Az ipari kommunikációs technológiák jövőbeli trendjei
Az ipari folyamatok automatizálása alapvetően átalakítja a gyártóipart, olyan fejlett technológiák bevezetésével, mint a robotika, a mesterséges intelligencia (AI) és a dolgok internete (IoT). Ezek a technológiák nemcsak a termelékenységet növelik, hanem lehetővé teszik az „okosgyárak” létrehozását, amelyek képesek valós idejű adatok elemzésére, hibák minimalizálására és kiváló minőségű termékek előállítására.
Az iparban alkalmazott automatizálási rendszerek – legyen szó fix, programozható vagy rugalmas automatizálásról, illetve ipari robotokról – mind különböző adatátviteli és valós idejű működési követelményeket támasztanak.
- Fix automatizálás: Nagy volumenű, előre meghatározott gyártási folyamatokra tervezett rendszerek, amelyek költséghatékonyak, de kevésbé rugalmasak. Kevésbé igényli a rugalmas, változtatható hálózati felépítést, de rendkívül megbízható, stabil kommunikációt kíván a nagy volumenű, előre meghatározott gyártási folyamatokhoz.
- Programozható automatizálás: Lehetőséget ad a gépek átprogramozására, kis szériás gyártásokhoz, ahol az igények változhatnak. A hálózatnak gyakrabban kell alkalmazkodnia a gépek átprogramozásából fakadó új követelményekhez, így az adatforgalom dinamikusabb.
- Rugalmas automatizálás: Az iparban alapvető rugalmasságot kínál, és gyorsan alkalmazkodik a változó igényekhez. Még nagyobb változatosságot vár el a hálózattól, hogy gyorsan reagáljon a termelési igények és a technológiai beállítások módosulásaira.
- Ipari robotok: Az ismétlődő, precíziót igénylő vagy veszélyes feladatokat automatizálják, míg az AI segítségével még komplexebb feladatokat is kezelhetnek. Ha mesterséges intelligenciával is kombináljuk őket, akkor nagy mennyiségű adat, pontos időzítés és gyakori hálózati kommunikáció szükséges.
Ezek a különbségek meghatározóak abban, hogy milyen kommunikációs technológiát választunk. Egy stabil, de nehezen módosítható rendszernek más igényei vannak, mint egy sokféle terméket gyártó, folyamatosan változó üzemnek. Az általános iparági trendek és az egyre inkább elterjedő Ipar 4.0 megoldások alapján a rugalmas és programozható automatizálás, valamint az ipari robotok használata egyre növekszik, míg a fix automatizálás szerepe inkább csökkenő tendenciát mutat.
- Fix automatizálás: Továbbra is jelentős marad bizonyos iparágakban (például az autóipar nagy volumenű, szabványosított elemeinek gyártásakor), de a jelenlegi trendek a testreszabhatóság és a gyors termékváltás irányába mutatnak, így a fix, nehezen módosítható rendszerek relatív fontossága mérséklődik.
- Programozható automatizálás és rugalmas automatizálás: A piaci igények gyors változása, illetve az egyre gyakoribb termékváltások miatt a rugalmas és programozható rendszerekre fókuszál a legtöbb gyártó. Ezek a megoldások támogatják a kisebb szériás, testre szabott gyártást, amire a modern fogyasztói piac folyamatosan igényt tart.
- Ipari robotok (AI-val kiegészítve): Az ipari robotok – főként a kollaboratív (cobot) típusok – olyan feladatokban is egyre inkább megjelennek, amelyek korábban csak emberi munkával voltak megoldhatók. A mesterséges intelligenciával kombinált robotok pedig még összetettebb, adat-intenzív folyamatokban is képesek autonóm módon döntéseket hozni. Ennek megfelelően a robotika dinamikusan növekvő terület.
A rugalmas és programozható automatizálás, valamint az ipari robotok elterjedéséhez olyan kommunikációs technológiákra van szükség, amelyek nagy adatsebességet, alacsony késleltetést és megbízható, determinisztikus adatátvitelt biztosítanak. Az alábbi megoldások kulcsfontosságúak e téren.
Kulcsfontosságú trendek az ipari kommunikációban
- Együttműködő robotok és gépi tanulás
Az automatizálás új dimenziót nyit az érzékelők és a mesterséges intelligencia használatával. Ezek az eszközök nemcsak javítják a termelékenységet, hanem lehetővé teszik az adaptív működést is. Egy autóipari gyártóüzemben például együttműködő robotok dolgoznak a gyártósoron az emberekkel. A robotok szenzorokkal és gépi tanulási algoritmusokkal figyelik a környezetüket, és ennek megfelelően automatikusan újratervezik a munkafolyamatot, ha változás vagy rendellenesség lép fel. Így csökken a hiba lehetősége, és gyorsabban, biztonságosabban folyik a termelés.
A szenzoradatok és a gépi tanulási eredmények valós idejű elemzésével tovább fokozható az üzembiztonság és a termelékenység – pontosan ezt nyújtják az AVEVA Predictive Analytics megoldásai, amelyek már a legkisebb rendellenességeket is előre jelzik, megelőzve a nem tervezett leállásokat.
