Orðasambandið nær yfir breitt svið. Í einföldu máli, Iðnaður 4.0 CNC vél gæti einfaldlega birt keyrsluástand sitt (skurður, óvirkni, viðvörun) á mælaborði í verksmiðjunni. Í hinum fullkomna enda er sama vélin inni í lokaðri lykkju þar sem MES áætlar verk sín, ERP fær afköst í rauntíma, forspárviðhaldskveislur frá straumþróun spindils og gæðagögn frá skoðun í vinnslu senda aftur til næsta forrits. Báðir endar teljast til Iðnaðar 4.0; þeir eru ólíkir að þroska, ekki að eðlisfari.
Það sem greinir Iðnaðar 4.0 CNC-vinnslu frá sjálfstæðri CNC-vél er tenging og samhengi. Hefðbundin CNC-vél keyrir forrit og framleiðir hluti. Iðnaðar 4.0 CNC-vél gerir það sama og býr jafnframt til samfelldan gagnastraum sem restin af verksmiðjunni getur notað til að skipuleggja vinnu, spá fyrir um bilanir, mæla afköst og bæta gæði.
Iðnaður 4.0 arkitektúrinn: Frá skynjara til ERP
Ríkjandi arkitektúr fyrir CNC-vinnslu í Iðnaðar 4.0 fylgir ISA-95 staðlinum, sem skilgreinir 5 stigveldisstig framleiðslustýringar. Skýringarmyndin hér að neðan sýnir hvernig gögn flæða upp staflann frá efnislegum skynjurum til fyrirtækjakerfa, en skipanir og áætlanir flæða niður í gagnstæða átt.
STIG 4 ERP / Viðskiptaáætlun
Áætlanagerð, birgðir, fjármál
STIG 3 MES / Framleiðsluaðgerðir
Framleiðslueftirlit, OEE, rekjanleiki
SCADA-stig 2 / Edge Computing
Gagnasöfnun, staðbundnar greiningar
CNC stýringarkerfi / PLC stýringarkerfi fyrir 1. stig
Vélrökfræði, hreyfistýring
STIG 0 Efnislegt lag
Skynjarar, stýringar, vélin sjálf
Mest af umbreytingarverkefnum í Iðnaði 4.0 fer fram á 3. stigi, þar sem framleiðsluframkvæmdakerfið (Manufacturing Execution System) er staðsett. MES er lagið sem tengir saman raunveruleikann á verksmiðjugólfinu við viðskiptaáætlanagerð. Það safnar stöðu véla að neðan, þýðir ERP vinnupantanir í keyranlegar áætlanir, reiknar út OEE í rauntíma og framfylgir ferlum eins og samþykktum forritaútgáfum og vottuðum verkfærum.
Gögn flæða stöðugt upp gagnagrunninn: skynjaramælingar inn í stýringuna, stöðu véla inn í brún- eða SCADA-kerfi, samanlögð framleiðslugögn inn í MES og skýrslugerð á viðskiptastigi inn í ERP. Skipanir flæða niður: ERP gefur út vinnupantanir, MES tímasetur þær á vélar, stýringar keyra forritin og stýringar framkvæma verkið. Þessi tvö flæði virka samtímis, sem gerir arkitektúrinn lokaðan frekar en bara tengdan.
Þriggja þrepa Iðnaður 4.0 þroskalíkanið
Flestar verkstæði færa sig ekki úr hefðbundinni CNC yfir í fulla Iðnaðarframleiðslu 4.0 í einu skrefi. Þær klifra upp þroskastiga þar sem hvert stig skilar mælanlegri ávöxtun sem fjármagnar það næsta. Þriggja þrepa líkanið hér að neðan lýsir ferlinum.
ÞREP 1: Tengt
Vélar tilkynna stöðu sína til miðlægs kerfis. Verkstæðið veit í rauntíma hvaða vélar eru að skera, hverjar eru aðgerðalausar og hverjar eru í viðvörun. Hægt er að mæla OEE frekar en að áætla. Þetta stig eitt og sér leiðir oft í ljós óþægilega sannleika: Verkstæði sem héldu að þau væru að keyra á 72 til 76 prósent OEE uppgötva oft að raunveruleg tala er nær 42 prósentum þegar stafræn gögn koma í stað skýrslugerðar rekstraraðila. Fjárfesting á stigi 1 er lítil. Straumskynjari á spindelmótornum ásamt Wi-Fi örstýringu er hægt að setja saman fyrir undir 200 Bandaríkjadali á vél með því að nota tilbúna varahluti.
