Plug-and-Produce jest kluczem do inteligentnej fabryki przyszłości - część 1

Andreas Dreher

Przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT) rewolucjonizuje sposób, w jaki odbywa się produkcja, łącząc więcej inteligentnych urządzeń i udostępniając informacje, które produkują, aby ulepszyć istniejące modele biznesowe i umożliwić nowe. Nigdzie nie jest to bardziej widoczne niż na arenie przemysłowej, gdzie eksperci szacują wpływ ekonomiczny IIoT na 11,1 biliona dolarów do roku 2025¹.

Podstawą tej transformacji jest sieć obiektów fizycznych - czujników, siłowników, maszyn, sterowników - które są wbudowane w elektronikę, oprogramowanie, czujniki i łączność sieciową w celu gromadzenia i wymiany danych. I tak jak zmienia się technologia, tak samo dzieje się z procesami jej używania.

Na przykład wzrasta oczekiwanie, że produkt sieciowy lub produkt automatyzacji może być po prostu podłączony i uruchomiony - i zadziała. Kiedy jest to stosowane w procesie automatyzacji przemysłowej, nazywa się "podłącz i produkuj (plug-and-produce)".

W ramach naszej podróży edukacyjnej po IIoT przyjrzyjmy się zagadnieniu "plug-and-produce" i jego potencjałowi dla zastosowań przemysłowych.

Co to jest Plug-and-Produce i jakie trendy w przemysłowym Internecie go napędzają?

Termin "plug-and-play" oznacza oczekiwanie łatwości użytkowania i niezawodnej pracy. Produkt typu plug-and-play, jak sama nazwa wskazuje, można po prostu podłączyć i uruchomić - i zadziała. Praktyczne rozszerzenie produktów typu "plug-and-play" po zastosowaniu w automatyce przemysłowej ustąpiło nowemu terminowi: „plug-and-produce”.

Plug-and-produce oferuje praktyczne rozwiązanie problemów rosnącej konkurencji na globalnym rynku, co wymaga elastyczności, a także wyższej wydajności zasobów i energii w sposobie produkcji towarów. Ponieważ firmy starają się wprowadzać produkty na rynek szybciej i taniej, potrzebne są proste rozwiązania umożliwiające natychmiastowe wdrożenie - bez użycia specjalnych narzędzi lub wysoko wykwalifikowanych inżynierów lub elektryków.

W inteligentnej fabryce jutra maszyny, linie produkcyjne i systemy przechowywania będą współpracować w ramach sieci złożonej z systemów cyber-fizycznych (CPS). Systemy te są w stanie autonomicznie wymieniać informacje, uruchamiać działania i kontrolować siebie nawzajem.

Nawet komponenty, które później stają się częścią samego produktu końcowego, mogą przenosić informacje poprzez komunikowanie się z maszynami i operatorami oraz wymianę rzeczywistych danych o stanie. Dane analizy i informacje o komponentach, maszynach i procesach mogą wyzwalać działania zapobiegające awariom. Spontaniczne tworzenie sieci kontaktów między ludźmi, maszynami i komponentami dzięki infrastrukturze typu plug-and-produce przyczyni się w przyszłości do powstania bardziej elastycznych i odpornych fabryk².

Dążenie do rentownego wytwarzania niedrogich produktów spełniających wymagania klientów napędza systemy automatyki przemysłowej w kierunku:

·    Rozproszonej kontroli i zdecentralizowanemu podejmowaniu decyzji

·    Ponownego rysowania klasycznej piramidy automatyki takiej, że około 80% dyskretnej kontroli jest przenoszone na poziom pola

·    Modularnego, skalowalnego rozwiązania

·    Krótszego, bardziej elastycznego cyklu produkcyjnego

·    Miniaturyzacji sprzętu i mniejszych linii produkcyjnych

·    Równoległej komunikacji danych procesowych z danymi diagnostycznymi i monitorującymi stan bez wpływu na standardowe procesy

Komponenty typu "plug-and-produce" spełniają te wymagania, pozwalając inteligencji obliczeniowej linii na pozostawanie w jednostce narzędziowej, a nie na komputerze centralnym.

Jakie są kluczowe zalety Plug-and-Produce dla Inteligentnej Fabryki?

Koncepcja plug-and-produce pozwala korzystać z dyskretnych zastosowań automatyki przemysłowej, jak opisano poniżej.

