesów produkcji dla nowych produktów, zwiększaniu wydajności oraz maksymalizacji zysków.
Elastyczna produkcja
Wykorzystanie komunikacji danych do uzyskania nowego wglądu w sytuację oraz w możliwości optymalizacji może być zastosowane do całego łańcucha dostaw. To jeden z kluczowych elementów idei Przemysłu 4.0, etapu rozwoju technologicznego nazywanego czwartą rewolucją przemysłową.
Grupa robocza Acatech, pracująca nad koncepcją Przemysłu 4.0, zdefiniowała jako pierwszą rewolucję wprowadzenie oraz rozpowszechnienie silnika parowego w XVIII wieku. Drugą było użycie przenośnika taśmowego w liniach montażowych w początkach XX wieku. Trzecia to rozwój mikroelektroniki, komputerów oraz sterowników PLC w połowie XX wieku. Czwarta to połączenie komputerów, sterowników i maszyn z Internetem i powstanie systemów cyberfizycznych (Cyber-Physical Systems ? CPS).
Wdrożenie idei Przemysłu 4.0 wymaga komputeryzacji tradycyjnego przemysłu wytwórczego. Połączenie koncepcji Internetu Rzeczy oraz CPS skutkuje tzw. inteligentną fabryką (Smart Factory), umożliwiając nieosiągalną wcześniej elastyczność oraz efektywność produkcji. W przemyśle oznacza to skupienie się nie na produkcie, ale na procesie jego wytwarzania.
Przedsiębiorstwa potrzebują więc elastycznych linii produkcyjnych, które mogą się szybko adaptować do zmieniających się wymagań klienta. ?Elastyczne? maszyny wytwarzają wiele typów produktu, co oznacza zwiększenie rentowności produkcji, zmniejszenie stanów magazynowych, a przy tym spełnianie nawet najbardziej skomplikowanych żądań klienta.
Od pomysłu do wdrożenia
Dzisiejsze oprogramowanie skupia w sobie możliwości AT i IT, pozwalając na programowanie maszyn w wielu językach, a tym samym poszerzenie liczby dostępnych narzędzi, by zrealizować wymagane zadania. Trzeba jednak zawsze wziąć pod uwagę wybór odpowiedniego protokołu łączności w platformach sterujących zgodnie z koncepcją Fabryki 4.0. Wiele tradycyjnych sterowników PLC współpracuje z magistralami sieci poziomu obiektowego (fieldbus), ale maszyny potrzebują szybszych, bardziej elastycznych protokołów łączności, takich jak EtherCAT, do deterministycznej łączności czujników, serwomechanizmów oraz napędów (EtherCAT to przemysłowy protokół Ethernet wprowadzony przez EtherCAT Technology Group).
Krytycznym punktem implementacji na tym poziomie łączności jest bezpieczny i łatwy do konfiguracji protokół, który umożliwia bezpieczną transmisję danych w przedsiębiorstwie do chmury lub do innych maszyn. Niezależny protokół do zastosowań przemysłowych ? OPC Unified Architecture (UA) od OPC Foundation ? oferuje wbudowane zabezpieczenia, szyfrowanie danych oraz zaawansowane modelowanie informacji.
Przemysł 4.0 to nie przyszłość, lecz teraźniejszość. Udana integracja sterowania opartego na komputerach i mikrokontrolerach, wspierająca inteligentną fabrykę o wysokim stopniu łączności, działa już np. u niemieckiego producenta sprzętu kuchennego Nobilia. Przedsiębiorstwo produkuje ponad 2,5 tys. kompletnych kuchni dziennie, a każdy z tych zestawów jest wytwarzany według indywidualnego zamówienia klienta. Seryjna produkcja, składająca się z partii liczących jedną sztukę (!), wymaga bardzo elastycznego systemu ? osiągnięto to dzięki wdrożeniu omawianych tu koncepcji.
Kiedy zamówienie dociera do fabryki, system identyfikuje potrzebne materiały, wybiera maszyny do wykończenia komponentów, oblicza optymalną ścieżkę produktu oraz konstruuje szafki kuchenne. To dobrze pokazuje kluczowe punkty całej koncepcji ? wydajną produkcję i nieprzeciętną elastyczność, przy bardzo małej ingerencji personelu.
Trzy pytania
Zainteresowani koncepcją Fabryki 4.0 powinni odpowiedzieć sobie, czy chcą:
- umożliwić swojemu przedsiębiorstwu, by umiało automatycznie i szybko przestawiać się na nową produkcję, lepiej odpowiadając na potrzeby rynku;
- podnieść całkowitą efektywność sprzętu (OEE ? Overall Equipment Effectiveness) oraz wydajność produkcji przez identyfikację obszarów do ciągłego rozwoju;
- wyeliminować marnotrawstwo.
Po zdefiniowaniu i opracowaniu rzeczywistych celów osiągnięcie sukcesu przez inteligentną fabrykę staje się możliwe dzięki systemowej platformie, bazującej na komputerach, mikrokontrolerach i oprogramowaniu sterującym.
Autor: Daymon Thompson, specjalista ds. produktów w firmie Beckhoff Automation