2. ÞREP: Greindur
Gögnum er greind og brugðist við. MES mælaborð koma í ljós flöskuhálsa. Fyrirbyggjandi viðhald merkir spindla áður en þeir bila. Samþætting CAM og ERP útrýmir handvirkri gagnaslátt milli kerfa. Gæðagögn flæða aftur inn í vinnslubreytur. Heimsklassa OEE upp á 85 prósent verður raunhæft markmið. Þetta stig krefst fjárfestingar í MES hugbúnaði, endurbótum á skynjurum þar sem þörf krefur og tengiinnviði, þar á meðal OPC-UA eða MTConnect samskiptareglum fyrir allan vélaflotann.
ÞREP 3: Sjálfvirkt
Verksmiðjan lokar hringrásinni. Vélar áætla sjálfkrafa út frá eftirspurnarspám frá ERP. Gervigreindarknúnar leiðréttingar eiga sér stað meðan á skurði stendur án afskipta manna. Framleiðsla án ljósa gengur ómannað yfir nóttina með forspárviðhaldi sem kemur í veg fyrir bilanir áður en þær valda niðurtíma. Fáar verksmiðjur hafa náð fullu 3. stigi og flestar sem hafa það eru í flug- og geimferðaiðnaði, bílaiðnaði eða stórum rafeindabúnaði. Fjárfestingar eru á bilinu frá umtalsverðum til umtalsverðra eftir stærð verksmiðjunnar og upphafsstöðu flotans.
Kjarnatækni: IoT, MES, ERP og jaðartölvuvinnsla
Fjórir tækniflokkar knýja áfram CNC-kerfi Iðnaðar 4.0. Hver þeirra fjallar um ákveðið lag í arkitektúrnum og hvernig þeir tengjast ákvarðar hversu þroskaður innleiðingin getur orðið.
Iðnaðar-IoT (IIoT). Skynjara- og tengilagið. Nútíma CNC-vélar eru með innbyggða IIoT-getu, en flestar núverandi verkstæði nota blandaða flota þar sem meðalvélin er um 9 ára gömul. Rannsóknir í greininni benda til þess að 47 prósent iðnfyrirtækja hafi ekki enn tekið í notkun snjalltengdar tengdar eignir. Endurbótamöguleikar eins og straumskynjarar fyrir spindla, titringshraðamælar og jaðargáttir færa eldri vélar inn í IIoT-lagið fyrir brot af kostnaðinum við að skipta þeim út.
Framleiðsluframkvæmdakerfi (MES). Rekstrarlagið. MES sér um framleiðslumælingar, eftirlit með framleiðslugetu (OEE), áætlanagerð, gæðastjórnun og rekjanleika. Þar myndast mest mælanleg arðsemi fjárfestingar (ROI) í Iðnaði 4.0, því það breytir hráum gögnum um vélar í framkvæmanlegar ákvarðanir um framleiðslu. Algengar MES-kerfi í CNC-umhverfum eru meðal annars Ignition, Siemens Opcenter, Plex og SAP MII, með opnum hugbúnaði og lightw8 skýjavalkostum einnig í boði fyrir minni verkstæði.
Samþætting ERP. Viðskiptalagið. Samþætting ERP brúar bilið á milli þess sem deildin er að gera og þess sem fyrirtækið er að skipuleggja. Þegar ERP vinnupantanir flæða sjálfkrafa inn í MES og framleiðsluniðurstöður flæða aftur til ERP án handvirkrar færslu, verður áætlanagerð móttækileg fyrir raunveruleikanum. Lykil samþættingarmynstur nota REST API, OPC-UA eða birgja-sértæk tengi milli SAP, Oracle, Microsoft Dynamics eða NetSuite og MES.
Jaðartölvuvinnsla. Staðbundna greindarlagið. Jaðartæki eru staðsett á milli véla og skýsins og keyra greiningar á staðnum þar sem seinkun, bandbreidd eða netöryggi koma í veg fyrir að allt flæði til miðlægs kerfis. Jaðartölvuvinnsla gerir aðlögunarhæfa stjórnun, forspárviðhald og gæðaeftirlit í rauntíma mögulegt á verksmiðjugólfinu án tafa fram og til baka til fjarlægs gagnavers.
