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Realice la transición a la implementación de Industry 4.0

Modelo basado en Lego

¿Qué es Industry 4.0?

La industria 4.0 surge de la constatación de que una revolución industrial 4th está sobre nosotros. Industry 4.0 es como una tendencia elegante que todos discuten, pero no pueden darle una definición precisa. Por lo tanto, casi nadie distingue la diferencia entre Industry 4.0 e Internet of Things. Todo lo que podemos decir con certeza es que Industry 4.0 se basa en la conectividad inteligente de los dispositivos inteligentes mediante la cual los objetos pueden detectarse y comunicarse entre sí. La maquinaria de producción industrial ya no solo "procesa" el producto. El producto en sí se comunica con la maquinaria, utilizando dispositivos inteligentes de sensores, para dar instrucciones precisas.

Las empresas manufactureras actualmente están implementando esta "conectividad inteligente de dispositivos inteligentes" en sus fábricas y en el taller.

¿Por qué está sucediendo?

La competencia es Rey. Hoy ser exitoso significa ser altamente competitivo. Es por eso que la variedad y las innovaciones rápidas son muy necesarias. El crecimiento de la producción y el rango de modificación continua es un requisito indispensable para el desarrollo de las empresas industriales. Todo lo que se fabrica debe mantenerse en demanda; de lo contrario, la inversión es demasiado arriesgada. Por lo tanto, es esencial ofrecer al mercado una variedad de opciones en lugar de simplemente confiar en lo que está disponible actualmente. El crecimiento de las ventas conduce al crecimiento en variedad y eso genera una gran cantidad de información que debe mantenerse para volver a usarse en las ventas. Todo eso nos lleva a los beneficios potenciales y la ventaja competitiva para los industriales multinacionales que serán los primeros en implementar Industry 4.0.

Sensor de polvo de gas interior

Dentro de un sensor de gas y polvo

¿Está realmente sucediendo?

La industria 4.0 parece tan prometedora y nadie duda de sus perspectivas. Pero implementarlo en la práctica por lo general es una cuestión de futuro, tal vez no muy lejano, pero igual es el futuro. Hoy, los empresarios se preocupan por otros asuntos más urgentes.

Pero el informe "El índice empresarial Internet of Things: Una revolución silenciosa acelera el paso" patrocinado por ARM y editado por Economist Intelligence Unit ha demostrado que tres cuartas partes de las empresas líderes en la economía planetaria ya usan de alguna manera el "Internet de las cosas". ¡El futuro es ahora!

La implementación de Industry 4.0 implica la informatización de todo el entorno de producción. Significa la integración de los sistemas ciberfísicos (o CPS) con los procesos de producción y la logística, así como el uso activo de Internet en los procesos de fabricación.

Ventajas que Industry 4.0 aporta

La gran ventaja de Industry 4.0 es que puede implementarse paso a paso. El uso de sistemas cibernéticos puede transformar la fabricación sin detener el proceso. Esto implica los sensores y equipos necesarios y la instalación de los componentes del sistema con servidores en miniatura y la sustitución del sistema de bus. Puede comenzar con una sola máquina y luego convertir toda la planta. Lo que se dice sobre la "cuarta revolución industrial" es en realidad una evolución de las máquinas. Hough Industry 4.0 todavía no se implementa a escala industrial, los socios de las organizaciones de investigación y los sectores industriales están trabajando arduamente para que sea una realidad.

Además, la administración y monitoreo de dispositivos remotos crea una gran cantidad de oportunidades de mejora de la eficiencia para las empresas, tales como:

  • Reducción de los costos operativos relacionados con la supervisión del estado del hardware y la supervisión 24 / 7 de cualquier dispositivo y componente.
  • Los sistemas dinámicos e intelectuales de planificación de fabricación y de equilibrio de carga ayudan a reducir los gastos operativos.
  • Posibilidad de agregar datos de varias empresas / fábricas en un solo centro de datos.
  • Vender dispositivos como un servicio: puede vender un dispositivo que incluye servicios de monitoreo y mantenimiento por suscripción.

