Przejdź do głównej zawartości

Inteligentna fabryka przyszłości – część 1

Belden

Jeśli chodzi o dzisiejsze sieci przemysłowe, wiele fabryk i placówek sterowania procesami na całym świecie koncentruje się na modernizacji do zarządzanych sieci Ethernet. Dzięki długiej i użytecznej żywotności urządzeń przemysłowych jest wiele starego sprzętu korzystającego ze starszych protokołów przemysłowych nadal aktywnie świadczących usługi. W rzeczy samej, znaczna część naszej działalności dotyczy pomaganiu firmom w modernizacji do strukturalnej, niezawodnej i łatwej w utrzymaniu przemysłowej infrastruktury Ethernet.


Biorąc pod uwagę tę rzeczywistość, pouczające jest odejście od bieżących wyzwań i spojrzenie przed siebie na fabrykę przyszłości. Jak będzie wyglądać przemysłowa produkcja za 5-20 lat? Co muszę zrozumieć o kierunku, w jakim idą fabryki, aby podejmować decyzje dzisiaj? Jak moja fabryka będzie konkurować z nowoczesnymi fabrykami, które wykorzystują systemy i koncepcje nowej generacji. Gdzie pasuje IIoT?

Ten wpis jest pierwszym z serii o inteligentnej fabryce, a jego celem jest doradzenie Ci co do kierunku, w którym zmierza produkcja i automatyzacja fabryk. Dotyczy to nie tylko produkcji dyskretnej, ale także automatyzacji w przemyśle przetwórczym, energetycznym i transportowym.
Mamy to szczęście, że posiadamy wgląd w temat z naszego oddziału Hirschmann z siedzibą w Niemczech, gdzie “Industry 4.0” jest częścią dużego projektu finansowanego ze środków publicznych, by poinformować o tej dyskusji.

Spójrzmy na to, czym jest inteligentna fabryka i co charakteryzuje jej systemy komunikacji.


Definiowanie inteligentnej fabryki
Terminy “Inteligenta fabryka”, “Inteligentna produkcja” i “Fabryka przyszłości” wszystkie opisują wizję tego, jak produkcja przemysłowa będzie wyglądać w przyszłości.
W tej wizji, Smart Factory będzie znacznie bardziej inteligentna, elastyczna i dynamiczna.
Procesy produkcyjne będą zorganizowane w różny sposób, a całe łańcuchy produkcyjne - od dostawców, logistyki, po zarządzaniem cyklem życia produktu - ściśle połączone w granicach korporacji.

Każdy krok produkcji będzie płynnie połączony. Wpływ na procesy będą miały:
·    planowanie fabryki i produkcji
·    rozwój produktu
·    logistyka
·    planowanie zasobów przedsiębiorstwa (ERP)
·    systemy realizacji produkcji (MES)
·    technologie sterowania
·    indywidualne czujniki i siłowniki

W inteligentnej fabryce maszyny i wyposażenie będą miały możliwość udoskonalenia procesów poprzez samo-optymalizację i autonomiczne podejmowanie decyzji. Jest to wyraźny kontrast w stosunku do przeprowadzania ustalonych operacji programowych, jak to obecnie ma miejsce.


Kluczowe cechy przyszłych rozwiązań sieci przemysłowych
W tym celu przyszła infrastruktura fabryk będzie zupełnie inna: wewnętrznie połączona kombinacja inteligentnych technologii produkcji z najnowocześniejszymi wysokowydajnymi technologiami informacyjnymi i komunikacyjnymi.

To zapewni cyfrowo zintegrowaną inżynierię i poziomą integrację w całym łańcuchu wartości oraz pionową integrację i łączność na wszystkich poziomach produkcji. Wysokowydajna i niezawodna technologia komunikacji przekroczy to, co jest używane obecnie. Ta technologia umożliwi:
·    Przesyłanie dużych ilości danych w czasie rzeczywistym i z minimalnym opóźnieniem
·    Łączenie dużej liczby indywidualnych urządzeń w niezawodny sposób i przy najwyższych standardach bezpieczeństwa danych
·    Wykorzystanie coraz więcej technologii bezprzewodowych, zarówno w zakładzie, jak i do łączności zdalnej
·    Działanie w sposób energooszczędny

Brzmi wspaniale, prawda? To może się wydawać dla Ciebie nierealne w tym momencie, ale mam nadzieje, że kiedy rozłożymy Smart Factory do jej komponentów komunikacyjnych, będziesz mógł się przekonać, że jest to osiągalne.

