Digitalizarea schimbă totul. De câte ori ați auzit asta? Este unul din cuvintele la modă de care suntem sătui, dar comparați cu viteza globală a modului în care Internetul a evoluat în acest timp. Peste jumătate din populaţia lumii utilizează acum Internetul. Din ce în ce mai mulţi dintre acești utilizatori cresc cu internetul. Acești nativi digitali sunt cei care iau decizii în viitor. Ne-am dat seama că este timpul să dezvoltăm un nativ digital pentru mașini-unelte CNC.
Pentru constructorii de mașini este esenţial să adopte un nou mod de a gândi. Noile afaceri nu se vor găsi doar în construirea și vânzarea celor mai bune mașini posibile. Banii reali se află în servicii digitale care aduc valoare adăugată pentru utilizatorii mașinilor. Se oferă tehnologia de a crea ușor și operarea cu replica digitală a mașinii-unelte. Acesta este cel mai precis model virtual al mașinii cu toţi parametrii relevanţi, ceea ce permite constructorilor de mașini să dezvolte aceste servicii digitale personalizate pentru beneficiarii lor.
O mașină-unealtă este foarte productivă atunci când produce așchii. Astfel, unele părţi ale operaţiilor (de exemplu prelucrarea unor noi piese, școlarizarea unui nou personal) pot fi transferate din secţie în birou. De asemenea, replica digitală este un adjuvant perfect:
- Rularea programelor CNC pentru noi sarcini de prelucrare poate fi efectuată offline, în timp ce mașina este în operare.
- Noul personal pentru operarea mașinii poate obţine instrucţiuni și pregătire fără a bloca mașina reală, utilizând replica digitală.
- Modificarea modului nostru de a gândi și felul cum facem afaceri înseamnă de a da posibilitatea expoziţiilor să vândă mașini în manieră digitală.
Suntem în interiorul unei schimbări digitale privind piaţa de mașini-unelte. Atunci când constructorul de mașini a creat o replică digitală a procesului tehnologic, sau întreaga mașină a fost deja dezvoltată și optimizată cu un astfel de model virtual, este ușor să se facă această replică digitală accesibilă utilizatorilor mașinilor-unelte. Aceasta înseamnă că producătorul mașinii devine, brusc, nu doar vânzător de mașini, adică hardware, ci și vânzător de software, care aduce valoare beneficiarilor, de exemplu prin instrumente de auto-optimizare digitală, instrumente de întreţinere predictivă pentru diminuarea și planificarea timpilor de oprire și sisteme de asistenţă inteligentă pentru securitatea și operarea mașinii. Trebuie să ne schimbăm modul de a gândi, să ne străduim să identificăm viitoare pieţe.
Cum va evolua construcţia mașinii în următorii ani și decenii? Ce tip de cerinţe noi doresc producătorii industriali, utilizatorii de mașini-unelte în viitor? Cum putem face faţă acestor cerinţe? De ce cerinţe tehnologice trebuie să fie capabilă viitoarea tehnologie CNC? Printre constructorii de mașini dorinţa de a continua cu rutine de optimizare prelungite și costisitoare este în declin. De asemenea, cerinţele utilizatorilor de mașini-unelte s-a schimbat. Presiunea în creștere pentru personalizarea bunurilor industriale și creșterea adaptabilităţii cererilor unei pieţe volatile și competiţia globalizată au modificat așteptările privind capabilităţile mașinilor și modul în care ele sunt operate.
Industry 4.0 sosește. Este ceva ce toţi știu, fără dubii, deoarece subiectul a fost dezbătut în exces. Industry 4.0 este un cuvânt actual pentru a descrie viitorul fabricaţiei. Probleme ca IoT, AI, învăţare automată și volume mari de date (big data) sunt toate utilizate pentru a mări și dezvolta domeniul prelucrărilor.
Ce înseamnă aceasta pentru domenii specifice de fabricaţie, în special pentru tehnlogia de prelucrare? În toate tipurile de fabricaţie, operaţiile de prelucrare sunt îndreptate spre o reţea mai raţionalizată, conectată și inteligentă a mașinilor, dispozitivelor și sistemelor. Procesele conectate fie înlocuiesc complet mașinile convenţionale, fie dispozitivele conectate vor fi sincronizate cu sisteme moștenite pentru a asigura accesibilitatea masivului flux de date.
Apoi, conţinutul digital va fi ingerat, procesat și analizat pentru a îmbunătăţi operaţiunile existente, sau să iniţieze altele complet noi. Va permite operatorilor umani să abordeze poziţia de a nu interveni, decât atunci când este necesar. Mașinile-unelte sunt o caracteristică semnificativă a acestui nou mediu. Industry 4.0 va modifica modul în care sunt aplicate în secţia sau fabrica de nivel mediu. În această sursă bibliografică se specifică faptul că prima metodă de a ajunge la Industry 4.0 este de a dezvolta operaţiile existente pentru a conduce la un mediu inteligent.
