Решающие факторы для клиентов и поставщиков.

Индустрия 4.0 создает цифровую сеть продуктов и технологий для оптимирования цепочки изготовителей и потребителей. Центральным предметом актуальных разработок является компоненты индустрии 4.0, как сочетание управляющей оболочки и объекта. Управляющая оболочка представляет при этом объект, т.е., например, насос в цифровом мире как близнецы (двойника). Эта оболочка состоит из моделей, которые описывают различные аспекты и функции объектов в форме стандартных признаков. Вместе они образуют базу общего языка насосов.

В «Индустрии 4.0» разные пользователи и функции из различных подразделений компании должны иметь доступ к цифровому двойнику на каждой стадии процесса – в этом состоит цель оцифровывания, поэтому цифровой двойник помещается в облаке. Таким образом, информация о рабочем состоянии или архивные файлы в любое время доступны на мобильных устройствах посредством прямого подключения к прибору или через облачные сервисы. Кроме того, все данные защищены от несанкционированного доступа и потери. Соответственно, цифровой двойник в облачном сервисе становится основным элементом «умного» производства.

Изготовители насосов и соответствующие структуры немецкого Объединения машиностроителей - VDMA, объединяющие изготовителей насосов, компрессоров и нагнетателей, создали рабочую группу из представителей ряда фирм: Gebr. Becker, Brinkmann Pumps, CP Pumpen, Grundfos, KSB, Leybold, Lewa, Prominent, SKF и Wilo. Целью группы является разработка сценариев применения Идустрии 4.0 в целях цифровой интеграции насосов в информационный мир Индустрии 4.0, поддержка инжинирингом в течение всего жизненного цикла оборудования, оптимизация работы насосов путем через транспарентость и поддержку поставленных продуктов, а также готовность в представлении сервиса (Value Based Services).

Простота пуска в работу, автоматическая документация.

Эта общая цель будет конкретизироваться в 3-х следующих случаях применения:

Случай 1 - Первая модель - «Поддержка конфигурации насосов». Описывает базовую конструкцию насосов на базе стандартизированной изготовителем и потребителем информации. Тут же, в составную модель «Дизайн», охватываются общие показатели, которым руководствуется изготовитель о типе насоса (допустимые области применения по температурам, давлению, производительности, а также конструктивные особенности и свойства материалов). В другую составную модель «Системные требования» включаются показатели, которые опираются на производственные требования и пожелания к насосам.
Обе эти модели формируют основу для показателей еще одной модели - «Внедрение», которая согласовывает требования заказчика со свойствами типа насоса для конкретного насоса и делает возможным получение предварительной конфигурации необходимого изделия.

Применительные аспекты случая 1 - упрощение монтажа и пуска в работу и автоматизированная документация.

Случай 2. В фокусе работ по стандартизации автоматический сбор и анализ необходимых данных в целях оптимизации работы насосов. Через охват и анализ их состояния может быть предложено необходимое и полезное: настройка и подключение определенных функций. Также предлагается коррекция данных для случая 1 - «Поддержка конфигурации насосов». Еще одна модель «Действие» специфицирует показатели, которые характеризуют текущую работу насосов.

Специальные службы для работы насосов.

3 случай служит для поддержки в предоставлении услуг в течение всей работы насоса. Он базируется на охвате и анализе рабочих данных (показатели мощности, износа, ограничений при работе и т.д.) Поддержка оптимального состояния работоспособности осуществляется с помощью 3-х составных частей (моделей): Поломка, Профилактика и Обслуживание из-за обстоятельств, которые согласно стратегии поддержания оборудования в рабоче-способном состоянии имеет различные показатели. Таким образом, потребитель может получать стандартизированную информацию о состоянии составных частей, предстоящем обслуживании, состоянии, надежности и функциональном сервисе.

Следующая поддержка - это документация на запасные части и заменяемые узлы, например заявка на изнашиваемые детали и расходные элементы. В общем, действуют около 500 показателей для стандартизации в данном случае №3.

Требования к моделированию и формированию управляющего облака перед этим в самом начале были преобразованы. Где это было возможным показатели из международных норм (ISO, IEC) были привязаны и не изменены. Показатели, которые делают возможным автоматизацию данных, также были на базе IEC 61360 специфицированы.

