Cyfryzacja technologii produkcji: Właściwe interfejsy dla spóźnialskich

"Istniejące modele biznesowe są kwestionowane przez cyfryzację, a globalne rynki stają się coraz bardziej niestabilne" [1].

Te wzajemne powiązania, a także wynikające z nich przekształcenia modeli biznesowych i związane z nimi ryzyko, muszą być postrzegane w bardzo zróżnicowany sposób. W szczególności przemysł budowy maszyn, ze swoją typową strukturą MŚP i "ukrytych mistrzów", jest w bardzo dobrej pozycji na całym świecie, aby postrzegać cyfryzację nie jako zagrożenie, ale jako szansę na rozszerzenie istniejących modeli biznesowych, a w dłuższej perspektywie na otwarcie nowych rynków przy użyciu nowych technologii. Ostatecznie dla wszystkich graczy biznesowych jasne jest, że cyfryzacja zapewnia długoterminową konkurencyjność producentów OEM w zakresie inżynierii mechanicznej i instalacji.

1. Drogę do cyfryzacji można z powodzeniem pokonać tylko w wielu indywidualnych krokach. Dla zaangażowanych podmiotów nie może to być kwestia wszechogarniającej zbiorowej funkcjonalności, jak opisano pod terminami "IIoT", "Przemysł 4.0", "inżynieria cyfrowa" i tym podobne. Chodzi raczej o konkretne podejścia, które można wykorzystać do zwiększenia wydajności i opłacalności maszyn w całym ich cyklu życia przy jak najmniejszym wysiłku. A ponieważ automatyzacja w inżynierii mechanicznej od dziesięcioleci jest napędzana głównie przez cyfryzację, to przede wszystkim odpowiedni producenci OEM mogą z powodzeniem wdrażać te podejścia w oparciu o swoje podstawowe kompetencje. Tylko producenci OEM mogą wdrożyć konkretne środki w ukierunkowany sposób, które łączą istniejące funkcje i systemy z najbardziej obiecującymi nowymi technologiami sterowania i transmisji danych! [2]
   

2. Cyfryzacja w przemyśle jest często wymieniana tym jednym tchem, co słowo kluczowe "Przemysł 4.0" Termin ten oznacza czwartą rewolucję przemysłową: w ten sposób przełomowy potencjał obecnego rozwoju technologicznego jest utożsamiany z wpływem przemysłowego wykorzystania silników parowych, elektryczności i komputerów. Odnoszący sukcesy gracze, tacy jak Amazon, Microsoft i Google, są często wymieniani jako uderzające przykłady siły zmian. Jednak dla średnich producentów maszyn i urządzeń rozwój ten jest postrzegany jako zagrożenie, przynajmniej częściowo. Protagoniści cyfryzacji starają się temu zaradzić. Hans Beckhoff, założyciel i dyrektor generalny Beckhoff Automation, trafnie zauważył podczas wydarzenia Izby Przemysłowo-Handlowej w 2017 r., że zmiana stanowi szansę dla produkcji przemysłowej i że tempo zmian jest wolniejsze niż początkowo zakładano: "Z dzisiejszej perspektywy wprowadzenie silnika parowego wydaje się rewolucją. Minęło jednak ponad pół wieku, zanim jego zastosowanie w przemyśle doprowadziło do znaczących zmian na masową skalę" W podobny sposób należy postrzegać wpływ cyfryzacji na dzisiejszą produkcję przemysłową. Wywołuje ewolucyjny rozwój na wszystkich poziomach i we wszystkich procesach. Jednocześnie Beckhoff podkreśla, że ta świadomość nie oznacza, że powinniśmy siedzieć z założonymi rękami i nic nie robić! Według Beckhoff, to właśnie odważni zostaną nagrodzeni, gdy kreatywnie opracują nowe modele biznesowe dla systemów produkcyjnych.
   