- 5G, Wi-Fi 7 technológiák:
Az 5G gyors, megbízható vezeték nélküli kapcsolatot biztosít, amely egyszerre több eszközt is kiszolgál. Például egy automatizált logisztikai központban, ahol önvezető targoncák, szenzorok, kamerák is a géppark részei, rengeteg eszköz egyszerre küld adatot. A 5G hálózat alacsony késleltetéssel és nagy sávszélességgel gondoskodik a valós idejű kommunikációról, így a robotok gyorsan reagálhatnak minden akadályra, a HD kamerák képe pedig késleltetés nélkül eljuthat a vezérlőközpontba. Ezen kívül a 5G-s hálózati szeletelés (network slicing) lehetővé teszi, hogy a kritikus ipari alkalmazások dedikált sávszélességet és szolgáltatásminőséget kapjanak.A Wi-Fi 7 növelt sávszélességet és kevesebb interferenciát nyújt, így tökéletesen alkalmas az ipari környezetek kihívásaira. Egy okosgyárban számos gép és szenzor fut párhuzamosan. A Wi-Fi 7 magas átviteli sebessége és fejlett interferenciakezelése révén minden eszköz zavarmentesen küldi és fogadja az adatokat. Így nagy mennyiségű valós idejű adat, valamint AR/VR alapú távkarbantartás is problémamentesen működhet.
- TSN (Time-Sensitive Networking)
A TSN olyan szabványcsalád, amely valós idejű, determinisztikus kommunikációt tesz lehetővé az Ethernet-hálózatokon. Ezzel biztosítható, hogy az automatizált rendszerek (például robotok vagy gépsorok) időkritikus információkat pontosan és megbízhatóan kapjanak meg. Kiemelten fontos azoknál az alkalmazásoknál, ahol már néhány ezredmásodperces késlekedés is termelési hibát vagy biztonsági kockázatot jelenthet.
- IIoT-kommunikációs protokollok (Industrial Internet of Things):
Az IIoT protokollok, például az OPC UA és MQTT, lehetővé teszik az eszközök és gépek valós idejű összekapcsolását, támogatva az intelligens döntéshozatalt és a prediktív karbantartást. Az ilyen protokollok fejlett adatkezelési és gép-gép közötti (M2M) kommunikációs lehetőségeket nyújtanak. Például egy autóipari gyárban a gyártósoron elhelyezett szenzorok folyamatosan figyelik a munkafolyamatot, és előre jelzik, ha valamelyik alkatrész meghibásodása várható, így elkerülhető a leállás vagy a tömeges selejt.
Az IIoT hatékony megvalósításához és a valós idejű adatátvitel biztosításához nélkülözhetetlenek a megfelelő hálózati és protokollmegoldások – ilyeneket kínálnak a Softing Industrial termékei.
- Industrial Ethernet:
Az ipari Ethernet olyan protokollokat (pl. Ethernet/IP, PROFINET, Modbus TCP) foglal magában, amelyek nagyobb adatátviteli sebességet és összetett hálózati architektúrák kezelését teszik lehetővé. A vállalati IT-rendszerekkel való zökkenőmentes integráció révén fejlettebb adat-elemzést és jobb döntéshozatalt biztosít. Például egy autóipari beszállító cég intelligens gyártósorán minden robot és szenzor PROFINET-en keresztül kapcsolódhat egymáshoz és a központi vezérlőrendszerhez. Az eszközök valós időben küldik az adatokat, így a gyártás során felmerülő problémákat gyorsan felderítik és minimálisra csökkentik az állásidőt.
Az ilyen kritikus és összetett hálózati környezetekben megbízható megoldást nyújtanak a Red Lion ipari switchei, amelyek kifejezetten a folyamatos és stabil Ethernet-kommunikációt segítik elő valós idejű gyártási folyamatoknál.
- Peremhálózat (Edge Computing):
Az edge computing gyorsabb válaszidőt biztosít azzal, hogy az adatokat a gyártósoron vagy a közelében helyben dolgozza fel, csökkentve az adatátvitelből fakadó késéseket. Ez különösen fontos olyan érzékeny folyamatoknál, ahol minden tizedmásodperc számít, például egy robotkar mozgásának valós idejű irányításánál.
A peremhálózat előnyeinek teljes körű kiaknázásához érdemes megismerkedni a Red Lion Flex Edge termékcsaláddal, amely kifejezetten az ilyen, nagy megbízhatóságot és alacsony késleltetést igénylő edge computing feladatokhoz készült.
- Kiber-fizikai rendszerek: (CPS)
A CPS (Cyber-Physical Systems) a fizikai folyamatokat digitális modellekkel kombinálja, lehetővé téve a digitális ikrek létrehozását és az optimalizált automatizálást. Például a digitális ikrek segítségével a vállalatok képesek szimulálni, hogy egy-egy beavatkozás, például egy új gyártósor bevezetése, milyen hatással lenne a termelésre.
Ilyen átfogó digitális ikermegoldásokat találhatunk az AVEVA portfóliójában is, amelyek valós idejű adatelemzést és szimulációt tesznek lehetővé a termelési folyamatok optimalizálása érdekében.
Hatásuk az ipari folyamatokra
- Fenntarthatóság és hatékonyság: Az energiaveszteségek minimalizálása mellett a termelési költségek is optimalizálhatók. Egyre több vállalat tűzi ki célul a szénlábnyom csökkentését, amelyet a hatékonyabb gyártási folyamatok támogatnak.
- Testreszabhatóság és rugalmasság: Az intelligens technológiák segítségével gyorsan adaptálható gyártósorok támogatják a testreszabott termékek előállítását, legyen szó elektronikai eszközökről vagy akár autóipari alkatrészekről.
- Biztonság javítása: Az automatizálás és a valós idejű monitorozás csökkenti az emberi hibák lehetőségét és növeli a munkabiztonságot. Emellett a kiberbiztonsági megoldások is egyre fontosabbá válnak, mivel a hálózatba kötött rendszerek új fenyegetéseknek lehetnek kitéve.