Industry 4.0 וכן IoT מביאים עימם שינויים מהותיים בתהילכים התעשייתים. הודות לטכנולוגית הענן מוצרים ומכונות יכולים לתקשר ביניהם. תהליכים תעשייתים יצאו לפועל באמצעות שליטה דינאמית ומבוזרת מתוך המפעל עצמו אך בעיקר מחוצה לו וכל זאת לעומת המצב הקיים כיום של שליטה מרכזית בתהליכים מתוך פנים המפעל עצמו.
אבני היסוד לכל התהליכים הללו הינן טכנולוגיות חישה חכמות ואמינות המסוגלות לתת מענה מקיף לאתגרים של Industry 4.0. החלפה ושיתוף המידע בין תהליך הייצור, המוצר והלוגיסטיקה מאפשרים שקיפות כמעט מלאה לאורך כל הערך. מכאן עולה שספק המידע, קרי החיישן החכם הינו בעל חשיבות עליונה.
בראיה של Industry 4.0 החיישנים החכמים הינם החוליה המשלימה את המטר האחרון הדרוש להשגת מפעל חכם (smart factory).
פירמידת האוטומציה – Industry 4.0
מה הם חיישנים חכמים
חיישנים חכמים הינם בעלי יכולות חישוב דיגטליות עצמאיות בצד יכולת תיקשור עם מערכות האוטומציה של המכונה/רשת המיחשוב המפעלית/טכנולוגיית הענן. תכונות אלו מאפשרות יישום של רעיונות חדשים בתכנון המכונות ורצפת הייצור תוך הרחבת גמישות מערך האוטומציה והיכולת להגדיל את נפחי הייצור בצד הגדלת מגוון הדגמים המיוצרים מחד והתאמתם לדרישות המשתנות מאידך. תחום הבטיחות אדם-מכונה/רובוט מקבל תוקף משמעות כאשר פרמטרים כגון ארגונומיה מצטרפים לפרמטרי הבטיחות ומייצרים מרחב בטוח לאדם בין המכונות האוטונומיות והרובוטים. יישום מרחבים אלו נסמך רובו ככולו על חיישנים חכמים המתקשרים ביניהם כדוגמת מערכת Flexiloop מתוצרת SICK.
היכולת להגדיל את נפח הייצור במקביל להגדלת המגוון מגביר את הצורך ביכולת של איתור ועקיבה (Track and Trace). על מנת למקסם יכולות אלו נידרשת אינטגרציה אנכית של מערכות הייצור והלוגיסטיקה כולל תקשורת רציפה ביניהם. חיישנים חכמים מהווים את הבסיס לבנית השקיפות של תהליכים אלו הן בצד הייצור והן בצד הלוגיסטיקה. שימוש בפרוטוקול תקשורת אחיד בעולם הלוגיסטיקה ובעולם הייצור מאפשר את יצירת השקיפות הנדרשת.
פרוטוקול תקשורת IO LINK הינו פרוטוקול תקשורת שאינו תלוי מערכת (אינו תלוי תקשורת Fieldbus או יצרן ציוד) בדרגת רצפת הייצור. הפרוטוקול מציע ערוץ תקשורת מסונכרן לנתוני התהליך וערוץ תקשורת אסינכרוני לנתוני דיאגנוסטיקה ותיכנות. ה-IO LINK נכלל בתקן IEC 61131 PART 9 ומוכר כטכנולוגית בקרה תחת התקנים IEC 61158 וכן IEC 61784. בהיותו כזה ניתן לתקשר (point to point) בקלות עם רוב מערכות FIELDBUS הקיימת בשוק. תיאור החיישן (IO device description) הינו גנרי ללא תלות במערכת הבקרה .Fieldbus.
