Ta fraza zajema širok spekter. Na preprost način, Industrija 4.0 CNC stroj morda bi preprosto objavil stanje delovanja (rezanje, mirovanje, alarm) na nadzorni plošči v delavnici. Na sofisticiranem koncu se isti stroj nahaja v zaprti zanki, kjer MES načrtuje svoja opravila, ERP prejema število izhodov v realnem času, napovedno vzdrževanje se sproži na podlagi trenutnih trendov vretena, podatki o kakovosti iz medprocesnega pregleda pa se vrnejo v naslednji program. Oba konca se uvrščata med Industrijo 4.0; razlikujeta se po zrelosti, ne po vrsti.
CNC obdelavo v Industriji 4.0 loči od samostojnega CNC stroja povezljivost in kontekst. Tradicionalni CNC stroj izvaja program in izdeluje dele. CNC stroj v Industriji 4.0 počne isto, hkrati pa ustvarja neprekinjen tok podatkov, ki ga lahko preostali del tovarne uporabi za načrtovanje dela, napovedovanje napak, merjenje učinkovitosti delovanja in izboljšanje kakovosti.
Arhitektura Industrije 4.0: od senzorjev do ERP
Prevladujoča arhitektura za CNC obdelavo v Industriji 4.0 sledi standardu ISA-95, ki opredeljuje 5 hierarhičnih ravni nadzora proizvodnje. Spodnji diagram prikazuje, kako podatki tečejo navzgor po skladu od fizičnih senzorjev do poslovnih sistemov, medtem ko ukazi in urniki tečejo navzdol v nasprotni smeri.
STOPNJA 4 ERP / Poslovno načrtovanje
Načrtovanje, zaloge, finance
STOPNJA 3 MES / Proizvodne operacije
Sledenje proizvodnje, OEE, sledljivost
SCADA 2. STOPNJE / Robno računalništvo
Združevanje podatkov, lokalna analitika
CNC krmilnik / PLC 1. stopnje
Strojna logika, krmiljenje gibanja
Fizična plast STOPNJA 0
Senzorji, aktuatorji, sam stroj
Večina dela na področju transformacije Industrije 4.0 se odvija na 3. ravni, kjer se nahaja sistem za izvajanje proizvodnje (MES). MES je plast, ki povezuje realnost proizvodnih obratov s poslovnim načrtovanjem. Zbira podatke o stanju strojev od spodaj navzgor, pretvarja delovne naloge ERP v izvedljive urnike, izračunava OEE v realnem času in uveljavlja procesne parametre, kot so odobrene različice programov in certificirana orodja.
Podatki se neprekinjeno prenašajo po skladu navzgor: odčitki senzorjev v krmilnik, stanje stroja v robne sisteme ali SCADA sisteme, zbirni podatki o proizvodnji v MES in poročanje na ravni podjetja v ERP. Ukazi se prenašajo navzdol: ERP izda delovne naloge, MES jih razporeja na stroje, krmilniki izvajajo programe, aktuatorji pa opravljajo delo. Oba toka delujeta hkrati, zaradi česar je arhitektura zaprtozančna in ne le povezana.
Tristopenjski model zrelosti Industrije 4.0
Večina delavnic ne preide s tradicionalnega CNC na celotno Industrijo 4.0 v enem samem koraku. Vzpenjajo se po lestvi zrelosti, pri čemer vsaka stopnja prinaša merljive donose, ki financirajo naslednjo. Spodnji 3-stopenjski model opisuje to pot.
1. STOPNJA: Povezan
Stroji poročajo o stanju v centralni sistem. Delavnica v realnem času ve, kateri stroji režejo, kateri so v stanju mirovanja in kateri so alarmirani. OEE je mogoče izmeriti in ne oceniti. Že ta raven pogosto razkrije neprijetne resnice: delavnice, ki so mislile, da delujejo s 72 do 76 odstotki OEE, pogosto ugotovijo, da je dejanska številka bližje 42 odstotkom, ko poročila operaterjev nadomestijo digitalni podatki. Naložba v 1. raven je majhna. Senzor toka na motorju vretena in mikrokrmilnik Wi-Fi je mogoče sestaviti za manj kot 200 $na stroj z uporabo standardnih delov.
