Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Platforma pro edgecomputing a průmyslový internet věcí
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Platforma pro edgecomputing a průmyslový internet věcí

Systém FIELD (FANUC Intelligent Edge Link and Drive) je platforma určená pro propojení provozních zařízení, která umožňuje rychlý a spolehlivý přístup k výrobním datům s cílem využít je k naplnění koncepce chytré, propojené výroby. Dovoluje realizovat edge computing, tedy shromažďovat a zpracovávat data přímo v provozu, nikoliv až v cloudu, a umožňuje tak činit rozhodnutí, která se týkají jednotlivých strojů a zařízení, mnohem rychleji než u cloudových aplikací. Přitom zůstává zachována možnost, nikoliv povinnost, předem zpracovaná data přenášet k centralizovanému zpracování v informačním systému podniku nebo v cloudu. Účelem je nejen monitorovat, ale i aktivně zasahovat do výrobního procesu ve smyslu regulační smyčky se zpětnou vazbou.

Systém FIELD vyvinula firma FANUC pro propojení robotů a výrobních strojů, například obráběcích strojů CNC. Původním záměrem bylo vyvinout systém, který umožní strojům přenášet data do cloudu, kde je budou využívat vhodné analytické aplikace, jako je například ZDT (Zero Downtime). Tato aplikace detekuje první příznaky poruchy a poskytuje možnost včas zasáhnout v rámci strategie prediktivní údržby.

Počátky vývoje systému FIELD

Za počátek vývoje systému FIELD lze pokládat rok 2015, kdy firma FANUC podepsala smlouvu o spolupráci s firmou PFN (Preferred Networks) o společném vývoji systémů pro strojové a hluboké učení s cílem zvýšit inteligenci robotů, obráběcích strojů a dalších výrobních zařízení. Byla to doba, kdy se hojně propagovaly myšlenky chytrých továren, v Evropě se prosazovala koncepce Průmyslu 4.0 a v Americe IoT – průmyslového internetu věcí. Koncepcím vznikajícím v té době bylo společné to, že počítaly s přenosem velkých objemů dat do cloudu, kde teprve měla být data zpracovávána a využívána k optimalizaci údržby, plánování výroby, snižování nákladů na energie a suroviny a řízení dodavatelských řetězců.


Systém FIELD je otevřená platforma pro průmyslový internet věcí vyvinutá firmou FANUC a jejími partnery. (Zdroj: FANUC)

Edge computing

Jenže se ukázalo, že zákazníci tím nejsou příliš nadšeni. Přestože se přesvědčili, že cloud je stejně bezpečný a spolehlivý, nebo dokonce bezpečnější a spolehlivější než jejich vlastní servery, vadilo jim to, že citlivá výrobní data musí být přenášena prostřednictvím veřejných sítí. To není dostatečně spolehlivé, bezpečné ani rychlé. Mnohá data by přitom do cloudu vůbec přenášena být nemusela, protože vznikají ve výrobě a výsledky jejich zpracování jsou opět ve výrobě využívány. Vznikla tak myšlenka „přenést inteligenci do strojů“, tedy realizovat příslušné výpočty a analýzy vhodnou výpočetní technikou přímo ve výrobním prostředí. Tento koncept se nazývá edge computing a znamená, že výpočty jsou realizovány „na hranici“ mezi provozní úrovní řízení a cloudem. Část výsledků může být přímo použita jako zpětná vazba pro řízení výroby, a to i v reálném čase, část slouží jako vstup pro informační systém podniku a část může být využita pro cloudové aplikace, například k řízení dodavatelských řetězců nebo řízení údržby, zvláště tehdy, je-li údržba zajišťována dodavatelem stroje nebo externí servisní organizací.

Systém FIELD byl od počátku vyvíjen jako platforma tzv. heavy edge, plně se spoléhající na edge computing. Firma PFN k vývoji přispěla svými znalostmi v oblasti umělé inteligence a strojového učení, ale nezůstala jediným partnerem. Na vývoji se dále podílela firma NTT Group, zabývající se komunikacemi a edge computingem, a k vývoji, který probíhal na základě unikátní koncepce otevřených inovací, výrazně přispěly také firmy Cisco a Rockwell Automation.

Otevřený systém versus unifikace

Systém FIELD představuje odpověď společnosti FANUC na koncept průmyslového internetu věcí a stručně řečeno umožňuje sbírat data z průmyslových zařízení, zpracovávat je a podle výsledků zpracování do zařízení zpět zasahovat. Takových systémů nazývaných edge je ale v současné době na trhu mnoho. Čím se od nich systém FIELD odlišuje? Především jde o otevřený systém, tzn. že k základní platformě je k dispozici tržiště s aplikacemi – FIELD system Store. Aplikace pro FIELD může vyvíjet bez omezení kdokoliv, kdo to dokáže.

