Ši frazė apima platų spektrą. Paprasčiausiai tariant, Pramonė 4.0 CNC staklės gali tiesiog paskelbti savo veikimo būseną (pjovimas, neveiklumas, signalizacija) gamybos skyriaus ataskaitų srityje. Sudėtingesnėje pusėje ta pati mašina yra uždarame cikle, kuriame MES planuoja savo darbus, ERP realiuoju laiku gauna produkcijos kiekius, nuspėjamosios priežiūros aktyvatoriai suaktyvinami pagal veleno srovės tendencijas, o kokybės duomenys iš gamybos proceso metu atliekamos patikros perduodami kitai programai. Abu galai atitinka 4.0-osios pramonės revoliucijos kriterijus; jie skiriasi branda, o ne pobūdžiu.
Tai, kas skiria „Industry 4.0“ CNC apdirbimą nuo atskiro CNC staklių, yra jungiamumas ir kontekstas. Tradicinis CNC staklės vykdo programą ir gamina detales. „Industry 4.0“ CNC staklės atlieka tą patį, tuo pačiu generuodamos nuolatinį duomenų srautą, kurį likusi gamyklos dalis gali naudoti darbui planuoti, gedimams numatyti, našumui matuoti ir kokybei gerinti.
Pramonės 4.0 architektūra: nuo jutiklio iki ERP
Dominuojanti „Industry 4.0“ CNC apdirbimo architektūra atitinka ISA-95 standartą, kuris apibrėžia 5 gamybos kontrolės hierarchinius lygius. Žemiau pateiktoje diagramoje parodyta, kaip duomenys teka aukštyn stekuose iš fizinių jutiklių į įmonės sistemas, o komandos ir tvarkaraščiai teka žemyn priešinga kryptimi.
4 LYGIO ERP / Verslo planavimas
Planavimas, inventorius, finansai
3 LYGIO MES / Gamybos operacijos
Gamybos stebėjimas, OEE, atsekamumas
2 LYGIO SCADA / Kraštinių skaičiavimų sistema
Duomenų agregavimas, vietinė analizė
1 LYGIO CNC valdiklis / PLC
Mašinos logika, judesio valdymas
0 LYGIO fizinis sluoksnis
Jutikliai, pavaros, pati mašina
Didžioji dalis „Industry 4.0“ transformacijos darbų atliekama 3 lygmenyje, kur yra gamybos vykdymo sistema (MES). MES yra sluoksnis, jungiantis gamybos grindų realybę su verslo planavimu. Jis renka informaciją apie mašinų būseną iš apačios, paverčia ERP darbo užsakymus vykdomais grafikais, realiuoju laiku apskaičiuoja OEE ir užtikrina proceso parametrų, tokių kaip patvirtintos programos versijos ir sertifikuoti įrankiai, taikymą.
Duomenys nuolat teka aukštyn stekuose: jutiklių rodmenys į valdiklį, mašinų būsena į periferines arba SCADA sistemas, apibendrinti gamybos duomenys į MES ir verslo lygio ataskaitos į ERP. Komandos teka žemyn: ERP išleidžia darbo užsakymus, MES juos suplanuoja mašinoms, valdikliai vykdo programas, o pavaros atlieka darbą. Abu srautai veikia vienu metu, todėl architektūra yra uždara, o ne tiesiog sujungta.
Trijų pakopų pramonės 4.0 brandos modelis
Dauguma dirbtuvių nepereina nuo tradicinio CNC prie visiško Pramonės 4.0 vienu žingsniu. Jos kyla brandos laiptais, kiekvienas lygis duoda išmatuojamą grąžą, kuri finansuoja kitą. Žemiau pateiktas 3 pakopų modelis apibūdina šį kelią.
1 PAKOPA: Prijungtas
Staklės praneša apie būseną centrinei sistemai. Dirbtuvės realiuoju laiku žino, kurios staklės pjauna, kurios neveikia, o kurios yra su signalizacija. OEE galima išmatuoti, o ne įvertinti. Vien šis lygis dažnai atskleidžia nemalonias tiesas: dirbtuvės, kurios manė, kad jų OEE siekia 72–76 procentus, dažnai sužino, kad tikrasis skaičius yra artimesnis 42 procentams, kai operatoriaus ataskaitas pakeičia skaitmeniniai duomenys. 1 pakopos investicijos yra nedidelės. Srovės jutiklis ant veleno variklio ir „Wi-Fi“ mikrovaldiklis gali būti surinkti už mažiau nei 200 $vienai staklei naudojant standartines dalis.
