Индустрия 4.0

Визията на Индустрия 4.0 за децентрализирани, автономни мрежи от интелигентни продукти и автоматизирано оборудване, работещи в интелигентни вериги за доставки, е посоката, в която производствените индустрии трябва да се движат, за да постигнат интелигентно, високопроизводително, ресурсно ефективно и напълно предсказуемо производство. Индустрия 4.0 оформя бъдещето на гъвкаво, достъпно производство, подхранвано от технологични фактори като интернет на нещата (IoT), адитивно производство (3D принтиране), разширена реалност, облачни изчисления, мобилни устройства, автономни роботи и анализ на големи данни. Тази бъдеща реалност всъщност има потенциала да промени процеса на производство. Това е революционна промяна в начина, по който работят компаниите и веригите за доставки, какво правят хората и софтуерните приложения и какво клиентите могат да очакват и кога. Това не означава, че всички процеси, оборудване, ИТ системи и процедури, които една компания използва днес, ще изчезнат. Те трябва да се подготвят за следните трансформации:

  • Разпределено производство – от централизирани към децентрализирани решения и контрол
  • Автономни машини (роботи) – от хора, ръководещи или дори извършващи голяма част от операционната работа, до автоматизирани интелигентни механизми, способни да действат независимо.
  • Вертикална интеграция – от изолирани системи на всяко ниво (работни центрове, производствени линии и звена, заводи, предприятия) до вертикално интегрирани информационни потоци, които позволяват цялостни бизнес процеси. Това включва конвергенция на ИТ/автоматизация на системи за информационни технологии (ИТ), използвани за изчисления, ориентирани към данни, с технологични системи за автоматизация, традиционно свързани с промишлени системи за контрол (ICS), като например контролен контрол и събиране на данни (SCADA).
  • Хоризонтална интеграция – от отделни системи във всеки отдел и организация във веригата за доставки до хоризонтално интегрирани информационни потоци между всички в организацията и разширена верига за доставки
  • Симулация – от организирани по някакъв начин до напълно предсказуеми процеси, които могат лесно да бъдат настроени за най-добра производителност по отношение на специфични, но бързо променящи се изисквания, пред които са изправени сложните производствени предприятия
  • Разширена реалност – от чертежи, инструкции и ръководства до чувствителни към контекста взаимодействия между хора и технологии.
  • Поддръжка, ориентирана към надеждността – от реактивна поддръжка на активи и инструменти до интелигентни предсказуеми, базирани на състоянието такива в средата на големи данни.
  • Мобилен – от големите компании и определени видове процеси, свързани с широко разпространената демократизация на свързаността, мобилността и чувствителните към местоположението технологии
  • Облачни изчисления – от локални до облачно базирани, ориентирани към услуги изчисления
  • Анализ на големи данни – от ограничен и локализиран анализ до усъвършенстван анализ в целия завод, както в реално време, така и офлайн

За повечето производствени компании революционния подход за внедряване на нови и следователно непознати технологии е доста рискован. Технологиите на Индустрия 4.0 са в основата на повечето производствени процеси и влияят на критични стъпки във веригата на стойността. Разходите за прекъсване на производството на ден са високи и по този начин производствените компании внимателно трябва да претеглят ползите от въвеждането на нови технологии спрямо възможните рискове за надеждността на процеса. Много компании преди имаха известни опасения в това дали притежават правилните умения, за да се възползват от Индустрия 4.0. Уменията за дигитализация са много важни. По-младите хора, които идват, са дигитално грамотни, но има поколения настоящи работници, които ще трябва бързо да преквалифицират и преоборудват. В резултат на това компаниите подхождат предпазливо към фундаменталните смущения, така че промяната ще бъде по-скоро постепенна.

Гъвкаво производство и Индустрия 4.0

                      acatech Industrie 4.0 Maturity Index: Less latency helps improve faster 

Гъвкавостта е стратегическа характеристика, която става все по-важна за успешните компании. В този контекст гъвкавостта означава способността да се прилагат промени в компанията в реално време, включително промени в бизнес модела на компанията.
Значението на Индустрия 4.0 се крие в ключовата роля на обработката на информацията за осигуряване на бързи процеси за организационна адаптация към различни събития. Колкото по-бързо една организация може да се адаптира към събитие причиняващо промяна в нейните обичайни практики и да вземе правилното бизнес решение , толкова по-големи са ползите от адаптацията. Събитията могат да бъдат краткосрочни по характер, например повреда на производствена линия, или средносрочни до дългосрочни, например промяна в изискванията към продукта и свързаните с него модификации на самия дизайн на продукта, на производствения процес и на свързаните с него процеси при закупуване, качество и обслужване.
Понастоящем, при настъпване на неочаквано събитие в компания, има забавяне, преди да станат достъпни подробни инструкции за справяне със съответния проблем. Това означава, че има и забавяне при вземането на съответните решения и (контра)мерки. Една от причините е, че съответните информационни системи не са достатъчно интегрирани, за да позволят обработка на данни от край до край, от събиране на данни до анализ. Възможностите на Индустрия 4.0 помагат на производствените компании драстично да намалят времето между възникването на инцидент и прилагането на подходящо решение.
На практика това означава, че например промените в изискванията на клиента въз основа на полеви данни могат да бъдат включени дори по време на производствения процес на продукта, тъй като компанията притежава гъвкавостта да се адаптира към новата ситуация. В резултат на това клиентът може да получи продукт, съобразен с неговите точни изисквания, за значително по-кратък период от време и с по-високо качество.

Пътна карта към Индустрия 4.0

  1. Компютъризация: Въпреки че използването на ИТ и автоматизация на процесите вече се е превърнало в стандарт, компаниите все още използват изолирани информационни системи на този етап.
  2. Свързаност: След като отделните компоненти са свързани, компаниите са достигнали етапа на зрялост на свързаност и са внедрили цифровизация, както е определено в това ръководство. Все още обаче не са постигнали пълна интеграция между информационните и оперативните технологии. Етапи 1 и 2 са дефинирани като предварителни стъпки на Индустрия 4.0. Тъй като голяма част от организациите са в началото на пътуването, индексът трябваше да включва съществуващите нива на зрялост в настоящата индустрия.
  3. Видимост: На този етап компаниите започват да използват сензори за запис в реално време на условия и процеси. Те създават дигитален модел на производство, „дигитална сянка“ или „дигитален двойник“, който показва какво се случва във всеки един момент от време.
  4. Прозрачност: След като компаниите използват цифровата сянка, за да идентифицират и разберат взаимодействията, те са достигнали етап 4. За да направят това, те трябва да интерпретират записаните данни в съответните контексти чрез прилагане на инженерни познания. Приложенията за големи данни се внедряват успоредно със системите за бизнес приложения – като ERP или MES – за осигуряване на обща платформа за анализ на данни.
  5. Капацитет за прогнозиране: За да се симулират сценарии и да се оценят по отношение на тяхната вероятност и последствия, дигиталната сянка се проектира в бъдещето. В резултат на това компаниите могат да предвидят бъдещото развитие и да вземат необходимите решения.
  6. Адаптивност: В най-високия етап на зрялост ИТ системите ще вземат тези решения независимо. На този етап Индустрия 4.0 е реализирана изцяло. ИТ системите инициират необходимите мерки за привеждане в съответствие автоматично и без забавяне. Степента, до която ИТ системите ще могат да действат автономно, зависи от два аспекта: първо, от сложността на решението, и второ, от съотношението разходи-ползи от автоматизирани спрямо човешки действия.

RAMI 4.0

RAMI 4.0, което означава Reference Architecture Model Industrie 4.0, е концептуална рамка и референтна архитектура, използвани в контекста на Индустрия 4.0. Разработен в Германия, той служи като план за проектиране и внедряване на решения на Индустрия 4.0 в производствени и промишлени условия.

RAMI 4.0 се състои от три основни нива: активи, комуникация и информация. Нивото на активите се занимава с физически активи, всеки представен от Asset Administration Shell (AAS). Комуникационното ниво улеснява стандартизираната комуникация, докато информационното ниво се фокусира върху обработката и управлението на данни.

