Więcej informacji PDF

FABRYKA 4.0
Sprostać wymaganiom
Przemysłu 4.0
W stworzeniu inteligentnej fabryki i osiągnięciu celów wyznaczonych przez koncepcję Przemysłu 4.0
może pomóc sieć przemysłowa CC-Link. W jaki sposób?
Suzanne Gill
24
O
d momentu pierwszych dyskusji toczonych na targach Hannover Messe w 2011 r., wszystkie
postępowe firmy współpracujące z klientem i dostawcami próbują zmierzyć się ze
standardami koncepcji Przemysłu 4.0.
Określenie „Przemysł 4.0” pochodzi
od zaawansowanej technicznie strategii
stworzonej przez niemiecki rząd, mającej
na celu promocję komputeryzacji przemysłu wytwórczego.
Nie dotyczy to wyłącznie komunikacji
między maszynami, bo ta istnieje już od
lat w postaci kontaktu na linii maszyna-maszyna (M2M). Nie dotyczy to lodówki,
automatycznie zamawiającej dla domowników mleko (choć w przyszłości może
stać się ona częścią programu). Nie doty-
Źródło: Gerd Altmann/Pixabay
Warto rozważyć
Jakie czynniki powstrzymują
Cię przed wykorzystaniem
zalet Przemysłu 4.0 i struktury IIoT? Czy pomocne
będzie szybsze, łatwiejsze
połączenie przez sieć Ethernet?
czy też fabryk działających w pełni samodzielnie – wytwarzanie w trybie lights
out (czyli zgaszonych świateł, niepotrzebnych w przypadku całkowitego zautomatyzowania zakładu) było obiektem rozważań już w latach 80. XX wieku. Chodzi
raczej o kombinację systemów „cyberfizycznych” (skomputeryzowane elementy
złączone i kontrolujące system fizyczny),
zawierających Internet Rzeczy (IoT) oraz
Przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT),
w której inteligentne produkty przemy-
słowe, procesy i usługi komunikują się ze
sobą oraz z ludźmi poprzez globalną sieć.
Ale dlaczego Przemysł 4.0 ma być
czymś innym niż omawiane i podejmowane w przeszłości inicjatywy?
John Browett, kierownik w europejskim oddziale stowarzyszenia CC-Link
Partner Association (CLPA), wierzy, że
kluczową różnicę stanowi wykorzystanie standardu sieci Ethernet, a w konsekwencji – technologii bazujących na Internecie, zapewniających łączność wszystkiego ze wszystkim. Takie podejście było
wprawdzie testowane już w przeszłości,
lecz próby zwykle kończyły się fiaskiem.
Niekompatybilność systemów rozdzielała
zawsze projekt na mniejsze części, przede
wszystkim ze względu na rodzaj użytej
technologii i sieci.
Wprowadzanie Przemysłu 4.0
Jeśli Przemysł 4.0 stanie się rzeczywistością, po raz pierwszy możliwe będzie
połączenie ze sobą prawie każdego urządzenia (zakładając, że jest wyposażone
w port Ethernet, interfejs protokołu IP),
bez względu na jego rodzaj i lokalizację. Dla przemysłu wytwórczego oznacza to urzeczywistnienie wielu scenariuszy z gatunku science fiction, o których
rozmawiało się od wielu lat. Znajdujemy
tu analogię np. do współczesnego samochodu, który stanowi przecież swego
rodzaju sieć wymiany danych na kółkach.
Wiele jego cyberfizycznych części (silnik, przekładnia, deska rozdzielcza, kierunkowskazy itp.) jest sterowanych przez
oprogramowanie, które komunikuje się
i współpracuje z poszczególnymi podzespołami.
W podobny sposób, w jaki producenci samochodów rozważają idee współpracy wszystkich samochodów w poszczególnych aglomeracjach (analogicznie
jak w przypadku IoT), mającej zmniejszyć zanieczyszczenie i korki, koncepcja Przemysłu 4.0 pozwala na wgląd
w pracę maszyn produkcyjnych i umożliwia ich kooperację na znacznie większą
niż dotąd skalę. To prowadzi do powstania tzw. inteligentnej fabryki, w której
automatycznie przeprowadza się zmiany
w produkcji, decyduje o przydziale
sprzętu, a nawet szacuje nakład partii
schodzących z taśmy towarów w miarę,
jak zwiększa się popyt. W dodatku, za
pomocą Internetu, współpraca z dostawcami i klientami zacznie przebiegać na
wyższym poziomie niż dotychczas.
