Automatyzacja przekształca zakłady testowe i produkcyjne. Jest wykorzystywana do usprawniania procesów, zwiększania precyzji i powtarzalności oraz poprawy bezpieczeństwa operatorów. Jednak rosnąca złożoność projektowania i integracji zautomatyzowanych systemów sprawia, że producentom trudno jest w pełni wykorzystać ich zalety.
Rola integratora systemów ma kluczowe znaczenie dla pomocy firmom w poruszaniu się po dostępnych opcjach sprzętu i oprogramowania do automatyzacji, przy jednoczesnym uwzględnieniu trendów w automatyzacji oraz celów i ograniczeń firmy.
Firmy, które rozpoczynają proces od wyboru sprzętu, często kończą z nieefektywnym systemem patchworkowym, który jest droższy w budowie i utrzymaniu. Tracą możliwość zaprojektowania zoptymalizowanego, zautomatyzowanego systemu, w którym wszystkie komponenty współpracują ze sobą jako harmonijne, opłacalne rozwiązanie.
Do rozważenia
Zrozumienie kluczowej roli planowania front-end i integratorów systemów w projektowaniu i wdrażaniu zoptymalizowanych zautomatyzowanych systemów w zakładach testowych i produkcyjnych.
Zidentyfikowanie i przeanalizowanie czterech kluczowych trendów w automatyzacji – modernizacji starzejących się linii produkcyjnych, zaawansowanego gromadzenia danych, modeli symulacyjnych i zwiększonego cyberbezpieczeństwa – oraz ich wpływu na modernizację procesów.
Dowiedz się, jak ważne jest zrównoważone podejście do integracji automatyzacji, rozpoznanie potencjalnych zagrożeń i korzyści przy jednoczesnym unikaniu nieefektywnych i kosztownych systemów patchworkowych.
Jak wymagające trendy automatyzacji sprawiają, że planowanie integracji jest niezbędne?
Z tych powodów ważne jest, aby rozpocząć od planowania front-end prowadzonego przez integratora systemów doświadczonego w montażu zoptymalizowanych i zautomatyzowanych podsystemów. Takie podejście zwiększa szanse organizacji na maksymalizację zwrotu z inwestycji w automatyzację.
Trend #1: Modernizacja starzejących się linii produkcyjnych
Wiele firm produkcyjnych zmaga się z integracją nowoczesnych technologii z przestarzałymi systemami w obiektach i liniach produkcyjnych, które zostały zbudowane dziesiątki lat temu. Producenci często nie mają możliwości zapoznania się z najnowszymi osiągnięciami w dziedzinie narzędzi.
Nie rozumiejąc ewolucji od zautomatyzowanych pojazdów sterowanych (AGV) do autonomicznych robotów mobilnych (AMR), mogą podążać ścieżką, która raczej zwiększa ograniczenia niż je łagodzi.
Pojazdy AGV wymagają rozbudowanej infrastruktury, w tym podziemnych czujników i systemów zasilania. Z kolei roboty AMR zapewniają większą elastyczność, ponieważ nie są fizycznie zintegrowane z obiektem.
Inne postępy w dziedzinie robotyki oferują jeszcze więcej możliwości skutecznej modernizacji obiektu lub linii produkcyjnej. Przykładowo, roboty współpracujące (coboty) zapewniają elastyczną, opłacalną opcję bezpiecznego wykonywania prostych zadań w otoczeniu ludzkich operatorów. Ich ograniczona ładowność i mniejsze prędkości oznaczają jednak, że nie zawsze są one właściwym wyborem.
Bardziej zaawansowane czujniki bezpieczeństwa poprawiają świadomość przestrzenną robotów i umożliwiają mapowanie środowiska w czasie rzeczywistym w celu wykrycia potencjalnych nieoczekiwanych przeszkód, pozwalając im działać w mniejszych strefach buforowych. Rozwój EtherCAT, z jego szybką komunikacją i precyzyjną synchronizacją, jest kolejną zaawansowaną technologią, która oferuje znaczące korzyści, ale może wiązać się z wyzwaniami wdrożeniowymi w istniejących obiektach już zbudowanych w oparciu o inną architekturę komunikacji sprzętowej.