יתרונות חיישנים חכמים מבוססי IO LINK
חיישנים חכמים מבוססי IO LINK מנגישים כיום יכולות לפונקציונליות אשר לא הייתה קיימת בעבר. ה”חכמה” של החיישנים הללו בצד יכולות התקשורת פותחים אופקים חדשים ליכולות היצור של המכונות תוך מתן מענה לדרישות ההולכות וצומחות של הלקוחות. הגמישות לשליטה בפרמטרים של החיישנים דרך מערך האוטומציה מהווה יתרון אדיר למכונות אשר פועלות תחת שינויי תצורה תכופים, מכונות המייצרות מוצרים מרוכבים או מכונות המייצרות מספר דגמים על אותו קו בו זמנית.
היכולת להוריד פרמטרים ישירות ממערכת הבקרה אל כל מספר של חיישנים שהוא בצורה סימולטנית חוסך זמן רב, מונע שגיאות וניתן לניטור ורישום בכל רגע. יכולות מניה מהירות הינן כלי נחוץ במערכות בהן נדרשת מדידת מהירויות/תאוצות או מניה (ספירה).
מדידת זמן/חתימת זמן הינה פונקציה חשובה נוספת של IO LINK, פונקציה זו מאפשרת אופטימיזציה של תהליכים בהם נידרש לניטור זמן מדויק לצורה מדידת אורך, בקרה על מספר מחזורים, הפרדת מוצרים או בקרת החלקה מדויקת.
במקרים רבים היכולת לזהות, למדוד, למיין או לוודא פרופיל בעזרת חיישנים חכמים שומר על איכות המוצר והתהליך בשיאו או עוזר לשפר מאוד את ביצועי המכונה.
העתיד כבר כאן
שימוש בפרוטוקול IO LINK ביחד עם חיישן חכם מאפשר יצירת פונקציות אוטומציה חכמות – לדוגמא חיישן SAM מתוצרת SICK. חיישנים אלו יכולים לשמש כחיישני פולסים פשוטים אך עם שימוש ב-IO LINK ניתן להופכם בקלות לחיישני מהירות/תאוצה חכמים. באמצעות תהליך של קונפיגורציה מהבקר ניתן לתכנת את החיישן לקריאה רציפה של מהירות ותאוצה בתקשורת או לחילופין להגדיר תחומי מהירות/תאוצה אשר מחוצה להם החיישן מוציא אות למערך האוטומציה. חיישנים אלו ניתנים להפעלה מהירה, פשוטה ומדויקת, נתוני המדידה ניתנים להעברה בזמן אמת או עם השהיית זמן. במקביל חיישן ה-SAM מאפשר עקיבה בזמן אמת על מצב המכונה – למשל מדידת טמפרטורה באיזור החיישן וכן אפשרות איבחון מרחוק.
הטכנולוגיה שהוצגה עד כה נמצאת כבר כיום בשימוש בתעשיות רבות כגון: תעשיית הרכב, תעשיית המזון, תעשיית התרופות, תעשיית הדפוס והאריזות, תעשיית העץ ועוד. כיום שוקדות חברות רבות בפיתוח חיישנים ואקטואטורים המתקשרים האחד עם רעהו ישירות ללא צורך ברכיב מתווך דוגמאת בקר או מחשב. התיקשורת הישירה הזו חוסכת זמן רב ומאפשרת אפוטימזציה של התהליך בצורה מירבית, מגדילה את הגמישות בתהליך וכמובן תורמת תרומה נכבדה לאמינות התהליך.
חיישנים חכמים מטשטשים את הגבולות בין דרגות האוטומציה
לסיכום, חיישנים חכמים מבוססי תקשורת IO LINK הפועלים ברצפת הייצור מספקים זרימת מידע אחידה ורציפה לכל אורך פירמידת האוטומציה. יכולת התקשורת בין החיישנים ללא צורך בתווך מטשטשת את הגבולות בין השכבות השונות בפירמידת האוטומציה והופכת את המודל הקלאסי ללא רלוונטי. במקביל יכולת התקשורת הזו הופכת לדרישת חובה ליישום עתידי של Industry 4.0 הנשענת על זרימת מידע רציפה ואמינה המגיעה ישירות מהחיישנים.
