Inteligentne maszyny potrzebują inteligentnej inżynierii

Preview
Reklama
Reklama

Czy nazwiemy to Internetem Rzeczy (IoT), Przemysłem 4.0, czy wiekiem maszyn cyfrowych – jasne jest, że wkraczamy w erę nowej rewolucji przemysłowej, która na rynku maszyn znajduje wyraz w komputeryzacji produkcji: budowie linii produkcyjnych wyposażonych w bardziej inteligentne, skomplikowane i lepiej połączone ze sobą urządzenia. A to sprawia, że sposób ich projektowania, opracowywania i dostarczania również musi być inteligentniejszy.

Ci z nas, którzy oglądali filmy z serii „Terminator” z pewnością pamiętają scenę z drugiej części, w której projektant z firmy Cyberdyne Systems uświadamia sobie, że maszyny uzyskały świadomość. I chociaż nie dotarliśmy jeszcze do tego punktu, są one bez wątpienia coraz bardziej inteligentne, a zakres wykonywanych przez nie zdalnie zadań stale się poszerza. Przykładem może być linia do produkcji perfum obsługiwana wyłącznie przez maszyny, które zmieniają zawartość butelek i ich etykiety w oparciu o cyfrową instrukcję roboczą.

Reklama

Płynny przepływ informacji

W przyszłości maszyny staną się również częścią zintegrowanej linii produkcyjnej: będą korzystać z czujników połączonych internetowo z centralną bazą danych w celu dostarczania w czasie rzeczywistym informacji na temat postępów produkcji oraz stanu samych maszyn. Będą mogły monitorować swój stan, w tym zmienne takie jak temperatura, wydajność hydrauliczna czy poziomy ciśnienia. Będą również automatycznie wysyłać powiadomienia o anomaliach do inżynierów, którzy dzięki temu rozwiążą problem, zanim stanie się on istotną i kosztowną usterką. Informacje zebrane z maszyn staną się zaś częścią szerszego ekosystemu danych korzystającego z takich technologii jak siłowniki, czujniki, kamery bezprzewodowe czy czytniki RFID, by zapewnić ciągły przepływ informacji z i do linii produkcyjnej. Dane te – przeanalizowane i przetworzone w chmurze – znacznie poszerzą zakres wiedzy operacyjnej, umożliwiając ludziom (i maszynom) podejmowanie lepszych i szybszych decyzji.

I chociaż wszystkie te zmiany są pożądane, ich bezpośrednią implikacją będzie zwiększenie złożoności wytwarzanych komponentów, w szczególności zaś oprogramowania do kontrolowania maszyn – milionów linii kodu umożliwiającego realizację złożonych funkcji i oczekiwań klientów. Według danych Niemieckiego Stowarzyszenia Producentów Maszyn i Urządzeń (VDMA) pomiędzy 1970 a 2010 rokiem ilość dostarczanego wraz z maszynami oprogramowania wzrosła o 45%.

Reklama

Klienci oczekują więcej

Wyższy poziom złożoności konstrukcyjnej maszyn jest również wynikiem wzrostu oczekiwań producentów co do poziomu indywidualizacji produktów, często tworzonych na bazie własnego projektu. Tylko takie maszyny umożliwiają bowiem wytwarzanie skustomizowanych wyrobów dostosowanych do potrzeb coraz bardziej zatomizowanego rynku. Wygląda więc na to, że era projektowania, budowy i dostarczania standardowych modeli maszyn o długim cyklu życia dobiega końca.

Preview

Tendencje te potęgują jeszcze kwestie ochrony środowiska oraz ciągłe zmiany standardów bezpieczeństwa powodujące, że spełnienie wymogów ustawodawczych wymaga w dzisiejszych czasach elastycznego podejścia do konfiguracji maszyn. W erze ciągłej zmiany stałym modyfikacjom musi podlegać również oprogramowanie urządzeń.

Wszystkie te zmienne skłaniają producentów maszyn do poszukiwania alternatywnych metod produkcji umożliwiających wytwarzanie bardziej złożonych urządzeń przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności i elastyczności oraz obniżeniu kosztów całego procesu. Krótko mówiąc: do dążenia ku bardziej zaawansowanej inżynierii maszyn.

Do konstruowania zaawansowanych maszyn niezbędne jest zaawansowane oprogramowanie dedykowane do danego zadania i wyposażone w intuicyjne narzędzia i interfejsy

Inteligentniejszy sposób konstruowania maszyn

Podstawą zaawansowanej inżynierii maszyn jest platforma cyfrowa, która obsługuje wszystkie prace projektowe, umożliwia współpracę między zespołami oraz przechowuje i kataloguje jej wyniki, dzięki czemu mogą one zostać wykorzystane ponownie w dowolnym czasie. Przejście na jednolity system stworzony pod kątem cyklu życia projektu (konstrukcji maszyny) umożliwia konstruktorom podjęcie trzech podstawowych kroków usprawniających procesy produkcyjne: zastosowanie projektowania mechatronicznego, produkcję na indywidualne zlecenie oraz wirtualne uruchamianie.