Industria 4.0: cómo funciona

No hay mejor forma de entender Industry 4.0 que crearlo. En Softarex Technologies, Inc. preparamos un pequeño prototipo para un sistema de control de calidad del aire en la puerta como ejemplo de las capacidades de Industry 4.0. Llamémoslo simplemente "El sistema". Lo más interesante en este caso es que el sistema se puede crear y escalar fácilmente. Para la creación de prototipos se usó un kit de Lego ordinario. El sistema en sí es un conjunto de dispositivos que se comunican a través de un servidor central. El servidor es el "centro de comando" para todo el sistema y es responsable de su correcto funcionamiento. Para hacerlo más conveniente, el sistema también tiene un portal para los usuarios que desean monitorear el estado del sistema en línea.

El sistema demuestra un enfoque donde una red une ambos dispositivos se desarrollan desde cero y los dispositivos existentes se adaptan para admitir las comunicaciones con el servidor. Ayuda a demostrar la viabilidad del enfoque Industry 4.0, que establece que no es necesario renovar toda la base de hardware, sino que el hardware existente se puede actualizar para admitir la conectividad de red y la funcionalidad de administración remota.

Además de este uso de componentes relativamente baratos, compactos y autónomos, la transición al paradigma Industry 4.0 es asequible y eficiente.

El esquema del sistema

El esquema del sistema

El sistema incluye los siguientes componentes:

  • Servidor central
  • Sensor de gas y polvo
  • Dispositivo de refrigeración
  • Impresora de imágenes
  • Teléfono móvil con una cámara para tomar fotos y enviarlas a la impresora
  • Portal del operador

Principios básicos de funcionamiento del sistema

El núcleo del sistema es un servidor que se utiliza para el control del proceso de fabricación. El servidor recibe solicitudes de impresión del operador. Una persona toma fotos por teléfono móvil y luego las envía a la impresora. En caso de que no haya impresoras disponibles, las fotos se agregan a la cola hasta que una esté disponible. El estado de cada solicitud y la cola actual se puede ver en el portal del operador.

Creamos una aplicación especial para la interacción de la impresora. Se comunica con el servidor a través del protocolo Web Sockets. La aplicación intercambia datos con la impresora a través de Bluetooth, recibe comandos del servidor y los convierte en comandos de Bluetooth para la impresora. La impresora, a su vez, imprime imágenes al recibir comandos de la aplicación.

En la misma sala donde se encuentra la impresora también hay sensores de gas y polvo. Por ejemplo, generalmente se detectan los siguientes gases: H2, C2H5OH y CO. Una vez por minuto, el sensor envía información sobre la composición de la atmósfera al servidor y también la publica en el portal del operador. En caso de que uno de los valores medidos 4 exceda un umbral establecido, el sensor correspondiente envía una señal de alarma y activa el modo de alarma. En este modo, el sensor envía datos al servidor cada segundo. Cuando el servidor recibe una señal de alarma, apaga la impresora y activa el dispositivo de enfriamiento.

Detalles sobre hardware y software usados

1. Servidor

Usamos la API REST del servidor basada en Play Framework 2.4.x. Redis fue utilizado como almacenamiento de datos. La biblioteca de jesque se usa para colas de tareas persistentes y comandos.

El servidor incluye tres colas de tareas: para la impresora, el dispositivo de enfriamiento y las señales de alarma que tienen la prioridad más alta entre otras colas.

El mecanismo de editor / suscriptor integrado en Redis se usó para la generación de notificaciones sobre la finalización de la impresión. El servidor se suscribe a un evento de finalización y la aplicación que controla la impresora lo genera cuando la impresora deja de imprimir la imagen actual (es decir, la cola de la impresora está vacía).

Sensor de polvo de gas

Sensor de gas y polvo

2. Sensor de gas / polvo

El sensor de gas y polvo es un dispositivo que consta de los siguientes componentes:

1. Controlador Arduino NANO
2. Módulo de Wi-Fi ESP 8266-07
3. Sensor MQ-3 (C2H5OH)
4. Sensor MQ-7 (CO)
5. Sensor MQ-8 (H2)
6. Sensor Sharp GP2Y10 (polvo)

Los sensores están conectados a pines de E / S digitales en Arduino. El microcontrolador recoge datos de los sensores y los envía al servidor. El módulo de Wi-Fi proporciona conectividad inalámbrica con el servidor. Se controla con comandos AT enviados por el microcontrolador a través de dos salidas de E / S digitales utilizando una interfaz UART de software basada en la biblioteca SoftwareSerial. Esta biblioteca es parte del microcontrolador.

