IIoT v reálném světě
Průmyslový internet věcí slouží jako páteř pro Průmysl 4.0, chytrou výrobu, umělou inteligenci, strojové učení, rozšířenou realitu, virtuální realitu, digitální dvojčata, digitální vlákna, velká data, analytiku, cloud a edge computing.
Když se mluví o Průmyslu 4.0 nebo chytré výrobě, řeč se dostane k průmyslovému internetu věcí (IIoT). IIoT se stal téměř synonymem pro chytrou výrobu a mnoho lidí se domnívá, že IIoT je vše, co se týká chytré výroby. To samozřejmě není pravda. Chytrou výrobu posouvá vpřed mnoho technologií, včetně umělé inteligence (AI), strojového učení, rozšířené reality (AR), virtuální reality (VR), digitálních dvojčat, digitálního vlákna, velkých dat, analytiky, cloudu a edge computingu i dalších. IIoT se stává v chytré výrobě všudypřítomným, protože slouží jako páteř a základ pro všechna ostatní chytrá výrobní řešení. Není příliš přehnané říct, že IIoT je vlastně pojivem chytré výroby. V článku popisujeme, proč tomu tak je.
Komunikace M2M v reálném čase
IIoT jako páteř usnadňuje komunikaci mezi stroji (M2M) v reálném čase. To je podstata chytré výroby – chytré stroje spolu komunikují v horizontálním prostředí peer-to-peer a koordinují své činnosti při provádění výrobních procesů zcela autonomním způsobem. To je také základní definice chytré výroby a páteř IIoT umožňuje zbytek chytré výroby.
V rámci této páteřní funkce IIoT také usnadňuje komunikaci mezi senzory, zařízeními, stroji a řídicími jednotkami – tedy v podstatě mezi vším, co je součástí IIoT. IIoT shromažďuje data ze všech těchto různorodých zdrojů v reálném čase a poskytuje je těmto zařízením, řídicím jednotkám, systémům a lidem, kteří je potřebují. Kromě dat však IIoT shromažďuje také kontext těchto dat, takže existuje kompletní obraz o datech a o tom, co se dělo v době jejich sběru.
Inteligentní agenty, AI, výroba
Inteligentní agenty jsou novým řešením IIoT, které posouvá komunikaci, data a datový kontext na vyšší úroveň. Inteligentní agenty si představte jako objekty obsahující data a datový kontext s určitým přídavkem umělé inteligence, které jednají a reagují autonomně na základě událostí IIoT. Někteří označují inteligentní agenty jako chytré objekty nebo chytré objekty s umělou inteligencí, ale jsou velmi výkonné a kombinují data, datový kontext a umělou inteligenci.
Inteligentní agent může být použit ke shromažďování určitých kritických dat a kontextu dat a k jejich předávání jinému systému nebo osobě, když dojde k určité události. Inteligentní agent by mohl být použit k reakci na událost a v reálném čase, kdy k události dojde, by mohl autonomně provést korekci nebo úpravu. Nebo může být inteligentní agent použit k tomu, aby jednal v předstihu před vznikem události a autonomně provedl úpravu v reálném čase, aby k události nedošlo a výrobní proces běžel hladce.
Inteligence: průmyslový edge computing
Myšlenka edge computingu existuje již dlouhou dobu. Edge computing přináší data, datový kontext a inteligenci blíže k místu, kde jsou potřeba. Jde o to, aby se smyčka uzavřela mnohem blíže a rychleji. Aby to bylo možné, podporuje IIoT edge computing tam, kde je to potřeba, a umožňuje okrajovým zařízením přístup k většímu množství dat a k datovému kontextu, čímž podporuje okrajová zařízení s větší inteligencí.
