16. března 2018 19:34

IIoT není totéž jako Průmysl 4.0

V mnoha článcích se používají termíny Industrial Internet of Things (IIoT – průmyslový internet věcí) a Industry 4.0 / Průmysl 4.0, ale nejedná se o stejnou věc. A není to totéž ani v severní Americe ani v Evropě. Obě koncepce jsou užitečné a obě jsou pro průmysl přínosem. Jestliže pochopíte, jaké jsou jejich odlišnosti a jak spolu souvisejí, můžete vy i vaše firma profitovat z obou z nich. Co vám a vaší firmě tedy mohou přinést?

I když většina věcí týkajících se Průmyslu 4.0 se zaměřuje výhradně na výrobu (montážní linky, stroje a roboty s cílem dosáhnout „chytré továrny“), já jsem se rozhodl prostudovat jej z pohledu procesů: procesní zařízení, řízení procesů a přístrojové vybavení, s cílem dosáhnout „chytrého provozu“ nebo spíše „digitálního provozu“. Podíváme se na to na příkladu, jak výrobce sestavuje ventil – což je samostatnou částí výroby, a jak tento ventil funguje v provozu.

Životní cyklus výrobku Průmyslu 4.0

Pro Průmysl 4.0 je rozhodující výměna informací během celého životního cyklu určitého výrobku. To znamená sběr všech dat vytvořených pro daný výrobek během jeho životnosti od začátku až do konce, v průběhu všech fází životního cyklu výrobku. Tedy od koncepce, návrhu, objednání, úpravy podle požadavků zákazníka, výroby, provozu, oprav až po recyklaci – a ukládání těchto informací do úložiště, určitého druhu virtuálního „digitálního dvojčete“ tohoto výrobku. Tato výměna informací je navzájem propojená, informace se hladce přenáší ze systému do systému tak,aby nemusely být manuálně zadávány znovu a znovu, tzv. „digitální vlákno“. Do životního cyklu výrobku je zapojeno mnoho společností a systémů, takže výměna dat mezi systémy vyžaduje, aby data a komunikace byly standardizované a aby byla zajištěna vzájemná propojitelnost dříve uzavřených aplikací pro odblokování dat. Zamysleme se nad tím, jak se životní cyklus zařízení, životní cyklus kotle v tomto zařízení a životní cyklus regulačního ventilu na tomto kotli navzájem ovlivňují od návrhu zařízení, návrhu kotle a návrhu ventilu až po konec životnosti každého z nich. Takto si představuji digitální výměnu informací během životního cyklu regulačního ventilu:

Koncepční návrh

Ve fázi koncepčního návrhu bude mít výrobce ventilu nápad na sestrojení inovativního nového modelu regulačního ventilu a zachytí tuto koncepci pomocí softwaru CAD a uloží ji jako digitální soubor.

Podobně ve fázi Front‑End Engineering and Design (FEED – fáze počáteční konstrukce a návrhu) provozu konzultant vytvoří koncepční návrh nového procesu. Tento návrh procesu se zaznamená v softwaru CAD jako digitální soubor.

Od návrhu po 3D tisk

Ve fázi návrhu nového modelu regulačního ventilu bude CAD soubor s koncepčním návrhem importován do jiného CAD softwaru, takže jej nebude třeba překreslovat. To bude vyžadovat vzájemnou kompatibilitu prostřednictvím standardních formátů souborů. Tento návrh bude dále zpracováván v podobě výpočtu pevnosti, propočítání dynamiky kapalin, estetiky a simulace vyrobitelnosti podle základního návrhu. Soubor s konečným návrhem výrobku se vyexportuje. Soubor s návrhem se naimportuje do 3D tiskárny a za účelem ověření tvaru a lícování se vyrobí díly. K tomu je opět nutné, aby formáty souborů byly navzájem kompatibilní.

Podobně ve fázi podrobného návrhu procesu dodavatel EPC rozhodne o zařízení včetně regulačních ventilů a převezme 3D CAD soubory ventilů od výrobce ventilů a použije je ve svém softwaru pro navrhování procesu za účelem kontroly, zda je kompatibilní s potrubím atd., takže není třeba je překreslovat. Vzájemná kompatibilita souborů s 3D modely a elektrických schémat usnadní práci EPC, ušetří čas pracovníků a peníze společnosti. EPC soubory s daty požadovaných ventilů a dalšího zařízení exportuje.

Objednávka

Ve fázi nákupu zašle EPC specifikaci ventilu jako digitální soubor výrobci ventilů. To znamená, že EPC nemusí provádět žádnou papírovou práci, ušetří čas pracovníků a peníze společnosti.

