Автоматизация в Индустрия 4.0

Шансовете им за бъдещето са добри: от епохата на основателите перспективите пред индустрията не са били толкова светли, колкото са днес. Цифрово-мрежовото производство като интелигентна фабрика, интернет на нещата, големите данни, коботите и други киберфизични системи (CPS) правят възможно огромно увеличение на производителността - и вие вече сте с правилния технологичен партньор.

Индустрия 4.0 в приложение

Гъвкава, лесна, безопасна и високопроизводителна - Индустрия 4.0 обединява различни области на експертния опит на Festo и по този начин носи широк спектър от ползи за вашето производство. Ще ви запознаем с областите, в които можете да се подготвите за Индустрия 4.0, и ще ви покажем решения, практически примери и подходящи продукти.

Индустрия 4.0 в производството

Изключително гъвкави монтажни линии

Технологии на Индустрия 4.0: Работник проверява монтажната линия

Във времена на непостоянни пазари и индивидуализирани продукти с размер на партидата до 1, бързата смяна на партидата се превърна в нокаутиращ критерий. Необходимата гъвкавост се осигурява преди всичко от модулна производствена интелигентност директно на полево ниво, например под формата на вентилни терминали или носещи системи с интегрирано управление.

В изследователския проект "Индустрия 4.0" SmartFactory, Festo има значителен принос за превръщането на гъвкавите, модулни и мрежови машинни клетки от различни производители в реалност. Това вече е реализирано на практика във фабриката за технологии на Festo и е доказано, наред с другото, че времето за настройка на мрежови монтажни линии може да бъде намалено от няколко часа на 13 секунди. След това можете да управлявате внедряването на нови технологии или производствени процеси в рамките на един следобед. И дори преместването на цялото съоръжение вече не отнема три седмици, а само три дни.

Важно: Съществуващите инсталации остават рентабилни и в Индустрия 4.0 с подходящи компоненти за модернизация. Засега производителите или потребителите трябва сами да определят спецификациите на машинните интерфейси за собствените си процеси; все още се очакват съответните стандарти или препоръки на VDMA.

Енергийно ефективно проектирани системи

Технологии на Индустрия 4.0: производствена среда

Разходите за енергия няма да намалеят от само себе си. Ключът към ефективното производство е управлението на собствените ресурси и енергия, което е осъществимо само в мрежови системи. Най-добрият ни пример е производствената сграда на Festo в технологичния завод в Шарнхаузен: с добра изолация, рекуперация на топлина, ориентирано към нуждите производство на сгъстен въздух и т.н., мястото отговаря на най-високите енергийни стандарти.

Преди всичко обаче една мрежова сензорна система регистрира потреблението на всички машини. Приложенията M2M (машина към машина) комуникират независимо чрез OPC UA със системата за управление на производството (MES), която е настроена за оптимална синхронизация и избягва енергийните пикове. В съществуващите инсталации необходимите сензори и малката система за управление бяха преоборудвани, наред с другото, с електрическия терминал CPX и нашия модул за енергийна ефективност MSE6-E2M. Това изисква инвестиции от около 3000 до 5000 Евро на машина. От гледна точка на кредита, фабриката може да спести около 3 GWh енергия, което дава възвръщаемост на инвестицията за по-малко от три години. В други проекти на клиенти подкрепата на нашите услуги за пестене на енергия на Festo доведе до икономии дори до 60%. При новите централи най-големият потенциал се крие в икономическия дизайн.

Поддръжка в мобилна мрежа

Технологии на Индустрия 4.0: Работник разговаря с колегите си в производственото хале

Едно от основните предимства на Индустрия 4.0 е прогнозната сервизна поддръжка, която свежда до минимум непланираните престои. В пилотния проект на Festo iPad е съществен елемент: колегите от сервиза могат да показват на таблетите си не само съобщенията за грешки от системата, но и всички инструкции за ремонт, планове, както и списъци с части и резервни части. Ако е необходимо, те могат да се обърнат към експерти чрез чат, да заредят предишни поръчки за ремонт и да разгледат онлайн склада за резервни части. По този начин също така веднага става ясно, кои съобщения за грешки са все още отворени и на кой служител са възложени и с какъв приоритет.