Se estimează că mașinile-unelte sunt influ-enţate de Industry 4.0 prin cinci modalităţi:
1. Întreţinere preventivă=funcţionare continuă
Tehnologiile de fabricaţie convenţionale și mașinile-unelte nu sunt disponibile întotdeauna. Opririle cresc costurile, incluzând producţia, mâna de lucru și costurile de întreţinere. Este evident că este important să se elimine oprirea și să se rezolve problemele cât mai curând posibil. Industry 4.0 introduce oportunităţi complet noi sub forma întreţinerii preventive. Având o sursă de date și caracteristici în timp real, echipele de întreţinere se pot pregăti mai bine pentru cazuri de funcţionare greșită sau erori. Probleme potenţiale pot fi detectate din timp și tratate înainte ca operaţiile normale să se desfășoare. Soluţiile bazate pe volume mari de date fac posibilă construirea unor modele predictive și a unor algoritmi care pot fi utilizaţi pentru a identifica puncte de potenţiale avarii, multe din ele putând fi invizibile cu ochiul liber. Toate acestea conduc la funcţionarea continuă a mașinilor și a echipamentelor, fără avarii, și la niveluri de eficienţă mai mari ca oricând.
2. Economii de energie şi operaţionale
Nu este un secret că mașinile-unelte și hardware-ul consumă multă putere. Există nevoie de putere, chiar atunci când sunt deconectate și în așteptare. Folosirea resurselor poate fi administrată mai bine cu ajutorul soluţiilor Industry 4.0. Datele achiziţionate – colectate prin senzori IoT și platforme - pot fi utilizate pentru mai buna informare a operaţiunilor. Sisteme de măsurare inteligente pot fi integrate pentru administrarea eficientă a energiei. Echipamentul poate fi automatizat sau alimentat corespunzător pentru a diminua impactul asupra mediului și resurselor.
3. Metrologie virtuală dezvoltată sau automată
Asigurarea calităţii este o problemă grea în domeniul fabricaţiei și are strânse legături cu echipamentul și mașinile folosite mai mult decât s-ar crede. Atunci când un dispozitiv funcţionează greșit, își pierde eficienţa sau bunurile realizate suferă în consecinţă. De aceea, producătorii au întotdeauna un proces de asigurare a calităţii instalat pentru a inspecta bunurile sau componentele privind defecte sau mici erori. Problema cu multe din aceste procese este că ele pot provoca întârzieri în producţie. Acestea nu sunt realizate cu regularitate, ceea ce conduce la multe produse care sunt avansate în proces fără a avea caracteristicile ideale (teoretice). Industry 4.0 și tehnologiile corespunzătoare vor transforma complet acest proces prin introducerea QA (asigurarea calităţii) în timp real prin ceva similar unui sistem de metrologie virtuală automată (AVM). Datele sunt colectate cu referire la condiţii, calitate și starea bunurilor și acestea sunt combinate cu informaţii legate de mașini și procese. Rezultă un profil mai complet al operaţiilor și introduce un element în timp real pentru inspectorii de QA. Vă puteţi imagina operaţii de producţie care continuă să avanseze chiar în timpul unor inspecţii majore QA, cu întreruperi mici sau inexistente și cu o reacţie aproape instantanee?
4. Interfeţe om-maşină mai bune
Îmbunătăţirea iteraţiilor curente ale mași- nii și echipamentului de fabricaţie nu se referă chiar la performanţe și la operaţii obișnuite. Sunt esenţiale standardele de comunicare aplicate interfeţelor om-mașină. Cei mai mulţi muncitori își desfășoară munca de zi cu zi împreună cu roboţi și mașini, numiţi de obicei coboţi. Viitorul atelier sau fabrică vor fi foarte eficiente dacă oamenii, mașinile și roboţii lucrează alături într-un mediu sigur, calm. Pentru aceasta, interfeţele înglobate cu capacitate umană trebuie să fie îmbunătăţite substanţial. Tehnicienii vor putea opera echipamentul de la distanţă și să comande din mers. Sistemele de raportare vor oferi alerte și informaţii în timp real operatorilor, indiferent unde se află.
