Rovnako ako tretia priemyselná revolúcia, aj Priemysel 4.0 sa točí okolo používania robotiky a zariadení využívajúcich počítačové systémy. Hlavne sa však vyznačuje zvýšeným zameraním na vzájomné prepojenie systémov a úplné využitie údajov, ktoré každý automatizovaný subsystém generuje a zhromažďuje. Dôraz na komunikáciu je dôvod, prečo Priemysel 4.0 začína čoraz viac pokukávať po koncepte priemyselného internetu vecí (IIoT). Roboty a obrábacie stroje sa vďaka analýze dát, komunikácii a riadeniu v reálnom čase stávajú „kyberfyzikálnymi systémami“, ktoré dokážu oveľa inteligentnejšie reagovať na zmeny podmienok.

Zameranie na aspekty informačných technológií (IT) prenesených na úroveň priemyselných riadiacich systémov neznamená, že sa Priemysel 4.0 spolieha len na automatizáciu. Mnoho výrobných postupov a činností stále vyžaduje ľudskú interakciu. Na rozdiel od minulosti, keď boli roboty inštalované vnútri bezpečnostných klietok, ďaleko od zamestnancov prevádzky, trendy v súčasnosti smerujú k používaniu cobotov, t. j. robotov a nástrojov, ktoré spolupracujú priamo s ľuďmi. To má uľahčiť prechod na oveľa flexibilnejšiu prevádzku, kde sú výrobné bunky schopné rýchlo a efektívne meniť operácie. Táto schopnosť umožňuje bunkám reagovať na náhle zmeny v dopyte, aby mohli v prípade potreby pracovať s rôznymi produktmi a variantmi. To zase vyvoláva potrebu buniek reagovať na oveľa bohatšiu skupinu dátových tokov a podľa nich aj vykonávať plánovanie.

Obrábacie stroje a roboty boli doteraz zväčša konštruované tak, aby reagovali na okolnosti vyskytujúce sa okolo nich, aby pomocou zabudovaných senzorov zisťovali, či sú porušené definované obmedzenia, alebo v niektorých prípadoch monitorovali svoj vlastný stav pomocou analýzy, napríklad vibrácií. Očakáva sa, že schopnosť vlastného monitorovania sa v nasledujúcich rokoch začne čoraz viac využívať, aby sa zabránilo neočakávaným poruchám a aby sa zefektívnila činnosť údržby.

V scenári Priemyslu 4.0 môžu strojné zariadenia reagovať na údaje produkované susednými jednotkami alebo externými vstupmi, čo im umožňuje rýchlo zvládnuť meniace sa podmienky. Procesy môžu prispôsobiť časy zahrievania a sušenia tak, aby vyhovovali meniacemu sa obsahu vlhkosti v materiáloch alebo vlhkosti prostredia. Zníženie odchýlok spôsobených meniacimi sa podmienkami znamená, že sa zlepší kvalita výstupu a pri priaznivých podmienkach aj schopnosť šetriť energiu.

Niektoré výrobky dostupné v súčasnosti na trhu poskytujú nové možnosti pre konkrétne typy strojov. Napríklad Motion Terminal VTEM od spoločnosti Festo je prvý ventil so schopnosťou spúšťať aplikácie, ktoré vyladia prevádzku pre rôzne situácie. Kontrola kvality je hlavným zameraním programovateľných uťahovacích nástrojov HS-Technik od spoločnosti Panasonic. Zabudované snímače zaznamenávajú a vyhodnocujú hodnoty krútiaceho momentu a uhla upevnenia, ktoré sú rozhodujúce pre kontrolu kvality v aplikáciách s vysokou výkonnosťou.

Trend č. 1 – simulácia a digitálne dvojčatá

Analytická spoločnosť GlobalData vo svojich prieskumoch zistila, že koncept digitálneho dvojčaťa sa začína presadzovať čoraz častejšie. Podporou digitálnej reprezentácie každého dodávaného fyzického produktu, ktorý obsahuje väčšinu údajov zo snímačov získaných počas výroby a počas jeho životnosti, uľahčuje digitálne dvojča meranie efektívnosti fyzického produktu. Kľúčom vytvorenia konceptu digitálneho dvojčaťa je technológia simulácie. Namiesto toho, aby sa simulácia digitálneho dvojčaťa spoliehala výlučne na nejaké charakteristické vzory v údajoch zo snímačov, môže na základe zaznamenávaných údajov poukázať na potenciálne problémy, čo pomáha nielen pri zabezpečovaní vysokej dostupnosti výroby a zefektívnení údržby zariadení, ale aj pri návrhu nových výrobkov.

Adrian Lloyd z agentúry Interact Analysis poznamenáva, že simulácia digitálnych dvojčiat pomáha nielen pri vývoji nových produktov, ale aj pri výrobných linkách, ktoré ich používajú. Príkladom bol auto­mobilový start-up VinFast. V spolupráci so spoločnosťou Siemens použila automobilka simuláciu usporiadania prevádzok na zlepšenie priepustnosti a produktivity ešte skôr, ako boli jednotlivé strojné zariadenia fyzicky nainštalované, čo prinieslo výrazné úspory oproti tradičným metódam používaným pri výstavbe tohto typu výrobných liniek.