Projektowanie mechatroniczne pozwala na śledzenie wymagań klienta od pierwszych rozmów do gotowego projektu. Co ważne, oprogramowanie umożliwia opracowywanie zaawansowanych modeli funkcjonalnych tworzących ramy równoległej współpracy między działami mechaniki, elektryki i automatyki. Przykładowo, projektanci mechaniki mogą używać modeli koncepcyjnych do szczegółowego projektowania, projektanci elektryki wykorzystują zawarte w nich dane do wybrania najlepszych czujników i siłowników, a dla projektantów automatyki systemy CAM oraz operacyjne dane sekwencyjne modeli stanowią podstawę do tworzenia oprogramowania.

 

Kontakt z maszynami
Do tej pory sterowanie maszynami i interfejs były nieco „toporne”. Jednak w miarę postępu technologicznego klienci zaczęli zwracać uwagę na intuicyjność interfejsów, preferując np. systemy z ekranem dotykowym, które nie wymagają długiego szkolenia i pozwalają na większą kontrolę nad maszyną. Ich aplikacja wymaga jednak opracowania bardziej zaawansowanego oprogramowania, które dodatkowo zwiększa poziom skomplikowania konstrukcji maszyny.

 

Digitalizacja zarządzania projektem pozwala także na przejście do konstrukcji modułowej wykorzystującej oprogramowanie do rozbicia specyfikacji klienta na oddzielne części, nad którymi można pracować osobno. Moduły te mogą być wielokrotnie używane, co zmniejsza liczbę cykli potrzebnych do opracowania nowego urządzenia. Podejście to zmniejsza również koszty i skraca czas produkcji maszyny tworzonej według specyfikacji określanej przez klienta.

Wirtualny prototyp 3D

Najbardziej interesującym obszarem ewolucji konstrukcji urządzeń jest jednak tworzenie „maszyn wirtualnych”. Obecnie istnieje już możliwość tworzenia kompletnych, szczegółowych cyfrowych klonów 3D wykorzystywanych w procesach projektowania, testowania i uruchamiania nowych produktów. Dzięki zaawansowanemu oprogramowaniu można nie tylko szybko tworzyć koncepcje projektowe, ale także przeprowadzać symulacje wpływu różnych zmiennych, takich jak grawitacja, tarcie czy sprawność instalacji elektrycznych, płynów i pneumatyki. Model może zostać również podłączony do prawdziwych kontrolerów, co pozwala na włączenie istniejącego sprzętu w cykl procesu projektowego.

Tworzone przez firmę Siemens oprogramowanie łączy się z szeroką gamą kontrolerów PLC (ang. Programmable Logic Controller) od różnych dostawców i umożliwia symulację hali fabrycznej. Zastosowanie wirtualnego uruchamiania pomaga zwiększyć efektywność cyklu rozwoju produktu przez umożliwienie bardziej efektywnego testowania urządzenia przed jego wyprodukowaniem. Pozwala też na wykrywanie wad we wczesnych stadiach procesu, zapobiegając powstawaniu niezidentyfikowanych problemów powodujących kosztowne opóźnienia w kolejnych etapach produkcji.

Czas to pieniądz

Klienci korzystający z narzędzi do zarządzania cyklem życia produktów (PLM) wyposażonych w wymienione funkcje szacują, że umożliwiają one skrócenie czasu opracowania produktu o średnio 20-30% w stosunku do rozwiązań tradycyjnych. Oszczędności te są głównie rezultatem ponownego wykorzystania własności intelektualnej (IP) oraz stosowania wirtualnych modeli, które ułatwiają projektowanie, testowanie oraz uruchamianie maszyn. Zespół projektujący oprogramowanie PLC – dzięki dostępności projektu maszyny będącej jeszcze w fazie koncepcyjnej – może rozpocząć programowanie i symulacje działania oprogramowania w celu uniknięcia błędów i ułatwienia procesu tworzenia software'u, zanim maszyna zostanie faktycznie zbudowana.

Narzędzia PLM tworzą również cyfrowe ramy współpracy w czasie rzeczywistym niezbędne do koordynowania pracy globalnych zespołów reprezentujących różne dziedziny wiedzy. W sposób bezbłędny integrują one pracę różnych grup i powiadamiają je, jeśli zmiana projektu w jednej dziedzinie może mieć wpływ na pozostałe jego etapy. Zwiększona integracja pozwala również oszczędzić czas potrzebny na koordynację i realizację całego procesu.

Rosnące usieciowienie i autonomia maszyn przekładają się na wzrost złożoności procesu projektowania i budowy nowych urządzeń. Do konstruowania zaawansowanych maszyn niezbędne jest zaawansowane oprogramowanie dedykowane do danego zadania i wyposażone w intuicyjne narzędzia i interfejsy, które ułatwiają realizację nawet najbardziej niestandardowych oczekiwań klienta przy zachowaniu prostoty, szybkiego tempa i niskich kosztów procesu projektowego.
www.siemens.com/plm

Preview

Reklama

O Autorze

MM Magazyn Przemysłowy jest tytułem branżowym typu business to business, w którym poruszana jest tematyka z różnych najważniejszych sektorów przemysłowych. Redakcja online MM Magazynu Przemysłowego  przygotowuje i publikuje na stronie artykuły techniczne, nowości produktowe oraz inne ciekawe informacje ze świata przemysłu i nie tylko.

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama