Fábrica inteligente - uma nova era baseada na automação aberta

Automação aberta é uma abordagem que torna a digitalização fácil de implementar, com uma plataforma de nuvem livremente expansível para a fábrica. Ele integra as interfaces de programação abertas para Manufatura Inteligente, permitindo a fácil incorporação de aplicativos de terceiros para produção e tecnologia de pesagem, como verificação de peso, funções de controlador ou controle de qualidade.

O uso de sensores inteligentes, células de carga e amplificadores de medição é a chave para a implementação do Open Automation. Componentes intrinsecamente inteligentes são necessários, por exemplo "interfaces abertas" ou "computação de ponta", para permitir um processamento de dados eficiente e direcionado. Este artigo discute os requisitos para tais sistemas, com foco na integração de software.

Otimize processos, reduza custos e, com isso, aumente o giro

O advento da Indústria 4.0, ou Internet das Coisas Industrial, deu origem a novas possibilidades de longo alcance em ambientes de produção. Um melhor controle do processo aumenta o rendimento e a qualidade dos produtos manufaturados. Detectar e resolver problemas de qualidade em um estágio inicial evita rejeições caras. Potenciais melhorias de qualidade também podem ser identificadas mais facilmente por um monitoramento de produção mais eficiente e, assim, a qualidade do produto pode ser aprimorada mais rapidamente. Em aplicações de pesagem e embalagem, os tempos de produção podem ser minimizados, enquanto os requisitos legais de precisão podem ser monitorados e documentados ao mesmo tempo.

Cadeias de medição inteligentes fornecem percepções sobre a condição de máquinas individuais e permitem a previsão de desgaste de material crítico pendente. As peças necessárias podem ser encomendadas em um estágio inicial, janelas de manutenção curtas podem ser planejadas para o trabalho a ser feito e tempos de parada prolongados da máquina podem ser evitados.

Nos ambientes de produção de hoje, os aplicativos PLC estão cada vez mais sendo substituídos por software ou mesmo aplicativos baseados em nuvem. Assim como a Internet das Coisas agora está sendo impulsionada por plataformas como Amazon, eBay, Facebook, Google, Instagram, LinkedIn, Spotify, Twitter ou WhatsApp, a tendência para uma plataforma agora também se apoderou da Internet das Coisas Industrial, o IIoT.

Fig. 1: Máquina e controle de produção na Fábrica Inteligente

Controle de voz, integração com programas de e-mail, aplicativos e outros exemplos de soluções inovadoras autônomas

Essa nova abertura resulta em soluções inovadoras e fáceis de usar, como controle de voz e bate-papo ou integração em programas de e-mail. Com a plataforma IIoT aberta, os controladores de voz e bate-papo, como Alexa ou Cortana, podem fornecer informações sobre o status das máquinas de produção mediante solicitação. O Windows que fornece informações também pode ser integrado ao Outlook e a outros programas de e-mail para exibir o status da produção ou acessar relatórios diretamente. Também podem ser enviadas notificações de alarme com base nos valores limite armazenados ou em caso de erros e tempos de inatividade. Da mesma forma, é possível receber mensagens push em tempo real por meio do aplicativo de fábrica sobre todos os eventos importantes, como peças com defeito ou paralisação da máquina.

Uso de hardware inteligente - computação de ponta

Um aspecto fundamental dos modernos equipamentos de teste e medição e da Industry 4.0 Smart Factory é que os componentes de medição, como o sensor ou amplificador de medição, são inerentemente inteligentes. Esses componentes já podem pré-processar os dados.

Embora os termos Industry 4.0 e IIoT geralmente estejam diretamente associados às soluções em nuvem, o hardware não deve ser negligenciado. As soluções modernas se concentram na facilidade de uso. Por exemplo, com dispositivos modernos, a criação de tarefas não requer mais conhecimento profundo de programação, mas pode ser implementada facilmente. Essa mudança é comparável à dos telefones celulares - do objeto inicialmente puramente utilitário, sem quaisquer funções especiais, que fornecia apenas uma usabilidade limitada, ao versátil multifuncional que oferece operação intuitiva e fácil. Também está em curso outra transformação, da programação das tarefas à mera parametrização. Um exemplo disso são os canais de cálculo internos ("Edge Computing") dos amplificadores de medição inteligentes ClipX, DSE-HIE, PMX e WTX da HBK. Eles apresentam uma ampla gama de funções pré-implementadas, que precisa apenas ser configurado pelo usuário. Isso reduz o tempo necessário e as fontes potenciais de erro durante a implementação.

