ЛАБОРАТОРНЫЙ КОМПЛЕКС В РАМКАХ ЧЕТВЕРТОЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ РЕВОЛЮЦИИ

Четвертая промышленная революция – это закономерное явление, связанное с интенсивным внедрением киберфизических систем на производствах, которое также связывают с понятием «Индустрия 4.0». Существует ряд мнений, высказывающих сомнение в действительности Четвертой промышленной революции. В свою очередь автор понятия «Индустрия 4.0» Клаус Шваб, президент международного экономического форума в Давосе, выделил ряд причин, согласно которым Четвертая промышленная революция не является продолжением Третей промышленной революции. По его мнению, это скорость нынешних прорывов, которая не имеет исторических прецедентов, повсеместное распространение изменений в каждой стране и во всех отраслях, а также широта и глубина изменений, предвещающая трансформацию не только производства, но и системы управления.

Таким образом, промышленная концепция «Индустрия 4.0» - это глобальная, сложная, многоуровневая организационно-техническая система, основанная на интеграции в единое информационное пространство физических операций и сопутствующих процессов. Производственная среда «Индустрия 4.0» подразумевает совместное использование уже существующих и новых технологий, концепций и подходов, объединение их в единую, но распределенную умную систему. К технологиям, без которых невозможно реализовать производственную среду в рамках Четвертой промышленной революции, относятся:

• Цифровое производство;
• Киберфизические системы;
• Промышленный интернет вещей;
• Облачные вычисления;
• Большие данные;
• Дополненная реальность;
• Умные машины и автономные роботы;
• Горизонтальная и вертикальная интеграция.

Для подготовки специалистов, обладающих компетенциями в области «Индустрии 4.0», и повышения цифровой культуры было предложено разработать учебный комплекс, отвечающий концепции «Индустрия 4.0».

Проектируемый комплекс основывается на базе существующего оборудования и включает в себя четыре технологических объекта (конвейер, промышленный робот, фрезерный станок и накопитель), способных взаимодействовать как между собой (внутри одного уровня), так и с надсистемами (межуровневое взаимодействие), что позволит продемонстрировать принципы горизонтальной и вертикальной интеграции. Для этого необходимо создать программно-аппаратную базу, локальные системы управления для каждой технологической единицы, оснастить оборудование датчиками для сбора информации о производственном процессе, организовать интерфейсы для передачи, хранения и обработки информации, разработать алгоритмы действия для различных штатных и нештатных ситуаций.Управление согласованной работой технологических объектов планируется осуществлять с помощью Supervisory Сontrol and Data Acquisition (SCADA) системы LabVIEW, которая, по совместительству, является связующим звеном между «умным производством» и системой Product Lifecycle Management (PLM), отвечающей за весь жизненный цикл изделия, начинающийся с конструкторской проработки и продолжающийся до реализации конечному пользователю. Наличие интерфейса SCADA-PLM/MES позволяет считать, что разрабатываемый комплекс отвечает требованиям промышленной среды «Индустрия 4.0».

Рисунок 1. Структура лабораторного комплекса

Планируется, что лабораторный комплекс будет функционировать следующим образом:

1. Датчик Radio Frequency IDentification (RFID), расположенный на конвейере, считывает код поступившей заготовки, сигнал передается в устройство связи с объектом (УСО) конвейера;

2. УСО конвейера посылает сигнал с номером заготовки в SCADA систему;

3. SCADA система запрашивает инструкцию для данной заготовки у PLM системы;

4. PLM выдает инструкции SCADA системе, SCADA система передает инструкции на УСО станка, накопителя и робота;

5. УСО робота выполняет программу переноса заготовки с конвейера на станок в соответствии с полученной инструкцией;

6. УСО робота оповещает SCADA систему и УСО станка об окончании переноса;

7. Установленный на станке датчик наличия заготовки сигнализирует УСО станка о возможности начала обработки;

8. УСО станка выполняет программу обработки заготовки в соответствии с полученной на этапе 4 инструкцией;

9. УСО станка оповещает SCADA систему и УСО робота об окончании обработки;

10. УСО робота выполняет программу переноса детали со стола станка в соответствующую ячейку накопителя, согласно полученной для данной заготовки инструкции;

11. Датчик наличия детали на накопителе оповещает УСО накопителя об успешной доставке обработанной детали;

12. УСО накопителя передает сигнал об успешном окончании цикла в SCADA систему.

Для достижения поставленной цели, а именно - создания лабораторного комплекса, отвечающего концепции индустрия 4.0, необходимо выполнить ряд мероприятий, касающихся каждой технологической единицы.

Вертикально-фрезерный станок необходимо оснастить контроллером с универсальной системой управления, сервоприводами для обеспечения точного контролируемого перемещения по трем координатам, реализовать возможность управления шпинделем средствами системы числового программного управления.

Проектируемый комплекс должен обрабатывать заготовки различного типа (призматические и цилиндрические), в связи с чем, стол станка необходимо оснастить приспособлением для установки и зажима разнотипных заготовок. В свою очередь приспособление должно согласованно и гарантированно обеспечивать установку заготовки и зажим с определенным заданным для каждой заготовки усилием. Контроль наличия заготовки на столе предполагается осуществлять благодаря RFID-меткам, которые должны определять каждую деталь в течение всего жизненного цикла изделия. Для контроля усилия зажима будет применен датчик силы тока, подключенный к обмоткам шагового двигателя.

Для оборудования транспортно-накопительной системы также необходимо организовать универсальные, способные к взаимодействию системы управления, путем установки новых контроллеров с соответствующим программным обеспечением. Исполнительный механизм робота, как и зажим станка, должен обеспечивать заданное для каждой заготовки усилие зажима, для чего будет применяться ранее упомянутый датчик силы тока.

Наличие заготовки на каждом этапе транспортирования призваны контролировать ультразвуковые датчики наличия заготовки, что необходимо для предотвращения негативных последствий при возникновении нештатных ситуаций (утеря заготовки, отказ исполнительных механизмов и т.д.).

Список литературы:

1. Гуськова Н.Д., Неретина Е.А. «Предпосылки формирования и ключевые положения концепции «Индустрия 4.0»» – 2017.
2. Klaus Schwab «The Fourth Industrial Revolution: what it means, how to respond» // Foreign Affairs. – 2016. Режим доступа: https://www.weforum.org/agenda/2016/01/the-fourth-industrial-revolution-what-it-means-and-how-to-respond