Cu aproape un deceniu în urmă, Ministerul Federal German al Educației și Cercetării a inventat un termen pentru a descrie transformarea care se răspândește acum în întreaga industrie prelucrătoare: Industrie 4.0, termen pe care acum îl regăsim tradus frecvent în echivalentul englezesc Industry 4.0. Denumită, uneori, a patra revoluție industrială, expresia descrie o nouă schimbare de etapă în tehnologia de automatizare a producției.
La fel ca a treia revoluție industrială, Industrie 4.0 se centrează pe utilizarea roboticii și a echipamentelor computerizate. Cu toate acestea, ea se distinge printr-o atenție sporită acordată conectării sistemelor între ele și utilizării depline a datelor colectate de fiecare subsistem automatizat. Accentul pus pe comunicații este motivul pentru care Industrie 4.0 se aliniază puternic cu noțiunea de IIoT – Internetul industrial al lucrurilor. Prin combinarea analizei datelor, a comunicațiilor și a controlului în timp real, roboții și mașinile-unelte devin “sisteme ciber-fizice”, care pot răspunde mult mai inteligent la schimbările de condiții.
Accentul pus pe aspectele legate de tehnologia informației (IT) în controlul industrial nu înseamnă că Industrie 4.0 se bazează pe o automatizare totală. Multe operațiuni de producție au nevoie de interacțiune umană. În contrast cu anii din trecut, când roboții erau instalați în interiorul cuștilor de siguranță, departe de personalul din secția de producție, tendința se îndreaptă spre utilizarea de “coboți”: roboți și instrumente care cooperează direct cu oamenii. Scopul este de a facilita trecerea la o funcționare mult mai flexibilă, în care unitățile de producție sunt capabile să schimbe rapid și eficient operațiunile. Reorientarea permite unităților să reacționeze la schimbările bruște ale cererii pentru a gestiona produse și variante diferite ori de câte ori este nevoie. Acest lucru, la rândul său, determină necesitatea ca unitățile să reacționeze la un set mult mai bogat de fluxuri de date și să planifice în consecință.
Până în prezent, mașinile-unelte și roboții au fost în mare parte proiectate să reacționeze la propriile circumstanțe, folosind senzori încorporați pentru a detecta dacă sunt încălcate toleranțele sau, în unele cazuri, pentru a-și monitoriza propria stare folosind analiza, de exemplu, a vibrațiilor. Se preconizează că această capabilitate de auto-monitorizare va fi utilizată pe scară mai largă în anii următori pentru a preveni defecțiunile neprevăzute și pentru a raționaliza operațiunile de întreținere.
În scenariul Industrie 4.0, instrumentele pot reacționa la datele produse de unitățile învecinate sau la intrările externe, ceea ce le permite să facă față rapid condițiilor în schimbare. Procesele pot modifica timpii de încălzire și de uscare pentru a se adapta la conținutul variabil de umiditate din materiale sau la umiditatea mediului. Reducerea diferențelor cauzate de schimbarea condițiilor înseamnă că se va îmbunătăți calitatea producției, precum și posibilitatea de a economisi energie atunci când condițiile sunt favorabile.
Produsele unor furnizori oferă capabilități de ultimă oră pentru anumite tipuri de mașini. De exemplu, “Motion Terminal VTEM” de la Festo este prima supapă care dispune de abilitatea de a rula aplicații de ajustare a funcționării pentru diferite situații. Controlul calității este un obiectiv cheie al uneltelor programabile de cuplare/decuplare HS-Technik de la Panasonic. Senzorii încorporați înregistrează și evaluează valorile cuplului de fixare și ale unghiului, care sunt esențiale pentru controlul calității în situații de mare randament.
Tendința #1 – Simulare și gemeni digitali
Intensificarea utilizării instrumentelor de producție și a roboților oferă numeroase date pentru activitățile de producție, informații ce pot fi utilizate pentru a fundamenta alegerile de proiectare și pentru a ajuta la gestionarea întregului ciclu de viață al unui produs. Firma de analiză a pieței GlobalData vede conceptul de “geamăn digital” (digital twin) câștigând teren. Prin susținerea unei reprezentări digitale a fiecărui produs fizic, care este livrat și care deține o mare parte din datele senzorilor obținute în timpul producției și pe parcursul duratei de viață a acestuia, geamănul digital facilitează mult mai mult măsurarea eficienței produsului fizic. Cheia conceptului de geamăn digital este tehnologia de simulare. Mai degrabă decât să se bazeze doar pe modelele din datele senzorilor, simularea geamănului digital folosind informațiile înregistrate poate arăta potențiale probleme ascunse anterior, care nu numai că ajută la întreținerea pieselor existente, ci și informează proiectarea produselor ulterioare.
Adrian Lloyd, de la Interact Analysis, observă că simularea “digital-twin” ajută nu doar produsele, ci și liniile folosite pentru fabricarea lor. Un exemplu a fost dat de VinFast, un start-up din domeniul auto. În parteneriat cu Siemens, producătorul de automobile a folosit simularea configurației atelierului pentru a îmbunătăți randamentul și productivitatea înainte de instalarea uneltelor și utilajelor, ceea ce a permis realizarea unor economii masive față de metodele tradiționale utilizate pentru a pune în funcțiune astfel de linii de producție.
