Ovocie Priemyslu 4.0 nevyrastie z izolovaných riešení

V priebehu posledného desaťročia využilo viac ako 2 000 zamestnancov priemyselných organizácií príležitosť v oblasti vzdelávania a odbornej prípravy na nemeckej Technickej univerzite v Darmstadte, kde preberali témy, ako je Industry 4.0, digitalizácia a efektívnosť výroby, a naučili sa vypracovať stratégiu implementácie. K redakčnému mikrofónu sme si pozvali výskumných pracovníkov Jensa Hambacha a Andreasa Wanka a študenta Jonasa Lauera, aby sme zistili, ako malé a stredné podniky v Nemecku postupujú v ich digitálnej transformácii a kde stále vidia priestor na zlepšenie.
Ovocie Priemyslu 4.0 nevyrastie z izolovaných riešení

Čo očakávajú účastníci z priemyselných podnikov, že sa na tomto školení naučia?

J. Hambach: Všetci hovoria o Priemysle 4.0 a digitalizácii, ale stále ešte existuje veľa neistoty o tom, čo to vlastne v praxi znamená. Aj preto sa veľa firiem obráti na nás, aby zistili, aké sú ich možnosti a aké prvé kroky majú podniknúť, aby sa vybrali smerom k Priemyslu 4.0 a digitalizácii.

Aké sú teda z vašich skúseností tie najväčšie nedorozumenia?

J. Hambach: Mnohí účastníci sem prichádzajú a majú vo svojej hlave módne heslá, ako sú kyberneticko-fyzikálne systémy, internet vecí, strojové učenie a digitálne dvojčatá. Ide o moderné koncepty, ktoré podnecujú záujem ľudí a oslovujú tých, ktorí sú zodpovední za prijímanie rozhodnutí. Z tohto hľadiska je to pozitívna vec – avšak v konečnom dôsledku sú to len nástroje. Ak je celá vaša stratégia nasmerovaná naslepo pri zavádzaní špecifických technológií, minie sa to účinku. Z nášho pohľadu je lepšie zaviesť metodickejší prístup založený na prínosoch, ktorý sa začína presným definovaním toho, aké zlepšenia možno urobiť vo výrobnom procese.

Zaostávajú malé a stredné podniky v Nemecku v implementácii Priemyslu 4.0?

A. Wank: Firmy s menej ako 250 zamestnancami zatiaľ nedosiahli príliš veľký pokrok. Tí s viac ako 2 000 zamestnancami už značne investovali do digitalizácie, ale tieto investície majú vo všeobecnosti formu izolovaných riešení určených pre určité oblasti spoločnosti. Teraz je čas prepojiť tieto riešenia do jedného celku. Prechod od izolovaných projektov ku komplexnému riešeniu umožňuje využívať výhody v rámci celého hodnotového reťazca. Tu vidíme najviac možností na zlepšenie.

Čo to presne znamená?

J. Hambach: Spoločnosti majú rôzne systémy, ktoré nedokážu nahradiť v krátkodobom horizonte, dokonca ak by to aj naozaj chceli. Od systémov ERP až po staršie zariadenia a množstvo izolovaných snímačov a prístroje. V priebehu nášho kurzu Efficient Factory 4.0 sme zistili z prvej ruky typy prekážok, ktoré sa môžu objaviť, keď sme sa pokúsili získať prístup k údajom zo sústruhu, ktorý bol postavený v roku 2005. Riadiaci systém nedovolil priamy prístup k údajom zo sústruhu a jeho výrobca vyčíslil modernizáciu na 20 000 eur.

Pre nás, podobne ako pre mnoho malých a stredných podnikov, to jednoducho nebolo životaschopným riešením. Takže sme sa vrátili späť a pýtali sme sa, aké údaje skutočne potrebujeme pre danú úlohu. Potom sme sa rozhodli nájsť riešenie, ktoré by nám umožnilo čítať a spracúvať tieto údaje a ktoré by sme dokázali prepojiť s našimi ďalšími systémami a vytvoriť tak komplexné riešenie. Podarilo sa nám to objavením systému APROL.

Ukázalo sa, že to bolo riešenie, ktoré ste hľadali?

A. Wank: Áno, presne tak. Jedným z dôvodov bola jeho škálovateľnosť. To nám umožňuje implementovať a rozšíriť možnosti Priemyslu 4.0 krok za krokom. APROL je tiež vybavený širokým spektrom štandardných rozhraní vrátane OPC UA a ODBC. To umožňuje rýchle a konzistentné integrovanie systémov OT a IT na všetkých úrovniach. Zároveň nám APROL umožňuje implementovať vlastné rozhrania alebo používať komponenty s otvorenými technológiami a bezproblémovo ich integrovať. Takto sme napríklad implementovali REST API v Pythone, s ktorým APROL zaobchádzal ako s vlastným komponentom. Flexibilita systému riadenia procesov a rozsiahla škála rozhraní umožňujú jednoduchú integráciu do nových aj existujúcich zariadení.