2. STOPNJA: Inteligentno
Podatki se analizirajo in ukrepajo. Nadzorne plošče MES odkrijejo ozka grla. Prediktivno vzdrževanje opozarja na okvare vreten, preden odpovejo. Integracija CAM in ERP odpravlja ročni vnos podatkov med sistemi. Kakovostni podatki se vrnejo v parametre obdelave. 85-odstotni OEE svetovnega razreda postane realističen cilj. Ta raven zahteva naložbe v programsko opremo MES, naknadno vgradnjo senzorjev, kjer je potrebno, in infrastrukturo za povezljivost, vključno s protokoloma OPC-UA ali MTConnect v celotnem strojnem parku.
3. STOPNJA: Avtonomno
Tovarna sklene zanko. Stroji se samodejno načrtujejo na podlagi napovedi povpraševanja iz ERP. Prilagoditve, ki jih poganja umetna inteligenca, se izvajajo med rezanjem brez človeškega posredovanja. Proizvodnja v zaprtih prostorih poteka brez posadke čez noč, prediktivno vzdrževanje pa preprečuje okvare, preden povzročijo izpad. Le malo obratov je doseglo polni standard Tier 3, večina pa jih je v letalski, avtomobilski ali visokoserijski elektroniki. Kapitalske naložbe se gibljejo od znatnih do precejšnjih, odvisno od velikosti obrata in začetnega stanja voznega parka.
Ključne tehnologije: internet stvari, MES, ERP in robno računalništvo
Sklad CNC Industrije 4.0 poganjajo 4 tehnološke kategorije. Vsaka obravnava določeno plast arhitekture, način njihove povezave pa določa, kako zrela je lahko uvedba.
Industrijski internet stvari (IIoT). Plast senzorjev in povezljivosti. Sodobni CNC stroji so dobavljeni z vgrajeno zmogljivostjo IIoT, vendar večina obstoječih delavnic uporablja mešane vozne parke, kjer je povprečna starost strojev približno 9 let. Raziskave v industriji kažejo, da 47 odstotkov industrijskih podjetij še ni uvedlo pametnih povezanih sredstev. Možnosti naknadne vgradnje, kot so senzorji toka vretena, merilniki vibracijskega pospeška in robni prehodi, prenašajo starejše stroje v plast IIoT za delček stroškov zamenjave.
Sistem za izvajanje proizvodnje (MES). Operativna plast. MES obravnava sledenje proizvodnje, spremljanje OEE, razporejanje, upravljanje kakovosti in sledljivost. Tu se ustvari največja merljiva donosnost naložbe v Industrijo 4.0, saj pretvarja surove podatke o strojih v uporabne proizvodne odločitve. Med pogoste platforme MES v okoljih CNC spadajo Ignition, Siemens Opcenter, Plex in SAP MII, za manjše delavnice pa so na voljo tudi možnosti odprtokodne programske opreme in storitev v oblaku lightw8.
Integracija ERP. Poslovna plast. Integracija ERP zapolnjuje vrzel med tem, kaj počnejo v oddelku, in tem, kaj podjetje načrtuje. Ko se delovni nalogi ERP samodejno pretakajo v MES in se rezultati proizvodnje vrnejo v ERP brez ročnega vnosa, se razporejanje odziva na realnost. Ključni vzorci integracije uporabljajo REST API-je, OPC-UA ali povezovalnike, specifične za prodajalce, med SAP, Oracle, Microsoft Dynamics ali NetSuite in MES.
Robno računalništvo. Lokalna obveščevalna plast. Robne naprave se nahajajo med stroji in oblakom ter izvajajo analitiko lokalno, kjer zakasnitev, pasovna širina ali kibernetska varnost preprečujejo, da bi se vse preneslo v centralni sistem. Robno računalništvo omogoča prilagodljivo krmiljenje, napovedno vzdrževanje in pregled kakovosti v realnem času v proizvodnem obratu brez zamud pri prenosu v oddaljeni podatkovni center.
