En lo que respecta a las redes industriales actuales, muchas fábricas e instalaciones de control de procesos en todo el mundo se centran en la actualización a redes Ethernet administradas. Con la larga vida útil de los dispositivos industriales, hay muchos equipos antiguos que utilizan protocolos industriales heredados en servicio activo. De hecho, gran parte de nuestro negocio consiste en ayudar a las empresas a actualizarse a una infraestructura Ethernet industrial estructurada, confiable y fácil de mantener.
Incluso dada esta realidad, deberá alejarse de los desafíos actuales y mirar hacia la fábrica del futuro. ¿Cómo será la producción industrial dentro de 5-20 años? ¿Qué necesito entender sobre dónde las fábricas van a guiar mis decisiones hoy? ¿Cómo competirá mi fábrica con fábricas completamente nuevas que utilizan sistemas y conceptos de comunicación de última generación? ¿Dónde encaja el Internet industrial de las cosas?
Este blog es el primero de una serie de blogs acerca de la Fábrica Inteligente que tiene como objetivo asesorarlo acerca de hacia dónde se dirige la producción y la automatización de la fábrica. Se aplica no solo a la fabricación discreta, sino también a la automatización en las industrias de procesos, energía y transporte.
afortunadamente en Hirschmann, con sede en Alemania, «Industria 4.0» es parte de un gran proyecto de investigación financiado con fondos públicos.
Echemos un vistazo a lo que es la fábrica inteligente y lo que caracteriza a sus sistemas de comunicación.
Definiendo la fábrica inteligente
Los términos «Fábrica inteligente», «Fabricación inteligente» y «Fábrica del futuro» describen una visión de cómo se verá la producción industrial en el futuro.
En esta visión, Smart Factory será mucho más inteligente, flexible y dinámica.
Los procesos de fabricación se organizarán de manera diferente, con cadenas de producción completas -desde los proveedores hasta la logística y la gestión del ciclo de vida de un producto- estrechamente conectados a través de los límites corporativos.
Los pasos de producción individuales estarán conectados a la perfección. Los procesos incluirán:
fábrica y planificación de producción
desarrollo de productos
logística
planificación de recursos empresariales (ERP)
sistemas de ejecución de fabricación (MES)
tecnologías de control
sensores y actuadores individuales en el campo
En una fábrica inteligente, la maquinaria y el equipo tendrán la capacidad de mejorar los procesos a través de la auto-optimización y la toma de decisiones autónoma. Esto está en marcado contraste con la ejecución de operaciones de programas fijos, como es el caso hoy en día.
Rasgos clave de las futuras soluciones de redes industriales
Para hacer esto, la estructura futura de las fábricas será muy diferente: una combinación interconectada de tecnologías de producción inteligentes, con las más recientes tecnologías de información y comunicación de alto rendimiento.
Esto proporcionará ingeniería integrada digitalmente e integración horizontal en toda la cadena de valor, así como integración vertical y conectividad en todos los niveles de producción.
La tecnología de comunicación confiable y de alto rendimiento excederá lo que se usa actualmente. Esta tecnología permitirá:
Transferir grandes cantidades de datos en tiempo real y con el mínimo retraso
Conectar una gran cantidad de dispositivos individuales de manera confiable y con los más altos estándares de seguridad de datos
Utilizar cada vez más tecnologías inalámbricas, tanto dentro de la planta como para conectividad remota
Operar de una manera eficiente de energía
Suena maravilloso, ¿no? Puede parecer poco realista para usted en este momento, pero espero que una vez que rompamos la Fábrica inteligente con sus componentes de comunicación, pueda ver que es posible.
La estructura de los futuros sistemas de automatización industrial
Los sistemas de automatización industrial actuales consisten en varios niveles claramente separados típicamente representados como una pirámide con:
Actuadores y sensores de nivel de campo
Dispositivos de control de nivel de control, módulos de E / S y terminales de operador
Un nivel de gestión de procesos con computadoras para ingeniería, control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) y sistemas MES
Un nivel empresarial con procesos empresariales y sistemas ERP, generalmente ubicados en servidores en el centro de datos de TI
Cada uno de estos niveles está relativamente bien estructurado y los dispositivos individuales se pueden asignar claramente a uno de los niveles
Con Industria 4.0, la estructura del sistema cambia. El nivel de campo sigue siendo un nivel dedicado por separado, como lo es ahora, pero los dispositivos incorporados incorporarán más y más inteligencia. Como parte de los sistemas ciberfísicos, realizarán de forma autónoma muchos procesos. Los dispositivos de nivel de campo también aumentarán significativamente en números.
Todas las funciones ubicadas sobre el nivel de campo se moverán potencialmente a servidores de alto rendimiento ubicados en un clúster de servidores, centro de datos o en una «nube». Virtualización, la separación de funciones específicas y hardware de procesamiento, que ya es un estado de la el arte en el mundo de las TI se convertirá en un lugar común en la fábrica.
La ventaja de esta estructura es que reduce la variedad de dispositivos, lo que se traduce en una administración más fácil, una mejor utilización de los recursos y un claro ahorro de costos.
Este enfoque aún no se ha adoptado en la automatización debido a problemas relacionados con el rendimiento, el determinismo requerido, la confiabilidad y la falta de comunicación rápida y de baja latencia desde los servidores hasta el nivel de campo. No obstante, estos problemas se abordarán en los sistemas nuevos y futuros.
Ejemplos de sistemas ciberfísicos
Dado que Industry 4.0 se construirá con sistemas ciberfísicos, tomemos un momento para considerar cuáles son.
Un sitio web los describe como:
«… .. integraciones de computación, redes y procesos físicos. Las computadoras y redes integradas monitorean y controlan los procesos físicos, con ciclos de retroalimentación donde los procesos físicos afectan los cálculos y viceversa «.
Un ejemplo de tal sistema hoy es el proyecto CarTel en el MIT, donde una flota de taxis recolecta información de tráfico en tiempo real en el área de Boston. Esta información se combina con datos históricos para calcular las rutas más rápidas para momentos particulares del día.
Otro ejemplo con el que puede estar familiarizado es Smart Grid. Una definición de esto, basada en el trabajo del Departamento de Energía de EE. UU., Es:
«Una red eléctrica modernizada que usa tecnología de la información y las comunicaciones para recopilar y actuar sobre la información de manera automatizada … para mejorar la eficiencia, confiabilidad, economía y sostenibilidad de la producción y distribución de electricidad».
Finalmente, un ejemplo para una fábrica es cambiar los sistemas para que el consumo de energía en una línea de ensamblaje de un vehículo se reduzca cuando la línea no está funcionando. Hoy en día, muchas líneas de producción continúan funcionando durante los descansos y los fines de semana. Tenga en cuenta la tecnología de soldadura láser que se mantiene encendida los fines de semana para que pueda reanudarse rápidamente el lunes. Esta práctica consume hasta el 12 por ciento del consumo total de energía de la línea de ensamblaje.
Con la Industria 4.0 y los sistemas ciberfísicos, los robots pasarán al modo de espera de forma rutinaria durante cortos descansos de producción y se apagarán durante los descansos más largos. Los motores con control de velocidad que reducen la energía requerida para operar máquinas serán generalizados. Dichos cambios reducirán significativamente el consumo de energía y se tomarán en cuenta como parte de las prácticas de diseño de Smart Factory
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