Industrija 4.0

Četvrta industrijska revolucija

Svaka je industrijska revolucija donijela nov izvor prednosti. Prva je donijela pogon, druga organizaciju rada i serijsku proizvodnju, treća upravljanje pomoću elektronike i računala. Četvrta ne donosi nov pogon nego nov materijal za odlučivanje: podatak. Stroj koji je u trećoj revoluciji naučio slijediti program, u četvrtoj uči i izvještavati o tome kako mu je dok ga izvodi.

Za održavanje je razlika presudna. U trećoj revoluciji zahvat se planirao prema kalendaru ili satima rada jer drugog podatka nije bilo. U četvrtoj se planira prema izmjerenom stanju, jer podatak postoji, teče neprekidno i dostupan je onima koji odlučuju. Ostalo je pitanje što se s njime radi.

Naziv Industrija 4.0 nastao je kao ime njemačkog nacionalnog programa i vrlo se brzo proširio izvan njega. Ispod imena stoji nekoliko načela koja se ponavljaju u svim izvedbama: umreženost svih sudionika, preglednost stanja u svakom trenutku, raščlamba koja iz podataka izvodi uzrok, te samostalnost sustava u odlukama niže razine, poput otvaranja naloga za zahvat bez čekanja na jutarnji sastanak.

Kibernetsko-fizički sustav

Temeljna građevna jedinica Industrije 4.0 naziva se kibernetsko-fizički sustav. To je sustav koji istodobno postoji u dva sloja. Donji, fizički sloj, jest sam stroj: motori, prijenosnici, alat, obradak i senzori na njima. Gornji, podatkovni sloj, jest računalni model tog stroja koji se hrani izmjerenim vrijednostima, računa iz njih stanje i vraća odluku.

Ta dva sloja nisu samo povezana, nego stalno usklađena. Fizički sloj mjeri i izvršava, podatkovni sloj pamti i zaključuje. Ćelija PO-1 u pogonu izvodi takt od 96 s, a u istom se trenutku u podatkovnom sloju zbraja broj ciklusa, prati efektivna vrijednost vibracija na osima 2 i 3 te temperatura reduktora. Kad vibracije prijeđu prag od 4,5 mm/s, odluka nastaje u podatkovnom sloju, a posljedicu snosi fizički.

Iz te slike slijedi i mjerilo za procjenu svakog rješenja pametnog održavanja: ako podatak samo dođe do zaslona i ondje se zaustavi, sustav nije kibernetsko-fizički nego samo nadzorni. Tek kad se odluka vrati u proces — kao nalog, kao promijenjena postavka ili kao zaustavljanje prije loma — krug je zatvoren.

Internet stvari i podaci kao proizvodni resurs

Internet stvari naziv je za uređaje koji imaju vlastiti senzor, vlastitu obradu i vlastitu mrežnu adresu, pa podatak šalju bez čovjeka između. Na ćeliji PO-1 to su akcelerometar na osima 2 i 3, otporni osjetnik PT100 na kućištu reduktora, mjerenje struje motora i brojač ciklusa u upravljačkoj jedinici robota. Svaki od njih ima svoj tok podataka i svoju učestalost.

Podatak u Industriji 4.0 ima svojstva proizvodnog resursa. Košta da se stvori jer traži osjetnik, kabel i mrežu. Košta da se čuva jer traži prostor i sigurnosnu kopiju. Zastarijeva jer podatak od prije tri godine vrijedi manje od jučerašnjega. I, za razliku od materijala, ne troši se uporabom — isti zapis vibracija može istodobno služiti održavanju, tehnologiji i kontroli kvalitete.

Zato se rano postavlja pitanje koliko se podataka uopće stvara i koliko se od toga doista mora pohraniti. Računski prikaz daje red veličine za ćeliju PO-1 i pokazuje zašto se sirovi signal vibracija u pravilu ne čuva cijeli, nego se iz njega izvlače značajke.