Firma HARTING przeanalizowała strategie wdrożeniowe swoich klientów i może jedynie potwierdzić teorie firmy Beckhoff. Aby osiągnąć trwały sukces w projektach cyfryzacji, zaleca się zatem, aby nie próbować osiągnąć wszystkiego naraz [3].

Niezależnie od tego, czy rozwój jest rewolucyjny, czy ewolucyjny, osoby zaangażowane zgadzają się, że dane stanowią podstawę bardziej racjonalnych procesów - a to oznacza wszystkie rodzaje danych. Hasło "Dane to nowa ropa!" pierwotnie odnosił się do "big data" lub przechowywania i dostępności danych konsumenckich. Charakterystykę tę można jednak z pewnością zastosować do danych w przemyśle. Aby jednak pozostać przy metaforze, "nowa ropa" nadal wymaga funkcjonalnych "rurociągów" i innych elementów strukturalnych. "Dane to nowy olej" opisuje obecną sytuację wielu producentów maszyn i urządzeń, którzy są w trakcie rewizji tworzenia, przetwarzania i przesyłania danych dla swoich produktów.

• Producenci OEM są ekspertami w zakresie wielu istniejących danych technologicznych związanych z maszynami, w zakresie wykorzystania tych danych we własnych funkcjach maszyn oraz w zaawansowanych funkcjach automatyzacji.

• Zwiększone wykorzystanie "wewnętrznej inteligencji" komponentów automatyki, takich jak napędy, inteligentne czujniki, siłowniki lub systemy HMI ze wszystkimi powiązanymi transferami danych, jest teraz również częścią standardowego zestawu narzędzi OEM.

• Ponadto wszystkie możliwe warstwy transmisji danych na poziomie sieci maszyn lub linii, które wykorzystują znane modele generowania danych, maszyn, użytkowników i procesów, są również uważane za zastrzeżone know-how firmy.

• Jednak w duchu cyfryzacji nie wszystkie wspomniane powyżej struktury danych i warstwy transmisji, które są częścią systemów sterowania i automatyzacji, można po prostu "zburzyć" i zastąpić nowymi. Dzieje się tak dlatego, że prawie cała funkcjonalność nowoczesnych systemów produkcyjnych opiera się na oprogramowaniu i odpowiednich specyficznych interfejsach; funkcjonalności te zostały opracowane przy ogromnych kosztach materiałowych i inżynieryjnych.

Zgodnie z analogią dane-ropa naftowa, sprawdzone i wystarczająco funkcjonalne "struktury rurociągów" muszą być nadal wykorzystywane i rozszerzane o nowe "rurociągi". Umożliwia to firmom poprawę własnej konkurencyjności i zdobycie nowego udziału w rynku we własnym segmencie lub w innych segmentach technologii produkcji. Ujmując to w kategoriach technologii sterowania dla systemów przemysłowych: producent OEM w dziedzinie inżynierii mechanicznej potrzebuje sprawdzonych magistrali polowych i interfejsów do ewolucyjnej cyfryzacji. Jednocześnie odpowiednie interfejsy fizyczne są korzystne dla rozbudowy nowych systemów i usług w obszarze brzegowym oraz dla możliwie najbardziej płynnego połączenia ze światem "dużych zbiorów danych" Jeśli opanują Państwo obie dyscypliny, będą Państwo optymalnie przygotowani do radzenia sobie z rosnącymi i, w niektórych przypadkach, wciąż nieznanymi przyszłymi wymaganiami użytkowników maszyn.

Wyznaczające trendy wymagania dotyczące rozwoju związanego z cyfryzacją, które przedstawiono w poniższej sekcji, opierają się na doświadczeniu HARTING Technology Group. Firma dostarcza rozwiązania dla wszystkich typów interfejsów danych dla nowoczesnych napędów, sterowania, HMI i technologii komunikacyjnej w systemach produkcyjnych inżynierii mechanicznej.