Вышеназванная рабочая группа реально работает на отображении специфических моделей, на которые в области индустрии 4.0 быстро распространяется коммуникационный стандарт OPC UA. Его преимущество - доступность метамодели, которая распознает специальные модели информации и создает основу для исполнения правил. К концу этого года ожидается «Справочник спецификаций для насосов и вакуум насосов».

В 2019 г. на Ганноверской выставке был продемонстрирован прототип приложения управляющего облака для насосов и их обвязки. На базе одноплатного компьютера и метамодели Basys 4.0 насосы различных изготовителей через отображение в управляющем облаке стали стандартными компонентами индустрии 4.0. Коммуникация между насосами и платформой в облаке осуществлялась с помощью OPC UA. В платформе были представлены информация от насосов, охватывающая изготовителей и типы насосов, без затрат на инжиниринг. Потенциал стандартной управляющей оболочки показал автоматическую связь величины мощностей при применении централизованного мониторинга за энергозатратами.

Итак: Насосы станут кибер-физическими системами.

Традиционные насосы и компрессора в будущем будут вытеснены продуктами с сенсорикой и интегрированными системами наблюдения, т.е кибер - физическими системами (CPS). И это станет стандартом.

Изготовитель или поставщик услуг создадут платформы (облака) с которыми CPS будут коммуницировать посредством шлюзов.

С помощью кибер - физических систем, облаков и анализа данных будут генерироваться обслуживание и выполняемые работы.

Встает вопрос, как может технологически промышленность быстро и гибко производить, и при этом удовлетворять желания в индивидуальной продукции? Обычно е оборудование, используемое ранее, не подходит для этого, так как оно является областью товарной продукции. «Быстрее, гибче, индивидуальнее» нуждается в оборудовании на базе модульных концепций. Целью в таком оборудовании становится определенные основные функции, которые можно тиражировать, чтобы оптимировать его работу и время монтажа. Т.е. в центр ставится убеждение установить стандартным апробированные решения, ведущие в конечном итоге к системе „plug & play“. Это облегчает также и ведение контроля.

Машиностроение из модулей требует соответственно производство компонентов

Изготовители ключевых компонентов, таких, например, как насосы, колонны, компрессора, работают над разработкой модульных концепций для нового оборудования и систем оборудования. В будущем станет предпочтительным планирование - функции исполняют то, что модули и системные решения решили. Преимущества этого - не надо продумывать все детали компонентов, например, насосов, компрессоров, нагнетателей и т.д. Модульные части для сборки сделают возможным использование их и в новых проектах оборудования, экономя время и средства. Из отдельных краеугольных компонентов с различными функциями может строиться оборудование для различных технологических процессов.

Модулярное оборудование среди прочего отличается от остального тем, что предлагает определенный конструктивный ряд с той же функциональностью для различных производственных мощностей. Например, серия насосов одного типа, которые различаются производительностью и напором. Важным требованием является стандартизация технических компонентов. Это облегчает оценку и контроль в отраслях, где он особенно необходим.

Изготовитель насосов KSB при помощи Virtual Impeller Trimming обеспечивает индивидуальный подбор числа оборотов каждому насосу через смартфон. (Более подробно на русском языке см. здесь). При этом нет необходимости вмешиваться в процесс производства с целью механической подгонки рабочего колеса насоса. Это позволяет оптимизировать показатели подачи и напора, отличные от проектных величин насоса, экономя затраты энергии и переводя рабочие параметры насоса в необходимые для рабочего процесса в данный момент. В любом случае такая индивидуализация может быть внутри рабочей цепочки позже отменена и насос возвращен в прежнее состояние.

В будущем большую роль при выборе насосов будет играть уменьшение вариантов при их выборе. Сегодня большое число типоразмеров насосов с твердым числом оборотов охватывают общий определенный спектр, имея практически одинаковый КПД и высоту всасывания. Индивидуализация позволит сократить разнообразие типоразмеров до 50%, что экономит время и средства при проектировании и эксплуатации.

Реализация функциональных модулярных блоков хороший вариант и для многоступенчатых насосов. С различными типоразмерами, исполнениями материалов и отличающимися вариантами подсоединений и оснащения в распоряжении потребителя оказываются всевозможные комбинации, позволяющие гибко подбирать показатели работы насоса.

