Automatizacija u industriji 4.0

U vremenima nestabilnih tržišta i prilagođenih proizvoda do veličine serije od 1, brze izmjene serija postale su ključni čimbenik. Modularna proizvodna inteligencija izravno na razini terena pruža potrebnu fleksibilnost, kao što je dizajn terminala ventila ili sustava nosača s ugrađenim kontrolerima.

U istraživačkom projektu industrije 4.0 SmartFactory Festo je dao znatan doprinos stvaranju fleksibilnih, modularnih i međusobno umreženih strojnih ćelija različitih proizvođača. To je već implementirano u tehnološkoj tvornici Festo i dokazalo je, između ostalog, da se vrijeme postavljanja umreženih montažnih linija može smanjiti s nekoliko sati na 13 sekundi. To znači da možete jednostavno implementirati nove tehnologije ili proizvodne metode u jednom poslijepodnevu. Čak se i vrijeme potrebno za premještanje cijelog sustava sada može smanjiti s tri tjedna na samo tri dana.

Važno je napomenuti da se u industriji 4.0 postojeći sustavi također mogu održavati isplativim uz prikladne naknadno opremljene komponente. Za sada će proizvođači i korisnici morati sami definirati specifikacije sučelja strojeva za svoje procese; relevantni standardi ili VDMA preporuke tek trebaju biti objavljeni.

Troškovi energije neće se smanjiti sami od sebe. Ključ učinkovite proizvodnje jest u vlastitim resursima i upravljanju energijom koje je moguće samo u umreženim sustavima. Proizvodna zgrada Festo u tehnološkoj tvornici Scharnhausen najbolji je primjer. Sa značajkama kao što su izvrsna izolacija, povrat topline i stvaranje komprimiranog zraka prilagođeno zahtjevima, lokacija zadovoljava najviše energetske standarde.

Prije svega, međutim, povezani senzori prate potrošnju svakog stroja. Aplikacije M2M (komunikacija između strojeva) komuniciraju autonomno preko OPC UA s proizvodnim izvršnim sustavom (MES), koji je konfiguriran za optimalnu sinkronizaciju i sprečava vršna opterećenja. Postojeći sustavi naknadno su opremljeni potrebnim senzorima i mini upravljačkim sustavima, uključujući električni terminal CPX i naš modul energetske učinkovitosti MSE6-E2M. To je iziskivalo ulaganje od otprilike 3000 do 5000 eura po stroju. S druge strane, to će tvornici uštedjeti oko 3 GWh energije, a investicija će se isplatiti za manje od tri godine. U drugim projektima klijenata podrška koju pružaju naše Festo usluge uštede energije rezultirala je uštedama do čak 60 %. Kad je riječ o novim sustavima, najveći potencijal krije se u ekonomskom dizajnu.

Glavna prednost industrije 4.0 jest prediktivno održavanje koje minimizira neplanirane zastoje. iPadi su bili važan dio Festova pilot-projekta. Kolegama iz odjela servisa omogućuju i pregled poruka o greškama sustava na svojim tabletima i pristup svim uputama za popravak, planovima, opisima materijala te popisima dijelova i rezervnih dijelova. Ako je potrebno, mogu se konzultirati sa stručnjacima preko chata, učitati prethodne narudžbe za popravke i preko interneta pogledati skladište rezervnih dijelova. Tako je odmah jasno koje su poruke o greškama još neriješene i kojem su zaposleniku i s kojim prioritetom dodijeljene.

U budućnosti bi se aktivnosti održavanja mogle još više proširiti kako bi uključile vezu u stvarnom vremenu s popisom narudžbi i podršku AR (proširene stvarnosti). Pilot-projekt bio je toliko uspješan da isti sustav trenutačno uvodimo u sve Festo tvornice. OEE (Overall Equipment Effectiveness – ukupna učinkovitost opreme) proizvodnih sustava znatno se povećao, zaposlenici su motiviraniji i investicija se isplatila za manje od šest mjeseci.

Ovom se mobilnom aplikacijom za održavanje AX Smartenance (pametno održavanje) možete koristiti i u svojoj tvornici kao digitalnim upraviteljem održavanja.

Industrija 4.0 bavi se praktičnim primjenama. U našoj Tehnološka tvornica Scharnhausen proizvodimo svoje ventile, terminale ventila, tiskane pločice i module na umreženim montažnim linijama u fleksibilnom, energetski učinkovitom i visokoproduktivnom procesu.

