Una fabbrica intelligente è una cosa abbastanza moderna. Per farlo funzionare, necessita di alcuni requisiti operativi e tecnici di base. In questa sezione imparerai ciò di cui una fabbrica intelligente ha assolutamente bisogno. Vedrai che è abbastanza!
Importante
Scambio di dati
I requisiti iniziano con lo stesso scambio di dati. Una fabbrica intelligente scambia una grande quantità di informazioni. Questo scambio di dati deve poter essere eseguito secondo le seguenti regole di base:
Trasferimento bidirezionale di dati
Lo scambio di informazioni funziona in entrambe le direzioni (sia l’invio che la ricezione di informazioni).
Trasferimento di dati orizzontale e verticale
Le informazioni vengono scambiate sia verticalmente tra reparti diversi (ad es .: gestione degli ordini dei clienti, stabilimento di produzione, prodotto) che orizzontalmente (dalla macchina A alla macchina B di fabbrica).
Poiché l’obiettivo è quello di registrare in tempo reale importanti dati di processo nella produzione, i sistemi di controllo operativo devono essere integrati nello scambio di dati. Questi sistemi di controllo operativo sono concetti che aiutano a gestire, monitorare e controllare le aziende nel settore produttivo. È necessario includere quanto segue:
Pianificazione delle risorse aziendali
È qui che vengono pianificate, controllate e gestite risorse, quali materiale e attrezzature operative, ma anche personale, capitale e tecnologia dell’informazione generale.
Esecuzione manifatturiera
Ciò si riferisce al controllo e al monitoraggio della produzione in tempo reale (indicato anche in tedesco come sistema di controllo della produzione).
Gestione del ciclo di vita del progetto
Un concetto che si occupa del ciclo di vita (dalla progettazione, costruzione e produzione alla vendita, utilizzo e smaltimento) e la gestione delle informazioni generate nel processo.
Gestione della catena di fornitura
La gestione e il miglioramento della catena di approvvigionamento, vale a dire la consegna e la ricezione di beni di produzione e servizi.
Naturalmente, anche una serie di blocchi e requisiti tecnologici sono necessari affinché una fabbrica intelligente funzioni in tempo reale. Alcuni dei più importanti sono già sviluppati e in uso. Stiamo parlando di componenti molto generali come sensori (“elementi sensibili” in grado di rilevare proprietà fisiche o chimiche del loro ambiente) e attuatori (componenti che eseguono movimenti meccanici quando controllati elettricamente). Tecniche di produzione moderne e automatizzabili come la robotica e la stampa 3D sono importanti qui, ma anche varie applicazioni IT operative, ad es. per la gestione e il controllo della produzione. La rete Internet a banda larga e il controllo tramite sistemi cloud (server esterni che forniscono potenza di calcolo) sono già tecnicamente possibili.
Tuttavia, altri sistemi e componenti sono ancora agli inizi, come la realtà aumentata: qui la realtà percepita viene “estesa” con le informazioni provenienti da un computer (ad esempio Google Glass). La tabella seguente offre una breve panoramica dei componenti tecnologici richiesti:
Excursus
Industria in transizione
Se si definisce la Smart factory come parte dell’Industria 4.0, è ovvio che deve esserci stata un’Industria 1.0, 2.0 e 3.0.
Mentre la prima e la seconda fase dell’industrializzazione hanno portato all’introduzione di impianti di produzione meccanica e produzione in serie, l’Industria 3.0 riguardava già l’automazione, l’uso dell’IT e dell’elettronica, ma senza che questi componenti comunicassero tra loro in tempo reale e si influenzassero l’un l’altro.
Come appena accennato, alcune delle tecnologie necessarie sono già in uso come ulteriori sviluppi di questi precursori industriali, ma altre devono ancora essere sviluppate da zero. Ci sono anche influenze da aree non industriali. L ‘”Internet of Things” svolge un ruolo importante in questo settore ed è già più conosciuto nel settore privato rispetto alla rete di elettrodomestici (esempio: il telefono cellulare riconosce che stai tornando a casa e accende automaticamente le luci dell’appartamento, al contemporaneamente la macchina per caffè fa un espresso e la TV accende le notizie).
