Ipar 4.0: Három trend alakítja át a gyár szintjét

Közel egy évtizeddel ezelőtt a Német Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium alkotott egy kifejezést, amely leírja az iparban most elterjedő átalakulást: az Industrie 4.0-t, amelyet Ipar 4.0-nak nevezünk. A néha negyedik ipari forradalomként is használt kifejezés a gyártás automatizálási technológiájának további változásait írja le.

A harmadik ipari forradalomhoz hasonlóan az Ipar 4.0 is a robotika és a számítástechnika intenzív használatát jelenti, megkülönböztethető azonban azzal, hogy fokozott figyelmet fordítanak a rendszerek összekapcsolására és az egyes automatizált alrendszerek által gyűjtött adatok teljes körű felhasználására. A kommunikációra helyezett hangsúly miatt az Ipar 4.0 szorosan illeszkedik az IoT tárgyak internete (IoT) koncepciójához. Az adatelemzés, a kommunikáció és a valós idejű vezérlés révén a robotok és a szerszámgépek „kiberfizikai rendszerekké” válnak, amelyek sokkal intelligensebben tudnak reagálni a körülmények változásaira.
Az ipari vezérlés informatikai (IT) vonatkozásaira való összpontosítás nem jelenti azt, hogy az Ipar 4.0 a teljes automatizációra támaszkodik. Sok gyártási művelethez emberi interakcióra van szükség. A múlttal ellentétben, amikor a robotokat biztonsági ketrecekbe helyezték, a munkatársaktól távol, a tendencia a „kobotok” felé mozdul, olyan robotok és eszközök alkalmazása felé, amelyek közvetlenül együttműködnek az emberekkel. Ez megkönnyíti a sokkal rugalmasabb működésre való átállást, ahol a termelőegységek képesek gyorsan és hatékonyan megváltoztatni a műveleteket. A változtatás képessége lehetővé teszi az egységek számára, hogy reagáljanak a kereslet hirtelen változásaira, hogy szükség esetén különböző termékeket és változatokat kezeljenek. Ez pedig arra ösztönzi a termelőegységeket, hogy sokkal gazdagabb, szélesebb körű adatfolyamokra reagáljanak, és ennek megfelelően tervezzenek.

Eddig a szerszámgépeket és robotokat nagyrészt úgy alakították ki, hogy reagáljanak a saját körülményeikre – beépített érzékelőkkel figyelve a tűrések megsértését –, illetve egyes esetekben saját állapotukat kísérjék figyelemmel, például rezgések elemzésével. Az önellenőrzési képesség várhatóan a következő években szélesebb körben fog elterjedni a nem várt meghibásodások megelőzése és a karbantartási műveletek észszerűsítése érdekében.
Az Ipar 4.0 forgatókönyve szerint az eszközök reagálhatnak a szomszédos egységek vagy külső bemenetek által előállított adatokra, ami lehetővé teszi számukra a változó körülményekre való gyors reagálást. A folyamatokat, például a fűtési és szárítási időket az anyagok nedvességtartalmának és a környezeti páratartalomnak megfelelően alakíthatják. A változó körülmények által okozott variációk változásai azt jelentik, hogy a kimeneti minőség javulni fog, kedvező esetben lehetőséget nyújtva az energiatakarékosságra is.
Egyes szállítók termékei új képességeket kínálnak bizonyos típusú gépekhez. Például a Festo által készített Motion Terminal VTEM az első szelep, amely képes olyan alkalmazások futtatására, amelyek különböző helyzetekhez hangolják a működést. A minőség-ellenőrzés a Panasonic HS-Technik programozható tengelykapcsoló eszközeinek legfőbb célja. A beépített érzékelők rögzítik és kiértékelik a nagy nyomatékú helyzetekben a minőség-ellenőrzés szempontjából kritikus rögzítési nyomaték- és szögértékeket.

1. trend – szimuláció és digitális ikrek

A gyártási eszközök és robotok átfogó adatokat szolgáltatnak a gyártási műveletekről, amelyek felhasználhatók a tervezési döntésekben, valamint a termék teljes életciklusának kezelésében. A GlobalData elemzőcég egyre nagyobb jelentőséget tulajdonít a digitális ikrek koncepciójának. Azáltal, hogy a digitális ikrek támogatja az egyes szállított fizikai termékek digitális ábrázolását – amelyek a gyártás és annak élettartama során kapott szenzoradatok nagy részét tárolják –, sokkal könnyebbé teszi a fizikai termék hatékonyságának felmérését. A digital-twin koncepció kulcsa a szimuláció technológiája. Ahelyett, hogy pusztán az érzékelők adataira támaszkodna, a digitális ikrek szimulálása a rögzített információk felhasználásával potenciális, korábban rejtett problémákat mutathat ki, amelyek nemcsak a meglévő alkatrészek karbantartásában, hanem a további termékek tervezésében is segítséget nyújtanak.
Adrian Lloyd, az Interact Analysis munkatársa szerint a digitális ikrek szimuláció nemcsak a már meglévő termékek esetén, hanem az előállításukhoz szükséges gyártósorok tervezésében is segít. Ilyen például az autóipari start-up, a VinFast esete. Az autógyártó a Siemens-szel együttműködve az üzem és a gyártósorok elrendezésének szimulációját használta az áteresztőképesség és a termelékenység javítására, a gépek és berendezések telepítését megelőzően, ami jelentős megtakarításokat eredményezett a hasonló gyártósorok felállításánál alkalmazott hagyományos módszerekkel szemben.
A Schneider Electric null-tervezésnek („zero engineering”) nevezi a szimuláció használatát a gyártósorok fejlesztésére, kiterjesztve a koncepciót az egyes vezérlőberendezések programozására. A gyártási kapacitás lekötése helyett a programozáshoz és a teszteléshez most kísérletezhet, és konfigurálhatja a Modicon és az AVEVA vezérlőket a virtuális tartományban. A digitális ikrek technikák összekapcsolják a virtuális modelleket a fizikai rendszerekkel. Ha változtatásra van szükség, a programozás egyszerűen átkerül egyikről a másikra.
Az ABB szerint a virtuális üzembe helyezés megközelítései 20 százalékkal csökkentik a teljes mérnöki időt, 25 százalékkal csökkentik a tőkekiadásokat, és a felére csökkentik a képzési időt. A megközelítés támogatása érdekében az ABB az Ability virtuális üzembe helyezési megoldást kínálja, amely nemcsak a digitális tartomány konfigurációját támogatja, hanem virtuális valóság interfészeket is kínál a hatékony és időszerű kezelői képzés támogatásához.

