Endüstriyel değer zinciri için somut faydalar Hans Peter FRITSCHE / Serbest sektörel gazeteci, Redaktionsbüro H. Fritsche
Endüstri 4.0 ve / veya Nesnelerin İnterneti anlamında ağ bağlantılı üretim ortamlarına doğru dijital dönüşüm hız kazanıyor. Ürün ve süreç izleme alanlarından sayısız uygulama, etiket teknolojisi, ambalaj, lojistiğin yanı sıra bakım ve onarım, bugün Nesnelerin İnternetine bu dönüşümü kapsayan potansiyele ışık tutuyor.
Bu ‘nesneler’ sensörler, RFID (Radio Frequency Identification) çipleri, aygıtlar, makineler ve tesislerdir. Gelecekte, bu ‘nesneler’in tüm süreç ve sistem koşulları üzerine bağımsız ve devamlı olarak bilgi vermesi beklenmekle kalmıyor, aynı zamanda İnternet vasıtasıyla her birinin bir diğeriyle iletişim kurması ve üretim süreçlerine, bu süreçleri insan müdahalesi olmaksızın düzeltmek ve optimize etmek için müdahale etmesi de bekleniyor. Bu ağ tabanlı iletişimin esası onun benzersiz tanımlayıcı IP adresleriyle İnternet Protokolü (IP)’dir. Eski İnternet Protokolü Ipv4 sadece 4.3 milyar IP adresinin altında bir adres uzayı sağlama kapasitesindeydi ve bunlar zaten daha 2012’nin başlarında PC’lere, notebook’lara, tablet PC’lere ve cep telefonlarına tahsis edilmişti. Bu, 3.4 x 1038 IP adres uzayına sahip yeni standart Ipv6’nın geliştirilmesinin nedenidir. Dolayısıyla adres yetersizliği artık bir kaygı nedeni değil. IPv6’ya geçiş halen devam etmektedir. Bu nedenle, zorluk adresler yetersizliği değil, bir günde milyarlarca sensörün ana bilgisayarlara saniyede binlerce veri gönderdiklerinde sebep oldukları veri selidir. Bu veriler daha sonra görselleştirme ve simülasyonlar için değerlendirilmeli ve dokümantasyon amaçlarıyla (izlenebilirlik) kaydedilmelidir.
Dolayısıyla Nesnelerin İnternet’i öncelikli olarak veri ile ilgilidir; kesin olmak gerekirse, bu veriden alınan bilgiler hakkındadır. Ve bu yazılım ve algoritmaların alanıdır. Tek başına bununla başarılan şey, bu dönüşümü aktif bir şekilde yürütmek için yeterli sebep olmalıdır. Aşağıdaki örnekler, kısa vadede kendini amorti edecek uygulamaları göstermektedir.
Bakımda paradigma değişimi
Hasar görmüş rulmanlar, şanzımanlar, pompalar ya da dolum ve dozajlama sistemleri aniden ortaya çıkmaz; hasar gerçekleşmeden çok önce olağan dışı titreşim ve sıcaklık sapmaları ya da değişen güç tüketimi, basınç kaybı ve benzerleri yoluyla “bilgi veriyor”. Durum izlemesinin bir parçası olarak sensörler tarafından tespit edilen bu sapmalar günümüzde oldukça karmaşık analiz ve simülasyon programları sayesinde gerçek zamanlı olarak değerlendirilebiliyor ve görselleştirilebiliyor ve bu nedenle süreç mühendisliği bağlamında görülüyor. Bu bilgilere dayanarak, makine ve tesis operatörleri, uzaktan kumandayla, her zaman en iyi modda çalışan sistemleri, program değişimlerini tanıtmak veya yeni uygulamalar ve kontrol yazılımı yüklemek için, bağımsız olarak hedeflenen bir şekilde, farklı tesislerdeki sisteme müdahale edebiliyorlar. Ayrıca, simülasyon sonuçları, kritik makine parçalarının kalan servis ömrü ile ilgili kesin tahminlerin yapılmasına olanak tanıyor ve bu bakım için tamamen yeni perspektifler açıyor.
Bu, reaktif ve önleyici bakımdan döngü tabanlı bileşen değiştirme aralıklarıyla ve “öngörülü bakım” olarak adlandırılan öngörülebilir, tam planlanabilir bakım önlemlerine doğru evrildiğimizi gösteriyor. Avantajları, daha yüksek bir makine ve tesis kullanılabilirliği, önemli ölçüde azaltılmış kesinti riskleri, daha yüksek işletme ve üretim güvenliği ve aynı zamanda önemli ölçüde daha düşük bakım maliyetidir.
