Za początek pierwszej rewolucji przemysłowej uznawane jest wynalezienie maszyny parowej. To wydarzenie z 1763 roku na zawsze zmieniło sposób, w jaki ludzkość wytwarza dobra. Niemniej, od tamtego momentu minęło prawie 260 lat. W tym czasie mogliśmy obserwować kolejne duże zmiany, które doprowadziły nas tu, gdzie znajdujemy się obecnie - czyli w epoce Industry 4.0.
Czym jest Przemysł 4.0?
Pojęcie po raz pierwszy zostało użyte w 2011 roku podczas międzynarodowych targów Hannover Messe, zaś za początek czwartej rewolucji przemysłowej uznawany jest rok 2013. U podstaw koncepcji Industry 4.0 leży autonomia maszyn. Mają one być w stanie samodzielnie wymieniać informacje w dwóch osiach: pionowo, czyli między działem IT przedsiębiorstwa i komponentami wykorzystywanymi do pracy, a także poziomo, czyli pomiędzy równoważnymi maszynami i elementami infrastruktury.
Przemysł 4.0 to inteligentne fabryki. Urządzenia mają być zdolne do elastycznej pracy, tak aby można było szybko zmienić ilość wyprodukowanych produktów, czy wręcz zacząć tworzyć towary innego rodzaju. Cały system powinien być w stanie szybko reagować na zmienne warunki zewnętrzne. Wiąże się to z koniecznością przechowywania i pracy na zbiorach Big Data.
Czwarta rewolucja przemysłowa kładzie duży nacisk na ekologię. Fabryki przyszłości mają dążyć do neutralności energetycznej. Można to osiągnąć poprzez zasilanie OZE oraz tworzenie magazynów energii. Za przykład niech posłużą fabryki akumulatorów budowane przez Mercedesa. Wykorzystują one zużyte, nienadające się do zastosowania w samochodach ogniwa jako rezerwę energetyczną wspierającą zakład w sytuacji, gdy zasilanie z OZE przestaje wystarczać. Kolejnym, istotnym aspektem związanym z ekologią jest odpowiednie planowanie produkcji, tak aby optymalnie wykorzystać dostępne surowce i ograniczyć ilość odpadów, a także używanie surowców pochodzących z recyklingu.
Współczesna linia produkcyjna.
W ramach wspomnianego przepływu informacji, a także cyfryzacji i elastyczności fabryk, współczesna linia produkcyjna opiera się głównie na maszynach sterowanych komputerowo, nierzadko zdalnie. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu programowalnych sterowników logicznych (PLC). Są to urządzenia wyposażone we własną pamięć, w której znajdują się algorytmy zapisane w odpowiednim języku. Taki sterownik działa cyklicznie – wykonuje po kolei zadania zapisane w programie, a następnie wraca do punktu początkowego i powtarza wszystkie czynności. Urządzenie składa się z wejść i wyjść zarówno analogowych, jak i cyfrowych, układów obliczeniowych i modułów pamięci, które mogą (choć nie muszą) dawać możliwość edycji zawartości. Innymi słowy, sterownik PLC może mieć wgrane różne programy, co umożliwi zmianę działanie kontrolowanej przezeń maszyny przemysłowej.
Stosowanie opisywanej technologii daje możliwość przyspieszenia pracy i zaoszczędzenia pieniędzy. Dzieje się tak, ponieważ sterownik PLC samodzielnie odczytuje stan urządzenia przed rozpoczęciem zadania i jest zdolny do przeprowadzenia podstawowej diagnostyki. Innymi słowy, nie jest tu potrzebna ciągła obecność człowieka odpowiedzialnego za kalibrację maszyn po każdym ukończonym cyklu pracy, zaś wszelakie problemy w działaniu programu czy urządzeń mogą zostać automatycznie wykryte, co pozwala na bezpieczne zatrzymanie pracy w razie nagłej konieczności.
Sam PLC byłby jednak niczym bez panelu operatorskiego (Human Machine Interface, HMI). Jest to urządzenie wyposażone w zestaw wejść i wyjść pozwalających na wysyłanie sygnałów sterujących i odbieranie informacji zwrotnych. Dzięki temu możliwe jest nie tylko programowanie maszyn, ale też kontrola na bieżąco wszystkich czynności składających się na produkcję. Panele HMI mogą być wyposażone w diody, przyciski i enkodery, a także wyświetlacze służące do pokazywania stanów urządzeń czy wizualizacji procesów. Same ekrany coraz częściej wspierają sterowanie dotykiem, co ułatwia interakcję z maszyną.
Współczesne HMI są wyposażone w rozbudowane oprogramowanie, które pozwala w łatwy sposób wprowadzać dane, konwertować projekty tworzone za pomocą oprogramowania CAD (Computer Aided Design) do gotowych algorytmów zrozumiałych dla sterowników PLC czy kontrolować więcej niż jedno urządzenie. Komunikacja między panelami operatorskimi a maszynami odbywa się za pomocą protokołów takich jak Modbus czy Profibus, zaś urządzenia łączą się ze sobą z wykorzystaniem standardowych przewodów RS232, RJ45 lub podobnych. Dzięki temu możliwe jest tworzenie infrastruktury składającej się z komponentów pochodzących od różnych producentów.
Czy przejście na model Industry 4.0 wymaga wymiany parku maszynowego?
Nie. W MIPSO dokonywaliśmy modyfikacji istniejącej linii produkcyjnej w oparciu o współczesne rozwiązania PLC. Dzięki temu możliwe było zachowanie działających maszyn, zmieniliśmy jedynie sposób w jaki komunikowały się one między sobą. Sterowniki PLC są urządzeniami uniwersalnymi. Ograniczeniem w ich stosowaniu może być brak odpowiednich czujników po stronie sterowanej maszyny – ale jest to problem, któremu potrafimy zaradzić.