Исследователи из трёх институтов Ахена совместно работают в Центре Фраунгофера «Сетевое адаптивное производство» (Fraunhofer High Performance Center “Networked, Adaptive Production”) над реализацией единой сети машин и датчиков. Сеть призвана оценивать все получаемые производственные данные с помощью интеллектуальных алгоритмов в режиме реального времени и адаптировать производственный цикл в соответствии с этими данными. Возможности сети будут продемонстрированы на выставке в Ганновере с 23 по 27 апреля 2018 года.
Конечная цель работы центра – создание единой и компьютеризированной среды производства.
Сегодня перед производством стоят две задачи, которые сложно или невозможно воплотить: индивидуальная обработка компонентов и оптимизация производства в режиме реального времени. Именно эту задачу и хотят решить исследователи. Они разрабатывают единую производственную среду, которая подходит для различных отраслей промышленности – от биомедицины до машиностроения. В Центре Фраунгофера хотят полностью использовать возможности Индустрии 4.0 для особо сложных производственных задач, примеры которых будут представлены на выставке в Ганновере.
Благодаря новому подходу удаётся «оцифровать» и связать в единую сеть реальную производственную среду. Чтобы это сделать, все производственные системы оснащаются многочисленными датчиками, которые непрерывно передают данные измерений с машин в центральную базу данных, причём делают это по беспроводной сети через мобильные сети 5-го поколения (5G). Собранные данные хранятся в специально разработанном облаке под названием Virtual Fort Knox, где обрабатываются и анализируются специально разработанными алгоритмами и программами. Этот анализ помогает выявить новые и неожиданные данные, которые можно соотнести с шаблонами процессов, например с вибрационными шаблонами, выявив, таким образом, что инструмент на станке изношен. Когда информация возвращается обратно в блок управления устройством, она вызывает предупреждение о необходимости замены инструмента.
Чтобы проиллюстрировать различные возможности оцифровки и подключения производственных мощностей, эксперты Института технологии производства объединились с коллегами из Института лазерной технологии и Института молекулярной биологии и прикладной экологии и создали шесть различных систем для отработки и демонстрации возможностей системы. В частности, были созданы производственные цепочки изготовления лопаток турбин, лекарств и аккумуляторов для электромобилей. При изготовлении компонентов турбин для авиационных двигателей первостепенное значение имеет точность и безопасность. В настоящее время лопасти турбин в основном фрезеруются из цельной титановой болванки с использованием станков. При такой схеме не исключены вибрации, которые приводят к неточной обработке. Для решения этой проблемы в пилотной системе были установлены датчики, способные точно регистрировать отклонения до сотых долей миллиметра длительностью несколько миллисекунд. В будущем огромные объёмы данных, собранных в ходе этой процедуры, будут передаваться через сеть 5G в безопасное облако (Virtual Fort Knox). Только скорость 5G подходит для отправки команд управления станку в режиме реального времени и предотвращения вибраций до их возникновения.
Особенность нового высокопроизводительного центра в том, что данные о производстве и информация с датчиков хранятся отдельно для каждой единицы продукта в «цифровом двойнике», который содержит всю историю производства. Если в дальнейшем появляется брак, то можно проанализировать весь процесс и определить, где возникла ошибка. Анализ данных и отслеживание истории производства ценны не только для изготовления турбин, они пригодятся и для извлечения активных веществ из растений. В контролируемых условиях Института молекулярной биологии и прикладной экологии высаживают растения, выращивают их, биохимически изменяют для производства медицинских препаратов, а затем собирают. На последнем этапе активные ингредиенты экстрагируют из растения и выделяют.
Поскольку все растения развиваются по-своему и содержат разное количество активных ингредиентов, полезно проследить историю каждого из них, чтобы точно проанализировать условия роста и выработки активных веществ. В дальнейшем можно определить, при каких условиях растения особенно продуктивны, и постоянно адаптироваться под них. Сотрудники института проводят обширный анализ больших данных, чтобы выявлять и контролировать правильные параметры, влияющие на производство активных ингредиентов в растениях.
Сильной стороной центра высокопроизводительных вычислений в Ахене стала пригодность технологий оцифровки к различным областям применения. Например, в институте лазерной технологии исследователи адаптировали концепцию к производству аккумуляторных модулей. Эти модули состоят из сотен или даже тысяч отдельных ячеек, которые необходимо сваривать и связывать друг с другом с помощью лазера. Это трудоёмкий процесс, который требует высокой надёжности, ведь если во время работы батареи из строя выйдет один шов, это может повлечь выход из строя всего модуля. Чтобы решить эту проблему, эксперты в Ахене решили использовать датчики для контроля сварки. В результате удалось контролировать качество лазерной сварки в реальном времени или отслеживать его в истории продукта. Кроме того, благодаря полной связности системы и непрерывному потоку данных в будущем можно будет сделать производство батарей более гибким. Сейчас производители обычно указывают место для установки и тип ячейки, однако при использовании новой системы для каждого приложения можно будет выбрать идеальный тип батареи с нужными характеристиками производительности и правильным размером, подходящими к спецификации автомобиля.
Fraunhofer Institute for Production Technology IPT
Комментарии