ROI: Merjenje donosnosti naložbe v Industrijo 4.0
Matematika donosnosti naložbe za Industrijo 4.0 CNC se izračuna v več kategorijah hkrati. Vsaka kategorija ima tipične industrijske razpone, pri čemer manjše delavnice običajno dosegajo donose na spodnjem koncu vsakega razpona, večja proizvodna okolja pa večje. Spodnja tabela povzema pričakovane kategorije donosa.
| Kategorija donosnosti naložbe | Tipično izboljšanje | Vir dobička |
|---|---|---|
| Izboljšanje OEE | od 60% do 85% | Vidljivost v realnem času, upoštevanje urnika, manj mikro zastojev |
| Zmanjšanje nenačrtovanih izpadov | 30 do 50 odstotkov | Prediktivno vzdrževanje na podlagi prepoznavanja vzorcev senzorjev |
| Zmanjšanje odpadkov in ponovne obdelave | 20 do 50 odstotkov | Spremljanje kakovosti med procesom, uveljavljene različice programa |
| Poraba energije | 10 do 30 odstotkov | Zaznavanje časa nedejavnosti, optimizirani časi ciklov, pametno stanje pripravljenosti |
| Produktivnost dela | 15 do 25-odstotni dobiček | Avtomatizirano zbiranje podatkov, manj ročnih posegov, učinkovitost razporejanja |
| Stroški vzdrževanja zalog | 10 do 20 odstotkov | Integracija ERP omogoča pravočasen pretok materiala |
| Stroški kakovosti (COPQ) | Zmanjšajte s 15-20% prihodki | Medprocesni pregled preprečuje širjenje napak v nadaljnjem postopku |
| Tipična doba vračila | 12 da 24 mesecev | Kumulativni učinek zgornjih kategorij na operativno maržo |
Največji posamezni dejavnik pri večini izračunov donosnosti naložbe (ROI) je skok v skupni opremi (OEE). Delavnica s 60-odstotno stopnjo OEE ima enako strojno zmogljivost kot tista s 85-odstotno, razlika pa je v informacijah in procesni disciplini. Zapolnitev te vrzeli pri obstoječih strojih je običajno cenejša in hitrejša kot nakup dodatnih strojev, zato prodajalci MES in integratorji IIoT Industrijo 4.0 uokvirjajo kot strategijo širitve zmogljivosti in ne kot zgolj stroškovno pobudo.
Študija primera: STYLECNC Proizvodna linija inteligentnega panelnega pohištva
STYLECNC gradi CNC proizvodne linije poslovnega razreda, ki ponazarjajo načela Industrije 4.0 v proizvodnji pohištva. proizvodna linija inteligentnega panelnega pohištva Integrira samodejno nalaganje, inteligentni CAM za gnezdenje, ATC CNC rezkanje, vrtanje, robno lepljenje in označevanje na podlagi črtne kode v en sam povezan delovni tok. Vsaka plošča, ki vstopi v linijo, se individualno spremlja skozi vsako operacijo, podatki senzorjev in število ciklov pa se prenašajo v centralni nadzorni sistem.
Referenčna arhitektura za to linijo postavlja STYLECNC stroji na ravneh od 0 do 2 hierarhije ISA-95, s sistemi MES in ERP, ki jih namesti stranka, na ravneh 3 in 4. popolnoma avtomatska linija za proizvodnjo pohištva s CNC rezkalnimi ploščami Konfiguracija je najpogostejše izhodišče, ki podpira CAM s popolnim gnezdenjem, samodejno nalaganje pločevine ter sinhronizirano vrtanje in robno lepljenje. inteligentni CNC rezkalni stroj za gnezdenje za izdelavo omar zagotavlja enako možnost gnezdenja in sledenja za manjše delavnice z mizarskimi izdelki.
Med merljivimi rezultati, ki jih je zasnovana ta vrsta proizvodne linije, so izboljšanje OEE od tipičnih osnovnih vrednosti za mešani vozni park na 75 do 85 odstotkov, 30 do 50-odstotno zmanjšanje nenačrtovanih izpadov v kombinaciji s prediktivnim vzdrževanjem, ki ga poganja MES, in 20 do 50-odstotno zmanjšanje odpadkov z uveljavljenimi postavitvami gnezdenja in pretokom materiala, potrjenim s črtno kodo. Povečanje pretočnosti od 5 do 15 odstotkov v prvem pilotnem četrtletju je običajno, ko delavnice na obstoječo linijo dodajo povezano razporejanje.