AAS служи като дигитален двойник на физическите активи и съдържа подробна информация за тях. RAMI 4.0 подчертава оперативната съвместимост, сигурността и мащабируемостта. Той поддържа хоризонтална и вертикална интеграция, позволявайки на активите и системите да работят безпроблемно заедно на различни йерархични нива.

Мерките за сигурност са интегрирани на всеки слой, за да се защитят данните и да се гарантира целостта на комуникацията. Рамката насърчава използването на анализ на данни за подобряване на процесите и вземане на решения. Стандартизацията е от ключово значение, използвайки протоколи като OPC UA, за да се даде възможност за оперативна съвместимост.

RAMI 4.0 разглежда целия жизнен цикъл на актива, от проектирането до поддръжката, и насърчава откритостта и сътрудничеството между заинтересованите страни за стимулиране на иновациите в Industry 4.0.

Стандарти ANSI/ISA 95 и БДС/ISO/IEC 62264

БДС/ISO/IEC 62264 (ISA-95) е международен стандарт, който ръководи интегрирането на системи за управление на процеси и корпоративни системи в производството и индустриалната автоматизация. Той установява йерархичен модел с дефинирани нива в рамките на една организация, като осигурява последователен обмен на данни между системите за контрол и корпоративните системи. Стандартът включва функционални модели за описване на производствените процеси и операции, насърчавайки стандартизирана комуникация и оперативна съвместимост. IEC 62264 цели да подобри оперативната ефективност, да намали грешките при ръчно въвеждане на данни и да подпомогне вземането на решения, базирани на данни. Спазването на този стандарт е от решаващо значение в регулираните индустрии и глобалното му признаване го прави ценен за подобряване на производствените операции и привеждането им в съответствие с бизнес процесите.

В обобщение, IEC 62264 е международен стандарт, който предоставя насоки за интегриране на системи за управление на процесите с корпоративни системи в производството и индустриалната автоматизация. Той набляга на оперативната съвместимост, ефективността и стандартизираната комуникация, за да подобри интеграцията на контролните и бизнес аспекти в организацията.

Интегриране на система за управление на предприятие. Части 1, 2, 3, 4 и 5

БДС стандарти

ISO/IEC 22400 специфицира неутрална за индустрията рамка за дефиниране, съставяне, обмен и използване на ключови показатели за ефективност (KPI) за управление на производствените операции (MOM), както е дефинирано в IEC 62264-1 за партидни, непрекъснати и дискретни индустрии.

B2MML (Business to Manufacturing Markup Language) е XML имплементация на IEC 62264 (ISA-95), Интеграция на корпоративна система за управление, семейство от стандарти. B2MML се състои от набор от XML схеми, написани с помощта на XML Schema language (XSD) на World Wide Web Consortium, които прилагат моделите на данни в стандарта ISA-95.

OPC DA/UA

OPC DA (OLE for Process Control – Data Access) и OPC UA (Unified Architecture) са комуникационни стандарти, широко използвани в индустриалната автоматизация и системите за управление.

OPC DA е по-стар стандарт и се фокусира основно върху обмена на данни в реално време и е известен със своята простота и ефективност при свързване на източници на данни като сензори и устройства към софтуерни приложения и системи.

От друга страна, OPC UA, по-модерен и многофункционален стандарт, предлага подобрена гъвкавост и сигурност. Той не само поддържа обмен на данни в реално време, но също така предоставя широки възможности за моделиране на информация, сложни структури от данни и разширени функции за сигурност. OPC UA е проектиран да улеснява комуникацията не само в рамките на локални мрежи, но и през интернет, което го прави подходящ за развиващите се изисквания на приложенията Индустрия 4.0 и Индустриален интернет на Индустриален интернет на нещата (IIoT).

И двата стандарта имат за цел да осигурят оперативна съвместимост и гладка комуникация в индустриални среди, но подобрените функции на OPC UA го правят предпочитан избор за много съвременни индустрии софтуерни решения.