KIBERNETSKI FIZIČNI SISTEM
KIBERNETSKI FIZIČNI SISTEM
1 Industrija 4.0
Pojem industrija 4.0 je danes zelo aktualna. Lahko ji rečemo kar četrta industrijska revolucija. Nanaša se na avtomatizacijo proizvodnjih procesov s pomočjo štitih področj: kibernetsko-fizikalni sistem, internet stvari, računalništvo v oblaku in kognitivno računalništvo.
S pomočjo kibernetsko-fizikalnega sistema lahko oblikujemo virtualno kopijo realnega sveta, kjer lahko simuliramo delovanje procesa preden ga realiziramo.
Internet stvari nam omogoča povezovanje naprav in vsakodnevnih stvari. Nato lahko preko interneta, senzorjev in elektronike komunikacijo ter si izmenujejo podatke.
Računalništvo v oblaku nam nudi nujna računalništva sredstva za vodenje procesov preko interneta. Ta sredstva so komunikacija, podatkovne baze, shranjevanje podatkov ter vodenje financ.
Kognitivno računalništvo uporabljamo za obdelavo signalov na osnovi samoučenja, interakcijo med človekom in računalnikom ter rudarjenjem podatkov. S tem lahko tvorimo umetno inteligenco, ki jo lahko uporabljamo za optimizacijo ter vodenje proizvodnjih procesov.
Z dobro uporabo vseh štirih področij, nam Industrija 4.0 omogoča boljšo produktivnost in učinkovitost procesov, boljši nadzor in analitiko procesov ter dobro modularnost in možnost po integraciji novih sistemov v obstoječe procese. Na ekonomskem ravnu pa to lahko pomeni zmanjševanje stroškov ter višje prihodke.
Osrednja tema v Industriji 4.0 so t.i. pametne tovarne. Pametne tovarne izvajajo procese z avtomatiziranimi sistemi (roboti in CNC stroji). Ti sistemi med seboj komunicirajo preko storitev interneta stvari. Ker so pametne tovarne modularne, je integracija novih sistemov in optimizacij relativno enostavna. Pred integracijo novega sistema pa se izvede simulacija v kibernetsko-fizikalni virtualizaciji, kjer se sistem testira in dodela ter posledično se možnost napake v realni proizvodnji liniji zmanjša. Procesni sistemi v pametnih tovarnah vsebujejo senzorje, ki merjijo razna stanja komponent procesnih sistemov, s tem se lahko izvajajo vzdrževanja teh sistemov preden pride do zastoja proizvodnje linije.
Slika 1: Industrija 4.0
2 Virtualni dvojček
Kot že samo ime pove, gre pri virtualnem dvojčku za preslikavo realnega procesa v Digitalni Svet.
Cilj same izvedbe digitalnega oz. virtualnega dvojčka je čim bolj natančno in dovršeno priti do informacije, kako bo določen sklop avtomatiziranih elementov operiral v resničnosti. Na tak princip, lahko z minimalnimi stroški odpravimo napake in se izognemo nevšečnostim v tehniki. S sodobnimi računalniškimi programi (CIROS, TIA PORTAL, SOLIDWORKS, CAD…), lahko vnaprej načrtujemo programe, izrišemo komponente ter jih s posameznimi komunikacijskimi protokili predstavimo v virtualni obliki. Kompletno delovanje preverimo v t.i. simulaciji. S pomočjo digitalnega dvojčka učinkovito skrajšamo čas razvoja, poenostavimo in izboljšamo izdelavo, ter tudi lažji vpogled v delovanje in obnašanje izdelkov za inženirje.
Slika 2: Virtualni dvojček robotske roke
Digitalni dvojček sestavljajo digitalna definicija, operativni podatki in podatkovni modeli. Vse komponente, ki aktivno sodelujejo pri procesu so posredno oz. neposredno prek komunikacijskih sredstev povezane s krmilnikom – »glavo« naprave. Na tak princip se je v digitalnem področju začela uporabljati kratica IoT – angl. »Internet of Things« oz. Internet stvari, ki so povezane v internetno omrežje, kamor oddajajo oz. prejemajo informacije.
Virtualizacija stvari nasploh, se je uveljavila praktično povsod po svetu. Skoraj vsak računalniški program zmore posamezne elemente ali celoto sistema prikazati v tridimenzionalni obliki in jih med seboj povezati, da delujejo v simulacijski obliki. Ena izmed prednosti digitalizacije oziroma virtualizacije sistema, pred implementacijo v fizično obliko je zagotovo ta, da lahko brez dodatnih stroškov preverimo vse možne napake in jih ustrezno odpravimo. Zato imajo digitalni dvojčki sistemov vse večji pomen. Kot že samo ime pove, gre pri virtualnem dvojčku za preslikavo realnega procesa v Digitalni Svet.