ケーススタディ。小規模生産拠点におけるインダストリー4.0への第一歩

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IIoTとインダストリー4.0は、今日の業界のトレードショーやブログ記事の中で広く取り上げられているトピックです。多くの製品は、生産フローやデータ、ERPのようなエンタープライズ・ソフトウェアの垂直統合を実現することを約束しています。しかし、通常は、以下のような問題があります。 並の衝撃的な価格帯の複雑な製品 - にもかかわらず IIoTの 完全なクロスベンダーの相互運用性を約束することで、お客様は ベンダロック特に、生産機械のベンダーが装置と一緒に販売しているソフトウェアソリューションを考慮する場合には、このような問題が発生する可能性があります。  

リソースが限られていて、IT 部門が小規模または 1 人しかいない小規模企業にとっては、これはジレンマです。このような企業は、大企業との競争のために柔軟性に依存しているため、Industry 4.0のようなパラダイムを採用する必要がありますが、通常は巨額の投資と、一見すると計り知れないほどの技術的複雑さの壁が付きまといます。  

今回の事例では、Connecting Softwareの Connect Bridge統合プラットフォーム このギャップを埋めるのに役立ち カスタムの開発をすぐに始めるための使いやすいツールキットです。 IIoTソリューション。  

お客様とご要望について

お客様は 主にステンレス鋼板製品を提供する中小企業のサプライヤー 小規模なバッチサイズ(1つまで)と複雑な製品ポートフォリオを持つ  

この分野で他のメーカーと競争できるようにするためには、工場には技術の進歩と生産工程の絶え間ない進化が必要です。そのため、お客様からは 生産工程にロボットレーザー溶接を導入s.ソリッドステートレーザー溶接は、歪みが少ない、溶接シームのポストプロダクションがほとんどないなど多くの利点がある一方で、精度やその他の複雑な要件が内在しているため、実施するには困難なプロセスでもあります。  

もう一つの課題は、このようなロボット溶接ソリューションを生産計画に組み込むことで、コスト計算や品質管理などに必要なデータを取得することです。  

コラボレーティブ・ロボティクスの台頭により、このようなアプリケーションが生産現場に浸透してきているにもかかわらず、今日では、ほとんどの場合、扱う製品やプロセスにほとんど変化がなく、非常に反復的な作業に使用されています。そのため、私のクライアントのニーズを満たす生産計画ソフトウェアの選択肢はほとんど存在しません。  

要件 要するに 

  • コスト計算、品質管理、生産計画などの目的で、ロボット溶接システム(およびその部品)からデータを取得します。
  • このデータを顧客のカスタムERP環境に統合
  • 将来の改善のためにオープンなロボット溶接の生産計画ツールを提供する(例:オフラインプログラミング
  • 企業とともに成長する適応性の高いソリューション
  • ベンダーのロックインを回避し、ソフトウェアエコシステム全体の複雑さとメンテナンスのニーズを可能な限り低く抑える

お客様のIT環境

顧客のIT環境は自然に成長したものであり、それゆえに本質的に複雑です。その基盤には、レガシーERPシステムが使用されていますが、それはカスタムPHPウェブベースのアプリケーションや他のソフトウェア製品(CAD、レーザーネスティングソフトウェアのようなCAMなど)や顧客システムとの直接データ交換のためのインターフェイスによって拡張されています。これらすべてを、Windows/Linuxの混在したサーバー環境と、Active Directory内のほぼWindowsベースのクライアントプール内で実現しています。ファイルサービスは、主にWindowsの共有とDropboxをベースにしています。  

Microsoft Windows 10やOffice 365への移行が進む中、SharePointやOneDriveの企業のITプロセスへの導入などの話題は興味があるかもしれません。   

一般的に、顧客の戦略は、使用するさまざまな技術(LAMPスタック、AD、Windows、O365、レガシーシステムなど)の量を減らすことで、ITインフラの複雑さを減らすことで、管理性を高め、エコシステム全体のメンテナンスコストを削減することです。

生産環境

生産機械は通常、本質的に長い使用期間を持っています。そのため、すべての機械がインダストリー 4.0 アプリケーション用に装備されているわけではなく、この分野では非常に限られた機能しか提供していません。そこで本稿では、ロボット溶接アプリケーションとその統合ニーズにのみ焦点を当てています。 

この溶接システムは、ドイツの有名メーカーのターンキーソリューションで、固体レーザー光源、回転式チルトテーブル付きロボット、カメラシステム付き加工ヘッド、高出力レーザーアプリケーションに必要な保護セル、制御システム、補助システム(吸引、集塵、冷却)で構成されています。  

