Priemysel 4.0

Priemysel 4.0 

Priemysel 4.0 je logickým dôsledkom vývoja technológií. Počítače sa stále zmenšujú, zlacňujú a prenikajú prakticky do všetkých aspektov nášho života.

Rozvoj technológií vedie v biznise k digitálnej transformácii vo veľmi širokom rozsahu. Očakáva sa, že vo výrobe bude Priemysel 4.0 akcelerátorom bezprecedentného zvýšenia produktivity a eliminácie chýb. Digitalizácia sa začala v oblasti riadenia životného cyklu produktu, najmä pri dizajne produktov a podporných procesoch CAx (Computer-Aided Technologies), najmä CAM (Computer-Aided Manufacturing).

V blízkej budúcnosti sa ťažisko presunie od produktov, k spôsobu ako sú produkty vyrábané, tzn. na výrobný proces a jeho organizáciu. Moderné počítačové nástroje sú schopné simulovať celý proces, identifikovať jeho optimálne nastavenie, preniesť nastavenie do fyzickej výroby a iniciovať reálny výrobný proces. Tento prístup je kompletne založený na digitálnom dvojčati (DT - Digital Twin), v ktorom je fyzický objekt reprezentovaný v digitálnom formáte vo virtuálnej realite (VR – Virtual Reality). Okrem toho je tu ešte jeden nový a veľmi dôležitý aspekt, ktorý sa nedávno objavil – kyberneticko-fyzikálne systémy (CPS - Cyber ​​Physical Systems).

Nikdy predtým sme neboli schopní riadiť a prevádzkovať výrobné zariadenia s digitálnym rozhraním, z ktorých najpokročilejšie sú kyberneticko-fyzikálne systémy (CPS), ktoré ​​priamo interagujú s digitálnymi dvojčatami (DT) a inými kyberneticko-fyzikálnymi systémami (CPS) prostredníctvom komunikácie počítač-počítač (M2M - Machine-to-Machine).

Inteligentná továreň (SF - Smart Factory) spája virtuálny svet, v ktorom sa uskutočňuje simulácia a modelovanie fyzických procesov, s fyzickým svetom, kde kyberneticko-fyzikálne systémy (CPS) - ich fyzické a inteligentné komponenty - navzájom komunikujú, spolupracujú a vzájomne sa riadia. V inteligentnej továrni (SF) prebiehajú rozhodnutia a nastavenia procesov na úrovni strojov prostredníctvom komunikácie počítač-počítač (M2M). A toto je skutočná výzva – pretože reálne fyzické interakcie sú zložitejšie ako ich digitálny obraz reprezentovaný modelmi založenými na digitálnom dvojčati (DT).

Inteligentná továreň (SF) presahuje hranice nastavené systémami CAx. Virtuálna realita (VR) zahŕňa všetky aspekty výrobných a podporných procesov (ako napríklad zabezpečenie kvality), organizácie a simulácie kyberneticko-fyzikálnych systémov (CPS). Simuláciou virtuálnej reality (VR) prostredníctvom digitálnych kópií reálnych, fyzických systémov a prostredia, v ktorom systémy pracujú a interagujú navzájom, neustále hľadáme optimálne spôsoby výroby produktov. A robíme to v každej dimenzii: funkčnosť, spotreba energie, náklady, čas, odpad, životné prostredie a zdravie.

Naviac, najdôležitejším urýchľovačom, ktorý definuje paradigmu inteligentnej továrne (SF), je individualizácia produktov a služieb. Vo vzájomne prepojenom svete sú výrobky vyrábané na základe individuálnych požiadaviek získaných z obrovského cloudového trhu. Biznis partneri, ktorí sa podieľajú na výrobnom procese, interagujú priamo medzi sebou a v reálnom čase v rozšírenom dodávateľskom reťazci. Dôsledkom je, že niektoré tradičné procesy (napríklad dlhodobé plánovanie) strácajú na význame kvôli vysokej dynamike a rýchlosti biznis prostredia.

Jeden z najdôležitejších procesov, ktoré umožnia tento spôsob fungovania, je údržba výrobných zariadení, ktorá je riadená bezprecedentnými požiadavkami na vysokú dostupnosť. Po dokončení digitálnej fázy výrobného cyklu - počínajúc jeho modelovaním a simuláciou, pokračujúc nastavením procesu a končiac prenosom nastavenia v digitálnej forme do digitálne transformovanej továrne - musí byť reálna fyzická továreň schopná a najmä dostupná pre výrobu. To znamená, že výrobné zdroje musia byť k dispozícii prakticky kedykoľvek a bez obmedzení.










