Inteligentní cesta do budoucnosti

 

Nebude patrně dlouho trvat, než budou síťově propojené chytré telefony s funkcí GPS kompletně řídit dopravu. Jestliže si tisíce mobilních zařízení vymění data o cílech svých majitelů, bude možné dopravní zácpy nejen objet, ale také jim úplně zabránit. Navádění zajistí efektivní využití silničního prostoru, ze kterého může mít užitek každý řidič. V této síti fungují mobilní telefony jako prvky kyberfyzikálního systému (CPS – Cyber Physical System): zjišťují vlastní polohu (snímače GPS), vypočítávají potenciální trasy (integrovaný software) a vyměňují si data se všemi ostatními zařízeními v jistém okruhu (komunikace). Přestože se něco takového může zanedlouho uskutečnit na silnicích, zavádění do automatizační techniky bude možná trvat trochu déle. Přece jen je mnohem jednodušší propojit chytré telefony než zasíťovat velké výrobní jednotky či celé společnosti. Internet nejen působí proti stabilním hierarchickým pyramidám průmyslových řídicích systémů, ale je také nepřítelem funkční a především bezpečné řídicí techniky.

Komunikace na bázi sítě Ethernet a protokolu IP si ale stejně do automatizovaných výrobních procesů rychle razí cestu. Internet je již využíván ke sledování stavu zařízení na dálku. Některá zařízení obsahují vestavěné webové servery a přístup k nim je možný pomocí běžných internetových prohlížečů. Pro zcela neomezenou a standardizovanou komunikaci ale v automatizační technice existují větší překážky než v oblasti počítačů. Skutečným problémem na cestě k projektu Industrie 4.0 je nutnost vytvořit abstraktní způsob strukturalizace výměny informací na všech úrovních, který by byl nezávislý na zařízení. Jediným způsobem, jak se k tomuto cíli dostat, je postupné sbližování založené na dosažení konsenzu. Iniciativy jako Prolist a FDI k tomuto bodu směřují. Tato sdružení společností, výzkumných institucí a asociací pracují na vytvoření koncepce bezproblémové integrace pracovních postupů pro řízení životního cyklu výrobku, na jednotných elektronických štítcích přístrojů a nástrojů pro řízení výměny informací mezi inteligentními provozními zařízeními. Společně vytvořily důležitou základní kostru, která umožňuje propojit jednotlivé buňky projektu Industrie 4.0 do funkčních sítí: kyberfyzikálních výrobních systémů (CPPS – Cyber Physical Production System).

 

Kyberfyzikální systémy jsou již dlouho důvěrně známou součástí každodenního života v podobě chytrých telefonů a moderních domácích zařízení s připojením k internetu. Nebyly ale dosud využívány ve výrobě. Prostřednictvím spolupráce jednotlivých prvků otevírají systémy CPS možnosti, kterých by žádné zařízení nebylo schopno samostatně dosáhnout. To samé platí o systémech CPPS. Ve starých výrobních systémech vyžadoval přechod na novou verzi produktu složité zásahy a úpravy, které se vyplatily pouze ve velkých výrobních sériích. Jedním z ústředních motivů projektu Industrie 4.0 je umožnit vyrábět specifické zboží v malých sériích, nebo dokonce zboží na zakázku za podmínek a nákladů odpovídajících velkosériové automatizované produkci. Nezbytná pružnost bude v CPPS vytvářena pomocí samoorganizace. Změny budou více či méně automatické, nebudou narušovat výrobní proces a náklady na ně budou téměř nulové.

Vezměme si jako příklad obrobek, do nějž je třeba vyvrtat otvory podle toho, jak má být součást použita. Informace o tom, jaké otvory a kam je třeba do obrobku vyvrtat, jsou obsaženy ve štítku na nosiči polotovaru. Nosič komunikuje s obráběcími stroji a zjišťuje, který stroj má k dispozici potřebné nástroje a volnou kapacitu. Dopravníkový systém potom obrobek dopraví ke správnému stroji, kde jsou potřebné otvory vyvrtány. Ruční zásahy do řízení výroby nejsou třeba.

 

Z technického hlediska zavedení takového autonomního obrábění nic nebrání. Reálnou překážkou rozvíjení systémů CPPS je však nutnost investovat do strojů, zařízení a komunikační infrastruktury podniku. Omezující mohou být také bezpečnostní požadavky. Zavádění nové techniky zpomaluje i životnost vybavení, která je zejména v procesním průmyslu mnohokrát delší než u předmětů spotřební elektroniky.

 

Pro zavedení systémů CPPS tvořených propojenými autonomními prvky je třeba velké množství snímačů, protože jednotlivé prvky si musí vyměňovat mnohem více informací než v klasických výrobních systémech. To je příležitost pro společnost Pepperl+Fuchs.

Společnost Pepperl+Fuchs ukázala, co všechno by měly umět snímače, aby byly použitelné v CPPS a vyhověly požadavkům německého projektu Industrie 4.0, ve své expozici na veletrhu SPS/IPC/Drives v listopadu loňského roku v Norimberku v Německu (obr. 1). Expozice přitáhla velkou pozornost. Šlo o model automatizované funkční jednotky, která byla opatřena několika snímači různých veličin. Snímače byly vybaveny nenápadnými adaptéry SmartBridge. Tato malá zařízení, která je možné vestavět do snímače, se napojují na data v rozhraní IO-Link a posílají je prostřednictvím rozhraní Bluetooth do tabletu nebo chytrého telefonu. Tak je možné konfigurovat parametry a analyzovat problémy během provozu bez nutnosti demontovat zařízení. Zároveň má technik údržby on-line přístup ke specifikacím a datovým listům, které potřebuje ke kalibraci senzoru a jeho údržbě. Zprovoznění zařízení a jeho údržba se tak výrazně zjednoduší. Načtená data je navíc možné použít pro řízení vyšší úrovně. Fixní spojení bod-bod je přitom dobře zabezpečeno z hlediska digitálních útoků a rizik: ani tablet nakažený virem by nezpůsobil žádnou škodu, protože přenos mezi snímačem a řídicí jednotkou je z principu zcela oddělen od komunikace mezi snímačem a tabletem. Adaptéry SmartBridge představují velmi praktický krok k projektu Industrie 4.0. Krok, který nemusí překonávat žádné překážky, protože není nutná žádná změna konvenčního zapojení a převodníky SmartBridge lze jen s minimem námahy vybavit libovolný snímač.

(Pepperl+Fuchs)