2. trend – intelligens érzékelők mindenhol

Az érzékelők használata elterjedt lesz a gyárakban és azon kívül is. Az olyan beszállítók, mint az Omega és az Omron, széles körű érzékelőválasztékot kínálnak, amelyek induktív, száloptikai, mágneses, nyomás- és lézeres háromszögelési technikákat alkalmaznak. A pontos mérés iránti igénynek köszönhetően a Mordor Intelligence elemzőcsoport azt jósolja, hogy a dolgok internetének (IoT) globális érzékelői piaca éves ütemben több mint 24%-kal fog növekedni 2020-tól 2025-ig. Egy Ericsson tanulmány szerint 2021 végéig összesen 28 milliárd eszköz fog az internethez csatlakozni, és majdnem 16 milliárd IoT-eszköz nagy részét a gyártás teszi majd ki.
A mai környezetben az érzékelők adatainak általános használati modellje, hogy az adatok nagy részét elküldik a felhőbe. Az érzékelők elterjedésével ezt egyre nehezebb támogatni. Helyi feldolgozásra lesz szükség az adatok elemzéséhez és a betekintés megszerzéséhez, mielőtt a további részletes elemzés érdekében a felhőszerverekre töltenék fel a csak jelentős állapotváltozásokat tartalmazó adathalmazt. A nagy teljesítményű, olcsó, peremhálózati számítástechnikai hardver kritikus fontosságú ennek megvalósításához, ami a vezető beszállítóktól különféle formákban kapható.
Az Avnet SmartEdge Agile például tanúsított hardveres megoldást és teljes szoftvert kínál a mélytanulásnak a peremhálózaton történő megvalósításához. Az Omron beépítette a mesterséges intelligencia funkciókat a Symaec vezérlőplatformjába, amíg az Opto22 cég nagy teljesítményű számítástechnikát kínál valós idejű vezérléshez, közel a gyártócsarnokhoz a „groov” modulcsaláddal.

3. trend – biztonság, még heterogén környezetben is

Az peremhálózati számítástechnika és a csatlakoztatott érzékelőmodulok képességeinek növekedésével a biztonság kulcsfontosságú kérdéssé válik. A IIoT mindenütt elérhető kapcsolatai célpontul szolgálhatnak a hackerek támadásainak. Több kommunikációs szabvány jelenléte a gyárban növeli a védelem biztosításának összetettségét.
A behatolás kockázatának leküzdése érdekében fokozott figyelmet kell fordítani a támadások elhárításának kockázataira és mechanizmusaira. A megoldás része az informatikai világ tapasztalatainak felhasználása operatív technológiai környezetben. Az informatikai térben ma már elterjedt az adatok titkosítása nemcsak továbbításkor, hanem nyugalomban is, és biztosítani kell, hogy a hálózaton futó összes kódot egy jóváhagyott szállító írja alá. Ezenkívül a gyártóknak biztosítaniuk kell a szoftver és a firmware frissítését, ha sérülékenységet találnak. Az olyan beszállítók, mint a Schneider Electric, olyan stratégiákat dolgoztak ki, amelyek elősegítik a gyártók biztonságát, és olyan architektúrát biztosítanak az ügyfelek számára, amely a problémákkal foglalkozik. Más szállítók védelmi mechanizmusokat építenek be termékeikbe annak biztosítására, hogy a gyártóknak lehetőségük legyen saját biztonságos architektúrájukat felépíteni.

Összegezve

Az ipari vezérlés és az automatizálás több fronton is hihetetlenül gyorsan fog fejlődni. Habár a biztonság és más kérdések kihívásokat jelentenek, a technológia fejlesztése hatékonyabbá és jobbá teszi a gyártást a vevői igények kielégítésében. A szervezetek az általuk alkalmazott technológia körültekintő választásával és a skálázható platformok kihasználásával megkönnyíthetik az átállást. Az ilyen típusú döntéseket nagymértékben elősegítheti a globális forgalmazókhoz, például a Farnellhez fordulás, akik hozzáférést nyújthatnak a piacvezető termékportfólióhoz, erős beszállítói hálózathoz, megbízható disztribúciós szolgáltatáshoz és technikai támogatáshoz, hogy bármilyen méretű vállalkozásokat segítsenek útjuk során az ipari automatizálási technológia átvételére, illetve előmozdítására.

Szerző: Cliff Ortmeyer – a Farnell műszaki marketing globális vezetője

Farnell element14
Ingyenesen hívható telefonszám:
06 80 016 413

Műszaki támogatás
e-mailben: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
http://hu.farnell.com
www.element14.com