Smart Factory – una nuova era basata sull’automazione aperta

L’automazione aperta è un approccio che rende la digitalizzazione facile da implementare, con una piattaforma cloud liberamente espandibile per l'azienda. Integra interfacce di programmazione aperte per lo Smart Manufacturing, consentendo una facile integrazione di applicazioni terze per la tecnologia di produzione e pesatura, come la selezione ponderale, le funzioni del controller o il controllo di qualità.

L’uso di sensori smart, celle di carico e amplificatori di misura è fondamentale per implementare l’automazione aperta. Sono necessari componenti intelligenti, quali “interfacce aperte” o “computer edge”, per abilitare un’elaborazione dati efficiente e mirata. Questo articolo tratta i requisiti di questi sistemi, con particolare attenzione all’integrazione software.

Ottimizzare i processi, ridurre i costi e, quindi, aumentare il fatturato

L’avanzare dell’industria 4.0, o l’Internet delle cose industriale, ha dato origine a nuove opportunità che hanno un grande potenziale negli ambienti produttivi. Un migliore controllo di processo aumenta la resa e la qualità dei prodotti fabbricati. Trovando e risolvendo i problemi di qualità precocemente si evitano costosi scarti. I potenziali miglioramenti della qualità possono anche essere identificati più facilmente con un migliore monitoraggio della produzione, migliorando più rapidamente la qualità del prodotto. Nelle applicazioni di pesatura e confezionamento, i tempi di produzione possono essere ridotti al minimo, mentre i requisiti legali di precisione possono essere monitorati e documentati allo stesso tempo.

Le catene di misura intelligenti forniscono informazioni sulle condizioni delle singole macchine e consentono di prevedere l’usura del materiale imminente e critica. È possibile ordinare in anticipo i componenti necessari e pianificare finestre di manutenzione per i lavori da eseguire evitando lunghi tempi di fermo macchina.

Negli ambienti produttivi odierni, le applicazioni PLC sono sostituite sempre più da software o applicazioni basate su cloud. Proprio come l’Internet delle cose è trainato da piattaforme come Amazon, eBay, Facebook, Google, Instagram, LinkedIn, Spotify, Twitter o WhatsApp, la tendenza verso le piattaforme ha preso piede anche nell’Internet delle cose industriale, IIoT.

Controllo vocale, integrazione con programmi email, app e altri esempi di soluzioni autonome innovative

Questa nuova apertura porta a soluzioni innovative e semplici, come il controllo vocale e tramite chat o l’integrazione in programmi email. Con la piattaforma IIoT aperta, i controllori vocali e via chat, come Alexa o Cortana, possono fornire su richiesta informazioni in merito allo stato delle macchine produttive. Il sistema Windows che fornisce informazioni può anche essere integrato in Outlook e in altri programmi email per visualizzare lo stato della produzione o accedere direttamente ai report. È anche possibile inviare notifiche di allarme basate su valori limite di memoria o in caso di errori e guasti. Allo stesso modo è possibile ricevere messaggi push in tempo reale attraverso l'app aziendale in merito a eventi importanti, come la presenza di parti difettose o fermi macchina.

Uso di hardware intelligente – Edge computing

Un aspetto fondamentale delle moderne apparecchiature di test e misura, l’Industria 4.0 e la Smart Factory è che i componenti di misura, come il sensore o l’amplificatore di misura, hanno un’intelligenza intrinseca. Questi componenti possono già pre-elaborare i dati.

Sebbene le espressioni Industria 4.0 e IIoT sono solitamente associate alle soluzioni cloud, non va trascurato l’aspetto dell’hardware. Le soluzioni moderne puntano sulla facilità d’uso. Ad esempio, con i dispositivi moderni, creare mansioni non richiede più approfondite conoscenze di programmazione, ma può essere eseguito in modo semplice. Questo cambiamento si può paragonare a quello subito dai telefoni cellulari: da oggetti che all’inizio avevano una funzione puramente utilitaria ai versatili tuttofare con funzionamento intuitivo che conosciamo oggi. C’è anche un’altra trasformazione in corso, dalla programmazione delle mansioni alla mera parametrizzazione. Ne sono un esempio i canali di calcolo interni (“Edge Computing”) degli amplificatori di misura smart ClipX, DSE-HIE, PMX e WTX di HBK. Hanno una vasta gamma di funzioni pre-implementate che vanno soltanto configurate dall’utente. In questo modo si riducono i tempi necessari e le possibili fonti d'errore durante l’implementazione.