Poleg pohištva so ista načela Industrije 4.0 vidna tudi v STYLECNC rešitve za industrijsko vertikalizacijo, vključno z Sistemi za lasersko rezanje in varjenje za proizvodnjo litij-ionskih baterij in Industrijski roboti za lasersko varjenje z vlakni za avtomobilsko industrijoObe uvedbi uporabljata isti podatkovni tok od senzorjev do ERP z integracijo MES, specifično za posamezne panoge, kar dokazuje, da Industrija 4.0 ni en sam izdelek, temveč sistemska arhitektura, ki se uporablja v katerem koli proizvodnem okolju, ki ga delavnica izvaja.
Glosar: Izrazi CNC industrije 4.0
To referenco uporabite pri ocenjevanju ponudnikov Industrije 4.0, načrtovanju arhitekture ali pregledovanju dokumentacije MES in ERP.
| Izraz | Definicija |
|---|---|
| Industrija 4.0 | 4. industrijska revolucija, ki jo opredeljujejo internet stvari, kibernetično-fizični sistemi, umetna inteligenca in povezana proizvodnja. |
| MŠŠ | Sistem za izvajanje proizvodnje. Programska plast med ERP in proizvodnim prostorom, ki upravlja proizvodnjo v realnem času. |
| ERP | Načrtovanje virov podjetja. Plast poslovnega sistema, ki obravnava finance, zaloge, načrtovanje in upravljanje naročil. |
| OEE | Splošna učinkovitost opreme. Produkt razpoložljivosti, zmogljivosti in stopenj kakovosti. Cilj svetovnega razreda je 85 odstotkov. |
| IIoT | Industrijski internet stvari. Omrežje senzorjev, krmilnikov in robnih naprav, ki ustvarjajo podatke iz proizvodnih obratov. |
| MTConnect | Odprti komunikacijski protokol, zasnovan posebej za izmenjavo podatkov CNC strojev. |
| OPC UA | Odprti industrijski komunikacijski standard, ki se pogosto uporablja za pretok podatkov med stroji in sistemi. |
| ISA-95 | Mednarodni standard, ki opredeljuje hierarhijo integracije med poslovnimi sistemi in proizvodnimi prostori. |
| Poenoten imenski prostor (UNS) | Arhitektura enotnega vira resnice, kjer vsi tovarniški podatki tečejo skozi skupni imenski prostor. |
| Edge Computing | Lokalna analitika, izvedena na ali v bližini stroja in ne v oddaljenem oblaku ali podatkovnem centru. |
Pogosto zastavljena vprašanja
Se Industrija 4.0 splača za majhno CNC delavnico?
Razprave v temi "Industrija 4.0 - Se kdo strinja?" na spletni strani Practical Machinist kažejo mešana mnenja. Iskrena ocena je, da se preprosta povezljivost (1. stopnja) skoraj vedno splača, ker so stroški nizki, preglednost OEE pa je takoj uporabna. Popolna uvedba MES (2. stopnja in višje) je bolj smiselna za delavnice z 10 ali več stroji, kompleksne mešanice delovnih mest ali proizvodna dela, kjer se majhen OEE poveča pri tisočih delih.
Koliko stane MES sistem za CNC delavnico?
Cene MES se zelo razlikujejo glede na zmogljivost in velikost delavnice. Platforme z odprto kodo, kot je Ignition, je mogoče uvesti za nekaj tisoč $plus delo za integracijo. Srednje veliki komercialni sistemi podjetij Plex, Siemens Opcenter ali Epicor stanejo od 20,000 do 100,000 $za tipične srednje velike delavnice. Uvedbe SAP MII ali Oracle Manufacturing Cloud v velikih obratih segajo v milijone. V poročilu o inženiringu malih in srednje velikih podjetij je navedeno, da je mogoče preprosto domačo povezljivost z uporabo standardnih delov sestaviti za približno 150 $na stroj za osnovno spremljanje stanja vretena.