2 PAKOPA: Išmanus
Duomenys analizuojami ir į juos reaguojama. MES ataskaitų suvestinės parodo kliūtis. Nuspėjamoji priežiūra pažymi verpstes, kol jos nesugenda. CAM ir ERP integracija panaikina rankinį duomenų įvedimą tarp sistemų. Kokybės duomenys grįžta į apdirbimo parametrus. Pasaulinio lygio 85 procentų OEE tampa realiu tikslu. Šiam lygiui pasiekti reikia investuoti į MES programinę įrangą, jutiklių modernizavimą ten, kur reikia, ir ryšio infrastruktūrą, įskaitant OPC-UA arba MTConnect protokolus visame mašinų parke.
3 PAKOPA: Autonominis
Gamykla uždaro ciklą. Staklės pačios planuoja darbus pagal ERP paklausos prognozes. Dirbtinio intelekto valdomi koregavimai atliekami pjovimo metu be žmogaus įsikišimo. Gamyba be priežiūros naktį vyksta be personalo, o nuspėjamoji priežiūra padeda išvengti gedimų, kol jie nesukelia prastovų. Nedaug dirbtuvių pasiekė visą 3 pakopą, o dauguma jų yra aviacijos ir kosmoso, automobilių ar didelio masto elektronikos srityse. Kapitalo investicijos svyruoja nuo didelių iki didelių, priklausomai nuo gamyklos dydžio ir pradinės parko būklės.
Pagrindinės technologijos: daiktų internetas, MES, ERP ir periferiniai skaičiavimai
„Industry 4.0“ CNC steką sudaro 4 technologijų kategorijos. Kiekviena jų skirta konkrečiam architektūros sluoksniui, o jų sujungimo būdas lemia diegimo brandą.
Pramoninis daiktų internetas (IIoT). Jutiklių ir ryšio sluoksnis. Šiuolaikinės CNC staklės tiekiamos su integruotomis IIoT galimybėmis, tačiau dauguma esamų dirbtuvių naudoja mišrius įrenginių parkus, kuriuose vidutinė staklės yra maždaug 9 metų senumo. Pramonės tyrimai rodo, kad 47 procentai pramonės įmonių dar neįdiegė išmaniųjų prijungtų išteklių. Modifikavimo parinktys, tokios kaip veleno srovės jutikliai, vibracijos akselerometrai ir periferiniai šliuzai, perkelia senesnes mašinas į IIoT sluoksnį už daug mažesnę kainą nei jų pakeitimas.
Gamybos vykdymo sistema (MES). Operacijų lygmuo. MES tvarko gamybos stebėjimą, OEE stebėseną, planavimą, kokybės valdymą ir atsekamumą. Būtent čia generuojama didžiausia išmatuojama Pramonės 4.0 investicijų grąža, nes neapdorotus mašinų duomenis ji paverčia veiksmingais gamybos sprendimais. Įprastos MES platformos CNC aplinkose apima „Ignition“, „Siemens Opcenter“, „Plex“ ir SAP MII, o mažesnėms dirbtuvėms taip pat yra atvirojo kodo ir „lightw8“ debesijos parinktys.
ERP integracija. Verslo lygmuo. ERP integracija panaikina atotrūkį tarp to, ką daro gamybos padalinys, ir to, ką planuoja verslas. Kai ERP darbo užsakymai automatiškai patenka į MES, o gamybos rezultatai grįžta į ERP be rankinio įvedimo, planavimas tampa pritaikytas realybei. Pagrindiniai integracijos modeliai naudoja REST API, OPC-UA arba tiekėjo specifines jungtis tarp SAP, „Oracle“, „Microsoft Dynamics“ arba „NetSuite“ ir MES.
Perdangos kompiuterija. Vietinio intelekto sluoksnis. Perdangos įrenginiai yra tarp mašinų ir debesies, vykdydami analizę vietoje, kur delsa, pralaidumas ar kibernetinis saugumas neleidžia viskam tekėti į centrinę sistemą. Perdangos kompiuterija leidžia atlikti adaptyvų valdymą, nuspėjamąją priežiūrą ir kokybės patikrinimą realiuoju laiku gamybos ceche be vėlavimų keliaujant į tolimą duomenų centrą.