Elaborazione dati che corrisponde all’applicazione

Il principio di base è: di norma, i dati dovrebbero essere elaborati laddove è più logico. I dati storici e i dati che richiedono soltanto un’analisi a lungo termine di un sistema, che richiedono spazio di archiviazione e potenza di calcolo, dovrebbero essere destinati a una soluzione cloud.

Tuttavia, nonostante tutti i vantaggi, il cloud non è una soluzione valida per tutte le applicazioni. In particolare, i dati urgenti, che si affidano a una latenza di sistema molto bassa, dovrebbero essere elaborati localmente per garantire una rapida risposta, come l’avviamento di un arresto macchina. Le soluzioni di questo tipo dono chiamate “edge computing” e sono chiaramente in contrasto con il cloud computing.

Garantire l’interoperabilità attraverso protocolli adatti

Usare un protocollo adatto è fondamentale per creare sistemi efficienti facili da espandere in futuro. Le soluzioni da un fabbricante con un protocollo di proprietà o non largamente usato possono essere inizialmente più economiche, ma non saranno convenienti sul lungo termine. Per questo scopo, la OPC Foundation ha sviluppato uno standard indipendente da piattaforma per lo scambio di dati OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture), che garantisce lo scambio di dati per la comunicazione industriale, l’indipendenza del fabbricante, il linguaggio di programmazione del dispositivo e il sistema operativo. Questo protocollo consente anche lo scambio in una forma semantica leggibile dalla macchina.

I gruppi di lavoro nella OPC Foundation definiscono anche speciali profili per applicazioni nel settore manifatturiero e della lavorazione. Ad esempio, è stato sviluppato un profilo per le applicazioni di pesatura che riflette gli speciali requisiti e i metodi di lavoro, oltre alle specifiche di legge. Pertanto, il software agisce come un sistema modulare, integrabile in modo ottimale nell’applicazione generale e che consente un enorme risparmio di tempo.

Gli strati utente basati su livelli e l’autenticazione all'accesso, uniti al meccanismo di crittografia forniscono un elevato livello di sicurezza per proteggere i dati trasmessi. Questo protocollo offre un modello client-server basato su TCP o HTTPS e un modello publisher-subscriber per diverse aree di applicazione che utilizzano UDP, AMQP or MQTT. Pertanto, i fabbricanti devono solo garantire la fornitura sicura di dati inviati dal dispositivo.

Le interfacce aperte consentono una soluzione generale, API e driver

Un’altra tendenza nell’IoT è data dall’iniziativa Open API negli Stati Uniti, volta a promuovere il libero scambio di dati tra applicazioni di diversi fabbricanti, usando interfacce di programmazione open user (API – Application Programming Interfaces).

Gli amplificatori di misura industriali di HBK offrono una directory di oggetti implementata nel dispositivo. Sulla base di un tasto o una lista di comandi, tutti gli oggetti del dispositivo possono essere letti o modificati, ad esempio, tramite un collegamento con socket TCP/IP o tramite comunicazione fieldbus. Questo sistema offre una base solida per la parametrizzazione e un controllo remoto completo del dispositivo senza usare il web server integrato.

API dispositivo per l’integrazione con C/C++ e C#

Sulla base di una directory di oggetti, per consentire l’integrazione in applicazioni software più piccole o specifiche per cliente, è stato sviluppato un API in forma di file .dll per l’amplificatore di misura ClipX in modo da consentire l’integrazione facile dell'amplificatore nei nuovi ambienti, come le applicazioni C, C++ e C# con un solido framework di funzioni. È disponibile gratuitamente dal sito HBK per Windows, in forma di file .dll e Linux, in una versione appositamente preparata in forma di file .so. Dato che il file .dll/.so è stato sviluppato con linguaggio di programmazione C++, l’integrazione in un progetto C richiede l’uso dell’interfaccia C, che è inclusa. Pertanto, anche nei programmi scritti autonomamente, i dispositivi sono accessibili senza sforzi e controllati secondo necessità. Tutti i parametri del dispositivo possono essere letti o modificati.