Prema teoriji ograničenja (TOC) EM Goldratta, svaki proces stvaranja vrijednosti podliježe ograničenju. Uzvodno od ograničenja sve se zaglavi, dok nizvodno proizvodnja često izostane. Cilj je locirati i eliminirati to usko grlo tako da sljedeće usko grlo postane vidljivo kako bi ga se moglo ukloniti.

Taj smo iterativni postupak TOC-a proširili u tehnološkoj tvornici Scharnhausen i razvili ga u organizaciju orijentiranu na usko grlo (EOO). Točnije, riječ je o rokovima isporuke i izvedbi isporuke. Relevantni ključni pokazatelji su propusnost, zalihe i operativni troškovi. U praksi to znači da su svi strojevi sustavno povezani s mrežom industrije 4.0 tako da sve uključene osobe na svojem zaslonu primaju potrebne podatke iz online sustava MES, bilo da se služe stolnim računalom, tabletom ili pametnim telefonom.

To funkcionira izvrsno, i za nas i za naše projektne partnere: u obradi metala, na primjer, naručivanje temeljeno na potražnji s pomoću organizacije usmjerene na usko grlo smanjilo je vrijeme protoka za 56 % u cijeloj tvornici i za čak 90 % u pojedinačnim jedinicama.

U usporedbi sa serijskom proizvodnjom, protočna proizvodnja je mnogo fleksibilnija. Vrijeme protoka je kratko, kvaliteta je izvrsna, a zahtjevi za prostorom također su mali. Jednodijelni protočni procesi mogu se posebno projektirati tako da se zalihe međuspremnika mogu uvelike eliminirati i proizvodnja može upravljati s mnogo većom fleksibilnošću.

Praktični primjer je naša implementacija sustava Heijunka u sklopu organizacije usmjerene na usko grlo (EOO), koja uključuje kompletan procesni lanac od piljenja do uklanjanja srha, bušenja i glodanja, do fine obrade i površinske obrade. S tehničke strane koriste se inteligentna rješenja za rukovanje iz Festa kao i komunikacija M2M (između strojeva) preko OPC UA. To održava radne podatke ili KPI-jeve strojeva sinkroniziranima u svakom trenutku. U slučaju kvara cijela se linija može prilagoditi kako se ne bi nagomilavali materijali koje je onda potrebno obrađivati vikendom ili tijekom skupih noćnih smjena.

U scenarijima digitalnih blizanaca industrije 4.0, jedinstvena, strojno čitljiva identifikacija je apsolutno nužna. To se već implementira u Festu: ključ proizvoda je ili QR kod ili kod matrice podataka, ili jedanaesteroznamenkasti alfanumerički kod koji jasno identificira svaki proizvod. To znači da uvijek imate pouzdan pristup podacima kao što su oznaka tipa, serijski broj i verzija. Za sada zvuči poznato. Ali ključ proizvoda može još mnogo više: na primjer, može automatski pozvati ispravnu korisničku dokumentaciju i CAD podatke. I to uvelike pojednostavnjuje naručivanje komponenti i rezervnih dijelova. Integrirani identifikacijski kod omogućuje tehničarima za održavanje ili proizvođačima strojeva da obavljaju narudžbe tijekom rada, točno, učinkovito i apsolutno bez grešaka, čak i u slučaju složenih terminala ventila i podsustava sa stotinama pojedinačnih dijelova.

Ključ proizvoda poduzeća Festo čak je spreman za oblak jer se može koristiti kao pristupni kod za sustave koje konfigurirate (ili ponovno konfigurirate) s pomoću aplikacije i kojima upravljate preko IIoT platformi. To znači da možete jednostavno dobiti najnoviji firmware, nadogradnje i usluge iz Festo App World i uvijek biti na sigurnom.

Sustavi s karticama svakako su od velike pomoći, ali inteligentna rješenja koja su dizajnirana za protočne proizvodne procese i organizaciju usmjerenu na usko grlo još su bolja.