Bunun ötesinde, öngörülebilir bakım sürdürülebilirlik açısından kilit bir unsurdur. Bileşenleri belirli aralıklarla değiştirirken operatörlerin her zaman güvende oldukları doğrudur, ancak güvenilir parça davranış verileri bulunmadığı için pahalı bileşenlerin kalan faydalı ömürlerini boşa harcıyorlardı. Günümüzde malzeme davranışı, değişen yükler altında sürekli gerilme ve benzerleri hakkında bilgi, 10 yıl öncesinden veya 20 yıl öncesinden çok daha ileri düzeydedir. Başka bir yönü bugün daha iyi akılcı analiz, FEM (Finite Element Method – Sonlu Elemanlar Yöntemi) ve simülasyon yazılımının yanı sıra önemli ölçüde daha yüksek mevcut bilgisayar performansıdır. Bunlar kalan servis ömrünün belirlenmesini ve yüksek hassasiyetle öngörülmesini sağlıyor ve bu bilgi öngörülebilir bakıma yarıyor.
Makinelerle mesajlaşmak
Makine ve tesislerin artan performans, esneklik ve istihbaratı, insan – makine arabirimlerinin (human – machine interfaces – HMI) çalıştırılması konseptlerinin geliştiricileri için en büyük zorlukları ortaya koyan daha karmaşık sistemlerin ortaya çıkmasına neden oluyor. HMI donanımı derken çoğu kişinin akıllı telefonlarından veya tablet bilgisayarlarından aşina olduğu dokunmatik ekran işlevlerine sahip terminal cihazları kastediyoruz. Bu, bu makineleri ve tesisleri yönetmeyi öğrenmek için varolan bilgiyi geliştirebilecekleri anlamına geliyor. Bu, alıştırma süresini destekler ve kesinlikle kısaltıyor.
Grafik kullanıcı arayüzlerinin (Graphic User Interfaces – GUI) geliştirilmesinde önemli bir husus, bu makinelerin belirli mesleki eğitim almayan ve çoğu zaman da yeterli dil becerisine sahip olmayan insanlar tarafından güvenli bir şekilde çalıştırılmasını sağlamaktır. İşletim hatalarından kaçınmak için GUI geliştiricileri dil yerine sezgisel grafik öğelerine güveniyorlar. Ayrıca makineler, tesisler ve bileşenlerinin fotoğraf gerçekliğinde 3D CAD görüntüleri gelecek vadediyor. Üstelik, HMI’ler, yetenekleri ve yetkileri doğrultusunda çeşitli kullanıcıların ihtiyaçlarına göre yaşamak zorundadır. Bu nedenle, makine operatörleri, yöneticilere, bakım elemanlarına veya üretim müdürlerine yönlendirmek için farklı grafik kullanıcı arayüzleri görüyorlar. Bunun anlamı, her kullanıcının yalnızca sorumluluk alanına karşılık gelen verileri görmesi ve onların özel durumlarıyla ilgilenmesidir. Dahası, veriler anahatlarıyla sınırlıdır. Bu, anlaşılması kolay bir ekran ve anahtar makine parametrelerinin ve üretim verisinin anlık sunumunu sağlıyor.
Modern HMI’lerin diğer özellikleri hareketlilik ve tutarlılıktır. Kullanıcılar tarafından yetki düzeylerine bağlı olarak makinelerin ve ekipmanın uzaktan kontrol edilebildiği mobil cihazlara yönelik bir eğilim vardır. Bu, özellikle servis ve bakım alanında zaman ve seyahat masraflarından tasarruf sağlıyor.
Sanal dünyalarla çalışmak
Nesnelerin İnternet’i söz konusu olduğunda şu anda sanal veya daha doğrusu dijital ikizler kadar heyecan veren bir konu pek yok. Sanal ikizler için teknik temel, yüksek performanslı 3D CAD, simülasyon ve analiz yazılım programlarının yanı sıra gerçek makine ve ekipman kontrol yazılımının sanal 1: 1 kopyalarıdır. Bu tür yazılım araçlarına dayanan dijital ikizler, bileşenler, makineler, tesisler ve bunların kontrollerini sanal bir model olarak içeren simülasyon için gerekli tüm fiziksel verileri içeren komple imalat sürecini haritalıyor. Buna ek olarak, dijital ikizler çevrimdışı programlamaya izin veriyor. Tüm bunlar sanal ikizleri geliştiriciler, operatörler ve bakım personeli için evrensel araçlar yapıyor.
Bu gerçeklik – yanılsama simülasyonları sayesinde tasarım hataları ve / veya zayıf noktalar önceden, tek bir gerçek parça üretmeksizin geliştirme aşamasında tespit edilebiliyor ve ortadan kaldırılabiliyor. Bu aynı zamanda kontrollerin programlanması ve optimizasyonu için de geçerli.