Областта на поддръжката може да бъде разширена още повече в бъдеще, като се стигне до връзка в реално време с натрупаните поръчки и AR поддръжка (Разширена реалност). Пилотният проект беше толкова успешен, че в момента внедряваме тази система във всички заводи на Festo. Общата ефективност на оборудването (OEE) на производствените съоръжения се е повишила значително, служителите са по-мотивирани, а възвръщаемостта на инвестицията е по-малка от шест месеца.

Можете също така да използвате това мобилно приложение за поддръжка AX Smartenance (интелигентна поддръжка) във вашата фабрика като цифров мениджър на поддръжката.

Технологична фабрика на Festo в Шарнхаузен

Технологии на Индустрия 4.0: Технологична фабрика на Festo в Шарнхаузен

Индустрия 4.0 съществува в приложението. В нашия Технологичен завод Шарнхаузен ние произвеждаме нашите клапани, вентилни терминали, печатни платки и модули в мрежови монтажни линии: гъвкаво, енергийно ефективно и високопроизводително.

Цифрова оптимизация на процесите

Поръчване според търсенето без затруднения

Технологии на Индустрия 4.0: производство, ориентирано към ограничаване на достъпа

Според Теорията на ограниченията (TOC) на Е. М. Голдрат всяко оперативно създаване на стойност има тясно място. Пред него всичко се задръства, а зад него производството често е празно. Това тясно място трябва да бъде идентифицирано и премахнато, за да може следващото тясно място да стане видимо и да бъде премахнато.

Разширихме този итеративен подход към ТОС в технологичния завод в Шарнхаузен и го развихме в организация, ориентирана към тесните места (ЕОО). Конкретно става дума за сроковете за изпълнение и за ефективността на доставките. Съответните ключови показатели са производителност, запаси и оперативни разходи. Практическото изпълнение се състои в последователно свързване в мрежата на Индустрия 4.0, чрез което всички участници получават необходимите данни от онлайн MES на екрана - независимо дали става въпрос за самостоятелен компютър, таблет или смартфон.

Това работи отлично както за нас, така и за нашите партньори по проекта: В металообработването например, поръчването, основано на търсенето, с EOO е намалило времето за изпълнение на поръчките с 56 % в целия завод, а в отделните обслужващи звена - с 90 %.

Поточно производство без големи буферни запаси

Технологии на Индустрия 4.0: Работник в логистична зала

В сравнение с партидното производство, поточното производство е много по-гъвкаво. Времето за работа е кратко, качеството е подходящо, а нуждата от пространство също е малка. Преди всичко процесите на еднократен поток могат да бъдат проектирани по такъв начин, че междинното складиране да бъде до голяма степен елиминирано и производството да бъде контролирано много по-гъвкаво.

По-конкретно, ние внедрихме такива системи Heijunka в рамките на организацията, ориентирана към тесните места (EOO), в цялата верига от процеси - от рязане до отстраняване на мустаците, пробиване и фрезоване до довършителни работи и повърхностна обработка. От техническа гледна точка се използват интелигентни решения за манипулиране от Festo, както и M2M комуникация (машина към машина) чрез OPC UA. По този начин оперативните данни или ключовите показатели за ефективност на машините се синхронизират по всяко време. В случай на неизправност цялата линия може да се регулира надолу, така че пред нея да не се изтласкват вълни от материал, който би трябвало да се обработва през уикенда или в скъпи нощни смени.