Processamento de dados que corresponde ao aplicativo

O princípio básico é: Os dados devem ser processados ​​onde fizerem mais sentido. Dados históricos e dados que requerem apenas uma análise de longo prazo de um sistema, o que requer armazenamento e capacidade de computação, devem ser cobertos por uma solução em nuvem.

No entanto, apesar de todos os seus benefícios, a nuvem não é a solução que se adapta a todos os aplicativos. Especialmente, dados críticos de tempo que dependem de latência de sistema muito baixa devem ser processados ​​localmente para garantir uma resposta rápida, como o início de uma parada de máquina. Soluções desse tipo são chamadas de "computação de ponta" e estão em claro contraste com a computação em nuvem.

Garanta a interoperabilidade por meio de protocolos apropriados

Usar um protocolo adequado é essencial para criar sistemas eficientes e fáceis de expandir no futuro. Soluções de um fabricante com um protocolo proprietário ou não amplamente utilizado podem inicialmente ser mais baratas, mas não renderão no longo prazo. Para tanto, a OPC Foundation desenvolveu o padrão independente de plataforma para troca de dados OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture), que garante a troca de dados para comunicação industrial, independente do fabricante, linguagem de programação do dispositivo e sistema operacional. Este protocolo também permite a troca na forma semântica legível por máquina.

Grupos de trabalho na OPC Foundation também definem perfis especiais para aplicações nas indústrias de manufatura e de processo. Por exemplo, um perfil foi desenvolvido para aplicações de pesagem que reflete os requisitos especiais e métodos de trabalho, bem como as especificações legais. Assim, o software atua como um sistema modular que pode ser integrado de forma otimizada à aplicação geral e economiza uma enorme quantidade de tempo.

Camadas baseadas em nível de usuário e mecanismos de autenticação e criptografia de acesso fornecem um alto nível de segurança para proteger os dados transmitidos. Este protocolo oferece um modelo cliente-servidor baseado em TCP ou HTTPS, bem como um modelo editor-assinante para várias áreas de aplicação usando UDP, AMQP ou MQTT. Assim, os fabricantes devem apenas garantir o fornecimento seguro dos dados entregues pelo dispositivo.

Interfaces abertas permitem uma solução geral - API e drivers

Outra tendência em IoT é a iniciativa Open API nos EUA, que visa promover a livre troca de dados entre aplicativos de diferentes fabricantes, utilizando interfaces de programação de usuário abertas (API - Application Programming Interfaces).

Os amplificadores de medição industriais da HBK oferecem um diretório de objetos implementado no dispositivo. Com base em uma lista de chave ou comando, todos os objetos do dispositivo podem ser lidos ou alterados, por exemplo, por meio de uma conexão de soquete TCP / IP ou comunicação fieldbus. Isso fornece uma base sólida para a parametrização e controle remoto total do dispositivo sem usar o servidor web integrado.

Fig. 2: Interfaces de software de amplificador de medição inteligente (aqui: ClipX)

API do dispositivo para integração com C / C ++ e C #

Com base no diretório de objetos - para permitir a integração em aplicativos de software menores ou específicos do cliente - uma API na forma de um arquivo .dll foi desenvolvida para o amplificador de medição ClipX para permitir que o amplificador seja facilmente integrado em novos ambientes, como Aplicações C, C ++ e C #, utilizando um framework de funções sólidas. Ele está disponível gratuitamente no site da HBK para Windows, na forma de um arquivo .dll, e Linux, em uma versão especialmente compilada na forma de um arquivo .so. Como o arquivo .dll / .so foi desenvolvido na linguagem de programação C ++, a integração em um projeto C requer o uso da interface C, que também está incluída. Assim, mesmo em programas de autoria própria, os dispositivos podem ser acessados ​​sem nenhum esforço e controlados conforme necessário. Todos os parâmetros do dispositivo podem ser lidos ou alterados.

