Új időszámítás a gyártásautomatizálásban 2. rész

Az ipar 4.0 és az automatizálás

2019. június 05., szerda, 06:00

Címkék: automatizálás digitalizálás Festo ipar 4.0 IT IT infrastruktúra IT menedzsment kiberfizikai rendszer okosgyár

Törékeny világunkat ősidők óta körülveszi a földi élet kialakulásához és mindennapi létünkhöz nélkülözhetetlen légkör. Az utóbbi évtizedekben egy új, virtuális „atmoszféra” kezdett körvonalazódni, amely ma már szinte ugyanolyan fontos része életünknek, mint a belélegzett levegő. Ez a mind sűrűbb adat- és információfelhő nemcsak a termelő cégek működésének elengedhetetlen feltétele, de hivatalos és magánéletünk kommunikációját is ez teszi lehetővé.

Az automatizálás holisztikus megközelítése

Az adaptív gyártórendszereket olyan intelligens egységekből célszerű felépíteni, amelyek moduláris felépítésűek, hálózatba kapcsolhatók, innovatívfunkció-integrált és miniatürizált megoldásokat alkalmaznak. Konzisztens szoftvereszközökön alapuló irányítástechnikával együtt hozhatók létre az ipar 4.0-ra jellemző kiberfizikai rendszerek.

A megújult, átfogó szemléletű automatizáláshoz kiváló alapot nyújtanak azok a korábban már bevált termékek, amelyeket a gyártók az új igényeknek megfelelően, folyamatosan továbbfejlesztenek. Az előrelátó műszaki módosítások lehetővé teszik, hogy a már működő gyártórendszereket minimális mechanikai átalakítással lehessen a jövő gyáraivá átalakítani. A földrajzi és technikai értelemben is vett átfogó szemlélet jegyében a globálisan működő cégek a különböző országokban saját leányvállalataikon vagy képviseleteiken keresztül vehetnek részt a nemzeti ipar 4.0 platformok munkájában. A továbbiakban bemutatunk néhány termékfejlesztést és innovációt az ipar 4.0 jegyében.

Az energiafogyasztás csökkentése és a központi működési paraméterek szabályozása

Az elektro-pneumatikus energiamegtakarító modulok a lehető legegyszerűbben takarítanak meg energiát a sűrített levegős rendszerekben. Ezek az intelligens egységek önműködően képesek monitorozni és szabályozni a paramétereket új és már meglévő rendszerekben. Üzem közben az egységek automatikusan figyelik és továbbítják az áramlás és a nyomás értékeit. A korszerű autók automatikus stop/start rendszereihez hasonlóan működve takarítanak meg értékes energiát: a figyelt paraméterek alapján észlelik, hogy a gépek stand-by állapotba kerültek, ekkor le tudják kapcsolni a táplevegő-ellátást, így aktív beavatkozásukkal csökkenthető a sűrítettlevegő-fogyasztás. Nemcsak új, hanem felújított régebbi gépek vezérlő PLC-jéhez is csatlakoztathatók, így azok gazdaságos működését is támogatni tudják.

1. ábra

Az energiamegtakarító modulok a táplevegő automatikus vagy külső jelre történt lekapcsolása után szivárgás-ellenőrzést végeznek. Ha a felhasználó által előre beállított megengedett értéknél nagyobb nyomásesést mérnek, jelzést küldenek a termelésirányító rendszernek, így időben intézkedni lehet a megfelelő javításról (1. ábra).

IO-Linkkel ellátott intelligens eszközök az ipar 4.0-hoz

Az IO-Link, mint intelligens csatlakozási interfész, tökéletesen illeszkedik az ipar 4.0 érzékelő és végrehajtó elemeihez: a szabványosított protokollokkal a komplex diagnosztikai adatok gyorsan továbbíthatók, így lehetséges a teljes állapotfelügyeleti rendszerek létrehozása.

2. ábra

A jövő elvárásaira felkészült gyártók sokféle IO-Link-es elemet kínálnak a különböző szenzoroktól a szelepszigeteken keresztül az elektromos hajtóművekig és szervomotor-vezérlőkig. A korábban kiépített elektro-pneumatikus rendszerek is ipar 4.0 kompatibilissé tehetők az IO-Link-es kommunikációra alkalmas pozícióérzékelők és nyomás-, illetve áramlásszenzorok segítségével (2. ábra).

Digitális pneumatika: a Motion Terminal

Az intelligens alkalmazások és megfelelő szoftverek az ipar 4.0 alapvető fontosságú összetevői. Ezekkel a dolgok internetében lévő „dolgok” kommunikálhatnak egymással, és önállóan indíthatnak vagy hajthatnak végre folyamatokat. Ezzel egyidejűleg a szoftvermodulok, elemzések és kombinációs logika olyan funkcionális integrációt tesznek lehetővé, amelyre korábban nem volt lehetőség.

A Motion Terminal pneumatikus funkciói – a világon először – nincsenek fixen hozzáépítve a mechanikus hardverhez, hanem alkalmazások segítségével egyszerűen hozzárendelhetők. Ezért a rendszerben csak egyféle, univerzális szelepmodulra van szükség, amellyel a pneumatikus mozgások és funkciók széles skálája valósítható meg – az egység mintegy 50 különféle szelepfunkciót, illetve funkciókombinációt képes ellátni. A Motion Terminal ezzel a pneumatika világában is lehetővé teszi, hogy ugyanaz a hardver a pillanatnyi igénynek megfelelően több feladatot lásson el. A megfelelő mozgásalkalmazásokkal egyetlen utasítással módosítható a gép működése – legyen szó akár egy egyszerű útváltó szelep funkciójának megváltoztatásról, akár adaptív véghelyzet-csillapításról, energiatakarékos üzemmódról vagy proporcionális tulajdonságokról. A Motion Terminal ezáltal elegyíti az elektromos és pneumatikus rendszerek előnyeit, mindezt természetesen az Ipar 4.0 igényeinek megfelelő kommunikáció és folyamatos monitorozás mellett (3. ábra).

3. ábra

 

A Motion Terminal „szíve” a mozgató alkalmazásokkal ellátott vezérlő, amelyben a rugalmasan, szoftveresen kiválasztható funkciókat Etherneten kommunikáló konfigurációs interfész segítségével lehet hozzárendelni a szelepmodulokhoz. A szükséges paraméterek az intuitív felhasználói kezelőfelületen, a számítógép webböngészője segítségével beállíthatók, további konfigurációs szoftverek nélkül. (Természetesen a szokásos módon is beírhatók, egyszerűen és közvetlenül a PLC-n keresztül.)

Rugalmas elektro-pneumatikus terminálok

Az univerzális elektro-pneumatikus terminálok segítségével több különböző vezérlőrendszert és végfelhasználói specifikációt lehet egyidejűleg használni, illetve a szokásos digitális és analóg I/O modulok is alkalmazhatók. Igény esetén ezek integrált CODESYS vezérlővel és OPC UA-val rendelhetők az ipar 4.0 követelményeinek megfelelő rendszerek megvalósításához (4. ábra), ezzel létrejön egyfajta „automatizálási platform 4.0”. Ezen a szinten a terminálok ideálisan használhatók automatizálási platformként, szelepszigetek kiegészítőjeként, elektromos perifériákhoz vagy távoli I/O-ként; praktikusan integrálhatók pneumatikus és elektromos vezérlőkörökbe, az automatizálási koncepciókba, illetve vállalati szabványokba – ezzel az ipar 4.0-ba is.

4. ábra

 
IoT-Gateway

Az IoT-Gateway Ethernet-kapcsolaton és szabványosított kommunikációs protokollon (pl. OPC UA) keresztül gyűjt információkat a terepi automatizálási eszközökről és azok állapotáról (5. ábra). Ezeket az információkat egy második Ethernet-kapcsolaton keresztül, IoT-protokollok (pl. AMQP vagy MQTT) segítségével küldi tovább az adatfelhőbe, ezzel a dolgok internetének virtuális kapujává válik. Az adatbiztonságról erre alkalmas informatikai mechanizmusok gondoskodnak.

5. ábra

 
Multi-Carrier-System

A moduláris konvejorrendszer egyszerűen és rugalmasan illeszthető a gyártási feladatokhoz. Mind a nagy sorozatok, mind az egyedi gyártás kiszolgálására alkalmas. A munkadarabok egymástól függetlenül megállíthatók, és akár ellenirányban is mozgathatók a soron. A lineáris motorok elvén működő szállítópálya kombinálható a hagyományos konvejorokkal is, így könnyen egyesíthető a meglévő gyártási struktúrákkal is (6. ábra). A virtuális üzembe helyezés és optimalizálás lehetősége, valamint az OPC UA interfész alkalmazásával a rendszer megfelel az ipar 4.0 elvárásainak.

6. ábra

Ember-gép együttműködés a digitális gyárban

Ember és technológia még közelebb kerül egymáshoz az ipar 4.0 korszakában. A jövő kollaboratív robotjai – miközben együtt dolgoznak az emberekkel – intelligens érzékelőik segítségével elkerülik a veszélyes érintkezéseket, ütközéseket a dolgozókkal (7. ábra). A gépi intelligencia növekedése jelentősen csökkenti az élőmunka kockázatait mind az ember-gép együttműködésben, mind pedig a nehéz fizikai tevékenységek során.

Természetesen mindig lesznek olyan területek, ahol nem lehet a gyártást teljesen automatizálni. Ezeken a helyeken kiemelt jelentőséggel bír a szakemberek közvetlen kommunikációja a technológiával. Ez azt jelenti, hogy a technológia intuitív módon meg kell hogy értse az embert, az ember pedig ugyanígy a technológiát. A dolgozók mobileszközök segítségével testre szabott információhoz juthatnak, például figyelhetik az energiafelhasználást, így rendellenes működést tapasztalva azonnal beavatkozhatnak.

7. ábra

Műszaki képzés és továbbképzés – a fejlődés alapja

Az új szemléletű műszaki képzés oktatási eszközei, az oktató gyárak, a laboratóriumi felszerelések és az e-learning anyagok szorosan kapcsolódnak az emberközpontú tanfolyami programokhoz. A palettát komplex oktatóközpontok tervezése és működtetése, valamint az ipari vállalatokat támogató konzultációs szolgáltatások teszik teljessé.

Az ipar 4.0 jelentősen megváltoztatja a gépkezelőkkel szemben támasztott követelményeket. Míg korábban csak az egyszerű feladatok – ismétlésen és betanuláson alapuló – önálló megoldását várták el tőlük, a jövő gyárában komplex műszaki problémák esetén is képesnek kell lenniük a helyes és gyors döntésre, a rendszer jellemzői alapján be kell avatkozniuk, és a „tűzoltás” helyett tervszerű karbantartást kell folytatniuk.

Mindazonáltal a jövőbeli fejlesztések jelentős részét előre meg sem jósolhatjuk. A vállalatoknak kell azt eldönteniük, hogy milyen módon kívánnak élni az új műszaki lehetőségekkel. Az ipar 4.0 egészen eltérő módokon fejlődhet tovább az egyes iparágakban, különböző követelményeket támaszthat az ott dolgozókkal szemben, és ezekhez szorosan igazodnia kell a szakmai képzésnek is.

Mechatronikai és hálózatfejlesztési oktató gyárak

Az oktató gyárakon alapuló oktatási és kutatási platformok célja, hogy az ipar 4.0 technológiai és műszaki megoldási alapelveit átadják a magasan kvalifikált oktatási intézményeknek és vállalatoknak. Az oktató gyárak a valós termelőüzemek különböző állomásait mutatják be a legkorszerűbb mechatronikai és automatizálási módszerek segítségével. Ezzel a célirányos megközelítéssel a résztvevők valós környezetben, gyakorlatközeli módon elsajátíthatják és gyakorolhatják a rendszerhálózatok kiépítését, a nyitott, konfigurálható rendszerek alkalmazását, a kommunikációs szabványokat, az energiahatékonyság és az állapotfigyelés módszereit, a rendelés-feldogozást és az RFID és NFC technológiákat, valamint a mobil eszközök segítségével történő adatgyűjtést (8. ábra).

8. ábra

Néhány kutatási projekt

A Német Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium (BMBF) által felügyelt ESIMA (Energy-autonomous Sensors and Interaction with Mobile Users) projekt keretében a részt vevő partnerek a gyártórendszerek erőforrás-optimalizálásának újszerű megközelítésén dolgoznak. A fejlesztés fókuszában az energiafüggetlen érzékelők állnak, fő célja pedig a berendezések energiafogyasztás-mérésének könnyebbé tétele az érzékelők jeleinek vezeték nélküli átvitelével és a mért értékek mobil készülékek segítségével történő kijelzésével.

Szintén a BMBF vezeti a MetamoFab programot, amelyben a Festo, a Siemens AG, az Infineon Technologies AG, a Fraunhofer Institute és más partnerek olyan megoldásokat fejlesztenek, amelyek lehetővé teszik a hagyományos módon működő termelési folyamatok konvertálását az intelligens, hálózatokat is alkalmazó gyárakba.

A hároméves APPsist projekt – amely szintén része a BMWi „AUTONOMIK für Industry 4.0” programjának – 2014 januárjában kezdődött. A fejlesztés tárgya olyan intelligens ismeret- és támogatási rendszer kidolgozása, amely segíti a dolgozókat a gépekkel, illetve a teljes gyártórendszerrel való együttműködésben. Cél, hogy a szakmai vezetők komplexebb feladatokat bízhassanak a gépkezelőkre, akik így olyan munkákat is elvégezhetnek, amelyekre korábban csak a magasabb képzettségű szakemberek voltak képesek.

A SOPHIE projekt (Synchronous Production by Part-Autonomous Planning and Human-Centred Decision Making Support) 2014 szeptemberében indult az „IKT 2020 – Research for Innovations” program részeként. Ez a hároméves kutatás a tényleges termelés és a digitális gyár valós idejű összekapcsolásával foglalkozik. A fejlesztés célja olyan virtuális emuláció kidolgozása, amelynek alapján a döntéshozók a gyártórendszerek tervezett és valós folyamatait össze tudják hangolni, és a szimulációk alapján befolyásolni tudják azokat.

„Beépített jövő” a gyárakban

Az ipar 4.0 értelmezése szerinti „okos gyár” (smart factory) létrejötte több irányú tevékenység és kutatás eredménye. A folyamat egyik kulcstényezője az átfogó üzemi informatikai hálózat. Az „okos gyárak” létrehozásán fáradozó vállalatok folyamatosan dolgoznak azon, hogy egyfajta evolúciós folyamat során elérjék ezt az állapotot üzemeikben.

A „negyedik ipari forradalom” igazi mivoltát – mint az eddig lezajlott három forradalomét is – természetesen csak a jövőből visszatekintve, minden hatását megismerve leszünk képesek teljes jelentőségében értékelni. Az azonban már napjainkban is látható, kétségbevonhatatlan tény, hogy az elmúlt évek ugrásszerű informatikai, diagnosztikai, strukturális és hierarchikus fejlődése új szintre emelte az ipari termelést és a hozzá kapcsolódó logisztikai és kereskedelmi tevékenységeket.

Vége

Radvány Miklós

Festo Kft.

Kapcsolódó cikk:

Új időszámítás a gyártásautomatizálásban 1. rész

Keresés
Bejelentkezés / Regisztráció
Austria transfers

Média Partnerek