L’Industria 4.0 deve portare le tecnologie di Internet of Things a livello industriale e inserirle in un quadro economicamente redditizio. Questo è l’unico modo in cui una vera e propria “quarta rivoluzione industriale” può avere successo.
Naturalmente, a prima vista, molte di queste tecnologie sono piuttosto opache in termini di significato e funzione. Pertanto, i più importanti verranno spiegati più dettagliatamente di seguito:
Sistemi ciber-fisici (CPS)
Innanzitutto: i CPS sono un punto di riferimento per qualsiasi Smart Factory. Conosciuto anche come sistemi integrati, si riferisce a qualsiasi apparecchiatura elettronica e informatica degli oggetti nell’ambiente di produzione. Questi possono essere:
Sensori, per l’ambiente diretto dell’oggetto
Attuatori che muovono attivamente oggetti (ad esempio le leve)
Identificatori per identificare e assegnare in modo univoco gli oggetti (ad es. Codice a barre)
Microcontrollori (chip sopra menzionati), che analizzano i dati, determinano lo stato e determinano i passi successivi
Sistemi di comunicazione che consentono l’accesso alla rete via cavo o radio
Questo è ciò che rende un oggetto “intelligente” – in altre parole, intelligente. Esempi di tali oggetti intelligenti nell’ambiente di produzione sono strumenti o contenitori intelligenti. Tale contenitore può essere identificato tramite il suo codice a barre e fornisce informazioni sulla sua posizione e contenuti tramite sensori e microcontrollori.
IPv6 – molti, molti indirizzi internet
Un’altra base per lo sviluppo di Smart Factory è un nuovo protocollo Internet. Tale protocollo può garantire un cosiddetto “spazio di indirizzi” sufficientemente ampio. Più oggetti intelligenti sono collegati tra loro, più indirizzi Internet sono necessari per indirizzarli in modo inconfondibile.
Servizi a banda larga
Le fabbriche intelligenti generano, inviano, ricevono ed elaborano una grande quantità di dati. Questo deve avvenire rapidamente, altrimenti non è possibile lavorare in tempo reale. Ciò richiede reti a banda larga per garantire velocità di trasferimento dei dati sufficientemente elevate, mantenere bassi i tempi di ritardo e garantire un funzionamento a prova di guasto.
Importante
WLAN e comunicazione mobile
Per dirla semplicemente, naturalmente, è necessaria una forte WLAN interna – ma al di fuori dell’azienda, devono essere prese in considerazione anche le reti di telefonia mobile (esempio: un camion che informa automaticamente la fabbrica ricevente di un ingorgo e quindi di ritardare le risorse tramite telefono cellulare).
Comunicazione macchina a macchina (M2M) – macchine intelligenti
Altre componenti tecnologiche sono macchine interagenti che possono scambiare automaticamente informazioni con altre macchine e i prodotti. Vengono comunicati dati sui materiali, informazioni sull’ordine, lo stato corrente e le misure di manutenzione. Raccolgono anche dati sul loro stato del sistema, in linea di principio “come stanno andando”. Pertanto, i processi in corso possono essere analizzati e (ri) controllati in tempo reale.
Interfacce uomo-macchina (HMI)
L’interazione tra uomo, macchina e prodotto (nota: nelle fabbriche intelligenti intelligenti tutte e tre devono essere intelligenti) è particolarmente eccitante. Mentre dispositivi altamente mobili come tablet e smartphone offrono già l’integrazione umana diretta nella rete e la comunicazione di una fabbrica intelligente, c’è ancora molto spazio per la ricerca in questo settore.
Un metodo alternativo altamente contemporaneo è l’uso isolato degli occhiali per la realtà aumentata, che forniscono ai dipendenti nell’ambiente di produzione informazioni virtuali aggiuntive.
Sistemi di controllo della produzione – Manufacturing Execution Systems (MES)
Questi sono già stati menzionati sopra nei sistemi di controllo operativo e sono utilizzati per la gestione delle risorse (risorse operative, personale e parti di consegna) e per la registrazione completa dei dati di produzione (dati operativi, macchina e personale).
