數字化轉型4.0或物聯網(IoT)正在蓬勃發展。 如今,產品和過程監控、標籤技術、包裝、物流、維護和維修領域的許多應用都表明了物聯網所涉及的優化潛力。l Hans-Peter Fritsche*

 

 

* Interpack 2017專業記者–linkedin.com/in/hans-peter-fritsche-6558ab75

 

 

將來,不僅期望傳感器、芯片、RFID(射頻識別)、設備、機器和工廠以獨立、連續的方式處理所有重要過程和系統條件的信息,而且還要通過互聯網在它們之間進行通信, 並干預製造過程,以在沒有人工干預的情況下糾正和優化它們。

 

網絡通信的基礎是具有唯一標識IP地址的Internet協議(IP)。 但是,舊的IPv4只能提供不到43億個IP地址的空間。 這就是其向新的IPv6標準發展的原因,該標準的IP地址空間為3.4 x 3000個IP地址。 因此,空間不足不再是一個問題。 因此,挑戰在於當每天數十億個傳感器每秒傳輸數千個數據時引起的數據氾濫。 必須對這些數據進行可視化和模擬評估,並保存以用於記錄目的(可追溯性)。

 

準確地說,物聯網主要基於數據以及從中獲取的信息。 這是軟件和算法的領域。 這樣做可以成為積極推動這一轉變的充分理由。 以下示例顯示了實現其短期目標的應用程序。

 

 

 

維護範式的變化

 

損壞的傳動裝置、泵或加註和定量給料系統在出現問題之前不會發出警告,但要在很長一段時間內“發出通知”,這是由於振動和溫度異常變化或功耗變化,壓力損失以及類似。由於高度複雜的分析和仿真程序,可以實時評估和可視化傳感器檢測到的這些偏差,因此可以在過程工程中看到它。


基於此信息,機器和工廠的操作員可以通過遠程控制有選擇地干預系統,並且最重要的是,無論身在何處,都可以對程序進行任何更改或安裝新的應用程序和控制軟件,以便始終執行系統以最佳方式。此外,仿真結果還可以對機器關鍵零件的剩餘使用壽命進行精確的預測,從而為維修開闢了全新的前景。

 

這意味著,我們正在根據組件的更換間隔來擺脫被動和預防性維護,而組件的間隔是基於週期的,並朝著可預測的維護措施發展到所謂的預測性維護。


優點是機器和工廠的可用性更高,停機風險大大降低,操作和生產安全性得到提高以及維護投資成本更低。

 

除此之外,預測性維護是可持續性的關鍵要素。 實際上,操作員總是以固定的間隔更換組件,但由於缺少有關組件行為的可靠數據,因此浪費了剩餘且昂貴的組件的使用壽命。

 

 

 

與機器聊天

 

機器和工廠的性能,靈活性和智能性的提高越來越複雜,並且對概念開發人員在人機界面(HMI)操作中提出了更大的挑戰。


圖形界面開發的一個中心方面是確保這些機器也可以由未經任何專業培訓並且缺乏足夠的語言知識的人員安全地操作。


為了避免操作錯誤,GUI開發人員依靠直觀的圖形元素而不是語言。此外,還展示了機器,工廠和組件的逼真的3D CAD屏幕。此外,HMI必鬚根據其能力滿足多個用戶的需求,以確保易於理解的可視化以及機器關鍵參數和生產數據的即時顯示。


趨勢是移動設備,用戶可以根據移動設備的權限級別來遠程控制它們。這樣可以節省時間和旅行費用,尤其是在服務和維護領域。

 

 

 

在虛擬世界中工作

 

當涉及到物聯網時,幾乎沒有一個問題引起虛擬或數字雙胞胎的轟動。這些技術的技術基礎是高性能CAD 3D圖形、仿真和分析,以及用於控制機器和設備的真實軟件的虛擬1:1副本。基於這些軟件工具、數字孿生將整個製造過程(包括零部件、機器、工廠及其控制)映射為虛擬模型(包含仿真所需的所有物理數據)。除此之外,數字孿生還支持離線編程。所有這些使它們成為開發人員,操作人員和維護人員的通用工具。


由於這些接近現實的模擬,設計錯誤和/或薄弱環節可以在開發階段就被發現並消除,而無需事先製造出單個真實的零件。這也適用於控件的編程和優化。


數字孿生是工業過程,機械和設備的飛行模擬器。在實際啟動之前進行虛擬預引導值得用多種方式實現。如果系統或控制概念中仍然存在錯誤,則可以在不損害實際系統組件的情況下進行糾正。反過來,離線編程使生產計劃人員可以虛擬測試各種操作模式。但是,最重要的方面是虛擬孿生帶來了許多專家的經驗,這些專家隨後可以將其用於其他項目。


簡而言之,得益於復雜的模擬,工廠的製造商和用戶可以大大縮短項目執行時間,加快啟動速度,並在開發類似工廠和過程時獲得顯著的效率。這樣可以節省時間,但最重要的是節省資源,能源和人力。

 

 

 

舊系統可以應付4.0

 

許多舊機器、生產線、電動機和壓縮機都未配備工業4.0的傳感器和通訊技術。 它們有時甚至無法作為網絡系統的一部分運行。 但是,這並不意味著它們就數字轉換而言已過時。 在這裡,智能傳感器可以作為工業4.0的入門級解決方案進行調整。 這些傳感器定期測量機器和系統的重要條件參數,並通過通信接口傳輸數據,這些接口無線集成在員工的HMI或智能手機或平板電腦中,以進行評估。 通過這些以及其他簡單的方法,公司可以不花高昂的成本進入工業4.0的世界,並繼續受益於減少的停機時間,更長的機器運行時間以及更低的能耗等。