5. Noi centre de prelucrare
Înainte ca Industry 4.0 să „decoleze”, trebuie să fie instalată infrastructura de fabricaţie. Orice dispozitiv conectat din secţie necesită o conectare sigură, activă la reţea, indiferent dacă este privat sau public. Instalaţiile de producţie și secţiile de prelucrare trebuie să fie reorganizate pentru introducerea noilor soluţii de conectare. Cum deplasaţi echipamentul și reutilaţi spaţiile, de exemplu pentru maximizarea puterii semnalului? Sunt necesare amplificatoare de semnal sau instrumente de reţea mai puternice pentru a fi instalate în vederea ajungerii în anumite zone ale instalaţiei? Ce echipament trebuie modernizat în întregime și ce poate fi îmbunătăţit prin sincronizarea IoT și a unor senzori de la terţi? Cu toate acestea în desfășurare, are sens să se ia în considerare eficienţa și productivitatea locaţiei. Ce alte îmbunătăţiri pot fi făcute pentru diminuarea consumului de energie sau de resurse? Sunt metode mai eficiente de repartizare a echipamentului? Poate fi productivitatea îmbunătăţită prin modificarea conceptului sau a amplasărilor? Industry 4.0 și adoptarea acesteia vor influenţa mult modul în care mașinile sunt distribuite în secţie sau în fabrică. Medii mai inteligente, mai conștiente, nu sunt conducte de visuri ci ceva posibil și mai important ca oricând. Senzorii vor fi utilizaţi pentru a monitoriza aceste informaţii și pentru a găsi moduri mai bune, mai inteligente de a structura o secţie sau fabrică.
Productivitatea optimă este calea de urmat
Multe dintre aceste soluţii au un beneficiu deosebit, în general, și acesta mărește productivitatea. Prima metodă de atingere a acestui deziderat este de a dezvolta mașinile-unelte existente pentru a conduce la un mediu inteligent. Acolo unde mașinile nu sunt modernizate în întregime, este posibilă introducerea senzorilor IoT și a unor dispozitive similare pentru achiziţia datelor necesare și a fluxurilor de măsurare. Nu se pune problema de fi mai informat – este la fel de important să se introducă echipamente de comandă mai inteligente. Echipamentul mai inteligent, conectat servește această idee oferind o funcţionalitate la distanţă și un sprijin prin interconectare .
Găsirea unei modalităţi securizate de schimb de date standardizate și de informaţii la toate nivelurile în lumea interconectată, de la senzori până la companii IT, este cea mai bună modalitate de a diminua costurile tehnologice și de creștere a securităţii. Referitor la schimbul de date, piaţa a optat pentru protocolul platformei OPC- UA ca un cadru standard pentru interoperativitate industrială. De ce? Și cum pot mașinile existente, fără OPC- UA care au fost deja livrate să fie conectate? Un forum care a fost organizat în acest sens oferă o privire generală a situaţiei curente și o foaie de parcurs a OPC-UA.
În perspectivă vor apare provocări și oportunităţi importante din tranziţia industriei de automotive - cel mai mare beneficiar al mașinilorunelte. Introducerea noilor tehnologii de acţionare va conduce la modificări în procesele individuale de prelucrare. Vor trebui găsite soluţii diferenţiate pentru satisfacerea nevoilor individuale ale automobilelor, vehiculelor comerciale, motocicletelor, avioanelor, motoarelor marine, diverselor mașini mobile și a e-bicicletelor. Dacă se pune problema atingerii ţintelor ambiţioase privind emisiile de CO?, este foarte important să se dubleze eforturile de cercetare pentru viitoare tehnologii de acţionare și să se asigure că soluţiile cele mai bune prevalează în fiecare caz.
S-a calculat că la nivelul anului 2030 vehiculele electrice vor reprezenta 19% din piaţă. Se vorbește despre diminuarea cu 64% a valorii adăugate în procesul de fabricaţie pentru acţionări pur electrice și de 24% creștere a valorii adăugate pentru vehicule hibride alimentate.
În acest scenariu, orice pierdere în producţie poate fi potenţial compensată prin noi cerinţe. Îmbunătăţiri ale randamentului motoarelor cu combustie care rămân și sistemele de transmisie cu suprafeţe optimizate, diminuarea emisiilor de zgomot, protecţia împotriva uzurii componentelor (mai intensă la vehiculele hibride din cauza comutării de la modul electric la cel cu combustie la viteze mari) pot solicita procese noi sau modificate. În plus, există necesitatea instalării unor facilităţi cu încărcare (realimentare a bateriilor) rapidă în întreaga naţiune. Sunt necesare sisteme de producţie complexe noi, pentru fabricarea componentelor cheie electrice cum sunt bateriile, motoarele de tracţiune și electronica de putere.
NOTE:
- Am considerat utilă prezentarea unor probleme fundamentale și pregătitoare necesare abordării Industry 4.0, pentru a putea beneficia orice structură productivă de avantajele acesteia și de a evita posibile capcane sau direcţii greșite. Participarea la concertul global al industriei și evitarea îndepărtării de nivelurile de vârf (tehnice, tehnologice, organizatorice și, nu în ultimul rând, al nivelului de trai, lupta pentru un Pământ mai curat etc.) impun aplecarea serioasă spre rezolvarea acestor noi cerinţe.
- Într-un viitor articol voi prezenta cercetări și realizări (la scară experimentală) a unor noi tehnologii de alimentare a automobilelor electrice.