Prije svega, osoblje za održavanje mora biti stvarno mobilno i kada je na terenu preko interneta na svojim tabletima mora imati pristup svim potrebnim operativnim podacima i podacima o stroju u stvarnom vremenu. Aplikacija ih usmjerava na sljedeću lokaciju prije nego što ona postane usko grlo. Time se eliminira potreba za putovanjem iz središnjeg ureda za održavanje radi rada na stroju, što je za veća poduzeća ušteda od nekoliko radnih sati tjedno. Drugo, narudžbe se tada mogu odrediti prema kriterijima učinkovitosti kao što su iskorištenost kapaciteta, status narudžbe i vrijednost izlaza stroja. Treće, mobilno održavanje je ono što ovlašćuje osoblje održavanja da djeluje; u idealnoj situaciji, možete odmah i automatski naručiti rezervne dijelove online s pomoću ključa proizvoda.

Primjer HMI-a (sučelje čovjeka i stroja), koji se temelji na ljudima je ProGlove koja izgleda kao normalna radna rukavica, osim što je u stražnji dio šake ugrađen skener barkoda. Zaposlenici u logistici ga aktiviraju preko ugrađenih senzora palca, što im omogućuje da automatski kreiraju digitalni zapis o tome čime rukuju tijekom utovara i istovara. Osim toga, tako im obje ruke ostaju slobodne. To je brže i radi besprijekorno i na montažnim i ručnim radnim stanicama.

U našoj tehnološkoj tvornici Scharnhausen već smo uvelike implementirali ovaj pametni industrijski pristup te smo označili i kodirali opremu za montažu tako da zaposlenici automatski preuzimaju prave dijelove, osiguravajući jednostavan i brz rad bez grešaka. Time istodobno stvaramo istinskog "digitalnog blizanca" svojih proizvodnih procesa. To zauzvrat omogućuje fleksibilnu, preciznu i učinkovitu kontrolu obujma proizvodnje i tokova materijala.

Kako bi podaci o strojevima i proizvodnji u umreženoj industriji bili korisni, moraju biti objedinjeni, konsolidirani i mora biti lako upravljati njima. Taj zadatak preuzima IoT pristupnik CPX. Ovisno o složenosti, između 10 i 31 komponente i modula na razini tvornice mogu komunicirati u stvarnom vremenu preko sigurnog OPC UA sučelja. Pristupnik prevodi tokove podataka u AMQP (MQTT i druge na zahtjev), osiguravajući da su i sigurni i spremni za oblak. Zahvaljujući tomu otvorene su sve opcije industrije 4.0 i moderne analize podataka, od pametnog održavanja do potpunih digitalnih blizanaca.

Naš IoT pristupnik već je opremljen unaprijed konfiguriranim kontrolnim pločama koje se mogu prilagoditi na zaslonu i uključuju widgete sa semaforima i dijagramima za preventivno održavanje i kontrolu radnog opterećenja. Odmah je spreman za upotrebu, na primjer, s kibernetičko-fizičkim sustavima kao što su modul energetske učinkovitosti MSE6-E2M, sustav rukovanja YXMx ili naš Motion Terminal VTEM.

U praksi to ima dva ishoda: praćenje stanja po načelu ključ u ruke s automatskim upozorenjima i pouzdanom dijagnostikom kvarova u stvarnom vremenu, kao i opsežne opcije za analizu poslovnih podataka u Festo Cloudu, s analizama trendova, sustavima ranog upozorenja i opcijama upravljanja za povećanje učinkovitosti cjelokupnog sustava temeljeno na pouzdanim podacima o izvedbi.

Pouzdani ključni pokazatelji uspješnosti temelj su svakog sustava stručne podrške, svake utemeljene odluke tvrtke i svake učinkovite optimizacije procesa. Stoga se svi podaci s IoT pristupnika prikupljaju i obrađuju u Festo Cloudu i spremni su za inteligentnu analizu podataka, bilo da su jasno predstavljeni u obliku intuitivnih kontrolnih ploča ili složenih dugoročnih analiza.

U budućnosti će način na koji industrijska poduzeća upravljaju vlastitim količinama podataka biti ključni čimbenik uspjeha. Opsežne mogućnosti upravljanja i optimizacije industrije 4.0 već su dostupne na razini oblaka. Do sada je Festo Cloud izravno pridonio smanjenju zastoja, poboljšanju iskorištenosti kapaciteta i povećanju ukupne produktivnosti. Štoviše, proizvodne tvrtke kao i proizvođači strojeva i sustava već rade na novim modelima poslovanja i prihoda koji proizlaze iz daljnje obrade i pripreme podataka o strojevima u oblaku.