Na druhé straně továrna ve fázi nákupu ventilu obdrží od zákazníkova dodavatele EPC objednávku na několik sestav nového modelu regulačního ventilu s podrobnými požadavky a se specifikací každého ventilu ve formátu digitálního souboru importovaného do systému ERP tak, že jej není nutné přepisovat. K tomu je nutná vzájemná kompatibilita prostřednictvím standardního formátu souboru. Já osobně se domnívám, že při přenosu dat ze systému EPC k výrobci ventilů se bude pro zajištění vzájemné kompatibility používat formát podle normy ISO 15926. To společnostem usnadní jejich podnikání.

Úprava podle požadavků zákazníka

Ve fázi úpravy podle požadavků zákazníka bude továrna na výrobu ventilů též importovat specifikace zákazníka do softwaru pro dimenzování ventilu, takže se nebudou muset přepisovat, a do softwaru pro zakázkové zpracování základního návrhu nového modelu regulačního ventilu podle přesných požadavků na každý regulační ventil. K tomu je nutná vzájemná kompatibilita prostřednictvím standardního formátu souboru. Já osobně se domnívám, že se bude používat formát podle normy ISO 15926. V digitálním souboru se vytvoří kusovník s čísly všech dílů pro těleso ventilu, aktuátorem, doplňky, konstrukčními materiály, velikostí, polohovadlem atd. Důležitým aspektem Průmyslu 4.0 je vytváření základních jednotek, tzv. „dávky číslo 1“ a možnost upravovat návrh a sestavu každého kusu podle požadavků zákazníka tak, aby přesně splňoval jednotlivé požadavky. Sestava regulačního ventilu je dobrým příkladem, ale ve skutečnosti nepopisuje proces nepřetržitého zpracovávání, protože zde neexistuje žádná „série“, ale pravděpodobně dávkové zpracovávání, jako například u speciálních chemických a farmaceutických výrobků.

Fáze úpravy podle požadavků zákazníka u zařízení zahrnuje přizpůsobení základního návrhu dimenzováním všech částí zařízení podle požadované kapacity, podmínek prostředí, výchozích surovin a zdrojů energie atd.

Výroba

Ve výrobní fázi továrna na výrobu ventilů skládá všechny části dohromady. To může před fází montáže zahrnovat několik smluvních výrobců různých částí regulačního ventilu na několika místech. Tito smluvní výrobci obdrží CAD soubory a naimportují si je do svých strojů, aby mohli daný díl vyrobit. To bude opět vyžadovat vzájemnou kompatibilitu tak, aby nebylo nutné díl překreslovat. Přední výrobci ventilů mohou vyrábět některé části ventilu v rámci doplňkové výroby importováním CAD souborů do stroje, což opět bude vyžadovat vzájemnou kompatibilitu. Roboty na montážní lince sestaví regulační ventily na základě pokynů z CAD souborů, což opět vyžaduje vzájemnou kompatibilitu formátů souborů. Nakonec bude každý ventil v továrně otestován, budou zachyceny jeho charakteristické rysy a skoková odezva a výsledky testu budou digitálně uloženy do souboru. Certifikáty materiálů k dílům se také ukládají jako digitální soubory.

Je jasné, že aby bylo možné přeměnit návrh a výrobu dílu podle vize Průmyslu 4.0 na realitu, bude muset přijít ke slovu velká řada stávajících i nových norem.

IIoT v provozu (Industrial Internet of Things)

Ve své provozní fázi ventil vykonává svou práci v zařízení po mnoho let. V této fázi může výrobce ventilů v současné době přes internet dálkově sledovat stav regulačního ventilu v podobě interaktivní služby založené na sběru dat IIoT. Fyzické části v zařízení jako například čerpadla a ventily jsou totiž vybaveny snímači připojenými digitálně k síti, takže je lze nepřetržitě monitorovat a shromažďovat všechna jejich data a ukládat je v digitální podobě, obvykle do cloudu. Software výrobce ventilu data analyzuje a informuje provoz o jakémkoliv hrozícím problému, ale také ukládá zachycená data ventilu pro možnost budoucího porovnání. K dispozici je také skupina odborníků na ventily pro podporu pracovníků provozu. Čerpadlo může být vybaveno snímači pro snímání vibrací, tlaku, teploty, hladiny atd. digitálně připojenými k síti. V případě regulačního ventilu jsou všechny snímače (poloha ventilu, tlak dodávaného vzduchu, tlak aktuátoru, průtok vzduchu, teplota atd.) zabudovány do polohovadla ventilu, které je následně digitálně připojeno k síti. Provozní fáze životního cyklu je totiž tím místem, kde se Průmysl 4.0 a IoT setkávají a my se dostáváme k IIoT.