Las lecturas del sensor se envían al servidor cada minuto. Si alguno de ellos excede un umbral definido en el firmware del microcontrolador, el sensor genera una señal de alarma y envía un mensaje correspondiente al servidor.

3. Dispositivo de refrigeración

El dispositivo de enfriamiento se basa en ESP8266 - 07. Los dispositivos consultan el servidor central cada segundo a través del protocolo HTTP. Si la respuesta es diferente de 200 OK, aplica voltaje a las salidas GPIO, lo que habilita o deshabilita el ventilador.

4. Impresora de imágenes

La impresora de imágenes se basa en el conjunto Lego Mindstorms NXT 2.0. Se controla a través de un adaptador Bluetooth conectado a una PC / computadora portátil al lado de la impresora. La impresión se lleva a cabo con la ayuda de un marcador movido por los servos de la impresora. El servidor genera comandos para el dispositivo usando un protocolo especial. La impresora utiliza hojas de papel A4.

Tenga en cuenta que el dispositivo fue ensamblado con fines de demostración.

En otras condiciones, la impresora puede reemplazarse con cualquier otro dispositivo habilitado para la red (para comunicación directa con el servidor) o un dispositivo habilitado para Bluetooth (en este caso, las comunicaciones con el servidor se realizan usando un dispositivo que es intermediario entre el Bluetooth y una LAN / Red WAN).

5. Teléfono móvil con una cámara para enviar imágenes a la impresora.

Se seleccionó un teléfono basado en Android como fuente de imágenes para el sistema. Gracias a la simple aplicación de Android, las fotos se tomaron a través de una cámara incorporada. Posteriormente, se enviaron al servidor utilizando solicitudes HTTP POST. Debido al soporte de colas de tareas, no hay posibilidad de enviar varias fotos a la vez. Todas las fotos enviadas se imprimirán según la cola de impresión general. El servidor admite una cantidad aleatoria de dispositivos que sirven como fuentes de imagen.

6. Portal del operador

El portal del operador es un sitio web basado en la tecnología JSF. Consiste de dos páginas:

1. Página de inicio de sesión
2. Página de lista de tareas con estados de tareas

Antes de que comience el trabajo, el usuario tuvo que iniciar sesión. Una vez que se haya realizado correctamente, el usuario será redirigido a la página con la lista de tareas y sus estados actuales. Un estado de tarea puede asumir uno de los siguientes valores: En progreso, En cola, Completado correctamente, Completado con un error.

La cola se actualiza en tiempo real al conectarse al servidor a través de WebSockets, por lo que no es necesario actualizar la página cada vez que necesite información real.

En lugar de conclusión

¿Cuál es la conclusión de este caso? En primer lugar, muestra que Industry 4.0 no es algo increíblemente futurista. Se puede implementar y lo que es más importante es escalable. Las razones por las que Industry 4.0 aún no se implementa de forma ubicua es la falta de conocimientos y habilidades específicas en esta área. Actualmente hay un déficit de especialistas y gerentes. ¡La industria 4.0 es muy joven!

Para tener éxito y obtener una ventaja competitiva, todas las empresas involucradas en la fabricación deben centrarse en la adquisición de expertos. Sin aquellos con conocimiento y experiencia, acelerar la inversión no tiene sentido.

Si no se puede hacer internamente, subcontrate, pero no te detengas. Haz un movimiento antes de que no sea demasiado tarde.

Continuará….

En el siguiente artículo, le diremos "Cómo desarrollamos la parte del servidor Java para la gestión de tareas múltiples basada en Redis".

Softarex Technologies, Inc.
901 N. Pitt Street, Suite 320, Alexandria, VA 22314

Teléfono: + 1 (703) 836 18 60

Correo electrónico: [Email protected]
Web: www.softarex.com

Informador de la industria de procesos

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