Продуктов ключ за поръчки без грешки

Технологии на Индустрия 4.0: Сканиране на продуктови ключове с помощта на таблет

В сценариите за цифрови двойници на Индустрия 4.0 уникалните машинночитаеми идентификации са от съществено значение. Festo вече разполага с такъв: продуктовият ключ е или QR код, или матрица от данни, или буквено-цифров единадесетцифрен код, който идентифицира безпогрешно всеки продукт. Това означава, че винаги имате под ръка данни като типово обозначение, сериен номер, ревизия и др. Дотук познато. Но продуктовият ключ може още повече: Например, той автоматично извиква правилната потребителска документация и CAD данни. Това значително опростява поръчването на компоненти и резервни части. Интегрираният идентификационен код дава възможност на персонала по поддръжката или на конструкторите на машини да задействат правилната поръчка директно от работното място - ефективно и гарантирано без грешки, дори за сложни вентилни терминали и подсистеми със стотици отделни части.

Продуктовият ключ на Festo е готов дори за работа в облака: За системи, които (пре)конфигурирате чрез приложение и управлявате чрез IIoT платформи, продуктовият ключ функционира като код за достъп. Това означава, че можете да получавате най-новия фърмуер, ъпгрейди и услуги просто от Festo App World и да бъдете в безопасност в дългосрочен план.

Мобилна поддръжка в съответствие с критериите за ефективност

Технологии на Индустрия 4.0: Работник разговаря със свой колега в производственото хале

Системите за билети вече са много полезни, но още по-добри са интелигентните решения, които са предназначени за процесите на поточно производство и организация, ориентирана към тесните места (EOO).

На първо място, това означава, че персоналът по поддръжката е наистина мобилен и разполага с всички необходими оперативни данни и данни за машините онлайн в реално време на своите таблети, докато е на път. Приложението ги насочва към следващото място, преди то да се е превърнало в тясно място. Това означава, че можете да си спестите времето, необходимо за пътуване от централния офис за поддръжка до машината - в по-големите компании това означава няколко работни часа седмично. Второ, поръчките могат да бъдат приоритизиране според критерии за ефективност, като например използване, статус на поръчката и добавена стойност на машината. Трето, мобилната поддръжка прави персонала по поддръжката наистина способен да действа: В идеалния случай можете незабавно да инициирате поръчка на резервни части онлайн и автоматично чрез продуктовия ключ.

Интелигентна логистика с цифров близнак

Технологии на Индустрия 4.0: Интерфейс човек-машина с баркод скенер

Пример за HMI (Human Machine Interface - интерфейс човек-машина), който започва от човека:ProGlove изглежда като обикновена работна ръкавица - с изключение на това, че на гърба на ръката е интегриран баркод скенер. Служителите в логистиката го активират чрез вградени сензори за палеца, така че автоматично и цифрово да записват какво обработват по време на товарене и разтоварване в рамките на една операция. И двете ръце са свободни. Това е по-бързо и работи безупречно за монтаж и ръчни работни места.

В нашия технологичен завод в Шарнхаузен вече сме приложили до голяма степен този принцип на интелигентната индустрия и сме маркирали и кодирали монтажните приспособления по такъв начин, че служителите автоматично да вземат правилните части - просто, бързо и без грешки. По този начин едновременно се създава истински "цифров близнак" на производствените процеси. Това от своя страна позволява гъвкаво, прецизно и ефикасно управление на производствените обеми и материалните потоци.

Продукти и решения от Festo

Чрез портала CPX-IOT директно към облака

Технологии на Индустрия 4.0: CPX IOT Gateway

За да бъдат полезни данните за машините и производството в една мрежова индустрия, те трябва да бъдат обединени, консолидирани и управляеми. Тази задача се поема от IoT портала CPX. В зависимост от сложността до 10-31 компонента и модула комуникират на ниво цех в реално време чрез защитен интерфейс OPC UA. Порталът превежда потоците от данни в AMQP (MQTT и други при поискване) и по този начин ги прави също толкова сигурно съвместими с облака. По този начин всички възможности на Индустрия 4.0 и съвременния анализ на данни са отворени - от интелигентна поддръжка до цялостни цифрови близнаци.