Tali sistemi di controllo della produzione esistono da molto tempo, ma non sono ancora completamente collegati in rete. Una volta che sono in grado di scambiare informazioni in tempo reale con impianti di produzione, sistemi logistici e prodotti, viene liberato tutto il potenziale di una fabbrica intelligente.
Big Data Analytics
Se tutto e tutti generano, elaborano e inviano dati in tempo reale, ovviamente ne conseguono enormi quantità di dati: questi vogliono e devono essere gestiti correttamente da un’infrastruttura IT e attrezzature IT appropriate. Ulteriori analisi richiedono anche un’alta capacità di calcolo.
La gestione dei Big Data e la Big Data Analytics sono già disponibili sul mercato con soluzioni standard o vengono eseguite come soluzione cloud integrata, ma i requisiti sono in costante aumento.
Cloud computing e spazio di immagazzinamento
Il cloud computing si riferisce all’uso esterno della potenza di elaborazione e dello spazio di archiviazione resi disponibili tramite Internet o Intranet. Date le elevate esigenze in termini di prestazioni dei dati, l’integrazione di un “cloud” in un ambiente di produzione non è una cattiva idea. Ciò consente a tutte le applicazioni e i dati di essere gestiti e coordinati centralmente.
Le soluzioni server interne utilizzate in precedenza non sono più in grado di soddisfare le esigenze di elaborazione dei big data e i requisiti di una fabbrica intelligente per analisi, pianificazione, controllo e ottimizzazione in tempo reale.
Importante
E l’uomo?
In questo capitolo hai imparato che la produzione dovrebbe funzionare in gran parte senza umani, ma ora di nuovo che gli umani sono integrati attraverso la realtà aumentata – beh, e adesso?
Bene, anche se la fabbrica intelligente dovrebbe fondamentalmente auto-organizzarsi e automatizzare il processo di produzione, l’essere umano ne fa ancora parte – non solo nel ruolo di produzione, ma di ulteriore ottimizzazione e controllo dei sistemi di produzione. In tal modo, coordinano le interfacce con altri sistemi o ambienti di produzione, ad esempio. Anche la realtà aumentata come concetto è importante qui: consente un intervento virtuale senza alcun contatto fisico.
Una fabbrica intelligente ha anche bisogno di standard e norme generalizzati. È assolutamente necessaria una base semantica comune (ovvero linguaggi di programmazione compatibili e un linguaggio di produzione universale). Una standardizzazione delle operazioni intelligenti in fabbrica può impedire ai sistemi che dovrebbero comunicare tra loro di non capirsi alla fine a causa di differenze tecnologiche.
Esempio
Sfide legali della Smart factory
I rapidi sviluppi tecnologici sollevano anche problemi legali, alcuni dei quali non sono stati ancora completamente risolti. Un esempio illustra il problema:
Un fornitore riceve un ordine di acquisto da un’azienda. L’azienda trasforma la plastilina in animali divertenti e poi li vende nei negozi di giocattoli. L’azienda utilizza una fabbrica intelligente, il che significa che è automaticamente collegata in rete sia al fornitore (argilla da modellare grezza) sia ai clienti (negozio di giocattoli). Tuttavia, è stato inviato un ordine di acquisto perché il sistema ha elaborato erroneamente la domanda dei clienti ed è molto più elevato di quanto la società possa elaborare o archiviare. Naturalmente, la società non vuole pagare l’eccedenza, i rivenditori di giocattoli non hanno comunque bisogno di una quantità così grande di plastilina e il fornitore è arrabbiato perché ha prodotto la plastilina gratuitamente.
Di chi è la colpa ora? Chi deve pagare se l’errore ha causato un sistema che coinvolge tutte e tre le parti? Qui la legge non è ancora interpretata in modo abbastanza chiaro.
Inoltre, si pone la questione della protezione dei dati, della conformità e del segreto all’interno delle società di persone. Quando tutti i dati vengono scambiati, tutto viene divulgato contemporaneamente. Ad esempio, quale dei dati resi disponibili può essere utilizzato dal fornitore? Per quale scopo? Anche qui i concetti devono ancora essere sviluppati.
Ricorda
Smart Factory richiede alcuni prerequisiti operativi e tecnici per consentire la rete desiderata e lo scambio di dati in tempo reale..