Bununla birlikte, en önemli uygulamalardan biri, sanal devreye alma veya başlatma işlemidir. Bu yalnızca bir sanal deneme sürümü değil aynı zamanda makinenin operatörünün sistemin özellik ve imkânlarıyla hedeflenen bir şekilde aşinalığına da hizmet ediyor. Başka bir deyişle: dijital ikiz, endüstriyel işlemler, makine ve teçhizat için “uçuş simülatörü” dür. Gerçek devreye alma öncesi sanal devreye alma, birden fazla yolla kendini amorti ediyor. Sistem veya kontrol konseptinde hâlâ hata varsa, gerçek sistem bileşenlerine zarar vermeden düzeltilebiliyorlar. Çevrimdışı programlama, üretim planlamacılarının çeşitli işletim türlerini neredeyse sınamasına olanak tanıyor. Bununla birlikte, en önemli husus, sanal ikizin daha sonra diğer projeler için de kullanılabilecek pek çok uzmanın uzmanlığını bir araya getirmesi.
Kısacası, sofistike simülasyonlar sayesinde, fabrika üreticileri ve kullanıcılar, benzer tesislerin ve süreçlerin geliştirilmesi için önemli ölçüde daha kısa projelendirme süreleri, daha hızlı başlatmalar ve belirgin verimlilikler elde edebiliyorlar. Bu, tüm kaynakların, enerjinin ve insan gücünün ötesinde, zaman kazandırıyor.
Standart arayüzler
olmazsa olmaz
Çoğu makine üreticisi hâlâ kendi arayüzlerine dayandığı için standardizasyon büyük bir zorluk olmaya devam ediyor. Bununla birlikte, entegrasyon Nesnelerin İnterneti’nde belirleyici özellik. Bu entegrasyon, özellikle dikey ve yatay olarak, makineler arasında istikrarlı bir veri ve bilgi alışverişini gerektiriyor. Ve bu açık standart protokollerini gerekli kılıyor. Bu nedenle, Açık Kaynaklı çözümlere yönelik bir eğilim var; çünkü bunlar, yatırım ve bağımsızlık için yüksek mülkiyet hakkı olmayan sistemler olma özelliğini taşıyorlar. Bir örnek, çeşitli imalatçıların bağlantı makinelerine yönelik spesifikasyonların bir paketi olan OPC Birleştirilmiş Mimari (OPC Unified Architecture)’dir. OPC UA, kimlik doğrulama ve yetkilendirme, şifreleme ve veri bütünlüğü aracılığıyla güvenliği sağlıyor.
Bu, OPC UA’nın, üretim düzeyinden üstün üretim planlamasına veya ERP sistemlerine ham veri ve ön işleme tabi tutulan bilgilerin güvenle, güvenilir ve mülkiyet dışı taşınması için ideal bir şekilde uygun olduğu anlamına geliyor.
Eski sistemlerde bile
4.0 geçerli olabilir
Birçok eski makine, hat, motor ve kompresör, Endüstri 4.0’ın sensörleri ve iletişim teknolojisi ile – bazen ağa bağlı sistemlerin bir parçası olarak çalıştırılmak için bile – donatılmamıştır. Bu, bu sistemlerin dijital dönüşüm açısından eskimiş olduğu anlamına gelmiyor. Burada – Industry 4.0 için giriş seviyesi bir çözüm olarak – akıllı sensörler adapte edilebiliyor. Makinelerin ve sistemlerin önemli durum parametrelerini düzenli olarak ölçüyorlar ve verileri, dahili iletişim arabirimleri aracılığıyla kablosuz olarak HMI’lere ve / veya çalışanların akıllı telefonlarına veya tablet PC’lerine değerlendirme için iletiyorlar. Bu ve diğer basit yöntemlerle şirketler, Endüstri 4.0 dünyasına ekonomik olarak girebiliyor ve daha düşük kesintiler, daha uzun makine çalışma zamanı ve düşük güç tüketimi ve benzerinden yararlanabiliyorlar.
VDMA Gıda İşleme ve Paketleme Makineleri Birliği, 2017 yılının interpack’ında, Endüstri 4.0 konusu üzerine özel bir sergi düzenliyor. Sergi VDMA standında, paketleme makineleri ve proses mühendisliğinde çözüm örnekleri sunan, güvenlik, izlenebilirlik, kopyalama ve sahtecilikten koruma ve ayrıca özel ambalajlamada yeni fırsatlar sunan bir Teknoloji Salonu şeklinde olacak. Daha fazla bilgi için http://nuv.vdma.org/interpack ziyaret edilebilir.
