Jedním z klíčových pojmů Industry 4.0 jsou tzv. Kyberfyzikální systémy. Stručně řečeno jde o to, že se již nebavíme o tom, zda stroj funguje či ne, to se předpokládá tak nějak samozřejmě. Základní myšlenkou kyberfyzikálních systémů je spolupráce samostatných řídicích (výpočetních) jednotek, které jsou schopny se autonomně rozhodovat, řídit svěřený technologický celek a zejména stát se samostatným a plnohodnotným členem komplexních výrobních celků.

V praxi si to můžeme představit např. jako několik spolupracujících výrobních hal, ve kterých je několik linek. Tyto linky nevyrábějí už jen předem určený typ výrobku, ale samy se přizpůsobují aktuální poptávce od zákazníků či stavu zásob na skladě. Automatický sklad sám dle potřeby vyšle objednávku dodavateli. Automatický systém údržby dostane okamžitě informaci o tom, že konkrétní součást konkrétního stroje vykazuje známky opotřebení a je tedy třeba provést konkrétní typ preventivní údržby. Tzv. Condition Monitoring je dnes velmi diskutované téma a mnohé výrobní závody se tímto způsobem snaží předejít drahým výpadkům ve výrobě způsobeným nepředvídanými odstávkami. Vše samozřejmě musí být propojeno s ERP systémem výrobního závodu a management má tedy perfektní přehled nejen o vyrobených množstvích, ale i o stavu technologie.

 

 

Je logické, že takto navržená výrobní technologie bude mít mnohem více požadavků na použité automatizační prvky a zejména pak na řídicí systém. Stroj bude vybaven mnohem větším množstvím senzorů, RFID čtečkami či kamerovými systémy. Každý stroj bude také generovat velké množství dat o výrobě i o svém vlastním stavu. Je tedy nutné zamyslet se nad vhodným průmyslovým standardem komunikace na všech procesních úrovních. 

Údržba podniku bude využívat tablety či smart hodinky, které pracovníka okamžitě upozorní na jakýkoliv problém a navrhnou možné řešení, včetně grafických instrukcí a seznamu nářadí a materiálu nutného pro provedení opravy.

 

Z předchozího textu je jasné, že moderní stroje musejí být vybaveny zcela odlišnou technologií, než jsme byli doposud zvyklí. Bude třeba používat otevřené platformy, které vývojářům dovolí použít jakoukoliv průmyslovou komunikační sběrnici. Klasické PLC programovací jazyky nebudou dostačovat a řídicí algoritmy se budou vyvíjet v moderních objektových jazycích jako je C++ či C#. Naprostou nezbytností budou vizualizační nástroje podporující standard HTML 5, čímž se vizualizace stanou multiplatformní a budou k nim mít přístup i prozatím méně používaní klienti, jako např. již zmíněné tablety. 

Pro Industry 4.0 je vhodný řídicí systém na platformě PC, jež má dostatečný výkon pro zpracování obrovského množství dat. Ve velkém měřítku se uplatní nové algoritmy z oblasti Big Data / Data Mining a obecně schopnost spolupráce s podnikovými SQL databázemi se stane standardním vybavením každého stroje. Za zmínku stojí též dnešní nejvýkonnější vícejádrové procesory, jež jsou vyvíjeny právě pro platformu PC. Lze předpokládat, že právě řídicí systémy, které podporují vícejádrové procesory, budou v budoucnu pro řízení výrobních linek klíčové.

 

Pokud jde o zmíněné komunikační sběrnice, neexistuje ve světě v tuto chvíli unifikovaný standard. Prozatím se zdá jako vhodná kombinace dvou standardů, a to protokol OPC-UA pro úroveň komunikace mezi stroji a směrem k ERP systémům a ke cloudovým službám. Na procesní úrovni se standardem stává sběrnice EtherCAT, která je extrémně rychlá a vhodná i pro real-time řízení (časy cyklů se v EtherCATu pohybují v desítkách mikrosekund pro tisíc distribuovaných I/O). EtherCAT je vhodný pro řízení velkého množství servopohonů (desítky i stovky servoos). EtherCAT v současnosti podporuje obrovské množství výrobců průmyslových komponent – EtherCAT Group je v současnosti největší asociací sdružující více než 4000 výrobců průmyslových zařízení z celého světa (www.ethercat.org).

 

Nedílnou součástí dnešní doby jsou aspekty kybernetické bezpečnosti. Není žádným tajemstvím, že mnohé řídicí systémy nejsou dostatečně zabezpečeny a je jen otázka času, kdy se takový systém stane objetí kybernetického útočníka. Vhodný řídicí systém budoucnosti má být proto vysoce zabezpečený proti těmto útokům. Zde opět vítězí standard OPC-UA, který je proti kybernetickým útokům zabezpečen.

Jako poslední, avšak možná nejdůležitější požadavek na moderní řídicí systémy, je třeba zmínit efektivní vývojový software. Pro programátora musí být vývoj průmyslových aplikací nejen přívětivý, ale musí mu poskytovat možnost integrovat všechny zmíněné komponenty, real-time řídicí algoritmy a poskytovat podporu objektově orientovaných jazyků.

 

Společnost Beckhoff se již přes 30 let zabývá real-time řídicími systémy na platformě průmyslových PC. Kromě výkonného hardware nabízí i velmi zajímavý a efektivní způsob programování pomocí vývojového software TwinCAT. Ve verzi 3 je tento nástroj zaintegrovaný do Microsoft Visual Studio, což programátorům umožní vyvíjet real-time aplikace v prostředí, jež je jim důvěrně známé a navíc mohou v jednom projektu kombinovat hned několik technik – např. použití běžných PLC jazyků pro řízení stroje a .NET aplikace pro zpracování obrazových dat z kamery či napojení na podnikový ERP systém. TwinCAT 3 nabízí možnost programování real-time aplikací v C++, integraci pohonů, bezpečnostních funkcí, vizualizaci a mnohé další funkce. Např. propojení Beckhoff PLC s aplikací naprogramovanou v .NET je otázka jen několika málo řádků kódu. TwinCAT 3 podporuje vícejádrové procesory a uživatel si může sám zvolit, jaké jádro bude zpracovávat danou část programu.

 

Zájemci o tuto technologii mohou navštívit Beckhoff Roadshow - živou ukázku možností vývojového nástroje TwinCAT 3, která proběhne v říjnu a listopadu na několika místech ČR a SR. Účastníci se dozvědí, jak jednoduše spojit řídicí systém s SQL databází nebo s jakoukoliv jinou Windows aplikací naprogramovanou např. v C#. Více informací najdete v článku „Beckhoff ukáže pokročilé techniky programování řídicích systémů“ 

Podrobnosti o technologiích i sortimentu společnosti Beckhoff najdete zde: www.beckhoff.com/cz