U konkurenčních systémů bývá možné monitorovat jen zařízení od daných výrobců a používat pouze určené aplikace. Vzniká tak uzavřený ekosystém, z něhož zákazník nemá úniku. Má-li ve svém podniku všechny řídicí systémy od jednoho výrobce, má taková unifikace své výhody. Ostatně i FANUC nabízí MT-Linki, systém optimalizovaný pro připojení řídicích systémů robotů a CNC značky FANUC. K němu je sice možné připojit i systémy od jiných výrobců, ale optimalizovaný je právě pro produkty FANUC, a především – vyhodnocení stavu stroje, přehled o jeho výkonnosti a diagnostika jsou uskutečňovány v aplikaci vytvořené touto firmou.
Systém FIELD je naproti tomu otevřený. To znamená, že jakýkoliv výrobce k němu může nejen připojit své zařízení, ale také vyvinout svou aplikaci, která bude specializovaná pro určitou úlohu požadovanou zákazníkem.

Struktura systému FIELD

Základním prvkem systému FIELD je průmyslový počítač FIELD Box, a to buď ve variantě FIELD Base Pro pro systémy do třiceti připojených zařízení, nebo Cisco USCS C220 rack server pro rozsáhlejší systémy. Všechna data sesbíraná z provozu jsou uložena v databázi tohoto počítače a zde jsou i zpracovávána. Tento průmyslový počítač musí být připojený k internetu, ale jen proto, aby mohl z úložiště FIELD system Store stahovat potřebné aplikace a autorizovat je (prostřednictvím služby FIELD system Manager). Připojení ke cloudu není povinné – jestliže to zákazník nechce, nemusí do cloudu posílat vůbec žádná data. Ani připojení k internetu nemusí být nepřetržité: jakmile je aplikace stažena a ověřena její licence, FIELD Box připojení k internetu nepotřebuje až do dalšího ověření nebo aktualizace. Systém tedy není citlivý na kvalitu internetového připojení.

Mezi rozhraním připojeného zařízení a počítačem FIELD Box je třeba konvertor. Jde-li o zařízení FANUC, je to jednoduché, protože konvertory jsou k dispozici. Jde-li o zařízení se standardizovaným rozhraním, není to o nic těžší, protože k dispozici jsou konvertory pro obecné rozhraní OPC UA i rozhraní MTConnect určené speciálně pro systémy CNC. Ani u speciálních snímačů nebo řídicích systémů není problém neřešitelný, neboť výrobce zařízení si může vytvořit svůj vlastní konvertor. FANUC mu k tomu poskytne veškeré informace a sadu SDK (Software Development Kit).


Konfigurace systému FIELD. (Zdroj: FANUC)

Aplikace pro zpracování a analýzu dat

Pro zpracování dat je třeba do jednotky FIELD Box nainstalovat příslušné aplikace. Tyto aplikace mohou být nejen od firmy FANUC, ale i od partnerských firem.

ZDT – Zero Downtime

Firma FANUC nabízí aplikaci ZDT (Zero Downtime), která sleduje abnormality provozu a na jejich základě vydává upozornění na nutnost údržby. Omezuje tak neplánované odstávky zařízení. Požadavky na údržbu vznikající na základě predikce stavu jsou spravovány centralizovaně pro všechna připojená zařízení. Je-li vyžadována preventivní údržba, může být zároveň proveden i pravidelný servis, což umožňuje lépe plánovat odstávky i práci údržbářů a snižovat náklady. Aplikace ZDT je zvláště užitečná pro roboty a jiné složité mechanismy s nepravidelnou činností a proměnným zatížením.

PMA – Production Monitoring and Analysys

Jinou aplikací od firmy FANUC je PMA (Production Monitoring and Analysys) určená pro sledování výrobních procesů. To, že se v jedné databázi jednotky FIELD Box scházejí informace z různých zdrojů, umožňuje nejen včas upozorňovat na odchylky a neuspokojivé výsledky výrobních operací, ale také analýzou časového průběhu hledat jejich příčiny. „Odlehčenou“ verzí je PMA Monitor – aplikace, která poskytuje přehled o stavu připojených zařízení a v grafické podobě znázorňuje informace o jejich výkonnosti a alarmech.

Další aplikace od firmy FANUC

Další aplikací od firmy FANUC je Common Data Viewer pro základní jednoduchou vizualizaci výrobních dat. Daily Check je aplikace, která provází rutinou každodenní kontroly výrobních zařízení: kamerou tabletu nebo mobilního telefonu se oskenuje QR kód na zařízení a v aplikaci se zobrazí krok za krokem, co je třeba zkontrolovat. Současně se do aplikace ukládají výsledky kontrol. Je-li třeba, je možné formulář kontroly doplnit například fotografií aktuálního stavu. Další užitečnou aplikací je CNC Edit Log, která je určena k identifikaci uživatelů a záznamu změn v programech pro CNC. Zaznamenává se, co se změnilo, kdy a proč se to změnilo, kdo změnu udělal a kdo ji schválil. Cycle Time Estimation umožňuje pro daný obrobek porovnat doby cyklů na různých strojích a vybrat ten, kde bude daný díl vyráběn nejrychleji a nejefektivněji.