Arðsemi fjárfestingar: Mæling á arðsemi fjárfestingar í Iðnaði 4.0
Arðsemi fjárfestingar (ROI) fyrir CNC vinnslu í iðnaði 4.0 reiknast út fyrir marga flokka í einu. Hver flokkur hefur dæmigerð svið í greininni, þar sem minni verkstæði ná yfirleitt neðri hluta hvers bils og stærri framleiðsluumhverfi ná meiri ávöxtun. Taflan hér að neðan sýnir samantekt á væntanlegum ávöxtunarflokkum.
| Arðsemi fjárfestingarflokks | Dæmigert framför | Uppspretta ávinnings |
|---|---|---|
| Úrbætur á OEE | Frá 60% í 85% | Rauntímasýnileiki, fylgni við tímaáætlun, fækkun örstöðvana |
| Ófyrirséð minnkun niðurtíma | 30 til 50 prósent | Fyrirbyggjandi viðhald byggt á greiningu skynjaramynstra |
| Minnkun úrgangs og endurvinnslu | 20 til 50 prósent | Gæðaeftirlit í vinnslu, framfylgdar útgáfur af forritum |
| Orkunotkun | 10 til 30 prósent | Greining á biðtíma, bjartsýni á hringrásartíma, snjall biðtími |
| Framleiðni vinnuafls | 15 til 25 prósenta hagnaður | Sjálfvirk gagnasöfnun, minni handvirkar snertingar, skilvirkari áætlanagerð |
| Birgðakostnaður | 10 til 20 prósent | ERP-samþætting gerir kleift að flæða efni á réttum tíma |
| Gæðakostnaður (COPQ) | Lækka úr 15-20% tekjur | Skoðun á meðan á vinnslu stendur kemur í veg fyrir útbreiðslu galla niðurstreymis |
| Dæmigert endurgreiðslutímabil | 12 að 24 mánuði | Uppsafnað áhrif ofangreindra flokka á rekstrarhagnað |
Stærsti einstaki þátturinn í flestum útreikningum á arðsemi fjárfestingar (ROI) er aukningin í OEE. Verkstæði sem keyrir á 60 prósent OEE hefur sömu vélbúnaðargetu og verkstæði sem keyrir á 85 prósent, en munurinn liggur í upplýsinga- og ferlastýringu. Að brúa þetta bil á núverandi vélum er yfirleitt ódýrara og hraðara en að kaupa fleiri vélar, og þess vegna líta MES-framleiðendur og IIoT-samþættingaraðilar á Iðnað 4.0 sem stefnu um aukna afkastagetu frekar en hreina kostnaðaráætlun.
Málsrannsókn: STYLECNC Greind framleiðslulína fyrir húsgögn á spjöldum
STYLECNC smíðar CNC framleiðslulínur í fyrirtækjaflokki sem eru dæmi um meginreglur Iðnaðar 4.0 í húsgagnaframleiðslu. framleiðslulína fyrir snjallar spjaldhúsgögn Samþættir sjálfvirka hleðslu, snjalla innfellda CAM, ATC CNC fræsingu, borun, kantlínugerð og strikamerkjamiðaðar merkingar í eitt samtengd vinnuflæði. Hver spjald sem kemur inn í línuna er rakið sérstaklega í gegnum hverja aðgerð, þar sem skynjaragögn og lotutalningar flæða inn í miðlægt eftirlitskerfi.
Tilvísunararkitektúrinn fyrir þessa línu setur STYLECNC vélbúnaður á stigum 0 til 2 í ISA-95 stigveldinu, með MES og ERP sem viðskiptavinir setja upp á stigum 3 og 4. Full sjálfvirk CNC leiðarframleiðslulína fyrir spjaldhúsgögn Uppsetning er algengasti upphafspunkturinn, sem styður fulla innfellda CAM, sjálfvirka hleðslu á plötum og samstillta niðurborun og kantslípun. Greindur hreiður CNC leið fyrir skápagerð býður upp á sömu hreiður- og rakningargetu fyrir minni skápaverslanir.
Mælanleg áhrif sem þessi tegund framleiðslulínu er hönnuð til að ná eru meðal annars aukning á heildarafköstum (OEE) frá dæmigerðum grunnlínum fyrir blandaðan flota upp í 75 til 85 prósent, 30 til 50 prósent minnkun á ófyrirséðum niðurtíma þegar parað er við MES-drifið forspárviðhald og 20 til 50 prósent minnkun á úrgangi með þvinguðum hreiðurskipulagi og strikamerkjastaðfestu efnisflæði. Afköstaaukning upp á 5 til 15 prósent á fyrsta ársfjórðungi tilraunaverkefnisins er algeng þegar verkstæði leggja tengda áætlanagerð ofan á núverandi línu.