Насосы и компрессора: приложения в облаке.

Из-за влияния постоянно растущих цен на энергию «вращающееся оборудование» будет все сильнее оснащаться электронными составными деталями и сенсорикой. Однако только недостаточно произвести такие компоненты для Индустрии 4.0. После сбора данных (Big Data) должны следовать анализ и оценка (Smart Data). Сенсоры дают данные, микрочипы с встроенными программами обрабатывают, исполнительные элементы реализуют мероприятия.

Практическая реализация Индустрии 4.0 означает, что оборудование больше не управляется только системой управления процессом, т.е с пульта управления. Интеллект ведет в зону, где «Смарторудия» выполняют специфические функции, дополнительно управляя и наблюдая за другим оборудованием. Следующий шаг, как уже отмечено было выше, - цифровой пандан (двойник) в облаке. Этот цифровой близнец может охватывать также и другие источники данных или связь с другими цифровыми близнецами, например как действующее лицо кибер - физической системы. Неотъемлемой частью для индустрии 4.0 является способность к подключению (коммуникабельности) и интерактивности. Несомненная польза для пользователей: оборудование станет транспарентным, его доступность растет и оно достигает лучшей производительности.

Три примера.

С услугой „Pump Operation Check“, которую фирма KSB предлагает в качестве приложения, становится возможным с блоком наблюдения за насосами „Pump Meter» определить профиль нагрузки, чтобы выдать рекомендации по росту эффективности и улучшению реакции оборудования (будет замещена системой „Pump Drive“, системой регулирования числа оборотов).

Grundfos предлагает Chemicals-App . Фоном послужило для клиентов, занимающихся подготовкой воды и дозировкой химикалий проблема подсоединения дозирующих насосов к бочке. Chemicals-App обеспечивает, что будут поддерживаться подсоединения, разблокированные только дозирующим насосом через облако. Больше, приложение следит за наполняемостью бочек и может управлять пополнением бочки.

Компании Boge Kompressoren и Aventics цифровизацию начали установкой Smart Pneumatic Grid. Через протокол коммуникций OPC UA должна быть основана сеть из источников и потребителей давления сжатого воздуха, которая ведет к созданию системы наблюдения, управления и оптимизации. Smart Pneumatic Grid охватывает потребность в энергии вплоть до уровня отдельного потребителя и осуществляет это визуально наглядно. Для компрессоров Boge таким, образом, может осуществляться регулирование, ведущее к низким издержкам. В то же время этим устройство точно показывает растущее потребление воздуха.

Бизнес - модель „Big Data zu Smart Data“

Smart Data предлагают шансы к дальнейшим, до сих пор не имевшимся бизнес моделям. До сих пор изготовители продавали оборудование, но фактически для перемещения среды. Подразумевается, что потребитель оплачивает перемещение определенной среды из А в В и больше сам не инвестирует в оборудование. Изготовитель выполняет это требование, делая процесс перемещения столь эффективным, насколько это возможно. Традиционные решения с добавлением цифровизации дополняют как бы это.

Поставщики вращающегося оборудования в будущем будут предлагать продукты с более высокой долей услуг. Фирма KSB создала оперативную группу „Business Innovation Lab“ . В четырех командах работают до 20 сотрудников. Они должны разрабатывать сервисные предложения на базе технических данных от потребителей. Предложения развиваются и строятся на интернет платформе, как процесс производства (3D печать) и может быть использована для производства запчастей непосредственно у потребителя. В настоящее время в немецкой Земле Саксония фирма на стадии разработки организовала предприятие, которое должно с помощью 3 D печати производить запчасти быстро и в небольших количествах. Фирма рассчитывает резкое снижение стоимости.

Источники:
1. Pumpe wird zum cyber-physischen System, 22.02.18 - https://www.chemietechnik.de/achema-trendbericht-pumpen-kompressoren/
2. Hersteller definieren Industrie-4.0-Verwaltungsschale für Pumpen, 18.04.2019 -https://www.chemietechnik.de/pumpenhersteller-definieren-industrie-4-0-verwaltungsschale-fuer-fluessigkeits-und-vakuumpumpen/