Investicijų grąža (ROI): Pramonės 4.0 investicijų grąžos matavimas
Investicijų grąžos (ROI) skaičiavimas, taikomas „Industry 4.0 CNC“ sistemoms, vienu metu apima kelias kategorijas. Kiekviena kategorija turi tipinius pramonės diapazonus: mažesnės dirbtuvės paprastai gauna grąžą, esančią apatinėje kiekvieno diapazono dalyje, o didesnės gamybos aplinkos – didesnę. Žemiau esančioje lentelėje apibendrintos numatomos grąžos kategorijos.
| IG kategorija | Tipiškas patobulinimas | Pelno šaltinis |
|---|---|---|
| OEE gerinimas | Kaina nuo 60% į 85% | Matomumas realiuoju laiku, grafiko laikymasis, sumažintos mikroprastovės |
| Neplanuotų prastovų sumažinimas | 30 į 50 proc | Nuspėjamoji priežiūra, pagrįsta jutiklių atpažinimu |
| Atliekų ir perdirbimo mažinimas | 20 į 50 proc | Kokybės stebėsena proceso metu, priverstinės programos versijos |
| Energijos suvartojimas | 10 į 30 proc | Prastovos laiko aptikimas, optimizuotas ciklo laikas, išmanusis budėjimo režimas |
| Darbo našumas | 15–25 procentų pelnas | Automatizuotas duomenų rinkimas, sumažintas rankinis darbas, efektyvesnis planavimas |
| Atsargų laikymo kaina | 10 į 20 proc | ERP integracija leidžia užtikrinti savalaikį medžiagų srautą |
| Kokybės kaina (COPQ) | Sumažinti nuo 15-20% pajamos | Patikrinimas proceso metu užkerta kelią defektų plitimui |
| Įprastas atsipirkimo laikotarpis | 12 į 24 mėnesius | Bendras aukščiau išvardytų kategorijų poveikis veiklos pelno maržai |
Didžiausias veiksnys, lemiantis daugumą investicijų grąžos skaičiavimų, yra bendros EE (OEE) šuolis. Dirbtuvės, veikiančios 60 procentų OEE, turi tokį patį techninės įrangos pajėgumą kaip ir dirbtuvės, veikiančios 85 procentų pajėgumu, o skirtumas yra informacijos ir procesų disciplina. Šio esamų mašinų atotrūkio užpildymas paprastai yra pigesnis ir greitesnis nei naujų mašinų pirkimas, todėl MES tiekėjai ir IIoT integratoriai „Industry 4.0“ apibrėžia kaip pajėgumų didinimo strategiją, o ne vien tik sąnaudų iniciatyvą.
Atvejo analizė: STYLECNC Pažangios skydinių baldų gamybos linija
STYLECNC gamina įmonių lygio CNC gamybos linijas, kurios baldų gamyboje įgyvendina „Industry 4.0“ principus. išmaniųjų plokščių baldų gamybos linija integruoja automatinį pakrovimą, išmaniąją įdėjimo CAM, ATC CNC frezavimą, gręžimą, briaunų juostavimą ir brūkšninių kodų pagrindu veikiantį ženklinimą į vieną sujungtą darbo eigą. Kiekviena į liniją patenkanti plokštė yra stebima atskirai kiekvienos operacijos metu, o jutiklių duomenys ir ciklų skaičius perduodami į centrinę stebėjimo sistemą.
Šios eilutės etaloninė architektūra STYLECNC ISA-95 hierarchijos 0–2 lygių įrenginiai, o kliento diegiamos MES ir ERP sistemos – 3 ir 4 lygiuose. Pilnai automatinė CNC frezavimo plokščių baldų gamybos linija konfigūracija yra dažniausiai pasitaikantis pradinis taškas, palaikantis visišką įdėjimo CAM, automatinį lakštų įkrovimą ir sinchronizuotą gręžimą bei kraštų juostavimą. išmanusis lizdinis CNC maršrutizatorius spintelių gamybai suteikia tokias pačias įdėjimo ir sekimo galimybes mažesnėms spintelių parduotuvėms.
Išmatuojami rezultatai, kuriuos siekiama pasiekti naudojant šią gamybos liniją, apima bendros gamybos efektyvumo (OEE) pagerėjimą, palyginti su tipiniais mišraus parko baziniais rodikliais, iki 75–85 procentų, neplanuotų prastovų sutrumpinimą 30–50 procentų, derinant tai su MES pagrįsta nuspėjamąja priežiūra, ir 20–50 procentų atliekų sumažinimą, taikant priverstinius įdėjimo išdėstymus ir brūkšniniais kodais patvirtintą medžiagų srautą. 5–15 procentų našumo padidėjimas pirmajame bandomajame ketvirtyje yra įprastas, kai dirbtuvės prie esamos linijos prideda prijungtą planavimą.