Spoločnosť Schneider Electric označuje myšlienku využitia simulácie pri vývoji výrobných liniek ako „inžiniering od nuly“, čím rozširuje koncepciu aj na programovanie jednotlivých častí riadiacich systémov. Namiesto viazania výrobnej kapacity na programovanie a testovanie teraz možno experimentovať a konfigurovať riadiace systémy Modicon a AVEVA vo virtuálnom prostredí. Techniky digitálneho dvojčaťa spájajú virtuálne modely s fyzickými systémami. V prípade potreby zmeny sa programovanie jednoducho prevedie z jedného do druhého.

Podľa spoločnosti ABB prístupy virtuálneho uvedenia do prevádzky skracujú celkový čas inžinieringu o 20 %, znižujú kapitálové výdavky o 25 % a skracujú čas potrebný na školenie o polovicu. Na podporu tohto prístupu poskytuje spoločnosť ABB riešenie virtuálneho uvedenia do prevádzky v rámci konceptu Ability, ktoré podporuje nielen konfiguráciu v digitálnom prostredí, ale ponúka aj rozhrania virtuálnej reality na podporu efektívneho a včasného školenia operátorov.

Trend č. 2 – inteligentné snímače sú všade

Použitie snímačov sa bude rozširovať v rámci aj mimo prevádzok. Dodávatelia, ako sú Omega a Omron, poskytujú širokú paletu snímačov, ktoré okrem iného využívajú techniky indukčnej, optickej, magnetickej, tlakovej a laserovej triangulácie. Vďaka dopytu po presnom meraní analytická skupina Mordor Intelligence predpovedá, že globálny trh so snímačmi internetu vecí (IoT) porastie od roku 2020 do roku 2025 kumulovaným ročným prírastkom okolo 24 %. Podľa štúdie spoločnosti Ericsson z roku 2021 bude k inter­netu pripojených 28 miliárd zariadení, z toho takmer 16 miliárd budú IoT zariadenia a veľká časť z nich bude umiestnená vo výrobe.

V dnešnom prostredí je bežným modelom to, že veľká časť údajov zo snímačov sa posiela do cloudu. Pretože počet snímačov narastá, je podpora tohto modelu náročná. Na analýzu údajov bude potrebné zabezpečiť ich lokálne spracovanie a z toho odvodiť nejaké infor­mácie ešte skôr, ako sa niekam odošlú. Mali by sa nechať len tie informácie, ktoré sa viažu k nejakým zásadnejším zmenám stavu a až tie by sa mali poslať na hĺbkovú analýzu do cloudu. Pre tento prístup bude rozhodujúci vysokovýkonný a lacný výpočtový hardvér s edge funkcionalitou, ktorý je už teraz k dispozícii od popredných dodávateľov v rôznych formách.

Spoločnosť Omron začlenila umelú inteligenciu do svojej riadiacej platformy Symaec, zatiaľ čo Opto22 poskytuje vysokovýkonné výpočty na riadenie v reálnom čase v blízkosti prevádzky prostredníctvom rodiny modulov groov.

Trend č. 3 – bezpečnosť aj v heterogénnom prostredí

Ako sa zvyšujú možnosti výpočtov na okrajových zariadeniach siete a pripojených moduloch snímačov, stáva sa bezpečnosť pre imple­mentátorov kľúčovým problémom. Všadeprítomná konektivita reprezentovaná IIoT poskytuje hackerom mnoho cieľov útoku. Prítomnosť viacerých komunikačných štandardov v rámci prevádzky zvyšuje celkovú zložitosť poskytovania ochrany.

V rámci boja proti riziku napadnutia musia vývojári venovať osobitnú pozornosť rizikám a mechanizmom boja proti útokom. Súčasťou riešenia je využitie skúseností z IT sveta v prostredí prevádzkových technológií. V IT priestore je dnes bežné šifrovanie údajov nielen pri prenose, ale aj keď sú v pokoji, pričom treba zabezpečiť, aby všetky kódy spustené v sieti boli podpísané schváleným dodávateľom. Výrobcovia musia ďalej zabezpečiť, aby bolo možné aktualizovať softvér a firmvér, keď sa nájdu chyby zabezpečenia. Dodávatelia, ako napríklad Schneider Electric, vyvinuli stratégie, ktoré majú výrobcom pomôcť pri zabezpečení a poskytnúť zákazníkom architektúru, ktorá sa s týmito problémami vyrovná. Ďalší dodávatelia implementujú do svojich produktov ochranné mechanizmy, aby zabezpečili výrobcom možnosť zostaviť si vlastnú bezpečnú architektúru.

Všetko prepojené

V súhrne možno povedať, že systémy priemyselnej automatizácie a riadenia sa rýchlo rozvíjajú na viacerých frontoch, pretože výrobcovia začínajú využívať výhody flexibility a schopnosti, ktoré prinášajú technológie Priemyslu 4.0. Aj keď bezpečnosť a ďalšie problémy prinášajú výzvy, vďaka vylepšeniam technológií bude výroba efektívnejšia a bude lepšie zvládať dopyt a požiadavky zákazníkov. Dôkladným výberom vhodnej technológie a využitím škálovateľných platforiem môžu podniky uľahčiť svoju digitálnu transformáciu. V tomto smere je vhodné obrátiť sa na osvedčených globálnych distribútorov, ako je napríklad Farnell, ktorí môžu poskytnúť prístup k špičkovému produktovému portfóliu na trhu, silnej sieti dodávateľov, spoľahlivej distribúcii a technickej podpore, a to bez ohľadu na veľkosť firmy.

Cliff Ortmeyer
globálny vedúci technického marketingu
Farnell
www.farnell.com