Ako získate údaje zo zariadenia, napr. z uvedeného sústruhu, ktoré nemá jedno z podporovaných štandardných rozhraní?

J. Hambach: Vyžiadalo si to naozaj len niekoľko jednoduchých úprav. Napríklad sme pridali malý adaptér medzi senzorom a riadiacou jednotkou stroja, ktorý nám poskytuje obojsmerný prístup k snímaču hladiny plnenia. Týmto spôsobom môžeme čítať živé merania bez toho, aby museli prechádzať cez regulátor. Na základe toho sme boli schopní implementovať funkciu, ktorá upozorní prevádzkovateľa stroja vždy, keď treba doplniť mazivo. Takto sa dostávame aj k signálom priamo v rozvádzači. Práve to je ďalšia výhoda riešenia B&R. Keďže hardvér a softvér sú všetky z rovnakého zdroja a APROL sa rozpozná automaticky, nie je potrebné žiadne ďalšie programovanie.

Ako APROL pomáha spoločnostiam dosiahnuť skutočný pokrok smerom k Priemyslu 4.0 v oblastiach, ako je monitorovanie stavu strojov?

J. Lauer: Tým, že slúži ako platforma pre širokú škálu aplikácií, APROL uľahčuje implementáciu najrôznejších možností Priemyslu 4.0. V prípade monitorovania stavu ponúka procesný riadiaci systém špeciálny funkčný blok, ktorý optimálne spolupracuje s príslušným modulom analógových vstupov – X20CP4810, ktorý vykonáva Fourierovu transformáciu potrebnú pre analýzu vibrácií.

Môžete nám vysvetliť princíp, ako to funguje?

J. Lauer: Tieto funkcie sme použili na digitalizáciu starej pásovej píly s tlačidlovým ovládačom a vybavili sme ju systémom monitorovania stavu. Pásová píla môže byť vyrobená na simuláciu rôznych podmienok na demonštračné účely. Dokonca aj pri nízkonákladovom riešení monitorovania stavu, ktoré číta iba vstupný tlak, možno odvodiť stav kotúča a hlavy píly. Vybavením zariadenia ďalšími snímačmi dokážeme s ešte väčšou presnosťou identifikovať ešte širší rozsah stavov. Údaje zo snímačov sme pripojili do neurónovej siete schopnej rozpoznať korelácie, ktoré si ľudia sotva všimli.

Vďaka týmto údajom je APROL schopný napríklad informovať systém ERP, ktorý stroj je pripravený na novú objednávku a či je aktuálny kotúč alebo list píly schopný zvládnuť úlohu. Ako miestny dátový uzol používame malý ovládač zo systému X20 B&R. Jeho integrované rozhranie OPC UA umožňuje obzvlášť ľahké pripojenie k APROL-u a iným systémom vyššej úrovne. Takýmto prístupom môžu spoločnosti vytvárať pridanú hodnotu – dokonca aj na zariadeniach, ktoré zohrávajú relatívne malú úlohu pri tvorbe hodnôt.

Beží neurónová sieť v rámci systému APROL?

J. Lauer: Doteraz sme budovali neurónové siete pomocou simulačného nástroja MATLAB. To znamená, že zaznamenávame všetky údaje zo snímačov pomocou MATLAB-u, analyzujeme ich a potom spracujeme výsledky do neurónovej siete, ktorá potom vypočíta potrebné parametre. V zásade by však bolo možné naprogramovať neurónovú sieť v Pythone a následne ju bezproblémovo integrovať do programu APROL, podobne ako rozhranie REST API, ktoré sme už spomenuli. APROL môže byť nainštalovaný na virtuálnych počítačoch pre potreby cloudových aplikácií.

Využívate túto schopnosť pre možnosti ďalšieho prepojenia?

A. Wank: Áno, APROL používame v súkromnom cloude. Tam máme šifrovanú databázu SQL, ktorá obsahuje údaje relevantné pre proces zo systému sledovania APROL. K tejto databáze možno pristupovať aj inými systémami, ako je náš riadiaci systém na úrovni prevádzky, ktorý sa nachádza vo verejnom cloude, aby sa zainteresované spoločnosti k tomu mohli čo najľahšie pripojiť. Z dlhodobého hľadiska by sme chceli premiestniť systém riadenia späť do prevádzky na súkromný cloud v samostatnom počítači. Potom sa budeme môcť rozhodnúť, ktoré údaje si ponecháme v našom vlastnom výrobnom systéme a ktoré budeme posielať na verejný cloud.

Zdroj: The fruits of Industry 4.0 will not grow from isolated solutions. Článok bol prvýkrát uverejnený v časopise automotion, 5/2018, B&R Industrial Automation GmbH. [online]. Publikované máj 2018. Citované 13. 10. 2018.