Системы обработки. Индустрия 4.0

Джон Кламан
Технология производства развивается с невероятной скоростью с целью автоматизации процессов, которая позволит уменьшить издержки, повысить качество и уровень обслуживания клиентов, а также ускорить процесс доставки. Технология процесса обработки в промышленности немного отстает от ведущих стандартов. Отчасти это может быть связано с высокой востребованностью существующих систем обработки; многие системы хорошо функционируют спустя 10, 20, даже 30 лет после введения в производство. Или все-таки не так хорошо? Тем не менее, процесс перехода на новые, более технологические системы с улучшенными характеристиками происходит все быстрее.

Новые системы можно разделить на две группы: системы «грубой силы» и технологически обусловленные системы. К системам «грубой силы» относятся системы ручной групповой обработки и базовые монорельсовые системы, управление которых практически не выполняется с помощью программируемого логического контроллера (ПЛК) и которые, как правило, не выполняют вычисления на более высоком уровне.

С другой стороны, управление электрифицированными монорельсовыми и фрикционными конвейерными системами осуществляется программируемыми устройствами. В результате именно они с большей вероятностью будут собирать, и отправлять большое количество информации всем заинтересованным сторонам о том, какая операция выполняется, выполнялась или будет выполняться.

Убедившись в преимуществах данного метода для производства, компании активно внедряют в оборудование компьютерные технологии, цифровые системы управления, а также системы коммуникации оборудования с пользователями. Все это называется Промышленным интернетом вещей (IIoT). Они также передают информацию через локальные сети и используют Интернет, чтобы узнать возможности «умных систем обработки», также известных как «Индустрия 4.0». Идея IIoT заключается в том, что многие вещи могут или уже управляются через системы цифрового контроля, и поэтому их можно объединить в локальную сеть, или интранет, а также многопользовательскую сеть до или включая Интернет.

Теперь и на машины более ранних моделей можно устанавливать датчики или подключать их к ПЛК, которые будут отправлять данные в программное обеспечение, отслеживающее общую эффективность оборудования и прочие статистические показатели или обеспечивающее контроль за производством.

Работа IIoT основана на целом ряде технологий: интерфейсах прикладного программирования (API), подключающих устройства к Интернету, средствах управления большими объемами данных,  прогнозной аналитике, искусственном интеллекте и машинном обучении, облачных сервисах, устройствах считывания штрих-кодов и радиочастотной идентификации (RFID).

Между тем, Индустрию 4.0 можно представить в качестве «умной» фабрики, использующей IIoT, виртуальные и физические системы, облачные вычисления и хранилища данных, а также усовершенствованные когнитивные вычисления для управления, наблюдения, настройки и эксплуатации объекта.

Все перечисленные технологии работают вместе для предоставления распределенных систем отчетности и управления, вплоть до ключевой информации или даже операционных систем, используя лишь небольшое устройство, известное как смартфон.

Наличие «умной» системы обработки на производстве различных деталей имеет множество преимуществ.

К ним относятся: 

  • Набор команд, оптимизирующих обработку каждой детали на одной и той же производственной линии.
  • Отображение текущего, предшествующего и предстоящего этапа использования деталей, от заводского цеха до зала заседаний.
  • Отслеживание детали в режиме реального времени для контроля поставки заказа, используя технологию прогнозирования доставки
  • Более высокие темпы производства и качественный контроль при меньших затратах благодаря автоматизации производства и использованию робототехники.
  • Проведение диагностического технического обслуживания и сокращение времени простоя.  
  • Удаленный мониторинг оборудования, централизованная и децентрализованная системная и производственная аварийная сигнализация.

Например, в майском выпуске издания «Industry Week» за 2016 год вице-президент Toyota и главный специалист отдела информации Тим Платт заявил, что «Toyota видит огромный потенциал в использовании IoT для установки датчиков на оборудование даже более ранних моделей. Мы упомянули случай, произошедший на предприятии по производству краски. Наши инженеры собирали данные вручную, из-за чего выявление проблемы заняло несколько недель. Мы связались с одним из наших ключевых поставщиков, который предоставил инструмент для диагностического технического обслуживания.