I blocchi:
Sistemi ciber-fisici
Big Data e Cloud Computing
Banda larga e spazio di indirizzi sufficiente
Interfacce uomo-macchina
Integrazione di sistemi operativi di controllo della produzione
L’uomo non fa più parte della produzione, ma controlla e ottimizza i processi produttivi.
Le fabbriche intelligenti devono anche essere considerate in un quadro giuridico: gli standard e le norme possono essere d’aiuto in questo caso.
Una fabbrica intelligente è una cosa abbastanza moderna. Per farlo funzionare, necessita di alcuni requisiti operativi e tecnici di base. In questa sezione imparerai ciò di cui una fabbrica intelligente ha assolutamente bisogno. Vedrai che è abbastanza!
Importante
Scambio di dati
I requisiti iniziano con lo stesso scambio di dati. Una fabbrica intelligente scambia una grande quantità di informazioni. Questo scambio di dati deve poter essere eseguito secondo le seguenti regole di base:
Lo scambio di informazioni funziona in entrambe le direzioni (sia l’invio che la ricezione di informazioni).
Le informazioni vengono scambiate sia verticalmente tra reparti diversi (ad es .: gestione degli ordini dei clienti, stabilimento di produzione, prodotto) che orizzontalmente (dalla macchina A alla macchina B di fabbrica).
Poiché l’obiettivo è quello di registrare in tempo reale importanti dati di processo nella produzione, i sistemi di controllo operativo devono essere integrati nello scambio di dati. Questi sistemi di controllo operativo sono concetti che aiutano a gestire, monitorare e controllare le aziende nel settore produttivo. È necessario includere quanto segue:
È qui che vengono pianificate, controllate e gestite risorse, quali materiale e attrezzature operative, ma anche personale, capitale e tecnologia dell’informazione generale.
Ciò si riferisce al controllo e al monitoraggio della produzione in tempo reale (indicato anche in tedesco come sistema di controllo della produzione).
Un concetto che si occupa del ciclo di vita (dalla progettazione, costruzione e produzione alla vendita, utilizzo e smaltimento) e la gestione delle informazioni generate nel processo.
La gestione e il miglioramento della catena di approvvigionamento, vale a dire la consegna e la ricezione di beni di produzione e servizi.
Naturalmente, anche una serie di blocchi e requisiti tecnologici sono necessari affinché una fabbrica intelligente funzioni in tempo reale. Alcuni dei più importanti sono già sviluppati e in uso. Stiamo parlando di componenti molto generali come sensori (“elementi sensibili” in grado di rilevare proprietà fisiche o chimiche del loro ambiente) e attuatori (componenti che eseguono movimenti meccanici quando controllati elettricamente). Tecniche di produzione moderne e automatizzabili come la robotica e la stampa 3D sono importanti qui, ma anche varie applicazioni IT operative, ad es. per la gestione e il controllo della produzione. La rete Internet a banda larga e il controllo tramite sistemi cloud (server esterni che forniscono potenza di calcolo) sono già tecnicamente possibili.
Tuttavia, altri sistemi e componenti sono ancora agli inizi, come la realtà aumentata: qui la realtà percepita viene “estesa” con le informazioni provenienti da un computer (ad esempio Google Glass). La tabella seguente offre una breve panoramica dei componenti tecnologici richiesti:
Excursus
Industria in transizione
Se si definisce la Smart factory come parte dell’Industria 4.0, è ovvio che deve esserci stata un’Industria 1.0, 2.0 e 3.0.
Mentre la prima e la seconda fase dell’industrializzazione hanno portato all’introduzione di impianti di produzione meccanica e produzione in serie, l’Industria 3.0 riguardava già l’automazione, l’uso dell’IT e dell’elettronica, ma senza che questi componenti comunicassero tra loro in tempo reale e si influenzassero l’un l’altro.
Come appena accennato, alcune delle tecnologie necessarie sono già in uso come ulteriori sviluppi di questi precursori industriali, ma altre devono ancora essere sviluppate da zero. Ci sono anche influenze da aree non industriali. L ‘”Internet of Things” svolge un ruolo importante in questo settore ed è già più conosciuto nel settore privato rispetto alla rete di elettrodomestici (esempio: il telefono cellulare riconosce che stai tornando a casa e accende automaticamente le luci dell’appartamento, al contemporaneamente la macchina per caffè fa un espresso e la TV accende le notizie).
