Industry 4.0 a RFID se stávají realitou

Jaroslav Hrstka

P3163482SoučástÍ doprovodného programu veletrhu elektrotechniky a elektroniky AMPER 2016 v Brně  byl další ročník konference Industry 4.0 a RFID Future, kterou uspořádalo Nakladatelství Sdělovací technika ve spolupráci s Českou podnikatelskou radou pro udržitelný rozvoj (czech bcsd) a Elektrotechnickou asociací České republiky (ElA). Tradiční konference mapuje strategické vize v oblasti automatizace, optimalizace a komplexního řízení průmyslových, výrobních a ekonomických procesů v reálném čase. Odborným garantem a moderátorem konference byl prof. Ing. Petr Vavřín, DrSc. z Ústavu automatizace a měřicí techniky FEKT VUT v Brně, emeritní rektor této technické univerzity.

Koncept Industry 4.0, který je založen na metodách strojového vnímání, autokonfigurace a autodiagnostiky a počítačového propojením strojů a dílů, se postupně začíná uplatňovat ve výrobě elektroniky, stejně jako ve všech ostatních průmyslových odvětvích. Propojení průmyslové výroby a logistiky v rámci průmyslového Internetu věcí mění od základu podmínky pro výrobu. Transformace na prosíťovaný, komunikačně propojený výrobní závod znamená, že výrobní zařízení a hodnotové řetězce budou v budoucnosti vzájemně digitálně propojeny. To nabízí mnoho výhod, ale také to před výrobce staví řadu výzev, jako např. kybernetická bezpečnost, efektivní komunikace, zajištění interoperability či standardizace. Nedílnou součástí problematiky spojené s budoucími smart továrnami je také vzájemná komunikace strojů M2M i jejich komunikace s produkty a jejich součástmi prostřednictvím NFC a RFID.

Konferenci zahájil šéfredaktor časopisu Sdělovací techniky RNDr. Petr Beneš a vedoucí pracovní slupiny Smart Life České podnikatelské rady pro udržitelný rozvoj, který všechny účastníky srdečně přivítal a v úvodní prezentaci zařadil Industry 4.0 do kontextu širší vize nového životního stylu Smart Life zahrnujícího vzájemně propojené oblasti pyšnící se stejným přívlastkem – Smart Technologie, Smart TV, Smart Health IT, Smart Home, Smart Building, Smart Grid, Smart Factory či Smart City. Následně všechny účastníky přivítalprof. Ing. Petr Vavřín, DrSc. z Ústavu automatizace a měřicí techniky FEKT VUT v Brně, který celou akci moderoval. Prof. Vavřín konstatoval, že nejdůležitější je sjednotit se na terminologii, protože se objevuje mnoho nových pojmů, a odkázal na Národní iniciativu Průmysl 4.0, kterou zpracoval kolektiv autorů pod vedením prof. Ing. Vladimíra Maříka, DrSc. (CIIRC ČVÚT) ve spolupráci s Ministerstvem průmyslu a obchodu.

Ing. Jiří Holoubek, předseda ElA ČR, následně informoval o obsahu Národní iniciativy Průmysl 4.0. Tento dokument seznamuje se samotným pojmem Průmysl 4.0 a dále se zabývá tématy, jako jsou např. technologické předpoklady a vize, požadavky na aplikovaný výzkum, standardizace, bezpečnost, dopady na trh práce, vzdělávací soustavu či regulatorní prostředí. Pokud chceme aplikovat Průmysl 4.0 do českého průmyslového prostředí, tak je třeba si uvědomit, že zasáhne do celého hodnotového řetězce, v rámci kterého průmyslová výroba probíhá. Potenciál v českých firmách pro Průmysl 4.0 rozhodně je, nicméně existují diametrální rozdíly v jejich postavení v hodnotovém řetězci a vazbách na digitální okolí. Digitální izolace jednotlivých subjektů je bohužel poměrně vysoká. Průmysl 4.0 by se měl nicméně stát hlavní firemní strategií, protože bude rozhodovat o konkurence schopnosti do budoucna.

Doc. Dr. Ing. Vladimír Kebo, reprezentující VŠB-TU Ostrava, zmínil význam systémů automatické identifikace a 4. průmyslové revoluce. V rámci Průmyslu 4.0 máme dva základní prvky: kyberneticko-fyzické systémy a inteligentní produkty, které se budou ve výrobní lince pohybovat. Je třeba chápat a definovat co jsou jednotlivé součásti, jaké mají role, jaké mají funkční vlastnosti a co musí splňovat proto, aby v těch systémech efektivně pracovaly. Je důležité, aby pracovaly v reálném času, což vyžaduje procesy autonomní výměny informací a autonomní chování. V těch procesech se potom pohybují inteligentní produkty, které musí být jednoznačně identifikovány a lokalizovány.