После чего один из инженеров сказал: «Мне потребовалось восемь недель, чтобы обнаружить проблему; вы же выявили ее через два часа».

Благодаря возможности работать в режиме реального времени, IIoT облегчает процесс согласования производства с новыми, часто меняющимся требованиями клиентов.

IIoT также предоставляет возможность управления производством на глобальном уровне, позволяя координировать цепочки поставок, особенно для систем «точно в срок» (JIT), и обеспечивая доступ к данным в реальном времени на любом этапе.

Некоторые отрасли, использующие промышленный интернет вещей, развиваются быстрее других. Например, отрасли с обязательным отслеживанием и регистрацией деталей в соответствии с нормативными требованиями. Для военной отрасли изготавливаются противохимические защитные покрытия (CARC), а также предоставляется возможность отслеживания и обнаружения на всей системе окраски. Для аэрокосмической промышленности также необходимо предоставить возможность отслеживания и обнаружения в соответствии с нормативными требованиями и стандартами качества данных. Использование «умных» систем, которые автоматически отслеживают, регистрируют и предоставляют доступ к данным другим системам, конечным пользователям, менеджерам и коллегиальным органам, в данных отраслях вполне обосновано.

Другие отрасли и объекты тоже используют регистрацию данных для оптимизации графика производства, более быстрого определения потребности в ремонте, уменьшения времени возврата, ускорения доставки прототипа и образцов, проверки расположения деталей/заказов в системе и снижения мощности. В конечном счете, отправка большего количества данных, предоставляемых автоматизированной системой порошковой окраски, приводит к постоянному улучшению системы, что, в свою очередь, оправдывает затраты на сбор и предоставление данных.

Многие технологически управляемые системы могут автоматически загружать информацию из существующих систем планирования ресурсов предприятия (ERP) или систем управления товарно-материальными запасами, которые по определению являются интернетом вещей. При перемещении деталей на линию, набор параметров предоставляет параметры системы, технические характеристики процесса и управление перемещением детали по технологическому оборудованию. Системы также могут предоставлять руководство по эксплуатации и нанесению покрытия для каждого элемента, включая пошаговые инструкции, иллюстрации или даже видео.

Другие средства позволяют отслеживать производственный цикл, время выполнения/этап задания, управлять длительностью и давлением при предварительной обработке детали, проводить мониторинг времени отвердевания и системы в целом.

Системы окраски с базами данных также имеют параметры поиска и отображения. Данная функция позволяет пользователям быстро просмотреть информацию о любом выполненном заказе или о любой детали в режиме реального времени или на основе имеющихся данных.

Использование функции позволяет поддерживать качество обслуживания заказов деталей на том же уровне, в результате чего пользователь может контролировать процесс и анализировать возможности групп или частей заказов для улучшения производства.

Итак, доступны ли для Вас системы обработки с IIoT и Индустрией 4.0? Да, доступны; но готовы ли Вы к использованию IIoT/Индустрии 4.0? Для того, чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть доступные варианты, возможно, опробовать другие новые системы, обсудить новые идеи с компаниями, использующими инновационные технологии, и рассмотреть все преимущества использования систем на Вашем производстве.

Преимущества IIoT/Индустрии 4.0:

  • Автоматический сбор данных о времени выполнения процессов для планирования технического обслуживания оборудования.
  • Доступ клиентов к данным о ходе выполнения заказа, сроках, настройках и прогнозируемых датах поставки.
  • Обеспечение оптимального расхода краски и уведомление при чрезмерном расходе продукта.
  • Эксплуатация объектов с меньшими и/или менее дорогими трудозатратами.
  • Использование общей эффективности оборудования (OEE) для определения производительности перед покупкой дополнительного оборудования.