Některá okrajová zařízení mohou shromažďovat data a datový kontext pro cloud nebo mohou podporovat lepší koordinaci mezi zařízeními, stroji a řadiči. U jiných okrajových zařízení může dojít ke ztrátě smyčky při událostech, které se blíží skutečným situacím. Všechna tato okrajová zařízení jsou možná díky IIoT. IIoT umožňuje nasazení umělé inteligence a strojového učení v okrajových zařízeních. Taková zařízení mohou mít nejrůznější podobu a dělat mnoho různých věcí. Protože IIoT poskytuje data a jejich kontext, je poprvé možné využít umělou inteligenci na okraji. Typickou aplikací pro okrajovou AI je strojové učení a analýza, které umožňují předvídat a předcházet anomáliím v reálném čase v těsné blízkosti stroje nebo strojů. To je možné díky IIoT, jeho datům a datovému kontextu.
AR a VR pro výrobu
Rozšířená a virtuální realita jsou někdy považovány za samostatné aplikace, což nedává smysl, protože ke svému fungování potřebují značné množství dat. IIoT je páteří sběru dat, která poskytuje řešením AR a VR velké množství dat a jejich kontext v reálném čase, aby mohla plnit svou úlohu. Bez těchto dat AR a VR nefungují.
Identifikace položek, vysledovatelnost
Identifikace položek je důležitá téměř ve všech možných výrobních operacích. Mohou to být čárové kódy, radiofrekvenční identifikace (RFID) nebo některá z řady dalších technologií. V každém případě má identifikace výrobků, dílčích výrobků, dílů, sestav, materiálů, nástrojů a celé řady ostatních položek pro výrobu zásadní význam.
Identifikace sama o sobě nemusí stačit. Rozhodující jsou také všechny informace, které jsou součástí této identifikace – pro jakou zakázku je materiál označen, odkud položka pochází, kam má jít dále, jaké problémy se zajištěním kvality výrobek měl nebo neměl, když byl vyráběn, a tak dále. Podpoření této identifikace daty a datovým kontextem položky od jednoho konce k druhému je to, co IIoT dělá z identifikace položky tak cennou záležitost.
Digitální dvojčata v chytré výrobě
Digitální dvojčata se stávají klíčovou technologií ve světě chytré výroby. Fyzickým dvojčetem může být téměř jakýkoli výrobní prostředek, v podstatě cokoli, co může v reálném čase produkovat digitální tok dat. Klíčem k digitálnímu dvojčeti je, že je propojeno se svým fyzickým protějškem, získává z fyzického dvojčete nepřetržitý tok dat v reálném čase a stává se jeho digitální replikou.
Digitální dvojče řídí fyzické dvojče, takže je synchronizováno se zbytkem výrobního procesu. Používá se také k optimalizaci účinnosti, efektivity a schopnosti fyzického dvojčete, aby se zajistil hladký průběh výrobního procesu a dodání toho, co je třeba. Kromě toho slouží k prohlížení vnitřního fungování fyzického dvojčete a k následnému odstraňování problémů, aby byl zajištěn jeho nepřetržitý provoz. Digitální dvojčata vyžadují od svých fyzických protějšků obrovské množství dat v reálném čase. Tato data poskytuje IIoT.
Informace z digitálního vlákna, kde je to potřeba
Koncept digitálního vlákna je znám již delší dobu. V chytré výrobě se často definuje jako datové toky používané k vytváření digitálních dvojčat. Digitální vlákno je však mnohem, mnohem víc než jen to. Jde o získávání správných informací z provozu, jejich uspořádání do uceleného obrazu a následné zajištění, aby je správní lidé viděli ve správný čas a v reálném čase.
Digitální vlákno zachycuje a dokumentuje vše, co se děje ve výrobním závodě, elektronicky, nikoli na papíře. Získání těchto dat umožňuje analyzovat výrobní operace, sledovat historii výroby a podporovat genealogii procesů a výrobků. Rovněž usnadňuje správu všech výrobních operací a podporuje historické analýzy, porovnávání výrobních sérií a koncepce „zlaté šarže“.