Od piramide prema mreži

Klasična se automatizacija crta kao piramida. Na dnu su senzori i pogoni, iznad njih upravljačke jedinice, pa nadzorni sustav, zatim MES koji vodi proizvodnju i na vrhu ERP koji vodi poslovanje. Podatak putuje razinu po razinu prema gore, a nalog razinu po razinu prema dolje. Svaki prijelaz znači pretvorbu zapisa, čekanje i mogućnost gubitka.

Industrija 4.0 tu piramidu ne ruši, ali je probija. Uz uspravni put ostaje i vodoravni: senzor na reduktoru može svoj podatak poslati izravno u sustav održavanja, a robot može izravno javiti transporteru da usporava. Takva izravna razmjena među uređajima zove se komunikacija stroj–stroj, kraticom M2M.

Dva sustava iz vrha piramide ostaju ključna i u mreži. MES vodi proizvodnju na razini pogona: zna koji nalog ide na kojem stroju, koliko je komada izrađeno i koliko je minuta stroj stajao. ERP vodi poslovanje: narudžbe, zalihe pričuvnih dijelova, radne naloge i troškove. Održavanje živi upravo na spoju to dvoje — iz MES-a dobiva zastoje i sate rada, u ERP šalje utrošene dijelove i sate rada održavatelja.

RFID i sljedivost

Da bi podatak nešto značio, mora biti pripisan točno određenom komadu, alatu ili sklopu. Tome služi sljedivost: mogućnost da se za svaki proizvod poslije rekonstruira na kojem je stroju, kojim alatom i pod kojim uvjetima nastao. Najčešće sredstvo za to je oznaka RFID — pločica s čipom i antenom koja svoj broj odaje čitaču bez dodira i bez vidljivosti.

Sljedivost ne traži nužno RFID. Isti se posao obavlja crtičnim kodom, dvodimenzionalnim kodom ili samo dosljednim upisivanjem serijskog broja u nalog. Razlika je u trudu: ono što traži ručni unos, prije ili poslije se prestane raditi, a ono što se čita samo, radi i u trećoj smjeni u petak navečer.

Kibernetička sigurnost, veliki podaci i oblak

Umreženost donosi i cijenu. Stroj koji je dostupan sustavu održavanja dostupan je, u načelu, i onome tko na njemu nema posla. Kibernetička sigurnost zato u pogonu nije informatička tema nego dio sigurnosti rada: preuzimanje upravljanja robotom nije krađa podatka nego opasnost za čovjeka u ćeliji.

• Odvajanje mreža — pogonska mreža odvojena je od uredske, a prolaz između njih ide kroz nadziranu točku.
• Načelo najmanje ovlasti — svaki uređaj i svaki korisnik smiju točno ono što im je za posao potrebno i ništa više.
• Zakrpe i inačice — upravljački program robota i računala u ćeliji vode se kao i svaki drugi dio opreme, sa zapisom inačice i planiranom obnovom.
• Sigurnosne kopije — programi, parametri i modeli spremaju se izvan stroja, jer je najbrži oporavak od napada i od kvara diska isti postupak.
• Zapis pristupa — zna se tko je i kada mijenjao postavku, što je jednako korisno pri istrazi napada i pri traženju uzroka kvara.

Druga posljedica umreženosti jest količina. Pojam veliki podaci opisuje zapise koji su prevelikih razmjera, prebrzi i previše različiti da bi se obrađivali običnom tablicom. Ćelija PO-1 sama po sebi nije veliki podatak, ali pogon s pedeset takvih ćelija jest. Tada se obrada seli u oblak — najam tuđe računalne snage i prostora, uz prednost neograničenog rasta i nedostatak ovisnosti o vezi i o dobavljaču.

Uobičajeno rješenje zato nije ni jedno ni drugo nego oboje: brza obrada i pragovi blizu stroja, dugotrajna pohrana i učenje modela u oblaku. Takav se raspored naziva rubnom obradom, a u održavanju ima jednostavno opravdanje — uzbuna koja stigne minutu prekasno jednako je korisna kao i ona koje nije bilo.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.