Schneider Electric se referă la ideea de a utiliza simularea pentru a dezvolta linii de producție de tip “inginerie zero”, extinzând conceptul la programarea componentelor individuale ale echipamentului de control. Mai degrabă decât să blocheze capacitatea de producție pentru programare și testare, acum este posibil să se experimenteze și să se configureze controlere de tip Modicon și AVEVA în domeniul virtual. Tehnicile “digital-twin” leagă modelele virtuale de sistemele fizice. Atunci când este necesară o schimbare, programarea se transferă pur și simplu de la un model la altul.
Potrivit ABB, abordările de punere în funcțiune virtuală reduc timpul total de inginerie cu 20%, reduc cheltuielile de capital cu 25% și reduc timpul de instruire la jumătate. Pentru a susține această abordare, ABB oferă soluția de punere în funcțiune virtuală Ability, care nu numai că sprijină configurarea în domeniul digital, dar oferă și interfețe de realitate virtuală pentru a sprijini instruirea eficientă și în timp util a operatorilor.
Tendința #2 – Senzorii inteligenți sunt peste tot
Utilizarea senzorilor va fi larg răspândită în cadrul fabricii și nu numai. Furnizori precum Omega și Omron oferă o gamă largă de senzori inductivi, cu fibră optică, magnetici, de presiune și cu laser pentru a implementa tehnici de triangulație, printre multe altele. Datorită cererii de măsurători precise, grupul de analiști Mordor Intelligence preconizează că piața globală a senzorilor pentru Internetul lucrurilor (IoT) va crește cu o rată medie anuală cu puțin peste 24% între 2020 și 2025. Potrivit unui studiu realizat de Ericsson, din totalul de 28 de miliarde de dispozitive conectate la internet până în 2021, aproape 16 miliarde vor fi dispozitive IoT, iar industria prelucrătoare va reprezenta o mare parte din acest total.
În mediul actual, un model comun de utilizare a datelor senzorilor este acela de a trimite o mare parte din acestea în cloud. Pe măsură ce proliferarea senzorilor continuă, acest lucru devine din ce în ce mai dificil de susținut. Va fi necesară o procesare locală pentru a analiza datele și a obține informații ori de câte ori este nevoie, înainte de a încărca o formă condensată pe serverele cloud – care conține doar schimbările semnificative de stare – pentru analize aprofundate suplimentare. Hardware-ul pentru aplicații de calcul la margine (edge computing) de înaltă performanță și cu costuri reduse este esențial pentru a impulsiona acest lucru și este disponibil de la furnizori de top într-o varietate de forme.
SmartEdge Agile de la Avnet, de exemplu, oferă o soluție hardware certificată și un software complet pentru implementarea învățării profunde, la marginea rețelei. Omron a încorporat funcționalitatea de inteligență artificială în platforma sa de control Symaec, în timp ce Opto22 oferă calcul de înaltă performanță pentru controlul în timp real aproape de secția de producție cu ajutorul familiei sale de module ‘groov’.
Tendința #3 – Securitate, chiar și într-un mediu eterogen
Pe măsură ce capacitățile modulelor ‘edge computing’ și ale modulelor de senzori conectați cresc, securitatea devine o problemă esențială pentru cei care le implementează. Conectivitatea omniprezentă implicată de IIoT oferă hackerilor multe ținte de atac. Prezența mai multor standarde de comunicație în fabrică sporește complexitatea generală a asigurării protecției.
Pentru a combate riscul de intruziune, dezvoltatorii trebuie să acorde o atenție deosebită riscurilor și mecanismelor de contracarare a atacurilor. O parte a soluției constă în utilizarea experienței din lumea IT într-un mediu tehnologic operațional. În spațiul IT, în prezent, este obișnuit să se cripteze datele nu doar atunci când sunt transmise, ci și atunci când sunt în repaus și să se asigure că tot codul rulat în rețea este semnat de un furnizor aprobat. Mai mult, producătorii trebuie să se asigure că pot actualiza software-ul și firmware-ul atunci când sunt descoperite vulnerabilități. Furnizori precum Schneider Electric au dezvoltat strategii pentru a-i ajuta pe producători în ceea ce privește securitatea și pentru a le oferi clienților o arhitectură care să facă față problemelor. Cu toate acestea, alți furnizori implementează mecanisme de protecție în produsele lor pentru a se asigura că producătorii au opțiunea de a-și construi propriile arhitecturi sigure.
Îmbinarea tuturor elementelor
Pe scurt, controlul și automatizarea industrială se dezvoltă rapid pe mai multe fronturi, pe măsură ce producătorii încep să profite de flexibilitatea și capabilitatea pe care le aduc tehnologiile Industrie 4.0. Deși securitatea și alte aspecte aduc provocări, îmbunătățirile tehnologice vor face ca producția să fie mai eficientă și să facă față mai bine cererii clienților. Făcând alegeri atente în ceea ce privește tehnologia pe care o utilizează și valorificând platformele scalabile, întreprinderile pot facilita tranziția. Aceste tipuri de decizii pot fi ajutate în mare măsură dacă se apelează la distribuitori globali, cum este Farnell, care pot oferi acces la un portofoliu de produse lider de piață, la o rețea puternică de furnizori, la un serviciu de distribuție fiabil și la asistență tehnică pentru a echipa întreprinderile de toate dimensiunile în demersul lor de a adopta sau de a avansa în utilizarea tehnologiei de automatizare industrială.
Autor:
Cliff Ortmeyer, Director Global de Marketing Tehnic, Farnell
https://ro.farnell.com