Industrija 4.0 daleko je više od tehnologije senzora koja prosljeđuje podatke stroja u oblak. I pravi kibernetičko-fizički sustavi također rade obrnuto, donoseći kontrolnu inteligenciju na terensku razinu i čak čineći pneumatiku digitalnom. Naš Motion Terminal VTEM pruža jednostavan način za dodavanje funkcija industrije 4.0 u postojeće sustave. Pojedinačnim ventilima upravljaju aplikacije i može ih se slobodno programirati preko WebConfiga: razina tlaka, kontrola protoka, funkcija višesmjernog ventila i dijagnostika propuštanja. Motion Terminal VTEM daje proizvođačima strojeva i sustava mnogo više slobode i pojednostavnjuje dizajn pneumatskih krugova. Preuzima funkcije koje bi prije zahtijevale više od 50 različitih proizvoda ili pozicija. No prije svega to znači da je komprimirani zrak digitaliziran. S Motion Terminal VTEM jednostavno mijenjate funkcije ventila preko softvera umjesto da mijenjate hardver.

Viši jezik automatizacije (AML) etablirao se kao format za razmjenu podataka dizajniran posebno za različita razvojna okružja i inženjering među proizvođačima. Jezik temeljen na XML-u povijesno potječe iz automobilske industrije, ali konzorcij razvojnih programera formulirao ga je kao opći "digitalni alat". Festo je i sam član Upravnog odbora AutomationML te zajedno s drugim renomiranim stručnjacima i istraživačkim institutima sudjeluje u razvoju, standardizaciji i daljnjoj distribuciji standarda, posebno za implementaciju pametnih alata u projektu ENTOC (Engineering Tool Chain for Efficient and Iterative Development of Smart Factories).

AutomationML nije vlasnički format, nego je dizajniran da bude neutralan i proširiv. Zapravo AML olakšava posao strojarskim inženjerima više nego, na primjer, u kućnoj automatizaciji, gdje se programeri moraju boriti s velikim brojem problema povezanih sa sučeljem i nizom različitih, nekompatibilnih sustava. AML omogućuje razmjenu podataka o planiranju sustava i pristup pouzdanoj dokumentaciji, ali pokriva i, primjerice, provedbu simulacija sustava u živim sustavima.

Otvoreni konzorcij predvođen Njemačkom udrugom proizvođača električne i elektroničke opreme (ZVEI) već je u sklopu Plattform Industrie 4.0 uz potporu njemačkog Saveznog ministarstva gospodarstva i energetike predstavio referentni arhitektonski model za industriju 4.0 (RAMI 4.0) i definirao važna obilježja komponenti industrije 4.0. U projektu suradnje otvorenog koda openAAS (open Asset Administration Shell) sada je konkretno riječ o "otvorenoj administrativnoj ljusci" za takve komponente. Protokol se temelji na OPC UA (Unified Architecture), koji se već upotrebljava u svim Festo proizvodima kompatibilnim s industrijom 4.0.

U praksi je zadatak opisati komponentu industrije 4.0 kao inkapsulirani sustav sa sučeljima i tako stvoriti digitalnu sliku – osnovu svih koncepata digitalnih blizanaca i temelj svake suradnje M2M (između strojeva). Festo u tom razvoju igra ključnu ulogu, a prve pokusne implementacije već su bile uspješne.

Veliki podaci tema su zajedničkog istraživačkog projekta koji financira njemačko Savezno ministarstvo za obrazovanje i istraživanje, a koji će trajati do sredine 2019. godine. Cilj je razviti metode koje poduzećima omogućuju izgradnju novih poslovnih modela na temelju količine podataka generiranih u kontekstu industrije 4.0.

U sklopu BigDieMo Festo je odgovoran za razvoj modularnog sustava s metodama i alatima za strukturirano kreiranje usluga temeljenih na podacima. U tom se procesu možemo oslanjati na vlastito iskustvo u tehnološkoj tvornici Scharnhausen, kao i na rezultate pokusnih sustava u objektima klijenata. Održavanje je oduvijek bilo važan inženjerski kriterij za svaku industrijsku komponentu poduzeća Festo, zbog čega je bilo glavni prioritet još i prije mogućnosti koje nudi prediktivno održavanje.