Предоставихме на нашия портал за IoT (интернет на нещата) предварително конфигурирани информационни табла, които могат да се персонализират на екрана: Уиджети със светлинни индикатори и диаграми за превантивна поддръжка и контрол на използването. Това е готово за незабавна употреба, например в киберфизични системи като модула за енергийна ефективност MSE6-E2M, системата за обработка YXMx или нашия терминал за движение VTEM.

На практика това води до две неща: мониторинг на състоянието "до ключ" с автоматични предупреждения и надеждна диагностика на неизправностите в реално време, както и широки възможности за анализ на бизнес данни в облака на Festo: анализи на тенденциите, системи за ранно предупреждение и възможности за управление за повишаване на цялостната ефективност на инсталацията въз основа на надеждни ключови показатели за ефективност.

Анализ на данни от Festo Cloud

В основата на всяка система за експертна подкрепа, всяко добре обосновано корпоративно решение, всяка ефективна оптимизация на процесите са устойчивите ключови фигури. Ето защо цялата информация от IoT порталите се събира във Festo Cloud и е на разположение за интелигентни анализи на данни - визуализирани като интуитивни командни табла или като сложни дългосрочни оценки.

Начинът, по който промишлените предприятия се справят със собствените си обеми от данни, ще бъде от решаващо значение за успеха в бъдеще. На ниво облак вече са налични широки възможности за управление и оптимизация на Индустрия 4.0. Festo Cloud вече пряко помага за намаляване на времето за престой, подобряване на използването и повишаване на общата производителност. Не на последно място, производствените компании, както и производителите на машини и съоръжения, вече работят по нови бизнес модели и модели на приходи, които са резултат от допълнителната обработка и подготовка на машинните данни в облака.

Полеви разузнавателни данни в терминала за движение VTEM

Технологии на Индустрия 4.0: Терминал за движение на Festo

Индустрия 4.0 е много повече от сензори, които предават машинни данни към облака. Истинските киберфизични системи вървят и в друга посока, пренасят интелигентността на управлението на полево ниво и дори правят пневматиката цифрова: нашият терминал за движение VTEM лесно разширява съществуващите системи с функции от Индустрия 4.0. Отделните клапани се управляват чрез приложение и могат да се програмират свободно чрез WebConfig: ниво на налягане, дроселиране, функция на насочен клапан, диагностика на течове и др. Терминалът за движение VTEM дава на конструкторите на машини и системи значително повече възможности и улеснява създаването на пневматични вериги. Той поема функции, за които преди това са били необходими повече от 50 различни продукта или позиции. Преди всичко обаче това означава дигитализиране на сгъстения въздух: с терминала за движение VTEM можете просто да променяте функциите на даден вентил чрез софтуер - вместо чрез промяна на хардуера.

Монтаж на успореден двигателен блок

Благодарение на децентрализираната интелигентност на вентилния терминал CPX/VTSA, хващачите монтират уплътнението, буталото и главата на цилиндъра едновременно, а не един след друг: с интерфейс OPC UA вместо с шкаф за управление.

Сглобяване на двигателен блок (PDF)

Инженеринг за интелигентната фабрика

Език за маркиране на автоматизацията (AML)

Технологии на Индустрия 4.0: лого AutomationML

Automation Markup Language (AML) се утвърди като формат за обмен на данни, особено за хетерогенни среди за разработка и инженеринг между различни производители. Въпреки че исторически езикът, базиран на XML, произхожда от автомобилната индустрия, консорциумът на разработчиците го формулира като общ "цифров инструмент". Самата компания Festo е активен член на управителния съвет на асоциацията AutomationML и заедно с други известни специалисти и изследователски институти участва в разработването, стандартизацията и по-нататъшното разпространение на стандарта, особено в прилагането на интелигентни инструменти в проекта ENTOC (Engineering Tool Chain for Efficient and Iterative Development of Smart Factories).