このシステムのコンポーネントは、さまざまな標準的な産業用相互接続(デジタルIO)を介して通信します。 プロフィネット, イーサキャット標準イーサネット)。ベンダーの仕様では、顧客のネットワークインフラストラクチャに向かって1つの標準イーサネットインターフェースのみが公開されています。 このインターフェイスは、機械ベンダーの全体的なPLCシステムに接続されており、機械のデータと制御システムへのアクセスは非常に限られています。 それは、利用可能なデータポイントが非常に少ない(10以下)OPC UAインターフェースを提供しています。そしてそれらは、工場が機械のPLC上で実行されている機械ベンダーの生産計画ソフトウェアを使用する場合にのみ入力されます。したがって、このインターフェイスは、私の顧客にとってあまり有用ではないことが証明されました。この状況は変わるかもしれません。しかし、この公開されたOPC UAインターフェイスは作業中のものなので、おそらく将来のアップデートでより有用な機能が得られるでしょう。 

しかし、機械のサブコンポーネントの多くは通信手段として標準的なイーサネットを使用しているため、より多くのアクセスが可能です。機械の内部ネットワーク内では、ロボットのPLC、レーザー光源、溶接ヘッドカメラシステムにアクセス可能です。しかし、それ以上の変更がなければ、それらのすべてが簡単にOPC UAアクセスを提供するために必要なツールを提供するわけではありません。  

最初のステップ

最初のステップとして、機械の部品から直接データを取得することを目標としました。  

Connect Bridge(CB)を介してこれらのシステムを直接制御することは、機械の安全性に必要な単一制御点の原則に抵触する可能性があるため、対象外としています。  CBは、今日のPLCや機械でますます一般的になっているOPC UA規格への使いやすいインターフェースを提供します。 この標準規格はリアルタイム通信を確立するために使用され、そのため現在産業用フィールドバスシステムによって実装されている機能を置き換えることができますが、私たちのシナリオではリアルタイム機能は必要ではありません。私の顧客のアプリケーションにOPC UAスタックを直接統合するためのSDKは利用可能ですが、それらは通常複雑であり、したがって複雑さを減らすという目標とは矛盾しています。  

したがって、選択は Connect Bridge の利点を持つ 簡単なセットアップ、手間のかからないSQL ベースのインターフェイスはOPC UAだけでなく、他のローカルサービスやクラウドサービスとの連携や 競り値

データポーリングの頻度

この工場では、新技術の適応過程にあるため、ロボット溶接システムは単発のシフトでしか稼働しておらず、作業時間中も常に稼働しているわけではない。したがって、この時点で取得したデータは有用であるかもしれないが、将来の使用や予測目的のためには信頼性がないことが判明する可能性もある。これは、他の生産機械(レーザー切断機など)から取得したデータについてのお客様の経験に基づいています。生産サイクルが終了したときに機械オペレータがいたかどうか、データ取得が開始されたときに機械オペレータがいたかどうかなど、特定の要因によって、一見精度が高いように見えるデータでも誤った画像を描く可能性があり、生産プロセスの効率性を判断するために細かい粒度が必ずしも必要とは限らないことが証明されました。 

このように 30秒という低めのポーリング頻度 は現在データ取得に使用されています。  

この最初のステップでは、お客様はこれらの3つの主要なコンポーネントからデータをポーリングしたいと考えています。  

  • レーザー光源を使用しています。 
  • ロボットのPLCを使用しています。
  • カメラシステム。 

しかし、現時点ではレーザー光源しか接続できず、ロボットのPLCとカメラシステムは理由があって利用できません。  

ロボットPLCが接続できない理由

ロボットPLCはイーサネット経由でアクセスできますが、レガシーOPCインターフェースを実行します。メーカーによるソフトウェアの制約により、OPC UAを実行することができません。OPC-OPC UAインターフェースがあれば、この状況を救うことができるかもしれませんが、互換性の点で機械のメーカーからのグリーンライトがなければ、そのようなソフトウェアのインストールは実現可能とは思えませんでした。 今のところロボットのPLCのデジタルIOは、産業用PCを介して接続され、正確な情報(例えば、生産プロセスが開始または終了したときなど)を取得し、よりタイトなデータ取得ウィンドウをトリガーするための回避策を開発しています。  

カメラが接続できない理由

カメラシステムは機械全体の PLC に接続されており、外部のクライアントからはアクセスできないようです。ビジョンは品質管理やプロセスの文書化に役立つので、この問題を解決するために、追加の外部カメラシステムを使用することが現在評価されています。

レーザー光源用OPC UA

これはレーザー光源を残します。幸いなことに、このシステムには 洗練されたOPC UAインターフェースを搭載した最先端のコントローラ には、いくつかのレベルのアクセスがあります: 読み取り機能が制限された匿名アクセス、読み取り専用、読み書き可能なアクセスです。前述したように、読み書きアクセスはマシンの安全性の理由から問題外でした。そのため、読み取り専用のアクセスが選択されました。  

このインターフェイスは、豊富なデータを提供します。  

  • レーザーシステムの全体的な状態
  • 動作期間、使用電力、...
  • エラーとメンテナンスのメッセージ

CBを使用して、お客様はC#でWindowsサービスを開発し、データを定期的にポーリングし、将来の使用のためにいくつかのSQLデータベーステーブルにコンパイルしました。このテーブルは、一般的なデータ、機器の使用状況、レーザー光源によって生成されるメンテナンス/エラーメッセージのテーブルなどの情報を提供することができます。  

しかし、このデータをどのように応用するのか? 

大きな疑問:機械データの使い方

最初の貴重な見識は マシンログメッセージのコンパイルs.私のお客様の過去の経験では、すべての機械が再起動までログファイルを保持しているわけではありませんでした。また、機械のオペレータが故障やエラーを正確に上司に報告しているとは限りません。そのため、重大な故障が発生した場合、必要以上に機械の停止時間が長くなってしまうことがあります。 この日に機械が全く動いていなかったとしたら - は重要な問題です。 

会社の技術管理者が簡単にアクセスできるように、このような日報はPDFファイルとして生成され、マシンベンダーへのサポートコールで開く必要がある場合に備えて、共有のDropboxに保存されています。  

もちろん、これは現在のところ、CBの計り知れない能力のごく限られた応用に過ぎません。お客様が次に開発しているのは  

  • ロボットのPLCに接続し、生産サイクルの正確な開始/停止タイミングを得るために(可能でなければデジタルIOを介して)。 

会社のタイムシートシステムと併用することで、機械がどれだけの時間を費やしているかを把握することができます。 じつは 生産量と、ティーチング(ロボットプログラミング)および/またはロード/アンロード/メンテナンスにどのくらいの時間が使われているか。 

  • カメラシステムへのアクセス:レーザー溶接は別の溶接工程であるため、私のクライアントの顧客は、実際の製品が納入される前に、この生産方法を認証する必要があります。溶接プロセスの完全なドキュメントが常に自動的に提供されれば、このようなプロセスははるかに簡単に達成されます。 

さらに、計画的な複雑さと使用するサービスの削減により、Dropbox-SharedからOneDriveへの移行は、関係するすべてのクライアントに展開された後に差し迫っています。また、お客様は、予知保全のためのデータ分析の可能性にも興味を持っています。 

結論

上に書いたように、このプロジェクトは始動段階にあり、完全に機能するIIoTソリューションになるまでにはまだ長い道のりです。しかし、わずかな初期努力で、顧客にとって有用なデモンストレータを開発することができます。 Connect Bridgeの強力な能力.開発者として。 別の接続スタックの詳細に入る必要がないので助かりました。 (OPC UAやDropbox APIのような)。そして、私の顧客には ちゅうおうつうしんスタック また、他のベンダーのソリューションと比較しても非常に競争力のある価格設定となっており、ツールによってアクセスされたデバイスの数や取得したデータポイントの数に応じてライセンスを設定する複雑なライセンス設定を特徴としています。 

使用した略語

CB - Connect Bridge 統合プラットフォーム

PLC - プログラマブルロジックコントローラ 
一般的に、機械を制御するために使用される産業用フィールドバスインターフェースとデジタルIOを備えた比較的低い処理能力(標準的なPCデバイスと比較して)を持つリアルタイム可能なコンピュータシステムです。 

IIoT - モノのインターネット 

OPC UA - OPC Unified Architecture 

CAD - コンピュータ支援設計 

CAM - コンピュータ支援製造 

背景

このケーススタディでは、オーストリアの小規模生産施設における最新の機械データを収集するためのOPC UAプロトコルの適用について分析しています。事例研究では、オーストリアの小規模生産施設での OPC UAコネクタ 上に築かれた Connect Bridge統合プラットフォームConnecting Software は、生産設備のタイムリーな機器メンテナンスのために、機械データをレポートテーブルに引き込むために使用されました。この統合プラットフォームは、標準的なODBC、JDBC、およびWeb Servicesドライバを使用して、CRUD(Create、Read、Update、Delete)のシンプルなSQLクエリを受け付けます。これらのクエリは、ターゲットシステムの標準APIコールに変換されます。多くのコネクタが用意されており、これらのデータをERP、MES、CRM、DMSシステムなどに配信して、さらに活用することができます。 

著者について

リチャード・メイジャー 創設者 flupo Systemtechnik e.U. リチャードは、中小企業向けの産業用ITと自動化技術に特化した会社です。自身の会社を設立する前は、高出力レーザーアプリケーションの研究開発機関で働き(レーザー技術、FEMシミュレーション、産業用ロボット、PLCプログラミング、産業用フィールドバスシステムの経験を積んだ)、中小企業環境でのソフトウェア開発(異なるソフトウェア製品間のインターフェース、生産計画アプリケーション)を中心とした一般的なIT分野で10年以上の経験を積んできました。彼は以下の資格を持っています。 修士 ウィーン大学で数学の学位を取得 

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