Exploatarea la maximum a posibilităţilor Industrie 4.0

T&T Plus

de Institutul Fraunhofer

Exploatarea la maximum a posibilităţilor Industrie 4.0

Cercetătorii de la cele trei institute Fraunhofer din Aachen lucrează împreună la Centrul de Înaltă Performanță Fraunhofer pentru Producția Interconectată, Adaptivă în scopul realizării conectivității complete a mașinilor și senzorilor pentru a evalua toate datele de producție înregistrate cu algoritmi inteligenți, în timp real, și a adapta procesele în mod flexibil. La expoziția Hannover Messe, între 23 și 27 aprilie 2018, vor demonstra care sunt posibilitățile de diagnostic și previziune pentru fabricarea celor mai dificile sau exigente produse în diferite sectoare.

Astăzi, procesarea individuală a componentelor sau optimizarea fabricării în timpul procesului de producție nu sunt, de obicei, fezabile sau sunt doar în parte, în cel mai bun caz. Însă acest lucru este exact ceea ce doresc să obțină cercetătorii de la cele trei institute Fraunhofer din Aachen. Ei dezvoltă un mediu de producție conectat în întregime, care să fie adecvat diferitelor sectoare industriale – de la biomedicină până la ingineria mecanică.

La Centrul de Înaltă Performanță Fraunhofer pentru Producția Interconectată, Adaptivă, se dorește exploatarea la maximum a posibilităților Industrie 4.0 pentru sarcinile de producție deosebit de dificile și se vor prezenta exemple în acest sens la Hannover Messe.

„Cu abordarea noastră, introducem digitalizarea și conectivitatea în mediul de fabricație real”, a spus Thomas Bergs, director executiv la Institutul Fraunhofer pentru Tehnologiile de Producție IPT din Aachen. „Echipăm sistemele de producție cu numeroși senzori care transmit continuu datele de măsurare de la mașini la baza de date centrală. În plus, datele sunt transmise wireless (fără fir, radio), prin intermediul rețelelor mobile din a 5-a generație (5G).”

Datele colectate sunt stocate într-un sistem cloud denumit Visual Fort Knox și apoi sunt procesate și analizate cu algoritmi și aplicații tehnologice special proiectate. Această analiză ajută la identificarea unor corelații noi și surprinzătoare, cum ar fi moduri de vibrații care indică faptul că o sculă de la o mașină de frezare este uzată. Când informațiile sunt retransmise la modulul de comandă a mașinii, cercul se închide: de exemplu, printr-un semnal care ne avertizează că scula trebuie înlocuită.

 Şase dispozitive pentru aplicaţii-pilot

Pentru a exemplifica diferitele posibilități de aplicare a digitaliză­rii și conectivității facilităților de producție, experții de la Institutul Fraunhofer pentru Tehnologiile de Producție IPT au făcut echipă cu colegii de la Institutul Fraunhofer pentru Tehnologia Laser ILT și cu cei de la Institutul Fraunhofer de Biologie Moleculară și Ecologie Aplicată IME pentru a construi șase dispozitive diferite pentru apli­cații-pilot, inclusiv pentru lanțurile de producție a palelor de turbină, pentru producerea medicamentelor din plante și pentru fabricarea modulelor de baterie folosite la mașinile electrice. La fabricarea com­ponentelor turbinelor pentru motoarele avioanelor, precizia și sigu­ranța au o importanță crucială. Astăzi, palele sunt prelucrate dintr-un bloc masiv de titan, cu ajutorul mașinilor-unelte. Acest lucru produce vibrații care au ca efect apariția unor imprecizii în timpul prelucrării. Pentru rezolvarea acestei probleme, au fost instalați în dispozitivul-pilot senzori care pot înregistra cu precizie vibrațiile de până la sutimi de milimetru și câteva milisecunde. Pe viitor, volumele imense de date colectate în timpul respectivei proceduri vor fi transmise prin inter­mediul rețelei 5G într-un sistem cloud securizat, mai sus menționatul Virtual Fort Knox. „Numai transmiterea datelor wireless prin rețele 5G creează condițiile necesare transmiterii semnalelor de comandă mașinii în timp real și prevenirii apariției vibrațiilor, prin reglarea rapidă a mașinii înainte de apariția acestora,” a explicat Bergs.