Be baldų, tie patys Pramonės 4.0 principai matomi ir... STYLECNC pramonės vertikalius sprendimus, įskaitant Lazerinio pjovimo ir suvirinimo sistemos ličio jonų akumuliatorių gamybai bei Pramoniniai pluošto lazerinio suvirinimo robotai automobilių gamybaiAbu diegimai naudoja tą patį jutiklių ir ERP duomenų srautą su konkrečiai vertikalei būdinga MES integracija, o tai rodo, kad „Industry 4.0“ yra ne vienas produktas, o sistemos architektūra, taikoma bet kokiai gamybos aplinkai, kurioje veikia parduotuvė.
Žodynėlis: Pramonės 4.0 CNC terminai
Naudokite šią nuorodą vertindami „Industry 4.0“ tiekėjus, planuodami architektūrą arba peržiūrėdami MES ir ERP dokumentaciją.
| Terminas | Apibrėžimas |
|---|---|
| Pramonė 4.0 | Ketvirtoji pramonės revoliucija, kurią apibrėžia daiktų internetas, kibernetinės-fizinės sistemos, dirbtinis intelektas ir susietoji gamyba. |
| ŠMM | Gamybos vykdymo sistema. Programinės įrangos sluoksnis tarp ERP ir gamybos valdymo sistemos, realiuoju laiku valdantis gamybą. |
| ERP | Įmonės išteklių planavimas. Verslo sistemos lygmuo, tvarkantis finansus, atsargas, planavimą ir užsakymų valdymą. |
| OEE | Bendras įrangos efektyvumas. Prieinamumo, našumo ir kokybės rodiklių produktas. Pasaulinio lygio tikslas yra 85 procentai. |
| IIoT | Pramoninis daiktų internetas. Jutiklių, valdiklių ir periferinių įrenginių tinklas, generuojantis gamybos aikštelės duomenis. |
| MTConnect | Atviras ryšio protokolas, specialiai sukurtas CNC staklių duomenų mainams. |
| OPC UA | Atviras pramoninių ryšių standartas, plačiai naudojamas duomenų srautui tarp mašinų ir sistemų. |
| ISA-95 | Tarptautinis standartas, apibrėžiantis verslo sistemų ir gamybos skyriaus integracijos hierarchiją. |
| Vieninga vardų erdvė (UNS) | Vieno šaltinio tiesos architektūra, kurioje visi gamykliniai duomenys teka per bendrą vardų erdvę. |
| Edge Computing | Vietinė analizė atliekama pačiame įrenginyje arba šalia jo, o ne tolimame debesyje ar duomenų centre. |
Dažnai užduodami klausimai
Ar verta investuoti į „Industry 4.0“ mažoms CNC dirbtuvėms?
Diskusijose „Praktiško mechaniko“ temoje „Pramonė 4.0 – ar kas nors prisijungia prie šios tendencijos?“ pateikiamos įvairios nuomonės. Sąžiningai vertinant, paprastas ryšys (1 pakopa) beveik visada atsiperka, nes kaina yra maža, o OEE matomumas yra iš karto naudingas. Visiškas MES diegimas (2 pakopa ir aukštesnis) yra prasmingesnis dirbtuvėms, kuriose veikia 10 ar daugiau mašinų, atliekami sudėtingi darbų deriniai arba gamybos darbai, kai maža OEE gauna junginį iš tūkstančių dalių.
Kiek kainuoja MES sistema CNC dirbtuvėms?
MES kainos labai skiriasi priklausomai nuo pajėgumų ir dirbtuvių dydžio. Atvirojo kodo platformas, tokias kaip „Ignition“, galima diegti už kelis tūkstančius JAV dolerių plius integravimo darbas. Vidutinės klasės komercinių sistemų, tokių kaip „Plex“, „Siemens Opcenter“ ar „Epicor“, kaina tipiškoms vidutinio dydžio dirbtuvėms svyruoja nuo 20 000 iki 100 000 JAV dolerių. Didelėse gamyklose diegiamos įmonės SAP MII arba „Oracle Manufacturing Cloud“ sistemos siekia milijonus dolerių. MVĮ gamybos inžinerijos apžvalgoje pažymima, kad paprastas namuose sukurtas ryšys, naudojant standartines dalis, gali būti surinktas už maždaug 150 JAV dolerių vienai mašinai, skirtai pagrindinei verpstės būsenos stebėsenai.
