58 Ventil 23 /2017/ 1 IZ PRAKSE ZA PRAKSO Inteligentni stroji in naprave v povezani proizvodnji ndre N Povzetek: V prispevku so predstavljene bistvene tehnične in tehnološke značilnosti in priporočila, ki jih bodo morali proizvajalci strojev in naprav upoštevati pri načrtovanju in razvoju inteligentnih strojev in naprav. Pred- stavljen je koncept pametnega stroja oziroma naprave, ki temelji na uporabi in izrabi podatkov v realnem času ter izjemno visoki stopnji avtonomije v celotnem življenjskem ciklu strojev. Ta poteka v korakih: podatkovna izmenjava v realnem času, obdelava podatkov v celovitem proizvodnem postopku, opisna in napovedna ana- litika, optimizacija. V prispevku je koncept povezljivosti utemeljen na podlagi standardnega industrijskega pro- tokola Ethernet, predstavljene so prednosti in slabosti ter dobre prakse pri uvajanju. Ključne besede: Inteligentni stroji in naprave, povezana proizvodnja, diagnostika v realnem času, povezljivost, analitika, integrirana funkcionalna varnost, operatorska učinkovitost, poenostavljena integracija, vgrajena infor- matizacija, informacijska varnost Mag. Andrej Kolmanič, univ. dipl. inž., Tehna, d. o. o., Ljubljana ■ 1 Uvod Proizvajalci strojev in naprav (v na- daljevanju: OEM) se soočajo s šte- vilnimi in velikimi izzivi, saj priča- kovanja naročnikov nikoli niso bila tako velika. Med značilne vplivne parametre je mogoče uvrstiti: – globalna konkurenčnost – spre- minjanje poslovnega modela, ki se premika od masovne proizvo- dnje k masovni prilagodljivosti, – potrebe po delovni sili – pomanj- kanje talentiranih in usposoblje- nih ljudi, ki bodo v podjetjih Slika 1. Pametne naprave upravljali s sodobnimi tehnologi- jami, – spreminjajoči riziki – upravljanje varnostnih groženj za doseganje skladnosti z vedno bolj zahtevno regulativo, – nove tehnologije – združevanje strojnega in digitalnega sveta s pojavom Interneta stvari (ang. Internet of Things). 59Ventil 23 /2017/ 1 IZ PRAKSE ZA PRAKSO Novi stroji morajo ponujati tudi ve- liko dodano vrednost, da se lažje uveljavijo na trgu. Rezultat različnih zahtev in razvoja so pametni stroji in naprave (slika 1). Tovrstni sistemi zagotavljajo optimizacijo opreme ter maksimalno kakovost ter funk- cionalno varnost. Druga zelo pomembna stvar, ki jo prinašajo pametni stroji, je združe- vanje poslovnega in proizvodno- -operativnega sveta v podjetju. To sta bila v podjetju tipično dva raz- lična svetova, ki pa se sedaj zara- di potreb po informacijah na vseh ravneh nezadržno združujeta na podlagi enotne informacijske arhi- tekture. ■ 2 Ugotavljanje potreb naročnika Vsak takšen prehod na povezano arhitekturo, ki vključuje pametne stroje, je unikaten in vključuje na- slednje naloge: – ugotovitev, kako učinkovito po- vezati naprave, ljudi, opremo in nabavno verigo, – zbiranje, organiziranje, obdelava in vrednotenje podatkov v celo- vitem proizvodnem procesu. – analiza informacij za maksimira- nje učinkovitosti delovnih pro- cesov in njihovo povezovanje v poslovni sistem podjetja. Komunikacija je ključ do razume- vanja kupca – kje se razvojno na- haja. Pomaga lahko identifi cirati priložnost za razvoj novih rešitev, ki bodo pomenile ustvarjanje novih tržnih modelov. ■ 3. Pametna tehnologija Da bi dosegli raven pametne proi- zvodnje, je treba razmišljati druga- če že pri načrtovanju, gradnji opre- me in strojev. Pri tem pa je treba zasledovati glavne smernice: – izboljšanje funkcionalne varnosti in zmanjševanje varnostnih tve- ganj, – načrtovanje za informacijsko do- stopnost, – podprtost za enostavno integra- cijo, – dostopnost analitike in diagno- stike v realnem času, – optimizacija delovne učinkovito- sti. ■ 3.1. Izboljšanje funkcionalne varnosti in zmanjševanje varnostnih rizikov Pametni stroji lažje izpolnjujejo var- nostne kriterije kot kadar koli doslej, navkljub dejstvu, da je optimizacija proizvodnje eno glavnih vodil pod- jetij. Sistemska varnostna diagno- Pametna proizvodnja - Proizvodne informacije v realnem času - Zmanjšanje rizikov v nabavni verigi - Zmanjševanje potreb zalog surovin - Proizvodna učinkovitost - Optimizacija proizvodnje - Boljša izkoriščenost opreme - Proaktivna diagnostika - Nižji skupni stroški lastništva Optimizacija opreme - Funkcionalna varnost/ garancija - Lažje odkrivanje napak - Krajši čas za popravilo/vzdrževanje PRIPOROČILO Kaj se naj zgodi? NAPOVED Kaj se bo zgodilo? DIAGNOSTIKA Zakaj se je zgodilo? OPIS Kaj se je zgodilo? Slika 2. Pametna proizvodnja stika omogoča hitro obveščanje operaterjev o varnostnih težavah in s tem omogoča zelo kratke čase odpravljanja težav. Prav tako pa se vsi varnostni podatki zapisujejo in omogočajo preglede daljših časov- nih obdobij, iz katerih dobimo trend odpovedi ter primerjavo med enaki- mi linijami ali celo tovarnami. Tako z integrirano funkcionalno varnostjo izločimo, omejimo ali dopolnimo in uvedemo rutine v ponavljajoče se procese in s tem povečujemo produktivnost. Funkcionalnost »Sa- fe-speed« in »Zone control« npr. omogočata, da lahko kljub napaki in posredovanju operaterja pametni stroj še vedno obratuje z neko var- no hitrostjo, seveda ob pogoju, da je operater v varni coni. Funkcional- na varnost mora biti kontinuirana in razvijajoča se komponenta v splošni varnostni politiki podjetja. Kar seve- da pomeni visoko stopnjo proaktiv- ne podpore vodstva z vidika varnosti za delavce in seveda njihove stranke, ki bodo pametne stroje kupile. Pametne naprave ob vse večji infor- matizaciji ponujajo vse več načinov (točk) povezovanja. To pa prinaša večjo nevarnost pred vdori v sam sistem, tako namernimi kot nena- mernimi, na mestu samem ali od- daljeno. Bistven je celovit varnostni pristop, katerega cilj je zagotoviti zaščito, ne samo naprave, ampak tudi zaščito intelektualne lastnine, premoženja in okolja. Vsak proizva- jalec opreme ali stroja mora vanj vključiti zelo poglobljen (angl. De- fense In Depth) varnostni pristop. Pomeni, da mora vključevati fi zič- no, elektronsko in proceduralno zaščito. Proceduralna pomeni, da je zaščita nivojska; dovoljen dostop omejenemu pooblaščenemu ose- bju z različnimi pravicami, kjer pro- gramska oprema sledi vse dostope osebja in narejene spremembe. Pomembna je tudi močna fi zična zaščita, ki je mogoča ob močnem sodelovanju OEM-a in naročnika v fazi načrtovanja stroja. ■ 3.2. Načrtovanje za informacijsko dostopnost Kupci želijo dostopati do proizvo- dnih, poslovnih in fi nančnih po- 60 Ventil 23 /2017/ 1 IZ PRAKSE ZA PRAKSO datkov in to mora OEM za svojega naročnika omogočiti. Npr. primerno pripraviti podatke o učinkovitosti, kvaliteti produktov, stanju stroja in energetski učinkovitosti in av- tomatsko prenašanje v poslovni sistem podjetja. Seveda mora biti poskrbljeno za varnostno kopiranje (angl. backup) podatkov. ■ 3.3. Podprtost za enostavno integracijo Iščejo se enostavne rešitve, ki omo- gočajo kontinuirano obratovanje z največjo možno učinkovitostjo. Zato je treba pri načrtovanju upo- števati nekaj glavnih pravil: – Izbira prave informacijske arhi- tekture; pomeni izbira odprte- ga protokola Ethernet, ki proti ostalim nestandardnim vodilom ponuja velik izbor standardne opreme, velike hitrosti prenosa podatkov, veliko