Modernizacja starzejącego się obiektu wymaga dobrze przemyślanego planu, który wykorzystuje doświadczenie w celu zrównoważenia celów, ryzyka i kosztów. Kwestie do rozważenia obejmują to, czy konieczna jest całkowita modernizacja, czy etapowe wdrażanie ma sens oraz w jaki sposób należy ocenić istniejący sprzęt i jego alternatywy pod kątem modernizacji. Integrator systemów z odpowiednim doświadczeniem może pomóc w przeglądzie i aktualizacji specyfikacji projektu wraz z pojawiającymi się technologiami, zapewniając producentom plan strategiczny, który pomoże im poruszać się w tym złożonym procesie decyzyjnym.
Trend #2: Więcej lepszych danych
Zaawansowane czujniki rewolucjonizują gromadzenie danych, zapewniając bardziej precyzyjne pomiary, większą rozdzielczość kontroli i coraz większą różnorodność punktów danych. To bogactwo informacji pozwala producentom udoskonalać procesy w celu uzyskania najwyższej wydajności i zamykać pętlę w cyklach testowych R&D, szybciej iterując projekty. Rosnący wybór ulepszonych narzędzi do przetwarzania i analizy danych, często wykorzystujących sztuczną inteligencję (AI) i uczenie maszynowe, przekształca surowe dane w przydatne informacje. Systemy te mogą zautomatyzować procesy eksperymentowania, przewidywać potrzeby konserwacyjne i zapewniać analizy w celu optymalizacji linii produkcyjnych w czasie rzeczywistym.
Trend nr 3: Modele symulacyjne
Modele symulacyjne są cennym narzędziem do ograniczania ryzyka i obniżania kosztów w projektach automatyzacji. Modele te pomagają producentom zweryfikować oczekiwane wyniki i zidentyfikować luki projektowe, w których mają największą swobodę wprowadzania optymalnych modyfikacji wydajności za najniższą cenę. Służą również jako punkt odniesienia dla zainstalowanego sprzętu. Tworzenie skutecznych symulacji wymaga zarówno znajomości procesu, jak i wiedzy specjalistycznej w zakresie technologii symulacji.
Wiedza ta obejmuje przekładanie tradycyjnej wiedzy inżynierskiej na zaawansowane modele symulacyjne wspomagane przez złożone oprogramowanie. Doświadczenie w opracowywaniu symulacji pomaga również integratorowi systemów określić, czy model symulacyjny wniesie wartość dodaną do projektu, ponieważ nie wszystkie projekty ich potrzebują. Mając to na uwadze, znalezienie odpowiedniego partnera do integracji systemów wymaga dokładnych badań i weryfikacji.
Trend nr 4: Zwiększony imperatyw cyberbezpieczeństwa
W miarę jak obiekty przemysłowe stają się coraz bardziej zautomatyzowane, zintegrowane i oparte na danych, stają się atrakcyjnym celem dla cyberprzestępców. Dragos, firma zajmująca się cyberbezpieczeństwem i wywiadem przemysłowym, stwierdziła, że spośród alertów dotyczących cyberbezpieczeństwa, które przeanalizowała w 2023 r., 53% może spowodować utratę widoczności i kontroli nad sieciami technologii operacyjnych (OT). Jest to wzrost o 51% w porównaniu z rokiem poprzednim. Cyberatak na firmę Clorox w 2023 r. spowodował przestój operacyjny, skutkujący ciągłą stratą setek milionów dolarów z powodu zmniejszenia produkcji i utraty wartości rynkowej.