Esempio di applicazione: celle di carico nel controllo di qualità basato sul web

Come è possibile collegare macchinari eterogenei nel modo più semplice possibile alle nuove piattaforme IIoT? Si tratta di una domanda fondamentale per i gestori degli impianti, pertanto, i fornitori di piattaforme devono essere in grado di offrire soluzioni semplici. Ad esempio, collegare le macchine pilota non deve richiedere più di tre giorni, compreso il collegamento in rete con il livello di pianificazione (ERP) tramite adattatore. Per convertire i big data dalle macchine in dati smart utilizzabili in tempo reale, è necessaria un’elaborazione dati ad alte prestazioni tramite edge o cloud computing. Lo scopo è creare immagini digitali speculari su tutti i computer necessari in fabbrica, per consentire ai responsabili della produzione e agli operai di analizzare e ottimizzare le condizioni di funzionamento.

Anche HBK sta automatizzando sempre più le fasi di lavoro nella produzione in-house. Un esempio della trasformazione intelligente del lavoro manuale è il controllo di qualità, dove è necessario garantire la temperatura corretta in speciali fornaci per le celle di carico ad anello torsionale (RTN).

Prima dell'automazione è stata registrata la curva di temperatura con un registratore a linea continua analogico e successivamente adeguata rispetto al valore di riferimento da parte di un dipendente, attraverso l’uso di un template. Per automatizzare questa fase evitando errori umani nell'adeguamento, le fornaci sono state dotate di cinque sensori di temperatura Pt100, ognuno collegato a un ClipX. Tutti gli amplificatori ClipX sono interconnessi tramite il bus interno ClipX, che garantisce il sincronismo del segnale.

A scopo di valutazione, i dati sono inviati al Bosch Nexeed Production Performance Manager (PPM) con il protocollo REST e confrontati con una curva target. In caso di deviazioni che superano un delta impostato, scatta un segnale di allarme ed è possibile correggere istantaneamente un potenziale errore.

Conclusion – Generate added value from data

 

Se usato correttamente l’IIoT aiuta le aziende a ottimizzare al meglio i propri dati. Per farlo, hanno bisogno di un’infrastruttura collegata in rete, una gestione dati efficiente e applicazioni cloud di supporto. L’influenza delle applicazioni software nell’industria dell’automazione sta aumentando. L’automazione aperta e le interfacce aperte portano una grande libertà: Su richiesta, i programmatori possono integrare sia i sistemi IT preesistenti che i sistemi come le applicazioni per la gestione dei dati degli utensili, la qualità o la manutenzione predittiva.

Le società con queste interfacce aperte integrate diventano (nuovamente) costruttrici indipendenti della propria architettura IT. Tutti i componenti diventano obsoleti per via del networking basato su software, controllo, analisi ed elaborazione dati. Questo richiede una compatibilità e interoperabilità dell’hardware usato con gli strumenti software. Queste implementazioni per l’Industria 4.0 rendono la produzione e la taratura più sicure e possono essere collegate in rete tramite intranet e internet tra aziende e in tutto il mondo.

HBK offre una vasta gamma di opzioni per collegare l’hardware a una varietà di applicazioni software molto note, direttamente con applicazioni supportate da DAQ o con interfacce aperte per l’integrazione individuale di una serie di applicazioni cloud. Si tratta di sensori, celle di carico ed elettronica di misura con interfacce aperte, per un’integrazione individuale in diverse applicazioni cloud. Gli amplificatori HBK sono compatibili con numerosi protocolli, pertanto sono facili da integrare nelle reti preesistenti e nelle applicazioni e reti nuove.

Contatti Prego, contattateci se desiderate conoscere cosa può offrirvi la HBM.