HARTING jest również pionierem wielu przełomowych rozwiązań w zakresie przesyłu energii i sygnałów w środowiskach przemysłowych. W dziedzinie Ethernetu przemysłowego, HARTING odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu różnych standardów w warstwie fizycznej: na przykład, jest aktywnie zaangażowany w rozwiązania dla technologii SPE (Single Pair Ethernet).

Dziesięciolecia doświadczenia w dziedzinie interfejsów dla automatyki przemysłowej, w połączeniu z wiedzą eksperta wyznaczającego trendy w najnowszych technologiach transmisji danych (rozszerzających się na świat dużych zbiorów danych), pozwalają firmie HARTING zawsze znaleźć optymalne rozwiązanie w warstwie fizycznej dla każdego konkretnego projektu interfejsu. Z pomocą odpowiednich interfejsów producenci OEM mogą zdecydowanie przyspieszyć migrację do cyfryzacji, która jest dla nich tak ważna. Czyniąc to, każde rozwiązanie musi pozostać bezkompromisowo wiodące pod względem odpowiedniej aplikacji z jej warunkami mechanicznymi, środowiskowymi i EMC oraz innymi wymaganiami.

"Jaki jest najprostszy i najskuteczniejszy sposób projektowania interfejsów do transmisji danych w systemach produkcyjnych - na wszystkich możliwych poziomach fabryki i aż do "chmury"?" To pytanie często przyprawia o ból głowy działy badawczo-rozwojowe i inżynieryjne producentów maszyn, którzy chcą stopniowo rozwijać poszczególne aspekty cyfryzacji w swoich projektach.

Wymagania, które należy spełnić, są następujące:

• Wszystkie rodzaje interfejsów danych powinny być możliwe do zaimplementowania, zarówno sprawdzone, jak i aktualne innowacje.

• Zakres interfejsów musi być skalowalny, co oznacza, że ten sam typ interfejsu może być zaprojektowany w wymaganej wersji standardowej, klasie ochrony IP lub dla wymaganych warunków środowiskowych (EMC, odporność na zabrudzenia, promieniowanie UV, naprężenia mechaniczne, takie jak wstrząsy i wibracje oraz zgodność z wymogami higieny).

• Musi istnieć możliwość korzystania z niezawodnych i zgodnych ze standardami interfejsów dla przejść między lokalizacjami lub sekcjami.

• Muszą istnieć warianty produktu zaprojektowane dla różnych procesów produkcyjnych i montażowych w OEM, np. do montażu beznarzędziowego, jeśli wymagana jest elastyczność, lub do montażu automatycznego, jeśli większe ilości mają być produkowane z wysoką niezawodnością procesu.

• Interfejsy danych muszą być łączone ze sobą i mogą być umieszczone z innymi interfejsami sygnałowymi i zasilającymi w obudowie lub nawet razem w korpusie izolacyjnym, aby zaoszczędzić miejsce i koszty oraz uprościć procesy.

Podejście opisane powyżej pozwala programistom i kierownikom projektów skoncentrować się na zadaniach, które są kluczowe dla ich aplikacji w fazie projektowania - bez konieczności poświęcania czasu na "kryteria peryferyjne" interfejsów. Jednocześnie mogą być pewni, że istnieje odpowiedni interfejs dla każdego etapu rozbudowy modułu maszyny lub łącza transmisji danych. Odpowiednie rozwiązania są zarówno zoptymalizowane pod względem kosztów i funkcji, jak i skalowalne. Efektywne kosztowo, technicznie proste rozszerzenie usług i ulepszeń systemu na wszystkich poziomach automatyzacji fabryki i poza nimi może być wdrożone w dowolnym momencie, nawet z mocą wsteczną, przez użytkownika maszyny.

Referencje

1. T-Systems: Napędzamy cyfryzację już dziś (t-systems.com)

2. HMS: "Celem jest wygenerowanie wartości dodanej z danych" (industry-of-things.de)

3. HARTING: Inteligentny bez uszkodzeń? - PRZEWODNIK PRZEMYSŁOWY 2020/2021 - NOWE PRZEWODNIKI BIZNESOWE