Geamănul digital stochează toate datele de producţie şi ale senzorilor

O caracteristică specială a noului Centru de Înaltă Performanță este că toate datele de pro­ducție și ale senzorilor sunt stocate individual, pentru fiecare produs - într-un „geamăn digi­tal”, care conține întregul istoric de producție. Dacă defecțiunea apare mai târziu, se poate derula înapoi în proces și se pot folosi datele pentru a indica cu precizie locul defecțiunii, în scopul optimizării procesului. În același mod, analiza datelor și trasarea istoricului produsu­lui sunt la fel de valoroase pentru extragerea ingredientelor active din plante ca și în cazul referitor la sarcinile de frezare. În condițiile controlate de la Fraunhofer IME, plantele sunt semănate, crescute, modificate biochimic, pen­tru a produce medicamente, și apoi sunt recol­tate. Ca ultimă etapă, ingredientele active sunt extrase și izolate.


 Analize cuprinzătoare ale volumelor mari de date

Deoarece diferite plante cresc în moduri diferite și furnizează canti­tăți diferite de ingrediente active, este foarte utilă urmărirea istoricului plantelor astfel încât condițiile de creștere și producția de ingrediente active să poată fi analizate cu precizie. „Putem stabili în ce condiții plantele sunt foarte productive și putem adapta continuu procesul, conform necesităților”, a spus Johannes Buyel de la Fraunhofer IME. „Efectuăm analize extinse ale volumelor mari de date, pentru a identi­fica și a monitoriza parametrii corecți care afectează producția ingredi­entelor active din plante.”

Forța Centrului de Înaltă Performanță din Aachen constă în capacitatea tehnologiilor de digitalizare și conectivitate de a fi utilizate în diferite domenii. La Fraunhofer ILT, de exem­plu, cercetătorii au aplicat conceptul la fabrica­rea modulelor de baterii. Aceste module sunt realizate dintr-o combinație de sute sau chiar de mii de celule individuale care trebuie sudate și conectate unele cu altele cu ajutorul laserului. Acesta este un proces laborios, care necesită niveluri ridicate de siguranță, deoarece dacă o singură sudură este compromisă în timpul func­ționării bateriei, atunci întreg modulul poate ceda. Pentru a rezolva această problemă, exper­ții de la Aachen au hotărât să folosească senzori la monitorizarea sudării. „Ca urmare, putem controla calitatea sudării cu laser în timp real sau o putem urmări în istoricul produsului”, a spus inginerul ILT Alexander Olowinsky. Însă asta nu este tot: datorită conectivității complete a sistemului și fluxului continuu de date, va fi posibilă în viitor fabricarea unor baterii mai flexibile. Olowinsky: „În prezent, fabricanții specifică, de obicei, spațiul de amplasare și tipul de celulă. În schimb, pentru fiecare aplicație, putem selecta tipul ideal de baterie cu datele ideale de performanță și dimensiunea corectă pentru a se potrivi perfect în vehicul”.

Cercetătorii vor prezenta diferitele con­cepte de producție interconectată, adaptivă la Hannover Messe (între 23 și 27 aprilie; hala 2, stand C22). Se vor evidenția o mași­nă de frezare care va demonstra aspecte ale digitalizării și conectivității, precum și siste­mele de senzori cu transmitere de date în rețea 5G. Reprezentanții din domeniu interesați de conectarea propriilor tehnologii la Centrul de Înaltă Performanță sau de dezvoltările ulterioare în direcția Industrie 4.0 sunt bineveniți. „Dorim să deschidem Centrul de Înaltă Performanță partenerilor industriali din diferite sectoare”, a spus Thomas Bergs. „La urma urmei, ceea ce-l face special este faptul că nu există limite referitoare la aplicațiile pentru producția inter­conectată, adaptivă.”

Scopul Centrului de Înaltă Performanță pentru Producția Interconectată, Adaptivă este obținerea unui mediu de fabricare complet digitalizat și