Exemplo de aplicação: células de carga em controle de qualidade baseado na web

Como o maquinário heterogêneo pode ser conectado o mais facilmente possível às novas plataformas IIoT? Esta é uma questão crucial para os gerentes de fábrica; portanto, os fornecedores de plataforma devem ser capazes de oferecer soluções simples. Por exemplo, a conexão de máquinas piloto não deve demorar mais do que três dias, incluindo a rede com o nível de planejamento (ERP) por meio de um adaptador. Para converter posteriormente o big data das máquinas em dados inteligentes utilizáveis ​​em tempo real, é necessário o processamento de dados de alto desempenho via computação em borda ou em nuvem. O objetivo é criar imagens de espelho digital em todos os computadores necessários no chão de fábrica para permitir que gerentes de produção e trabalhadores analisem e otimizem virtualmente as condições operacionais.

Fig. 3: Gravação antes da automação

O HBK também está automatizando cada vez mais as etapas de trabalho em sua produção interna. Um exemplo de transformação inteligente do trabalho manual pode ser encontrado no controle de qualidade, onde a temperatura correta em fornos especiais para células de carga de torção em anel ( RTN ) precisa ser garantida.
Antes da automação, a curva de temperatura era impressa em um gravador de linha analógico, que então precisava ser ajustada ao valor-alvo por um funcionário usando um modelo. Para automatizar essa etapa e, assim, evitar também erros humanos no ajuste, os fornos foram equipados com cinco sensores de temperatura Pt100, cada um conectado a um ClipX. Todos os amplificadores ClipX são interconectados através do bus ClipX interno, o que garante a sincronicidade do sinal.

 
Fig. 4: ClipX com protocolo REST

Fig. 5: Visualização do processo em nuvem


Para fins de avaliação, os dados são enviados para o Bosch Nexeed Production Performance Manager (PPM), usando o protocolo REST e são automaticamente comparados com uma curva alvo. Em caso de desvios que excedam um delta definido, um sinal de alarme é acionado e um erro potencial pode ser corrigido instantaneamente.


Fig. 6: Avaliação de um único processo (curso de temperatura) no PPM

Conclusão - Gerar valor agregado a partir de dados

Quando usado corretamente, o IIoT ajuda as empresas a aproveitar ao máximo seus dados. Para conseguir isso, eles precisam de uma infraestrutura em rede, gerenciamento de dados eficiente e suporte a aplicativos em nuvem. A influência dos aplicativos de software na indústria de automação está aumentando. Automação aberta e interfaces abertas trazem grande liberdade: a pedido, os programadores podem integrar perfeitamente os sistemas e sistemas de TI existentes, como aplicativos para gerenciamento de dados de ferramentas, garantia de qualidade ou manutenção preditiva.

Fig. 7: Sensores inteligentes e cadeias de medição da HBK para automação aberta


As empresas com essas interfaces abertas integradas (novamente) tornam-se construtoras independentes de sua arquitetura de TI muito individual. Componentes inteiros tornam-se obsoletos devido à rede baseada em software, controle, análise e processamento de dados. Isso requer compatibilidade abrangente e interoperabilidade do hardware usado com as ferramentas de software. Essas implementações do Industrial 4.0 tornam os processos de produção e calibração mais seguros e podem ser conectados em rede através da intranet e da Internet nas fábricas e em todo o mundo.

HBK oferece uma ampla gama de opções para conectar seu hardware a uma variedade de aplicativos de software conhecidos diretamente para aplicativos com suporte DAQ, bem como interfaces abertas para integração individual em uma infinidade de aplicativos em nuvem. São sensores, células de carga e eletrônicos de medição com interfaces abertas para integração individual em diversos aplicativos em nuvem. Os amplificadores HBK são compatíveis com uma grande variedade de protocolos e, portanto, fáceis de integrar em redes existentes e em novos aplicativos e redes.

FONTE: hbm.com




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