Plánovanie, zavádzanie a návratnosť investícií pre majiteľov podnikov na ich ceste k Priemyslu 4.0
Inteligentná výroba je pre Jessa Becha, riaditeľa projektov komerčných technológií v Dánsku, vzrušujúcou oblasťou, ktorá spája technológie a ekosystémových partnerov. Kratšie plánovanie a nasadenie a rýchlejšia návratnosť investícií sú len niektoré z výhod pre majiteľov tovární, ktorí sa púšťajú touto evolučnou cestou smerom k 5G so strategickými partnermi poskytujúcimi telekomunikačné a sieťové služby.
Ciele:
- vybrať najlepšiu technológiu na podporu nových inovatívnych pilotných projektov a dlhodobej stratégie,
- umožniť flexibilitu výrobných liniek a funkcií, napríklad „veľkosť šarže“,
- nižšie prvotné náklady, efektívne nasadenie a rýchlejšia návratnosť investícií.
Spojenie technológií a ekosystémových partnerov
Súčasné moderné výrobné linky sa skladajú z modulárnych výrobných jednotiek, z ktorých každá má svoj vlastný programovateľný logický regulátor (PLC) a rozhrania (V/V) na interakciu s konkrétnymi zariadeniami, snímačmi, robotickými ramenami atď. PLC z rôznych výrobných jednotiek komunikujú zvyčajne prostredníctvom pevného ethernetu s centralizovaným výrobným informačným systémom – MES (Manufacturing Execution System), ktorý plánuje činnosti pre celú výrobnú linku. Okrem toho môžu tieto prostredia využívať na presun materiálu z jedného miesta na druhé aj mobilné, automaticky navádzané vozidlá (AGV). Testovanie vybraných technológií sa uskutočnilo v skutočnom inteligentnom výrobnom prostredí. Nachádzali sa tu výrobné moduly, centrálne riadené mobilné roboty a rôzne bezdrôtové siete od Wi-Fi cez verejné a súkromné LTE až po 5G.
Tím zhromaždil množstvo skúseností o tom, ako zmeniť existujúce statické výrobné linky na inteligentné výrobné prostredie, ktoré znamená zvýšenú efektívnosť a flexibilitu, ako aj ekonomické prínosy. Toto know-how sa premietne do kratšieho plánovania a zavádzania a rýchlejšej návratnosti investícií pre vlastníkov podnikov, ktorí sa púšťajú touto evolučnou cestou s poskytovateľmi telekom služieb ako strategickými partnermi.
Testovali sa tri vývojové kroky/pilotné projekty:
- „odpojenie“ statickej výrobnej linky,
- umožnenie vývoja mobilných robotov a ďalších zariadení,
- zavedenie ďalšej efektivity prostredníctvom cloudu na hranách sietí (edge clouds) a ultraspoľahlivých komunikačných sietí s malým oneskorením (Ultra Reliable Low Latency Communications – URLLC).
„Odpojenie“ výrobnej linky
V dnešných statických výrobných prostrediach sa nachádza stále veľa kabeláže. Výhody odstránenia káblov medzi výrobnými modulmi sú flexibilita jednotiek, rýchla rekonfigurácia výrobných zariadení, nová konfigurácia použitia a samozrejme nižšie náklady na káblovanie a údržbu. Navyše povolenie presne stanoveného pohybu v rámci výrobných liniek umožňuje robotom vykonávať viac úloh, čo znamená lepšiu efektivitu výroby. Napríklad robotické rameno sa môže v rámci montážnej stanice pohybovať od prednej k zadnej časti automobilu, aby mohlo vykonávať viac montážnych úloh.
Na prepojenie výrobných jednotiek pri zachovaní výrobných kapacít je potrebná bezdrôtová komunikácia medzi centrálnym MES a PLC každej výrobnej jednotky. Realizačnému tímu sa to podarilo dosiahnuť pomocou bezdrôtových modemov umiestnených v každej výrobnej jednotke. Regulátory prepojené na MES komunikujú s PLC pomocou systému SCADA, ktorý zvláda v priemere približne 100 ms oneskorenie siete pri zachovaní požadovaného výkonu.
Sieťové požiadavky sa ľahko dosiahnu pomocou bezdrôtových sietí. Existujúce Wi-Fi, verejné alebo súkromné bezdrôtové siete LTE, ktoré poskytujú plynulú bezdrôtovú komunikáciu pre všetky typy komunikácie (unicast, multicast, broadcast), sa môžu použiť na spojenie predtým statických výrobných jednotiek.