Większość wspomnianych funkcji
wciąż należy do przyszłości, ale z całą
pewnością do ich realizacji niezbędne jest
jak najszybsze powstanie sieci przekazującej informacje w czasie rzeczywistym.
Fundamentem owej infrastruktury
jest sieć Ethernet, a uzyskanie odpowiedniej szybkości pracy wymagać będzie
użycia lepszej technologii niż ta stosowana obecnie. W tym miejscu pojawia się
wspomniane wcześniej CLPA, czyli CC
Link Partner Association – międzynarodowe stowarzyszenie producentów
i użytkowników CC-Link, a dokładniej
zrzeszone w niej firmy. Ich zdaniem właściwą odpowiedzią na poszukiwanie
owej lepszej technologii będzie standard
CC-Link IE.
Rynek sieci przemysłowych udowodnił, że istnieje zapotrzebowanie na łączność w postaci przemysłowej sieci Ethernet i tradycyjnych magistrali.
25
FABRYKA 4.0
– Szacuje się, że 34% światowego
rynku sieci bazuje obecnie na sieci Ethernet, podczas gdy 66% na bardziej tradycyjnych magistralach – ocenia Christian
Begdahl, menedżer ds. marketingu produktu w firmie HMS Industrial Networks.
– Implementacja przemysłowej sieci Ethernet rozwija się szybciej, niż ma to miejsce w przypadku tradycyjnych magistrali,
nawet na poziomie urządzeń, a CC-Link
IE jest jedną ze wschodzących technologii
w tym obszarze, zwłaszcza dla rynku azjatyckiego.
Knut Dettmer, menedżer ds. marketingu w firmie Renesas Electronics
Europe, dodaje:
– Odkąd firmy zajmujące się automatyzacją przemysłu starają się sprostać
wymaganiom Przemysłu 4.0, w sposób
oczywisty kładzie się w automatyce większy nacisk na sieci czasu rzeczywistego, ze
względu na prognozowany rozwój komunikacji typu M2M, w konfigurowalnych systemach cyberfizycznych.
Wykorzystując jedyny odpowiedni
przemysłowy standard sieci Ethernet –
technologię Gigabit Ethernet, CC-link
IE stanowi system gotowy już dziś sprostać wspomnianym wymaganiom. Jednym
z wielu celów i wizji związanych z ideą
Przemysłu 4.0 jest budowa inteligentnej fabryki, która będzie działać szybko
i wydajnie, łatwo dostosowując się do
zmiennych warunków.
– By osiągnąć ten cel, maszyny
w fabryce muszą być znacznie bardziej
inteligentne niż dotąd – wyjaśnia Stephan
Langer, menedżer produktu ds. sieci w firmie Balluff, zrzeszonej w CLPA. – Obserwujemy rosnące ilości danych przesyłanych podczas procesu produkcyjnego za
pośrednictwem łączy najniższego poziomu
systemów komunikacji. Urządzenia muszą
być w stanie wygenerować niezbędne
informacje i obsłużyć nieprzerwaną komunikację pomiędzy sprzętem, w związku
z czym wymagane jest użycie sieci Internet. Potrzebujemy również infrastruktury
zapewniającej nieprzerwaną transmisję
danych poprzez wszystkie poziomy komunikacji.
Infrastruktura wykorzystująca automatykę oddala się od klasycznych systemów
magistralowych w kierunku systemów
komunikacji opartych na sieci Ethernet.
– Jednym z powodów stosowania Ethernetu jest szybkość przesyłu i wielkość przesyłanych danych – mówi Stephan Langer.
26
– By sprostać wizji Przemysłu 4.0, potrzebujemy więcej wysoko wydajnych sieci.
Jakich? Takich jak Gigabit technology
w CC-Link IE.
– Jesteśmy przekonani, że ta technologia zapewni odpowiednie wsparcie dla
wymagań Przemysłu 4.0 i urzeczywistni
wizje tego programu – dodaje Langer.