AutomationML не е патентован формат, а е проектиран да бъде неутрален и разширяем. Всъщност ситуацията за проектантите в машиностроенето е значително по-добра благодарение на AML, отколкото в домашната автоматизация, например, където разработчиците трябва да се борят с множество проблеми с интерфейса и счупвания на системата. AML дава възможност за обмен на данни за проектиране на инсталации и надеждна документация, но също така обхваща, например, прилагането на симулации на инсталации в производствени системи.

Административен корпус за сътрудничество с M2M

Технологии за Индустрия 4.0: Административен корпус

Отворен консорциум, обединен около Германската асоциация на производителите на електротехника и електроника (ZVEI), вече представи референтен архитектурен модел за Индустрия 4.0 (RAMI 4.0) като част от Plattform Industrie 4.0 с подкрепата на BMWi и определи основните характеристики на един компонент на Индустрия 4.0. По-конкретно, проектът за сътрудничество с отворен код openAAS (open Asset Administration Shell) вече е за "отворен административен корпус" за такива компоненти. Основата на протокола за това е OPC UA (Unified Architecture), който вече се използва във всички съвместими с Industry 4.0 продукти на Festo.

На практика задачата е да се опише даден компонент на Индустрия 4.0 като капсулирана система с интерфейси и по този начин да се създаде цифров образ - основата на всички концепции за цифров близнак и основата на всяко сътрудничество M2M (машина към машина). Festo играе ключова роля в тази разработка, а първите пилотни внедрявания вече са успешни.

BigDieMo: бизнес модели, базирани на данни

Технологии за индустрията 4.0: лого BigDieMo

Big Data (Големи данни) са тема на съвместен изследователски проект, финансиран от BMBF, който ще продължи до средата на 2019 г. Задачата е да се разработят методи за компаниите за изграждане на нови бизнес модели въз основа на обемите от данни, генерирани от Индустрия 4.0.

В BigDieMo, Festo отговаря специално за разработването на набор от методи и инструменти за структурирано проектиране на услуги, базирани на данни. Можем да се възползваме от собствения си опит в технологичния завод в Шарнхаузен, както и от резултатите от пилотни инсталации в обекти на клиенти. Поддръжката винаги е била централен инженерен критерий за всеки индустриален компонент от Festo, поради което на нея се обръща специално внимание, и то не само от възможностите на прогнозната поддръжка.

Интерфейси и отворени стандарти

Една мрежова индустрия, в която се осъществява сътрудничество, изисква две неща: инсталациите, машините, компонентите и софтуерът да могат да комуникират (свързаност) и да говорят на общ език при това. Това изисква протоколи, интерфейси и стандарти. Festo винаги е залагал на неутрални, независими от производителя решения в тези области. Това е така, защото последователните и отворени стандартни архитектури носят значително повече предимства на средните производители на машини и съоръжения, както и на крайните потребители, отколкото патентованите концепции.

Ето защо участваме във всички съответни комитети по стандартизация в областта на Индустрия 4.0 и също така лобираме пред Германското правителство за отворени стандарти чрез Платформа Индустрия 4.0. Незабавно внедряваме актуални протоколи в нашите продукти - от полеви шини до IO-Link и CODESYS. Голяма част от решенията на Festo вече са внедрили OPC UA - ние също работим с този M2M протокол в собствената си технологична фабрика в Шарнхаузен. Ние се ръководим от модела на референтната архитектура RAMI 4.0 с концепцията за управленска обвивка на ZVEI, Bitkom и VDMA и участваме активно например в разработването на формата за обмен на инженерни данни AML и в съвместния изследователски проект ENTOC.

Референтен архитектурен модел

Брошура Индустрия 4.0

Тези, които носят корпоративна отговорност, вземат със себе си компактния преглед на настоящето на Индустрия 4.0: Изтъкваме сензорните технологии и мрежите, IoT и услугите в облак по отношение на тяхната производителност.

Изтегляне на брошура (PDF)

Индустрия 4.0 на практика