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
Prześlij komentarz