Ing. Tomáš Halva, jednatel společnosti Beckhoff, prezentoval aplikace principů Industry 4.0 na několika konkrétních příkladech z praxe. Zmiňme tři z nich. Slovenský systémový integrátor, kde byl velký tlak na rychlost vývoje, a který se potýkal s nedostatkem PC a PLC programátorů, využil řešení IPC Beckhoff zahrnující PLC TwinCAT a PC Visual Studio. To mu umožnilo vytvoření univerzálního frameworku pro zákazníky z různých oborů, výrazné zkrácení doby vývoje, vyřešení nedostatku PC programátorů, možnost řízení zdrojového kódu (Git nebo Team Foundation Server) a objektový přístup, tj. možnost generování nových komponent beze strachu z nekonzistence a chybovosti. Výrobce balicích strojů Velteko vyžadoval zajištění traceability a zjednodušení dostupného servisu. Díky zavedení panelového PC Beckhoff je nyní možné sledovat: kolik kg arašídů zabalil stroj za směnu, jaký operátor balil který sáček, jaké úkony při tom prováděl, jaké byly prostoje apod. a je zajištěn kompletní a komfortní servis stroje na dálku. Český systémový integrátor ELCOM, a.s. požadoval rychlý vývoj velmi složité aplikace, možnost volného rozšíření linky o nové stanice, okamžitá reakce na změnu výroby. Řešení Beckhoff nyní umožňuje např., že nejsou nutné dvě hardwarové platformy (PLC a PC), vše je v jednom IPC; zvýšila se spolehlivost linky; tok dat lze realizovat napříč celou linkou pomocí ADS (Ethernet), úsporu kabeláže 20–30 % a kapacit programátoru 30–40 %; reparametrizaci celé linky s minimálními časovými prostoji; vzdálený přistup ke všem prvkům za účelem diagnostiky a servisu či efektivnější odlaďování celé linky.

Ing. Jakub Unucka, výkonný ředitel společnosti Gaben, představil Průmysl 4.0 trochu jinak, konkrétně využití RFID při svozu, třídění a ukládání odpadů na Mikulovsku, které pokrývá 20 000 občanů a asi 600 firem. Základními požadavky bylo fyzické i účetní odlišení nádoby na bioodpad od směsného a nezbytnost jednoznačných dat pro fakturaci, což zahrnovalo platby za předání odpadu, uskutečněné služby klientům s paušální platbou (občané), uskutečněné služby klientům s platbou za odvoz (firmy), průběžnou evidenci o produkci a nakládání s odpady a samozřejmě zachováním produktivity pracovníků a vyloučení lidských zásahů. Koncepce řešení tedy zahrnovala možnost automatického snímání skutečného výsypu, odstranění vlivu obsluhy a okamžitou reakci na chybějící nebo poškozený RFID tag. Výsledkem zavedení RFID identifikace byl meziroční pokles směsného komunálního odpadu o 37 %, pouze 47 % nevyužitelného odpadu, průběžné automatické hlášení odpadů dle zákona, jednoznačná a průkazná fakturace nepaušálním plátcům a také nezanedbatelné úspory (v řádu statisíců Kč za dva kvartály).

Ing. Roman Krusberský, jednatel společnosti SCADA Servis, se zabýval optimalizací a monitorováním výroby v průmyslových podnicích a představil software pro řízení efektivity výroby IMPROVE iT! (viz rovněž rozhovor na str. ), který je důležitým nástrojem pro stavbu inteligentní integrované továrny. Jedná se o řešení pro výrobní podniky všech oborů, které zajišťuje přesnou online komunikaci s výrobním procesem a umožňuje efektivnější využití všech zdrojů ve výrobě. Systém poskytuje informace o výrobě v reálném čase a zkracuje manažerský cyklus řízení z týdnů na minuty. Management má on-line informace o rozpracovanosti jednotlivých výrobních zakázek, dodržování normovaných výrobních časů a kontroluje správnost výrobního postupu a materiálů. U strojů, kde je to možné, jsou do řídicího systému zaslány receptury nebo CNC programy k zakázce. Díky přesnému záznamu jednotlivých výrobních operací získáváte informace o historii (genealogii) zakázek včetně parametrů, při kterých byla operace provedena.