„Provozní fáze životního cyklu je tím místem, kde se Průmysl 4.0 a IoT setkávají a my se dostáváme k IIoT.“

To také znamená, že nyní rovněž ke každému kusu zařízení („věci“) existuje softwarová/virtuální nebo „kybernetická“ složka. Fyzická a kybernetická složka se společně označují jako kyberneticko‑fyzický systém (CPS).

Mnoho podniků již interaktivní služby založené na IIoT využívá.

Interaktivní služby mohou zlepšit spolehlivost a výkonnost ventilu, omezit prostoje provozu a zvýšit kvalitu výrobků a výrobní kapacitu.

Žádný výrobce nevyrábí všechny snímače požadované v provozu, proto provozy používají pro zajištění vzájemné kompatibility a možnost sdílení jedné sítě snímače vycházející z průmyslových síťových norem jako například provozní sběrnice FOUNDATION a WirelessHART. Digitální propojení do sítě jako jsou sběrnice a bezdrátový přenos jsou jediné praktické způsoby integrace všech těchto doplňkových nástrojů. Za poznámku stojí to, že propojení do digitální sítě je hlavním tématem zprávy ZVEI „Strategie implementace Průmyslu 4.0“ v moderních provozech, a protože stávající provozy se modernizují, hraje stále důležitější roli informační a komunikační technologie (ICT).

Oprava

Regulační ventil bude občas vyžadovat generální opravu; vyčištění nebo výměnu dílů, které podlehnou opotřebování atd. Oprava může být provedena pracovníky oddělení údržby, servisním týmem výrobce nebo poskytovatelem servisu – třetí stranou. Nebo se generální oprava provede mimo místo instalace ventilu. Po opravě se provede kontrola funkce se zaznamenáním údajů o výkonnosti digitálně do souboru ve stavu „tak, jak je“. Tato testovací data je třeba uložit s ostatními daty o historii ventilu. Provedená opatření je třeba zaznamenat do digitálního souboru společně s dalšími daty o historii ventilu. Čipy RFID na hlavních částech jako je těleso ventilu, aktuátor a regulátor filtru identifikaci a sledování životního cyklu jednotlivých dílů usnadní. Polohovadlo ventilu a další přístroje již mají jedinečné identifikační číslo. Oddělení I & C má pro daný model ventilu přístup k souborům s návody a certifikací pro nebezpečné oblasti, ale také si může vyhledat soubor s původními charakteristikami ventilu pro srovnání s jeho současnou výkonností. Navíc si může také stáhnout soubor s certifikáty materiálů jakékoliv části každého konkrétního ventilu nebo vyhledat historii údržby.

Shromažďování dat o životním cyklu produktu do digitální podoby – digitální dvojče

Recyklace

Po mnoha letech provozu se ventil, čerpadlo nebo jiná část zařízení vyřadí z provozu. Toto je konec životního cyklu a fáze recyklace. Data týkající se poruch jsou zachycena a uložena digitálně, obzvláště ta, která se týkají výrobků spojených s bezpečností. Výrobce má stále všechna data v digitálním souboru, a tato data byla v průběhu životnosti ventilu shromažďována a využívána jako zpětná vazba pro nepřetržité zlepšování (metoda kaizen) konstrukce ventilu v dalším cyklu výrobku, čímž se životní cyklus uzavírá.

Kyberneticko‑fyzické systémy, digitální vlákno a digitální dvojče

Každá fáze životního cyklu ventilu nebo jiného zařízení bude využívat data z dřívějších fází a bude vytvářet více dat využívaných v dalších fázích – digitální vlákno. Data se shromažďují a budou následovat ventil nebo jinou fyzickou „věc“ během celé její životnosti jako její virtuální digitální dvojče nebo stín. Všechny informace budou neustále k dispozici.

Je jasné, že Průmysl 4.0 a IIoT nejsou totéž. Obojí je užitečné, takže je třeba zvážit implementaci obou koncepcí tak, aby bylo možné těžit z obou. Mnoho aspektů jak IIoT, tak Průmyslu 4.0 není nových. Některé provozy a někteří výrobci I & C již mnoho součástí těchto koncepcí zavedli. Budoucnost je digitální a s digitální infrastrukturou může provoz těžit jak z IIoT, tak z Průmyslu 4.0.

www.foxon.cz

přeloženo z IIoT not the same as Industrie 4.0“, Jonas Berge https://www.linkedin.com/pulse/iiot-same-industrie- 40-jonas-berge/