Aplikace od partnerských firem

Aplikace mohou vytvářet i partnerské firmy. Například na veletrhu EMO 2019 v Hannoveru byla představena aplikace Multilog On-line od firmy SKF pro sledování stavu vřeten obráběcích strojů. Stav vřetena sledují snímače vibrací připojené k jednotce Multilog IMx-8 od firmy SKF. Ta je připojena do jednotky FIELD Box, kde jsou data zpracovávána, a výsledky mohou být zobrazeny na terminálu údržby, ale také na mobilním zařízení údržbáře přímo na stroji. Jestliže si to zákazník přeje, data mohou být rovněž odeslána do cloudu firmy SKF, kde je provedena podrobnější analýza stavu vřetena a jeho ložisek.

Jiným příkladem aplikace od partnerské firmy je Igus Smart Plastics. Firma Igus vyrábí vlečné (energetické) řetězy pro kabely. U těchto řetězů je důležitým parametrem spolehlivosti jejich trvanlivost, která se neudává jako životnost v jednotkách času, ale v počtech ohybů řetězu. Podobně je počtem ohybů udávána i trvanlivost kabelů, které jsou v řetězech vedeny.

Firma Igus vytvořila systém pro registraci počtů pohybu a aplikaci pro výpočty potřebné pro prediktivní údržbu svých vlečných řetězů e-chain. V roce 2018 představila její cloudovou verzi a loni na veletrhu Hannover Messe i verzi off-line – modul icom.plus. Tento modul může komunikovat s PLC stroje, ale také s jednotkou FIELD Box. Aplikace pro výpočet potřeby následující údržby řetězu (nainstalovaná v jednotce FIELD Box) může pracovat samostatně, ale může též předávat své výsledky aplikaci FANUC ZDT, popřípadě do systému řízení údržby nebo ERP. To je další významná vlastnost systému FIELD: data jsou uložena v jednotné databázi a může je paralelně zpracovávat několik aplikací, které mohou – jako v tomto případě – dokonce komunikovat mezi sebou.
Aplikací v tržišti FIELD system Store je již k dispozici více – například pro prediktivní údržbu, využití virtuální a rozšířené reality, monitorování spotřeby elektřiny a stlačeného vzduchu nebo připojení souřadnicových měřicích strojů – a další přibývají.


Aplikace ZDT – Zero Downtime. (Zdroj: FANUC)

Využití v praxi

Systém FIELD vyzkoušela firma FANUC nejprve sama na sobě. Jedná se o japonskou firmu, která má v Japonsku i velkou část svých výrobních kapacit. Vyrábět automatizační techniku v zemi s tak drahou pracovní silou, jako je právě Japonsko, a přitom s ní úspěšně konkurovat i na rozvojových trzích znamená snižovat náklady a optimalizovat výrobní procesy, ale zároveň neslevit z požadavků na kvalitu.

V Japonsku, kde byl systém FIELD uveden na trh nejdříve, již kromě mateřské firmy FANUC systém úspěšně používají i další zákazníci. Systém byl na evropský trh oficiálně uveden na veletrhu EMO 2019 v Hannoveru, v Česku jen o pár týdnů později na MSV v Brně. Systém si nyní mohou vyzkoušet první čeští zákazníci a od dubna 2020 je již zařazen do běžného prodeje.

Pokud jde o cenovou politiku, hardware (tj. FIELD Box) se prodává stejně jako každý jiný průmyslový počítač. Konvertory jsou zdarma (v budoucnu tomu tak ale nemusí být u konvertorů vyvinutých na míru), za aplikace se platí roční licenční poplatek. Ve službě FIELD system Manager jsou uloženy údaje o zaplacených licencích a aplikace si tam při spuštění ověřuje jejich platnost. Jestliže licence vyprší, její data se z jednotky FIELD Box neztratí, jenom není možné aplikaci spustit. Na stejném místě jsou uloženy také údaje o aktualizacích licencí.

Obvykle se nepočítá s tím, že by si systém FIELD instaloval každý zákazník sám. Je totiž třeba zajistit integraci systému do podnikové sítě tak, aby vše spolehlivě fungovalo a nebylo oslabeno zabezpečení komunikace. Počítá se proto s vytvořením sítě certifikovaných partnerů, kteří mají zkušenosti s instalací a správou průmyslových komunikačních sítí a jejich zabezpečením.

Shrnutí

Systém FIELD je otevřený systém pro edge computing, který je vhodný k monitorování zařízení od různých výrobců, ale také k jejich přímému řízení. Nabídka systému FIELD je cílena především na strojírenskou výrobu – obráběcí a jiné výrobní stroje, roboty, manipulátory apod., ale systém lze využít i v jiných oborech. Jeho charakteristickým rysem a předností je otevřenost, jak z hlediska komunikace, tak z hlediska možnosti vývoje vlastních aplikací. FANUC tak má se systémem FIELD všechny předpoklady stát se v oboru průmyslového internetu věcí a edge computingu přední světovou firmou.

FANUC Czech

www.fanuc.eu/cz/cs/field-system

Další články

Průmysl 4.0
Informační technologie/E-business
Automatizace, regulace
Renovace a údržba

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: