Aktuální vydání

celé číslo

10

2017

Systémy pro řízení výroby, PLM, SCADA

celé číslo

Harting IIC MICA – průkopník při zavádění konceptu Industrie 4.0

Harting IIC MICA je první komerčně dostupná modulární platforma tvořená otevřeným hardwarem a softwarem umožňující rychle a poměrně levně realizovat nejrůznější řídicí a komunikační úlohy v průmyslu.

Společnost Harting Technology Group nabízí jako výrazný inovační počin – první svého druhu – nový produkt Harting IIC MICA (Integrated Industry Computer Modular Industry Computing Architecture). Jde o modulární platformu s otevřeným hardwarem i softwarem rychle a bez nadměrných nákladů přizpůsobitelnou k použití v nejrůznějších řídicích a komunikačních úlohách v průmyslu. Společnost Harting tím potvrdila svou vůdčí a průkopnickou roli při zavádění konceptu Industrie 4.0. Po obrovském zájmu o nový produkt na průmyslovém veletrhu Hannover Messe 2016, kde získala prestižní cenu Hermes Award, nyní společnost Harting dodává sériové výrobky. 

Chybějící platforma k použití v průmyslu

Pro zájmový vývoj vestavných systémů jsou již delší dobu k dispozici kvalitní a cenově dostupné platformy – např. výukový počítač Raspberry Pi v cenové úrovni 35 eur, který způsobil doslova převrat v tomto oboru. Obdobně mají svoje zanícené příznivce a uživatele také platformy Arduino, Beaglebone atd. Pro svůj levný hardware, otevřená vývojová prostředí a volně dostupné specifikace jsou uvedené produkty široce využívány také k vývoji prototypů a k ověřování nových koncepcí pro průmysl. Po úspěšné realizaci prototypu však nastupuje migrace, vyžadující spolehlivý hardware a software kompatibilní s požadavky kladenými na zařízení určená k použití v průmyslu. Zde se pak naplno projeví cena času, neboť hardware použitý jako základ prototypu není vhodný k použití v průmyslu, což nutí vývojáře zabývat se velkým množstvím realizačních detailů ležících mimo jejich vlastní odbornost.

K vyřešení zmíněného nedostatku a také k realizaci mnoha dalších interních i externích projektů společnost Harting vyvinula modulární hardwarovou a softwarovou platformu optimálně spojující požadavky jak na rychlost vývoje, tak i na přímou využitelnost v průmyslu specifických jednotek produkovaných ve středně velkých počtech. Výchozí při vývoji této platformy byly především tyto tři aspekty:

–   hardware odolný průmyslovým provozním podmínkám, který lze velmi jednoduše instalovat do nových i již existujících strojů a dopravních prostředků,

–   hardware umožňující rekonfigurování, při němž lze do jednotky snadno a rychle zabudovat specifické zákaznické funkce,

–   stabilní a odolné otevřené programovací prostředí umožňující výrobním technologům i vývojářům IT rychle realizovat automatizační projekt. 

Modulární hardware pro průmysl

Na rozdíl od již zmíněného zájmového hardwaru je hardware platformy Harting IIC MICA odolný, vhodný k použití v průmyslovém prostředí a zabudovaný v kompaktním pouzdru z lehké slitiny s připojovacími konektory podle průmyslových standardů (obr. 1). To znamená, že jednotka MICA nemusí být nutně umístěna v rozvodné skříňce, ale lze ji montovat přímo na stroje nebo dopravní prostředky. Uvnitř jednotka MICA obsahuje tři desky s elektronikou, z nichž jednu lze volně měnit podle požadované úlohy (obr. 2). Tímto způsobem je možné – při zachování stále téhož vnějšího tvaru a stupně krytí – realizovat např. čtečky RFID (obr. 3), uzly sítí WLAN nebo BLE (Bluetooth Low Energy), paměti SSD, sběrnicová rozhraní atd. Hardwarová struktura platformy MICA, založená na sběrnici USB, podporuje tvorbu prototypů prostřednictvím běžně dostupných periferií s rozhraním USB, což umožňuje vlastními silami rychle vyvíjet a integrovat hardwarové moduly. Výsledkem je úspora času a peněz.

Virtualizace v průmyslovém prostředí

Platforma MICA používá tzv. odlehčenou virtualizaci (lightweight virtualisation: vizualizace na úrovni operačního systému) s vy­užitím kontejnerů Linux. Aplikační programy běží ve virtuálních linuxových kontejnerech obsahujících veškeré knihovny a ovladače potřebné pro danou úlohu. Znamená to, že vzájemné závislosti a nekompatibility sad programů jsou zcela věcí minulosti. Již při samotném uvedení platformy na trh bylo k dispozici mnoho volně dostupných linuxových kontejnerů pro různá vývojová prostředí, jako např. Java, Python, C/C++ atd. Existují také kontejnery původem z průmyslového softwaru, např. OPC UA, databáze v rámci Hadoop atd.

Software MICA obstarává činnosti spjaté s vnitřní administrativou zařízení, jako např. správu kontejnerů, nastavení sítě, autentizaci, instalaci, aktualizaci a mnohé další, čímž umožňuje vývojářům soustředit se na vlastní algoritmy.

Přiklady použití v praxi

Platforma MICA byla již před svým oficiál­ním uvedením na trh při veletrhu SPS IPC Drives v Norimberku v listopadu 2015 inspirujícím způsobem použita v mnoha projektech společnosti Harting a jejích partnerů i konečných zákazníků. V dalším textu je uvedeno několik příkladů.

MICA: dlouhodobý sběr provozních údajů

V jednom případě v Rakousku středně velký výrobce strojů produkoval mezi dvěma až třemi sty strojů za rok, avšak řídicí elektronický systém bych schopen uchovávat provozní údaje vždy jen z posledních tří dnů činnosti stroje.

Při použití stroje v zahraničí tak velmi často nebylo dost času na to, aby se servisní personál volaný při podezření na poruchu dostal k potřebným údajům, mohl je posoudit a popř. poruchu odstranit. Problém byl vyřešen instalací jednotky MICA se zabudovaným modulem SSD ve funkci zařízení pro hromadný sběr údajů. Při výskytu poruchy může zákazník povolit přístup k paměťové jednotce na stroji na dálku a výrobce může k identifikaci závady a jejímu odstranění využít údaje nashromážděné během několika minulých měsíců, popř. i let. Uložené údaje lze také vybírat při běžných servisních návštěvách a použít je ke zdokonalení stroje.

MICA: optimalizace výrobních procesů

Každý jednotlivý zákazník objednával široký výběr konektorů, které bylo třeba zabalit a odeslat v jedné nebo několika krabicích. Při původním uspořádání musel pracovník použít vážicí zařízení, programovatelný automat řídící balicí stroj, komunikaci s podnikovým řídicím systémem (ERP) a tiskárnu štítků a volit pracovní postupy manuálně.

Po konzultaci s pracovníky útvaru IT byla na balicí stanici nainstalována jednotka MICA, která shromažďuje veškeré relevantní údaje automaticky provádějící jednotlivé dílčí operace. Údaje z vážicího zařízení se přes rozhraní OPC UA přenášejí do podnikového systému SAP MII, pracovní postupy jsou odebírány ze systému ERP ve formátu JSON (JavaScript Object Notation), překládány do programovacího prostředí Step 7 a vkládány do programovatelného automatu. Tím se dosáhlo uvolnění jednoho pracovníka a výrazného zrychlení balicího procesu. V dalších etapách bude možné zavést snímání ještě dalších ukazatelů výkonnosti, umožňujících proces dále optimalizovat.

MICA: dodatečné zavedení prediktivní údržby

Včas zjistit potřebu údržbářského zásahu – to je alfa i omega úspěchu při snaze provozovat výrobní zařízení a stroje s větší účinností a s co nejmenšími náklady. Ovšem jestliže doba provozního života strojů je vesměs mezi patnácti až více než třiceti lety, je patrné, že velká část původních strojů nemá ani výpočetní výkon, ani kapacitu paměti takové, které by jim umožnily zaznamenávat, uchovávat a dále předávat potřebné údaje.

U jednoho vstřikovacího stroje s nástroji identifikovanými při použití techniky RFID a se snímačem okamžité spotřeby energie během pracovního cyklu byl zaveden sběr těchto provozních údajů a jejich ukládání a zpracování v jednotce MICA. V první etapě bylo realizováno pouze spuštění výstrahy při změně spotřeby energie, která indikuje problémy s ventily nebo formou. Tím bylo dosaženo prodloužení doby do výměny opotřebovaných dílů, a tudíž úspory nákladů. O několik měsíců později byla vyškolena a zavedena do počítače umělá neuronová síť zpracovávající snímané údaje, která poskytuje přesnější předpověď doby provozního života hlavních komponent stroje. V konečné etapě bylo možné připojit jednotky MICA umístěné na jednotlivých strojích společně k systému ERP a optimalizovat objednávání náhradních dílů a hospodaření s nimi.

  Lars Hohmuth,

Product Manager Industrial Computing,

Harting IT Software Developement GmbH Co. KG

 

 

Z anglického originálu Harting IIC MICA: Set­ting the pace for Industrie 4.0, překlad a úprava redakce; publikováno se souhlasem Harting s. r. o.

Obr. 1. Zařízení MICA Basic s napájením prostřednictvím Ethernetu (funkce PoE) a s komunikačním rozhraním GPIO

Obr. 2. Hardware zařízení MICA: deska napájení a komunikace, procesorová jednotka a zákaznický modul (zprava doleva)

Obr. 3. Rozložené zařízení MICA s volitelnou čtečkou RFID a rámem z korozivzdorné oceli k montáži na stěnu