pasovno širino, zanesljivost in varnost. – Uporaba primerne krmilne plat- forme omogoča načrtovanje v enotnem okolju, ki združuje vse različne oblike (programiranje, vizualizacija, diagnostika ...). – Uporaba primernih tehnologij, ki omogočajo funkcionalen pre- izkus stroja še pred pošiljanjem kupcu. – Rešitve na stroju, ki omogočajo, da je oprema nameščena tako, da je čim bolj enostavna in bliž- je opremi, s katero se bo pove- zovala. S tem bo olajšala delo, zmanjšala ožičenje ter s tem same stroške. ■ 3.4. Analitika in diagnostika v realnem času Analitiko in diagnostiko v realnem času omogoča uporaba: – Vgrajenih inteligentnih naprav, ki naročniku omogočijo daljšo življenjsko dobo ter manj nadzo- rovanih in nenadzorovanih izklo- pov. To so naprave za merjenje vibracij, temperatur, navorov. Te naprave omogočajo identifikaci- jo problemov, še preden se zgo- dijo, in same predlagajo rešitev. – Predpripravljena diagnostična okna za nadzorne sisteme (vi- zualizacija) dajejo operaterjem pomembne informacije o stanju same opreme, da se lahko pri- pravijo in pravočasno ukrepajo. – Podprtost za mobilne tehnologi- je omogoča razširitev vizualizaci- je in sprejemanja odločitev ope- raterja, vodje od koder koli. – Oddaljen dostop do naprave omogoča spremljanje kritičnih parametrov in njihovo spreminja- nje ter povezavo do stroja za mo- rebiten poseg brez fizične priso- tnosti usposobljenega inženirja. ■ 3.5. Optimizacija delovne učinkovitosti Optimizacija delovne učinkovitosti pomeni uporabo inovativnih teh- nologij za načrtovanje nadgradljivih sistemov industrijske avtomatizaci- je za izgradnjo pametnih strojev in naprav, ki bodo dosegale večjo de- lovno učinkovitost in s tem: – zmanjšale čas zagonov, – zmanjšale čas menjave orodij, – izpolnjevale električne, strojne in okoljske standarde, – zmanjšale porabo energije, – povečale funkcionalno varnost za ljudi in opremo. ■ 4 Zaključek Pojav pametnih strojev in proizvo- dnje postavlja proizvajalcem strojev in naprav nove zahteve naročnikov. Če povzamemo, morajo z novimi stroji in napravami zagotoviti: – enostavno integracijo stroja v proizvodni proces, – dostop do vseh relevantnih in- formacij, – dvig učinkovitosti proizvodnje, produktivnosti in lažjo podporo, – lažje prilagajanje potrebam trga. Literatura [1] Smart Machines and Equip- ment, Oem-sp019_en-p-pdf, Rockwell Automation, 2016. [2] Vinod Joseph, Srinivas Mulu- gu. Network Convergence. Waltham, USA : Elsevier, 2014. [3] Camilo Alandro, Tanvi Desai, Bob Lounbury. EtherNet/IP- Benefits of Industrial Connec- tivity in industrial applications. www.rockwellautomation.com. [Online] 2008. Smart machines in connected enterprise Abstract: Article gives the essential technical and technological highli- ghts and recommendations; which OEM manufacturer should consi- der when designing and developing intelligent machines and systems. It presents the concept of the smart machine or device which is based on the use and exploitation of data in real time and an extremely high degree of autonomy throughout the lifecycle of the machine, which takes place in following steps: data exchange in real-time, contextua- lization of data, predictive and prescriptive analytics, optimization. In this paper, the concept of connectivity is based on standard industrial Ethernet protocol, presented the pros and cons and good practice in the implementation. Key words; Real time diagnostics, Connectivity, Contextualization, Analytics, Integrated Safety, Operational efficiency, Simplified integra- tion, Information enabled, Informational security,