Struktura przyszłych przemysłowych systemów automatyki
Dzisiejsze systemy automatyki przemysłowej składają się z kilku oddzielnych poziomów reprezentowanych jako piramida z:
·    Czujnikami i siłownikami poziomu podstawowego
·    Urządzeniami sterującymi na poziomie kontroli, modułami I/O i terminalami
·    Poziomem zarządzania procesami z komputerami inżynierii, nadzoru i danych akwizycji (SCADA) i systemami MES
·    Poziomem korporacyjnym z procesami biznesowymi i systemami ERP, zazwyczaj ulokowanymi na serwerze w centrum danych IT

Każdy z tych poziomów jest stosunkowo dobrze skonstruowany, a pojedyncze urządzenia mogą być wyraźnie przyporządkowane do jednego z poziomów.


Z wprowadzeniem Industry 4.0, zmienia się struktura systemu. Poziom podstawowy zostaje oddzielnym dedykowanym poziomem, jak to miało miejsce do tej pory, ale znajdujące się na nim urządzenia będą coraz bardziej inteligentne. Jako części systemu cyber-fizycznego, będą autonomicznie wykonywać wiele procesów. Znacznie zwiększy się również liczba urządzeń tego poziomu.

Wszystkie funkcje ulokowane ponad poziomem podstawowym potencjalnie będą przenoszone na wysokowydajne serwery znajdujące się w klastrze i centrum danych w chmurze. Wirtualizacja, separacja konkretnych funkcji i sprzętu przetwarzającego, który już jest nowością w świecie IT, staną się powszechne w fabryce.

Zaletą tej struktury jest zmniejszona różnorodność urządzeń, co skutkuje prostszym zarządzaniem i lepszym wykorzystaniem zasobów i wyraźnie zwiększonymi oszczędnościami.
To podejście nie było jeszcze wprowadzone w automatyce, z powodu problemów związanych z wydajnością, wymaganym determinizmem, niezawodnością i brakiem szybkiej komunikacji o małym opóźnieniu z serwerów na poziom podstawowy. Niemniej jednak problemy te zostaną rozwiązane w nowych, nadchodzących systemach.

Przykłady systemów cyber-fizycznych
Ponieważ Industry 4.0 będzie zbudowany z systemami cyber-fizycznymi, przeznaczmy chwilę na rozważenie czym są.

Jedna strona opisuje je jako:
“..... integracje obliczeń, sieci i procesów fizycznych. Wbudowane komputery i sieci monitorują i sterują procesami fizycznymi za pomocą pętli zwrotnej, gdzie procesy fizyczne wpływają na obliczenia i vice versa.”

Przykładem takiego systemu jest dziś projekt CarTel na MIT, w którym flota taksówek zbiera informacje o ruchu w rejonie Bostonu w czasie rzeczywistym. Informacje te są łączone z danymi historycznymi i obliczane są najszybsze trasy dla określonych pór dnia.

Inny przykład, który może brzmieć znajomo, to Smart Grid. Jedna jej definicja, na podstawie pracy Amerykańskiego Departamentu Energii, to:
“Unowocześniona sieć elektryczna wykorzystująca technologie informacji i komunikacji do gromadzenia danych i zarządzania nimi w sposób automatyczny … w celu poprawy wydajności, niezawodności, ekonomii, stabilności produkcji i dystrybucji energii elektrycznej.”

Wreszcie, przykładem dla fabryk jest zmiana systemów w ten sposób, by pobór energii na linii montażowej pojazdów zmniejszył się, gdy linia nie działa. Obecnie wiele linii produkcyjnych nadal działa podczas przerw i weekendów. Wyobraź sobie technologię spawania laserowego, która pozostaje aktywna przez weekend, aby można było szybko wznowić pracę w poniedziałek. Ta praktyka pochłania do 12 procent całkowitego zużycia energii na linii produkcyjnej.

Z Industry 4.0 i cyber-fizycznymi systemami roboty będą przechodzić w tryb gotowości, co jest oczywiste podczas krótkich przerw w produkcji i wyłączane podczas dłuższych przerw. Sterowane prędkością silniki, które redukują wymaganą energię do napędzania maszyn, będą rozpowszechniane. Takie zmiany znacznie zmniejszą konsumpcje energii i zostaną uwzględnione z góry w ramach praktyk projektowych Smart Factory.

Komunikacja w fabryce LAN
Nasz następny post z tej serii przyjrzy się wymaganiom i rozwiązaniom dla komunikacji od strony sieci LAN, by osiągnąć wizję fabryki przyszłości.