Eskalacja zagrożeń dla sieci OT wzmacnia potrzebę przeprowadzania regularnych ocen cyberbezpieczeństwa dla wszystkich nowych projektów i bieżącej konserwacji obiektów w celu utrzymania solidnej postawy obronnej. Rozważając modernizację technologii automatyki, planowana topologia i architektura muszą być zaprojektowane z uwzględnieniem bezpieczeństwa jako priorytetu. Oprogramowanie i sprzęt są wybierane tak, aby osiągnąć wymaganą wydajność procesu przy najniższym akceptowalnym ryzyku cyberataku.
Planowanie front-end jest kamieniem węgielnym udanej integracji automatyzacji
Każdy proces i aplikacja ma swoje unikalne aspekty, co sprawia, że predefiniowane lub gotowe rozwiązania są nieodpowiednie do zaspokojenia specyficznych potrzeb lub ograniczeń każdej firmy. Szeroki wachlarz dostępnych technologii automatyzacji, platform i urządzeń komplikuje proces wyboru, wymagając starannego planowania i wskazówek ekspertów przed zakupem sprzętu lub wejściem w fazę projektowania.
Kluczowym krokiem jest rozpoczęcie od fazy planowania front-end (FEP). FEP to ustrukturyzowane podejście do definiowania wymagań projektu, oceny wykonalności i nakreślania rozwiązań wysokiego poziomu przed zaangażowaniem znacznych zasobów. Skuteczny integrator systemów ułatwia rozmowę z interesariuszami firmy, aby w pełni zbadać następujące kluczowe kwestie:
1. Obecne możliwości i preferencje. Obejmuje to udokumentowanie istniejącej infrastruktury, preferowanych dostawców i sprzętu. Przykładem tego jest ocena, czy obiekt ma wystarczającą moc elektryczną do zasilania bardziej rozbudowanych zautomatyzowanych systemów.
2. Specyficzne wymagania procesowe. Niezbędne jest zrozumienie, co firma musi osiągnąć na linii badawczo-rozwojowej lub produkcyjnej dla danego produktu. Wiąże się to z wyszczególnieniem pożądanych wyników i ostatecznych wskaźników wydajności.
3. Złożoność procesu. Ocena złożoności pożądanej automatyzacji pomaga określić odpowiedni poziom wymaganej technologii i wiedzy specjalistycznej.
4. Porównanie z istniejącymi systemami. Ocena tego, jak bardzo nowy proces różni się lub jest podobny do istniejących, może pomóc w podjęciu decyzji dotyczących integracji i potencjalnej kompatybilności.
5. Wymagania dotyczące danych. Określenie, jakie dane i przepływy danych są potrzebne do wspierania walidacji projektu, kontroli procesu i konserwacji, ma zasadnicze znaczenie dla kształtowania strategii automatyzacji.
Proces FEP pomaga organizacjom w odpowiednim dostosowaniu ich wysiłków w zakresie automatyzacji, wykorzystując istniejące technologie w stosownych przypadkach i dostosowując rozwiązania tam, gdzie jest to konieczne. Umożliwia organizacjom wczesną identyfikację potencjalnych zagrożeń, optymalizację alokacji zasobów i zapewnienie zgodności między inicjatywami automatyzacji a celami biznesowymi. FEP zapewnia również ramy do oceny opłacalności ekonomicznej różnych podejść, potencjalnie oszczędzając czas i pieniądze poprzez identyfikację nieoptymalnych lub niewystarczających opcji przed przydzieleniem znacznych zasobów.
Wykorzystanie FEP do podejmowania strategicznych decyzji i osiągania optymalnych wyników
FEP tworzy kluczową dokumentację, która służy jako potężne narzędzie decyzyjne. Obejmuje ona przeprowadzoną przez integratora systemu analizę kompromisów, którą interesariusze mogą wykorzystać do oceny różnych scenariuszy projektowania automatyzacji, z których każdy przedstawia inną równowagę kosztów, korzyści i ryzyka. Ta kompleksowa ocena umożliwia organizacjom dokonywanie wyboru sprzętu i projektu automatyzacji, biorąc pod uwagę takie czynniki, jak kompatybilność z istniejącymi systemami, wyzwania związane z integracją i ograniczenia obiektu.