Digitální vlákno se nakonec netýká pouze toho, jak materiály procházejí výrobním procesem, ale také toho, jak jsou transformovány na cestě k hotovým výrobkům. Zachycuje informace o materiálech a genealogii šarží, jakož i o tom, co je součástí výroby produktu, včetně vybavení, pracovní síly a procesů. Tento proces transformace je to, o co ve výrobě jde, a z toku dat pocházejících z digitálního vlákna lze získat významnou obchodní hodnotu. Tok těchto dat je možný pouze prostřednictvím IIoT.
Systémy pro operativní řízení výroby
Systémy pro operativní řízení výroby (Manufacturing Execution Systems – MES) existují již dlouho. Ačkoli se vždy jednalo o provádění výrobních operací, nyní se rozšiřují a rostou, aby se více zaměřily na koordinaci a optimalizaci celých výrobních linek a závodů, a dokonce i mezi závody. Aby mohl systém MES tyto koordinační a optimalizační funkce vykonávat, potřebuje spoustu dat a datového kontextu, a to vše v reálném čase.
Systém IIoT poskytuje data v reálném čase a datový kontext do systému MES, který je pak kombinuje s daty ze systému plánování podnikových zdrojů (ERP), systému řízení kvality (QMS), systému řízení životního cyklu produktů (PLM) a z řady dalších zdrojů. To vše za účelem vytvoření kompletního obrazu o celkovém stavu výroby a cílech, aby bylo možné určit, jaké korekce je třeba provést pro organizaci provozu a jaké úpravy je nutno učinit pro lepší optimalizaci provozu. To vše je možné pouze prostřednictvím IIoT a jeho dat a datového kontextu v reálném čase.
EMI, přehledové panely
Podniková výrobní informovanost (Enterprise Manufacturing Intelligence – EMI), často implementovaná ve formě přehledových panelů, je jedním ze základních principů chytré výroby. Poskytuje data v reálném čase lidem ve výrobním závodě, aby věděli, co se děje ve výrobních operacích, kde se v procesu nacházejí a co se děje před a za výrobním procesem. Poskytuje kompletní obraz o výrobních operacích v reálném čase, včetně údajů o výrobě, materiálu, zakázkách, zařízení, stavu, kvalitě, zásobách, výkonnosti, objemu výroby a mnoha dalších. Data v reálném čase je možné získat pouze prostřednictvím IIoT.
Analytika: popisné a diagnostické údaje
Analytika je základním principem chytré výroby, jejímž cílem je dostat správná data k lidem, kteří je potřebují. Jen málo chytrých výrobních řešení nezahrnuje analytiku. Nejčastěji obsahují popisnou a diagnostickou analytiku, která odpovídá na otázky „Co se stalo?“ a „Proč se to stalo?“; tyto analýzy vyžadují velké množství dat v reálném čase i historických dat. IIoT poskytuje popisnou a diagnostickou analytiku s daty, která lidé potřebují ke své práci. Analytika však toho nabízí více – existuje také prediktivní a preskriptivní analytika, jež má odpovědět na otázky „Co se stane?“ a „Co s tím máme dělat?“; tyto typy analytiky vyžadují ještě více dat, zejména historických. Taková analytika není možná bez dat IIoT a datového kontextu pro chytrou výrobu.
Závislost na IIoT: pojivo pro AI, ML, AR a VR
IIoT se stal synonymem pro chytrou výrobu. Chytrá výroba je chytrá a funguje díky IIoT. AI, ML, AR, VR, digitální dvojčata, digitální vlákna, edge computing a analytika – to vše se opírá o IIoT. IIoT se stává všudypřítomnou součástí chytré výroby, je páteří a základem, který drží chytrou výrobu pohromadě.
John Clemons je senior konzultant ve společnosti Maverick Technologies, společnosti skupiny Rockwell Automation. Společnost Maverick Technologies je obsahovým partnerem vydavatelství CFE Media. Upravil Mark T. Hoske, obsahový ředitel časopisu Control Engineering, CFE Media and Technology, mhoske@cfemedia.com.