Jednym z wielu celów
i wizji związanych z Przemysłem 4.0 jest tzw. inteligentna fabryka, która
będzie szybka, wydajna
i podatna na dostosowywanie się do warunków
pracy.
Prewencyjne podejmowanie
decyzji
– Od poziomu fabryki do systemu realizacji produkcji (MES) wytwórcy potrzebują
dostępu do danych przesyłanych w czasie rzeczywistym, aby móc wspierać prewencyjne podejmowanie decyzji odnośnie czasu produkcji, diagnostyki i utrzymania ruchu – twierdzi Damien Leterrier,
kierownik ds. przemysłowych systemów
komunikacji w firmie Molex, zrzeszonej
w CLPA. – Wyposażenie fabryki, urządzenia oraz czujniki generują coraz więcej
danych, które muszą być pobierane, analizowane i przechowywane. Te ogromne
ilości danych trzeba sprawnie przesłać
z poziomu fabryki do menedżerów ruchu
i zarządców. Odpowiednią prędkość przesyłu zapewnia właśnie Gigabit Ethernet,
w systemie CC-Link IE. Jednakże konfiguracja inteligentnej sieci wymaga wykorzystania technologii informatycznej oraz wiedzy dotyczącej wytwarzania.
Leterrier podaje przykład, w jaki sposób sprzęt staje się bardziej inteligentny,
ułatwiając pracę:
– Maszyny i oprogramowanie są obecnie w stanie przewidzieć wiele potencjalnych problemów mogących prowadzić do awarii. Potrafią wykonać czynności prewencyjne w celu zminimalizowania
kosztownych przestojów lub uniknięcia
uszkodzenia sprzętu. Technologie wcho-
dzące w skład CC-Link IE, takie jak nieprzerwany protokół SLMP, sprawiają, że
łatwiej jest podłączyć urządzenie i eksploatować je, bez potrzeby zmian sprzętowych, a krytyczne procesy wciąż operują
na podstawowym przesyle czasu rzeczywistego Gigabit Ethernet.
Rick Roszkowski, starszy dyrektor ds.
marketingu w firmie Cognex, zrzeszonej
w CLPA, również uważa, że CC-Link IE
nadaje się do użycia w ramach koncepcji
Przemysłu 4.0.
– Wysoką wydajność zapewnia zastosowanie deterministycznego interfejsu
od poziomu przedsiębiorstwa, wprost do
poziomu urządzenia – twierdzi. – Uważam, że bardzo ważne jest stosowanie protokołu umożliwiającego wykorzystanie
zalet cyfryzacji przedsiębiorstwa.
W celu zapewnienia przepływu materiałów warto dysponować protokołem,
który wypełni lukę pomiędzy poziomem obiektowym urządzenia a systemem
zarządzającym przedsiębiorstwem.
– CC-Link IE pozwala na współdzielenie jednego protokołu dla urządzenia,
jak również dla przedsiębiorstwa – dodaje
Roszkowski. – Protokoły mają różne charakterystyki fizyczne, takie jak szybkość komunikacji, lecz architektura łącza
zapewnia wspólne okablowanie, złączki
i interfejs programowania.
Greg Hookings, starszy menedżer strategii rozwoju biznesu w firmie Mitsubishi Electric, również zrzeszonej w CLPA,
widzi to tak:
– Przemysł 4.0 obejmuje kilka trendów branży wytwarzania, takich jak
IIoT, Big Data, bezpieczeństwo cybernetyczne, ciągła komunikacja – opowiada.
– Skutkiem wprowadzenia tych technologii jednocześnie jest coś, co nazwiemy inteligentną fabryką. CC-Link IE proponuje
kilka podstawowych funkcji, by pomóc
w osiągnięciu wizji takiej fabryki. W ich
skład wchodzą: szybki przesył danych
i uproszczona obsługa danych, standaryzacja technologii bazującej na sieci Ethernet, relacje z dziedziczeniem wykorzystujące technologie magistrali CC-Link,
rozszerzona kompatybilność między urządzeniami sterującymi naszej produkcji
a innymi dostawcami i w końcu nieprzerwana komunikacja pomiędzy przedsiębiorstwem a fabryką.
Suzanne Gill jest redaktorem w magazynie
Control Engineering Europe.