1. Szybka, łatwa i intuicyjna instalacja i konserwacja

Sama natura systemu plug-and-produce jest prosta - elementy sieciowe i łącznościowe systemu po prostu podłączają się do siebie i działają natychmiast. Instalacja przebiega szybko, a uszkodzoną część można łatwo odłączyć i wymienić w ciągu kilku sekund.

2. Dynamiczna infrastruktura

Połączone produkty typu plug-and-play stanowią podstawę dynamicznej i elastycznej infrastruktury.

3. Zbudowany na standardach

Ta podstawa elastycznej i przyszłościowej infrastruktury opiera się na standardowych - nie zastrzeżonych - rozwiązaniach. W rezultacie produkty typu "plug-and-produce" szybciej przechodzą iteracje, stale stają się lepsze i szybsze.

4. Konsolidacja urządzeń

Urządzenia zaprojektowane do użytku globalnego z wieloma regionalnymi potrzebami lub specyfikacjami zmniejszają całkowitą liczbę zapasów potrzebnych producentom maszyn. Zamiast kupować więcej urządzeń lub rekonfigurować już istniejące, te same urządzenia mogą być używane w różnych krajach, zmniejszając koszty i złożoność.

5. Wstępne dane diagnostyczne

Wreszcie, ponieważ te produkty są specjalnie zaprojektowane do dostarczania danych przeddecyzyjnych, które obejmują warunki monitorowania i identyfikację błędów, mogą zwiększyć wydajność i wydłużyć czas działania, co z kolei przyniesie dodatkowe oszczędności.

Jakie są przykłady zastosowań Plug-and-Produce w IIoT?

Podstawowy przykład architektury "plug-and-produce" w pracy można zilustrować za pomocą przenośnika sortującego.

Jak powszechnie wiadomo w bieżących operacjach, centralny PLC komunikuje się z przenośnikiem, aby określić, jak kierować częścią w zależności od zaprogramowanych odpowiedzi i informacji zwrotnej z czujników. Ta konfiguracja przenośnika może zostać powtórzona z kilkoma podobnymi stacjami na całej długości linii sortującej, co wymagałoby setek metrów okablowania w celu połączenia całego systemu.

Jednak w przypadku wtyczek typu plug-and-produce użycie rozproszonych jednostek sterujących (DCU) może zautomatyzować proces - lub, jeśli wymagana jest praca w sieci, konsolidacja czujników może zmniejszyć długość wymaganego okablowania.

Inne praktyczne zastosowania plug-and-produce to:

·    Ramiona robotów na linii produkcyjnej wyposażone w kable plug-and-play łączące przesyłanie danych i zasilanie.

·    Zmieniacze narzędzi dla urządzeń potrzebnych do zastosowań automatyki przemysłowej sterowane za pomocą produktów typu "plug-and-products", zmniejszających obciążenie scentralizowanego sterownika PLC.

·    Czujniki wysokiego poziomu współpracujące z Ethernetem, umożliwiające kolejną możliwość konsolidacji. Ponieważ te czujniki nie potrzebują już standardowego modułu I/O, przełącznik Ethernet może działać jako de facto moduł I/O, aby umożliwić pracę czujników.

Produkty Plug-and-Produce wspierają wizję inteligentnej fabryki przyszłości

Produkty typu "plug-and-produce" zapewniają elastyczność, modułowość i kontrolę poziomu podstawowego potrzebną do wyposażenia inteligentnej fabryki jutra. W dalszych artykułach na ten temat omówię, jak zaprojektować rozwiązania na tym poziomie, jak rozwijają się Jednostki Sterowania Rozproszonego (DCU) i przedstawię przegląd rozwiązań Belden w tej dziedzinie.

Jeśli chcesz od razu uzyskać więcej informacji na temat plug-and-produce, zapoznaj się z tym dokumentem.

Czy używasz już teraz jakichkolwiek rozwiązań plug-and-produce? Czy umożliwiają one elastyczną produkcję? Czekam na wiadomość od Ciebie!

¹Odblokowanie potencjału IoT, czerwiec 2015, McKinsey.

²Zalecenia dotyczące wdrożenia inicjatywy strategicznej INDUSTRIE 4.0, kwiecień 2013, Acatech (Niemiecka Narodowa Akademia Nauk i Inżynierii)

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