Ali lahko starejše CNC stroje priključim na sistem Industrije 4.0?
Da. Industrijski analitiki ugotavljajo, da je povprečen CNC stroj v ameriških delavnicah star približno 9 let, zato je naknadna povezljivost prevladujoč vzorec uvajanja in ne zamenjava na novo. Pogosti pristopi naknadne vgradnje vključujejo adapterje MTConnect, mikrokrmilnike s tokovnimi senzorji na vretenu, merilnike vibracijskega pospeška in robne prehode, ki lastniške protokole krmilnikov pretvarjajo v odprte podatkovne tokove. Večina starejših strojev se lahko pridruži omrežju Industrije 4.0 brez zamenjave krmilnika.
Kakšen je tipičen OEE za CNC delavnico?
Razlika v skupni opremi (OEE) svetovnega razreda znaša 85 odstotkov, tipična stopnja OEE v proizvodnji pa je okoli 60 odstotkov. Razlika je večinoma nevidna, dokler je ne izmeri digitalno spremljanje. En primer iz podjetja SME dokumentira delavnico, ki je mislila, da ima pet let od 72 do 76 odstotkov OEE, vendar je dejanska digitalna meritev pokazala 42 odstotkov. Razlika je izhajala iz premalo poročanih kratkih postankov, sprememb urnikov in časa mirovanja, ki jih papirna poročila niso upoštevala.
Kakšna je razlika med MES in ERP?
ERP obravnava funkcije na ravni podjetja, kot so finance, zaloge, upravljanje naročil in načrtovanje na visoki ravni. MES obravnava funkcije na ravni proizvodnje, kot so razporejanje v realnem času, spremljanje strojev, sledenje kakovosti in merjenje OEE. ERP je na ravni 4 standarda ISA-95 in deluje v časovnih okvirih od ur do dni; MES je na ravni 3 in deluje v časovnih okvirih od sekund do minut. Sistema se integrirata, tako da se delovni nalogi ERP pretakajo v urnike MES, proizvodni rezultati MES pa se vrnejo v ERP za izstavljanje računov in posodobitve zalog.
Kako začnem pilotni projekt Industrije 4.0 v svoji CNC delavnici?
Industrijski viri iz SME, Excellerant in Jitbase se strinjajo s podobnim vzorcem. Začnite z revizijo povezljivosti, da potrdite, kateri stroji že lahko objavljajo podatke in kateri potrebujejo prenovo. Izberite eno proizvodno celico ali en kritični stroj za pilotni projekt. Povežite ga, merite osnovni OEE 2 do 4 tedne in si v prvem pilotnem četrtletju zastavite cilj povečanja pretočnosti za 5 do 15 odstotkov. Dokumentirajte, kaj deluje, nato pa razširite projekt. Delavnice, ki poskušajo uvesti MES v celotnem obratu v eni fazi, se običajno soočajo s težavami; delavnice, ki najprej preizkusijo projekt, običajno uspejo.
Bottom Line
CNC obdelava v Industriji 4.0 manj pomeni nakup novih strojev kot pretvorbo strojev, ki jih delavnica že ima, v udeležence v povezanem proizvodnem sistemu. Povezljivost prve stopnje je danes dostopna skoraj vsaki delavnici. Uvedba MES druge stopnje zagotavlja največjo merljivo donosnost naložbe in je naravni srednjeročni cilj za večino proizvodnih okolij. Avtonomija tretje stopnje je dolgoročna smer za delavnice z obsegom in kompleksnostjo, ki upravičujeta naložbo.
STYLECNC Industrijske proizvodne linije, vključno z linijo inteligentnega panelnega pohištva, so zasnovane kot platforme, pripravljene za Industrijo 4.0, s senzorsko pokritostjo, omrežno povezljivostjo in arhitekturo krmilnikov, ki se brezhibno integrirajo s sistemi MES in ERP, ki jih namestijo stranke. Obrnite se na STYLECNC ekipa ali pregledati rešitve za proizvodnjo ploščnega pohištva in širše katalog proizvodne linije pohištva da bi razpravljali o integraciji Industrije 4.0 za vašo uvedbo Nextion.