L’Industria 4.0 deve portare le tecnologie di Internet of Things a livello industriale e inserirle in un quadro economicamente redditizio. Questo è l’unico modo in cui una vera e propria “quarta rivoluzione industriale” può avere successo.
Naturalmente, a prima vista, molte di queste tecnologie sono piuttosto opache in termini di significato e funzione. Pertanto, i più importanti verranno spiegati più dettagliatamente di seguito:
Sistemi ciber-fisici (CPS)
Innanzitutto: i CPS sono un punto di riferimento per qualsiasi Smart Factory. Conosciuto anche come sistemi integrati, si riferisce a qualsiasi apparecchiatura elettronica e informatica degli oggetti nell’ambiente di produzione. Questi possono essere:
Questo è ciò che rende un oggetto “intelligente” – in altre parole, intelligente. Esempi di tali oggetti intelligenti nell’ambiente di produzione sono strumenti o contenitori intelligenti. Tale contenitore può essere identificato tramite il suo codice a barre e fornisce informazioni sulla sua posizione e contenuti tramite sensori e microcontrollori.
IPv6 – molti, molti indirizzi internet
Un’altra base per lo sviluppo di Smart Factory è un nuovo protocollo Internet. Tale protocollo può garantire un cosiddetto “spazio di indirizzi” sufficientemente ampio. Più oggetti intelligenti sono collegati tra loro, più indirizzi Internet sono necessari per indirizzarli in modo inconfondibile.
Servizi a banda larga
Le fabbriche intelligenti generano, inviano, ricevono ed elaborano una grande quantità di dati. Questo deve avvenire rapidamente, altrimenti non è possibile lavorare in tempo reale. Ciò richiede reti a banda larga per garantire velocità di trasferimento dei dati sufficientemente elevate, mantenere bassi i tempi di ritardo e garantire un funzionamento a prova di guasto.
Importante
WLAN e comunicazione mobile
Per dirla semplicemente, naturalmente, è necessaria una forte WLAN interna – ma al di fuori dell’azienda, devono essere prese in considerazione anche le reti di telefonia mobile (esempio: un camion che informa automaticamente la fabbrica ricevente di un ingorgo e quindi di ritardare le risorse tramite telefono cellulare).
Comunicazione macchina a macchina (M2M) – macchine intelligenti
Altre componenti tecnologiche sono macchine interagenti che possono scambiare automaticamente informazioni con altre macchine e i prodotti. Vengono comunicati dati sui materiali, informazioni sull’ordine, lo stato corrente e le misure di manutenzione. Raccolgono anche dati sul loro stato del sistema, in linea di principio “come stanno andando”. Pertanto, i processi in corso possono essere analizzati e (ri) controllati in tempo reale.
Interfacce uomo-macchina (HMI)
L’interazione tra uomo, macchina e prodotto (nota: nelle fabbriche intelligenti intelligenti tutte e tre devono essere intelligenti) è particolarmente eccitante. Mentre dispositivi altamente mobili come tablet e smartphone offrono già l’integrazione umana diretta nella rete e la comunicazione di una fabbrica intelligente, c’è ancora molto spazio per la ricerca in questo settore.
Un metodo alternativo altamente contemporaneo è l’uso isolato degli occhiali per la realtà aumentata, che forniscono ai dipendenti nell’ambiente di produzione informazioni virtuali aggiuntive.
Sistemi di controllo della produzione – Manufacturing Execution Systems (MES)
Questi sono già stati menzionati sopra nei sistemi di controllo operativo e sono utilizzati per la gestione delle risorse (risorse operative, personale e parti di consegna) e per la registrazione completa dei dati di produzione (dati operativi, macchina e personale).
Tali sistemi di controllo della produzione esistono da molto tempo, ma non sono ancora completamente collegati in rete. Una volta che sono in grado di scambiare informazioni in tempo reale con impianti di produzione, sistemi logistici e prodotti, viene liberato tutto il potenziale di una fabbrica intelligente.