Ar galiu prijungti senesnes CNC stakles prie „Industry 4.0“ sistemos?
Taip. Pramonės analitikai pažymi, kad vidutinė CNC staklės JAV dirbtuvėse yra maždaug 9 metų senumo, todėl vyraujantis diegimo modelis yra modifikavimo jungiamumas, o ne naujų įrenginių keitimas. Įprasti modifikavimo metodai apima „MTConnect“ adapterius, srovės jutiklių mikrovaldiklius ant veleno, vibracijos akselerometrus ir periferinius šliuzus, kurie paverčia patentuotus valdiklių protokolus atvirais duomenų srautais. Dauguma senesnių staklių gali prisijungti prie „Industry 4.0“ tinklo nekeičiant valdiklių.
Koks yra tipiškas CNC dirbtuvių OEE?
Pasaulinio lygio OEE siekia 85 procentus, tačiau tipinis gamybos OEE siekia apie 60 procentų. Šis skirtumas dažniausiai nematomas, kol jo neišmatuoja skaitmeniniai stebėjimai. Vienas SME pavyzdys dokumentuoja cechą, kuris manė, kad 5 metus pasiekė 72–76 procentų OEE, tačiau faktiniai skaitmeniniai matavimai parodė 42 procentus. Neatitikimas atsirado dėl nepakankamai užregistruotų trumpų sustojimų, grafikų pakeitimų ir prastovų, kurių nebuvo pateikta popierinėse ataskaitose.
Kuo skiriasi MES ir ERP?
ERP tvarko verslo lygio funkcijas, tokias kaip finansai, atsargos, užsakymų valdymas ir aukšto lygio planavimas. MES tvarko gamybos lygio funkcijas, tokias kaip planavimas realiuoju laiku, mašinų stebėjimas, kokybės stebėjimas ir OEE matavimas. ERP atitinka ISA-95 4 lygį ir veikia valandų nuo dienos intervalais; MES atitinka 3 lygį ir veikia sekundžių nuo minučių intervalais. Abi sistemos yra integruotos, todėl ERP darbo užsakymai patenka į MES grafikus, o MES gamybos rezultatai grįžta į ERP sąskaitų faktūrų išrašymui ir atsargų atnaujinimui.
Kaip pradėti bandomąjį „Industry 4.0“ projektą savo CNC dirbtuvėse?
Pramonės šaltiniai iš SME, „Excellerant“ ir „Jitbase“ sutaria dėl panašaus modelio. Pradėkite nuo ryšio audito, kad patvirtintumėte, kurie įrenginiai jau gali skelbti duomenis, o kuriuos reikia modernizuoti. Pasirinkite vieną gamybos langelį arba vieną kritinę įrenginį bandomajam projektui. Prijunkite jį, 2–4 savaites matuokite pradinį OEE ir pirmajame bandomajame ketvirtyje siekite 5–15 procentų našumo padidėjimo. Dokumentuokite, kas veikia, tada plėskite. Gamykloms, kurios bando įdiegti visos gamyklos MES vienu etapu, paprastai kyla sunkumų; dirbtuvėms, kurios bandomąjį projektą atlieka pirmiausia, paprastai pavyksta.
Bottom Line
Ketvirtosios pramonės revoliucijos (Pramonės 4.0) CNC apdirbimo srityje svarbiausia ne naujų staklių pirkimas, o jau turimų staklių pavertimas prijungtos gamybos sistemos dalyviais. Šiandien beveik kiekviena cechas gali naudotis 1 pakopos ryšiu. 2 pakopos MES diegimas užtikrina didžiausią išmatuojamą investicijų grąžą ir yra natūralus vidutinės trukmės tikslas daugumai gamybos aplinkų. 3 pakopos autonomija yra ilgalaikė kryptis dirbtuvėms, kurių apimtis ir sudėtingumas pateisina investicijas.
STYLECNC Pramoninės gamybos linijos, įskaitant išmaniųjų plokščių baldų liniją, yra suprojektuotos kaip „Industry 4.0“ pritaikytos platformos su jutiklių aprėptimi, tinklo ryšiu ir valdiklių architektūra, kurios sklandžiai integruojasi su klientų diegiamomis MES ir ERP sistemomis. Susisiekite su STYLECNC komanda arba peržiūrėkite skydinių baldų gamybos sprendimai ir platesnė baldų gamybos linijų katalogas aptarti „Industry 4.0“ integraciją į jūsų „Nextion“ diegimą.