Testovanie tímu však poukazuje na množstvo obáv týkajúcich sa siete Wi-Fi vrátane problémov s rušením, podpory takéhoto množstva inštalovaných zariadení a bezpečnosti údajov. Z prieskumu vyplynulo, že súkromné LTE/5G by mali byť tou správnou voľbou z pohľadu sieťového riešenia, pretože podniky sa menia na inteligentné výrobné prostredia.
Evolúcia mobilných priemyselných robotov
V halách dnešných veľkých pevných montážnych závodov je bežné vidieť automaticky navádzané vozidlá (AGV), ktoré vykonávajú opakujúce sa činnosti súvisiace s prepravou materiálov z jedného miesta na druhé. No v dnešnom dynamickom prostredí Priemyslu 4.0 sú tieto AGV s obmedzenou schopnosťou nahradené sofistikovanejšou, flexibilnejšou a nákladovo efektívnejšou technológiou autonómnych mobilných robotov (AMR).
Na univerzite tím spolupracuje so spoločnosťou MiR, výrobcom priemyselných mobilných robotov, s cieľom pochopiť, ako prebieha zmena AGV na AMR ruka v ruke s vývojom bezdrôtových sietí. V centre pozornosti tímu je kvalita a výkon súkromných sietí 4.9/5G, pretože pri správe viacerých robotických zariadení sa ukázalo, že použitie siete Wi-Fi je nespoľahlivé. Okrem toho by použitie cloudu na hrane siete mohlo priniesť ešte vyšší výkon z hľadiska nasadenia a prevádzky AMR.
Náklady na implementáciu súkromných bunkových sietí a ich modernizácia na 5G sú v inteligentnom výrobnom prostredí ovplyvňované mnohými faktormi. S. Nielsen poukazuje na to, že so zvyšujúcou sa veľkosťou flotily robotov sa zvyšuje aj návratnosť investícií a pri veľmi veľkej veľkosti flotíl by bolo dokonca možné riadiť investíciu čisto z pridanej výkonnosti robotov.
Optimalizácia, cloud na hrane siete a URLLC
Telenor sa zaujíma aj o ďalšie výhody, ktoré súkromné priemyselné siete a ich modernizácia na 5G môžu priniesť výrobnému prostrediu. Poskytovatelia telekom služieb sú už dobre zorientovaní v technikách cloudu umiestneného na hrane siete a poznajú výhody, ktoré to prináša z hľadiska zlepšovania služieb zákazníkom. Rovnaké techniky možno uplatniť v priemyselnom prostredí. Cloud na hrane siete a URLLC môžu byť využívané spolu s bezpečnostnými aplikáciami, riadením zariadení v reálnom čase, mobilnými robotmi a vytváraním digitálnych dvojčiat na optimalizáciu výroby a dokonca aj na znižovanie nákladov vo výrobnom závode. Príkladom posledných spomenutých sú drahé riadiace jednotky PLC v rámci každého výrobného modulu. Výsledkom nasadenia PLC funkcionality ako súčasti cloudu na hrane siete sú lacnejšie výrobné moduly.
Avšak nie je to také jednoduché, ako to znie, pretože na rozdiel od SCADA rozhranie PLC so zariadeniami a senzormi beží v reálnom čase a je citlivé až na milisekundy. Tu sa s výhodou prejavia možnosti 5G URLLC, pretože tieto siete sú schopné zabezpečiť komunikáciu s veľmi malým oneskorením. PLC v cloude prináša ďalšie výhody. Výrobné moduly alebo roboty využívajúce cloudové PLC sú jednoduchšie, flexibilnejšie a v rámci prevádzky mobilné, bez závislosti od fyzického hardvéru PLC. A PLC v cloude na hrane siete prinesie podniku koordináciu robotov/strojov v reálnom čase.
Záver
Majitelia podnikov, ktorí chcú zmeniť súčasné statické výrobné linky na inteligentné výrobné prostredie, hľadajú zvýšenú efektívnosť a flexibilitu procesov, bezpečné riešenia, ktoré chránia ich kritické údaje, a rýchlu návratnosť investícií. Telenor verí, že využije množstvo skúseností získaných pri prebiehajúcom testovaní, aby pomohol majiteľom podnikov získať práve to.
Zdroj: The Smart Manufacturing and cloud robotics oportunity for CSPs. 2020, Nokia — Nokia Oyj, White Paper. [online]. Citované 22. 7. 2020. Dostupné na https://onestore.nokia.com/asset/207542.