Big Data Analytics
Se tutto e tutti generano, elaborano e inviano dati in tempo reale, ovviamente ne conseguono enormi quantità di dati: questi vogliono e devono essere gestiti correttamente da un’infrastruttura IT e attrezzature IT appropriate. Ulteriori analisi richiedono anche un’alta capacità di calcolo.
La gestione dei Big Data e la Big Data Analytics sono già disponibili sul mercato con soluzioni standard o vengono eseguite come soluzione cloud integrata, ma i requisiti sono in costante aumento.
Cloud computing e spazio di immagazzinamento
Il cloud computing si riferisce all’uso esterno della potenza di elaborazione e dello spazio di archiviazione resi disponibili tramite Internet o Intranet. Date le elevate esigenze in termini di prestazioni dei dati, l’integrazione di un “cloud” in un ambiente di produzione non è una cattiva idea. Ciò consente a tutte le applicazioni e i dati di essere gestiti e coordinati centralmente.
Le soluzioni server interne utilizzate in precedenza non sono più in grado di soddisfare le esigenze di elaborazione dei big data e i requisiti di una fabbrica intelligente per analisi, pianificazione, controllo e ottimizzazione in tempo reale.
Importante
E l’uomo?
In questo capitolo hai imparato che la produzione dovrebbe funzionare in gran parte senza umani, ma ora di nuovo che gli umani sono integrati attraverso la realtà aumentata – beh, e adesso?
Bene, anche se la fabbrica intelligente dovrebbe fondamentalmente auto-organizzarsi e automatizzare il processo di produzione, l’essere umano ne fa ancora parte – non solo nel ruolo di produzione, ma di ulteriore ottimizzazione e controllo dei sistemi di produzione. In tal modo, coordinano le interfacce con altri sistemi o ambienti di produzione, ad esempio. Anche la realtà aumentata come concetto è importante qui: consente un intervento virtuale senza alcun contatto fisico.
Una fabbrica intelligente ha anche bisogno di standard e norme generalizzati. È assolutamente necessaria una base semantica comune (ovvero linguaggi di programmazione compatibili e un linguaggio di produzione universale). Una standardizzazione delle operazioni intelligenti in fabbrica può impedire ai sistemi che dovrebbero comunicare tra loro di non capirsi alla fine a causa di differenze tecnologiche.
Esempio
Sfide legali della Smart factory
I rapidi sviluppi tecnologici sollevano anche problemi legali, alcuni dei quali non sono stati ancora completamente risolti. Un esempio illustra il problema:
Un fornitore riceve un ordine di acquisto da un’azienda. L’azienda trasforma la plastilina in animali divertenti e poi li vende nei negozi di giocattoli. L’azienda utilizza una fabbrica intelligente, il che significa che è automaticamente collegata in rete sia al fornitore (argilla da modellare grezza) sia ai clienti (negozio di giocattoli). Tuttavia, è stato inviato un ordine di acquisto perché il sistema ha elaborato erroneamente la domanda dei clienti ed è molto più elevato di quanto la società possa elaborare o archiviare. Naturalmente, la società non vuole pagare l’eccedenza, i rivenditori di giocattoli non hanno comunque bisogno di una quantità così grande di plastilina e il fornitore è arrabbiato perché ha prodotto la plastilina gratuitamente.
Di chi è la colpa ora? Chi deve pagare se l’errore ha causato un sistema che coinvolge tutte e tre le parti? Qui la legge non è ancora interpretata in modo abbastanza chiaro.
Inoltre, si pone la questione della protezione dei dati, della conformità e del segreto all’interno delle società di persone. Quando tutti i dati vengono scambiati, tutto viene divulgato contemporaneamente. Ad esempio, quale dei dati resi disponibili può essere utilizzato dal fornitore? Per quale scopo? Anche qui i concetti devono ancora essere sviluppati.
Ricorda
Smart Factory richiede alcuni prerequisiti operativi e tecnici per consentire la rete desiderata e lo scambio di dati in tempo reale..
I blocchi:
L’uomo non fa più parte della produzione, ma controlla e ottimizza i processi produttivi.
Le fabbriche intelligenti devono anche essere considerate in un quadro giuridico: gli standard e le norme possono essere d’aiuto in questo caso.
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