Dokumentacja FEP zawiera również wiedzę historyczną na temat obiektów i istniejących systemów, zapewniając zachowanie i efektywne wykorzystanie krytycznych informacji. Takie podejście zapobiega ciągłemu ryzyku fragmentarycznego zakupu sprzętu, w którym niekompatybilne komponenty automatyki mogą zostać zakupione bez uwzględnienia sposobu ich integracji. Końcowy rezultat każdego badania FEP, który przejdzie punkt kontrolny wykonalności, może przybrać dwie formy: W pełni zdefiniowane rozwiązanie automatyzacji gotowe do fazy projektowania lub przekonujące uzasadnienie biznesowe dla postępów projektu.
Wykwalifikowany integrator systemów może nadal wdrażać aktualizacje automatyzacji bez przechodzenia przez proces FEP, ale takie podejście ad hoc z większym prawdopodobieństwem nie przyniesie optymalnych rezultatów. Może ono skierować firmę w stronę pożądanych wyników automatyzacji procesu, ale przy wyższych kosztach i prawdopodobnie bez osiągnięcia cennych wyników i potencjalnych dostosowań. Przeprowadzenie fazy FEP buduje podstawy dla płynnej integracji i optymalnej wydajności zautomatyzowanych systemów w ramach istniejącej infrastruktury obiektu i sieci.
Równoważenie modernizacji i ryzyka w automatyzacji
Producenci różnie reagują w obliczu napływu technologii automatyzacji i potencjalnych korzyści. Niektórzy przyjmują każdą nową technologię bez oceny ryzyka integracji lub zależności. Firmy te stają się posiadaczami drogich, fragmentarycznych systemów, które nie przynoszą oczekiwanych rezultatów. Firmy bardziej niechętne do podejmowania ryzyka wolą nie naprawiać tego, czego nie uważają za zepsute. Kosztem ich samozadowolenia jest pozostawanie w tyle za organizacjami czerpiącymi korzyści z automatyzacji.
Bardziej zrównoważone, wyważone podejście leży pośrodku. Producenci mogą wdrożyć automatyzację, angażując się w FEP z integratorem systemów. FEP zapewnia projekt zautomatyzowanego podsystemu, który jest zgodny z budżetem, celami i ograniczeniami firmy.
Integrator systemów specjalizujący się w technologiach automatyzacji zapewnia interoperacyjność między różnymi systemami i infrastrukturą obiektu. Rezultatem jest system, który uwalnia pełny potencjał automatyzacji w zakresie usprawnienia procesów, zwiększenia innowacyjności, jakości i rentowności.
Automatyzacja i integracja systemów w skrócie
Automatyzacja zwiększa wydajność i bezpieczeństwo produkcji, ale jej złożoność wymaga strategicznego planowania. Wykwalifikowany integrator systemów jest kluczem do maksymalizacji pełnego potencjału i korzyści automatyzacji.
Modernizacja przestarzałych linii produkcyjnych wymaga przyjęcia elastycznych technologii, takich jak AMR i coboty. Integrator systemów może poprowadzić producentów przez modernizację, minimalizując ryzyko i koszty.
Planowanie front-end (FEP) pomaga firmom projektować dostosowane systemy automatyzacji, dostosowując wybory technologiczne do celów biznesowych, poprawiając integrację i zapewniając optymalną alokację zasobów.
Andrew Harris jest dyrektorem ds. rozwoju biznesu, oprzyrządowania i kontroli; Matt Thiel jest dyrektorem ds. planowania i integracji obiektów w ACS.