PROCE55 pre Priemysel 4.0

Ako už bolo zmienené, výrobné procesy inteligentnej továrne (SF) sú modelované, simulované a optimalizované vo virtuálnej realite (VR). Virtuálna realita (VR) však nemôže úplne odrážať všetky aspekty fyzickej reality.

Skutočné odchýlky reálneho fyzického procesu od jeho optimálneho digitálneho modelu znižujú produktivitu a kvalitu. Preto je kriticky dôležitá vizualizácia, monitoring a reporting v kombinácii s notifikačnými systémami včasného varovania (EWS – Early Warning System).

Pokiaľ výrobný proces prebieha podľa optimálneho modelu, nevyžaduje sa zásah operátora a inteligentné výrobné linky pracujú v plne automatizovanom režime prevádzky. Ak však dôjde k nejakej výnimke, je nevyhnutný okamžitý zásah človeka (operátora) na mieste. Operátor potrebuje rozšírené kontextové informácie o súvisiacich fyzických objektoch, zapojených so výrobného procesu - ako je výrobná linka, jej komponenty, vybavenie, prístroje, roboty - aby bol schopný prijať optimálne rozhodnutia a urobiť nápravné opatrenia na vyriešenie výnimky.

Okrem spracovania výnimiek existujú ďalšie situácie a udalosti, kedy je potrebné čiastočné alebo úplné manuálne riadenie výrobného procesu a jeho častí. Typickými príkladmi sú činnosti údržby a riešenie konfliktov. Operátor potrebuje okamžité, úplné a kontextové informácie na mieste, kde má byť úloha vyriešená. Zvyčajne sa jedná o niekoľko informačných zdrojov. Niektoré požadované informácie sú k dispozícii priamo na výrobnej linke, ale hlavné informácie sú uložené v back-end systémoch prepojených s výrobnými linkami za účelom procesného riadenia. Back-end informačné systémy zabezpečujú vyššiu úroveň riadenia (napr. plánovanie a spracovanie výrobných zákaziek) a výrobná linka vykonáva úlohy reálneho procesu riadenia výroby na nižšej úrovni.

Hlavnou výzvou je, ako poskytnúť operátorom správne informácie na správnom mieste v správnom čase, aby mohli optimálne splniť svoju úlohu. Nazývame sa to inteligentná interakcia (SI - Smart Interaction). Na tento účel sú optimálne použiteľné všadeprítomné mobilné zariadenia, ktoré sú on-line integrované so back-end systémami. Tok informácií v reálnych výrobných procesoch je veľmi zložitý a mení sa veľmi dynamicky. Preto musia byť softvérové ​​aplikácie bežiace na mobilných zariadeniach flexibilné. Flexibilita musí pokrývať obidva aspekty – jednak flexibilitu z hľadiska užívateľskej prívetivosti a variabilného používateľského rozhrania a tiež flexibilitu v súvislosti s integráciou systémov a zariadení.

Tieto požiadavky nemožno splniť tradičnými programovacími metódami (coding & waterfall approach). Vyžaduje si to nástroje, ktoré sú od základu navrhnuté pre agilitu (vizuálne modelovanie a metódy rýchleho prototypu - quick prototyping methods). Ďalším problémom v mobilnom svete sú rôzne operačné systémy, ich časté upgrady a čoraz rýchlejšie vyvíjajúce sa mobilné hardvérové ​​platformy. Všetky tieto náročné a niekedy protichodné požiadavky môže spĺňať iba moderná, skutočne inovatívna softvérová platforma, akou je PROCE55.

Inteligentná interakcia (SI) je jedným z aspektov mobilizácie výrobných procesov a je tiež prvým krokom k Priemyslu 4.0 v oblasti klasickej (tradičnej) výroby s vysokými investíciami do neinteligentných výrobných aktív. Takáto mobilizácia modernizuje rigidné/staršie výrobné procesy a zahŕňa ich do inteligentnej továrne (SF).

Aj keď dnes presne popísať, ako bude vyzerať inteligentná údržba budúcnosti, nie je dosť dobre možné, už v súčasnosti sú známe kľúčové komponenty inteligentnej údržby (Smart maintenance) v kontexte Priemyslu 4.0. Patrí medzi ne predikcia, diaľková diagnostika a opravy, aktivity riadené dátami zo strojov a procesov, práca v reálnom čase, mobilita, spolupráca a integrácia. Stratégia East-Gate a aplikácií PROCE55 je v súlade s týmito trendmi.