Co myślisz o Smart Factory? Czy ta wizja jest osiągalna? Czy jest to właściwa wizja? Czekam na wiadomość od Ciebie!

Komentarz edytora: Ten artykuł powstał dzięki doświadczeniu i wiedzy Andreasa Drehera, strategicznego kierownika ds. technologii Hirschmann Automation and Control

Jeśli masz jakiekolwiek pytania, wątpliwości czy uwagi, zapraszamy do kontaktu! Jesteśmy do dyspozycji od poniedziałku do piątku w godz. 8:00 – 16:00.
Tel: +48 32 256 25 33
E-mail: info@pf-electronic.pl

Komentarze

Popularne posty z tego bloga

Jak wybrać odpowiedni kabel VFD?

Peter Cox
W części 1 mojego wpisu na temat żywotności kabla i silnika VFD wyjaśniłem, w jaki sposób użycie kabla THHN lub innego niespecjalistycznego kabla do połączenia VFD z silnikami prowadzi do przedwczesnej awarii silnika i szumu elektronicznego, który sieje spustoszenie w czujnikach procesowych i obniża bezpieczeństwo na hali produkcyjnej. Specyfikacja wyspecjalizowanego kabla VFD może pomóc w uniknięciu tych problemów, ale niestety nie ma żadnych standardów dla funkcji i konstrukcji kabla VFD, więc na pewno weryfikacja pozostaje w interesie kupującego. Tutaj, w części 2, omówimy, czego szukać w kablu VFD, abyś mógł podjąć bardziej świadomą decyzję.
Unikaj awarii i nie tylko - lista kontrolna W wielu zakładach niemal „spodziewano się” częstych wyłączeń napędów i/lub awarii silnika podłączonego do VFD co kilka lat, szczególnie w wyniku uszkodzenia łożyska lub izolacji. Jeśli tak się dzieje, specyfikacja dobrze zaprojektowanego kabla VFD może wyeliminować awarie i znacznie wydłużyć c…

Kiedy należy używać kabla VFD?

Peter Cox
Biorąc pod uwagę korzyści płynące z wydajności procesu i oszczędności energii, jakie oferują napędy o zmiennej częstotliwości (VFD) środowisku produkcyjnemu, nic dziwnego, że to na nich polegają wszelkiego rodzaju operacje. W rzeczywistości niektóre zakłady korzystają z setek urządzeń VFD, które pomagają im precyzyjnie kontrolować prawie każdy używany silnik.

Biorąc pod uwagę zalety kabli VFD związane z żywotnością silnika i czasem pracy bez przestojów, zaskakuje fakt, że nie wszyscy używają ich na każdym VFD. W rzeczywistości, według moich szacunków, robi to tylko około 20% zastosowań, które powinny korzystać z kabli VFD. Chociaż użycie kabla VFD gwałtownie wzrosło w ciągu ostatnich kilku lat, wciąż jest znacznie niższe niż powinno, a szkoda.
Niewłaściwy kabel VFD może prowadzić do przedwczesnej awarii silnika – a nawet gorzej Faktem jest, że użycie niewłaściwego kabla powoduje przedwczesne awarie wielu silników, co z kolei prowadzi do znacznych przestojów i utraty wydajności, …

MPLS-TP: MPLS wychodzi naprzeciw Twoim oczekiwaniom

Howard Linton
W ostatnich latach wielu przemysłowych użytkowników sieci szkieletowej znalazło się w sytuacji bez wyjścia. Dobrze znane sieci SONET i SDH z komutacją łączy, z których korzystają od dziesięcioleci, gwałtownie przestają nadążać z zaspokajaniem rosnącego zapotrzebowania na wideo, dane i inne zastosowania wymagające dużej przepustowości. Jednak najczęstszą praktyczną alternatywą - dla wielu, IP/MPLS - jest protokół wyraźnie przeznaczony dla bardziej złożonych operatorów sieci. Okazuje się, że jest to zbyt kosztowne, skomplikowane i mało funkcjonalne dla konkretnych potrzeb przedsiębiorstw użyteczności publicznej, transportu, rurociągów i innych użytkowników przemysłowych działających we własnej sieci szkieletowej.

No cóż, są też dobre wieści, ponieważ na szczęście istnieje mniej znany aspekt MPLS, który jest faktycznie przeznaczony do zaspokojenia potrzeb tej dużej bazy użytkowników. Nazywa się MultiProtocol Label Switching-Transport Profile lub MPLS-TP i może pomóc użytkowni…