Ing. Jaroslav Smetana, obchodní ředitel společnosti Blue Panther, hovořil o kvalitě elektrické energii dodávané pro Průmysl 4.0. Všechna zařízení a stroje budoucích smart továren, aby mohly správně fungovat, potřebují kvalitní napájení elektrickou energií, tj. se stabilní frekvencí, napětím a průběhem. Zařízení musí rovněž splňovat různé parametry podle příslušných norem, protože samotné připojení do elektrické sítě ovlivňuje kvalitu dodávané elektrické energie. Monitorování a vyhodnocování kvality dodávané elektrické energie je nezbytné pro rychle zjišťování problémů a předcházení výpadkům a poklesům napětí, což může vést ke zkracování životnosti zařízení a růstu nákladů na údržbu nebo až k výpadkům výroby a velkým finančním ztrátám.

Milan Šimek, výkonný ředitel start-up firmy Sewio Networks, se zaměřil na moderní RFID systémy, které umožňují zlepšit logistické procesy. RFID je technologie, která nachází největší uplatnění právě v oblasti logistických a distribučních procesů, aby výrobce dokázal vysledovat svůj produkt ke svým koncovým zákazníkům i prodejcům. Když si jako příklad vezmeme skladiště, můžeme identifikovat tři obecné úkoly, které mají jeden společný činitel, a to příjem zboží, jeho uskladnění a jeho vyskladnění a dodání koncovému zákazníkovi. Tím společným činitelem je identifikace. Nejedná se ovšem pouze o identifikaci produktu, ale také identifikaci celého balení, manipulačních strojů a jejich lidské obsluhy, identifikací místa, kde se produkt nachází i všech dalších nástrojů, které se používají k manipulaci s produktem. Cílem je zrychlit celý logistický proces a zkrátiti dodací lhůty. Společnost Sewio vytváří bezdrátový lokalizační systém pro vnitřní prostory, tzv. systém RTLS (Real Time Location System), který dokáže uvnitř hal a budov lokalizovat, vozidla, majetek, drony i lidi s přesností na 30 cm. Systém RTLS dokáže díky znalosti pohybu vozíku a zaměstnanců redukovat náklady na provoz až o 30 %, v automobilovém průmyslu může např. monitorovat pohyb vozidel na výrobní lince. V důlním průmyslu pomáhá systém RTLS zachraňovat lidské životy pomocí detekce přítomnosti člověka v blízkosti nebezpečných důlních strojů.

Na závěr představil Ing. Bc. Lukáš Vojtěch, PhD (ČVUT) komunikační bezdrátové technologie LPWAN/LPN, které se využívají pro získávání dat ze senzorů a pro řízení aktuátory, a to nejen pro průmyslový Internet věcí. To zahrnuje např. technologie LoRaWAN, SIGFOX či IQRF, tj. řešení s nízkým příkonem na větší vzdálenosti určené pro průmyslové aplikace. Jak již bylo zmíněno, v rámci Internetu věcí existují aplikace, které potřebují reagovat v reálném času. Na druhé straně, ale také existují aplikace, které nevyžadují okamžitou reakci, jen je potřeba s určitou pravděpodobností zajistit, že dojde k obsloužení zařízení a že služba bude poskytnuta. To jsou aplikace jako odečet z vodoměrů, plynoměrů nebo elektroměrů nebo zapnutí nějakého systému na dálku. Technologie LPWAN jsou výhodné zejména proto, že obvykle využívají bezlicenční pásmo ISM (868 MHz), nicméně pokud je potřeba lze je adaptovat i do jiných kmitočtových pásem. Z dalších vlastnosti zmiňme překlenutelnou vzdálenost (až desítky km, závisí na konkrétní aplikace), dlouhou životnost baterie (až 10 let), přenosová rychlost (až stovky kb/s) či nízká cena čipsetů. V ČR v současné budují společností T-Mobile a Blue Cell Networks síť SIGFOX, která zatím pokrývá Prahu, Brno a Ostravu, ale do konce roku by měla pokrývat celé území ČR a společnosti České Radiokomunikace a RWE testují technologii LoRaWAN, která by měla být od dubna dostupná v krajských městech

Konference se zúčastnilo více než šet desítek odborníků, hlavním partnerem konference byla společnost Gaben, partnery pak společnosti Beckhoff, ELVAC, Sewio Networks, SCADA Servis a Blue Panter. Mediálními partnery byl časopis AUTOMA a pořadatel veletrhu AMPER, společnost Terinvest.