Handan við húsgögn eru sömu meginreglur Iðnaður 4.0 sýnilegar í STYLECNC lausnir fyrir lóðrétta atvinnugrein, þar á meðal Laserskurðar- og suðukerfi fyrir framleiðslu á litíumjónarafhlöðum og Iðnaðar trefjarlaser suðuvélmenni fyrir bílaframleiðsluBáðar útfærslurnar nota sama gagnaflæði frá skynjara til ERP með sértækri MES-samþættingu fyrir hverja lóðréttu kerfi, sem sýnir að Iðnaður 4.0 er ekki ein vara heldur kerfisarkitektúr sem er beitt á hvaða framleiðsluumhverfi sem verkstæðið keyrir.
Orðalisti: Hugtök í CNC-iðnaði 4.0
Notið þessa heimild þegar þið metið Iðnaður 4.0 birgja, skipuleggið arkitektúr eða skoðið MES og ERP skjöl.
| Orð | Skilgreining |
|---|---|
| Iðnaður 4.0 | Fjórða iðnbyltingin skilgreind af hlutunum í hlutunum, net-efnislegum kerfum, gervigreind og tengdri framleiðslu. |
| MES | Framleiðslukerfi. Hugbúnaðarlag milli ERP og verksmiðjugólfs sem stýrir framleiðslu í rauntíma. |
| ERP | Áætlanagerð fyrirtækjaauðlinda. Kerfislag viðskipta sem sér um fjármál, birgðir, áætlanagerð og pöntunarstjórnun. |
| OEE | Heildarárangur búnaðar. Afurð framboðs, afkasta og gæða. Markmiðið er 85 prósent í heimsklassa. |
| IIoT | Iðnaðarnetið hlutanna. Net skynjara, stýringa og jaðartækja sem framleiða gögn á verksmiðjugólfinu. |
| MTConnect | Opin samskiptareglur hönnuð sérstaklega fyrir gagnaskipti á CNC vélum. |
| OPC UA | Opinn iðnaðarsamskiptastaðall sem er mikið notaður fyrir gagnaflæði milli véla og kerfa. |
| ISA-95 | Alþjóðlegur staðall sem skilgreinir samþættingarstigveldi milli viðskiptakerfa og verksmiðjugólfs. |
| Sameinað nafnrými (UNS) | Ein uppspretta sannleiksarkitektúrs þar sem öll verksmiðjugögn flæða í gegnum sameiginlegt nafnrými. |
| Edge Computing | Staðbundnar greiningar framkvæmdar á eða nálægt vélinni frekar en í fjarlægu skýi eða gagnaveri. |
Algengar spurningar
Er Iðnaður 4.0 þess virði fyrir litla CNC verkstæði?
Umræður í umræðuþræðinum „Iðnaður 4.0 - Er einhver með í för?“ um verkfræðinga sýna misvísandi skoðanir. Einlæga matið er að einföld tenging (Tier 1) sé næstum alltaf þess virði vegna þess að kostnaðurinn er lágur og sýnileiki OEE er strax gagnlegur. Full MES innleiðing (Tier 2 og hærri) er skynsamlegri fyrir verkstæði sem keyra 10 eða fleiri vélar, flóknar blöndur verkefna eða framleiðsluvinnu þar sem lítill OEE hagnaður er samsettur yfir þúsundir hluta.
Hvað kostar MES kerfi fyrir CNC verkstæði?
Verð á MES er mjög mismunandi eftir getu og stærð verkstæðis. Hægt er að setja upp opna hugbúnaðarkerfi eins og Ignition fyrir nokkur þúsund Bandaríkjadali auk vinnuafls við samþættingu. Meðalstór viðskiptakerfi frá Plex, Siemens Opcenter eða Epicor kosta á bilinu 20,000 til 100,000 Bandaríkjadali fyrir dæmigerðar meðalstórar verksmiðjur. Innleiðingar á SAP MII eða Oracle Manufacturing Cloud fyrir stórar verksmiðjur hleypa milljónum króna. Umfjöllun SME Manufacturing Engineering bendir á að hægt sé að setja saman einfalda heimabruggaða tengingu með tilbúnum hlutum fyrir um 150 Bandaríkjadali á vél til að fylgjast með grunnstöðu spindils.
Get ég tengt eldri CNC vélar við Iðnaðar 4.0 kerfi?
Já. Sérfræðingar í greininni taka fram að meðal CNC-vél í bandarískum verkstæðum er um 9 ára gömul, þannig að tenging við endurbætur er ríkjandi notkunarmynstur, ekki nýir aðilar þurfa að skipta út. Algengar aðferðir við endurbætur eru meðal annars MTConnect-millistykki, örstýringar með straumskynjurum á spindlinum, titringshraðamælar og jaðargáttir sem þýða sérsniðnar stýringarsamskiptareglur í opna gagnastrauma. Flestar eldri vélar geta tengst Iðnaður 4.0 neti án þess að skipta þurfi um stýringar.
Hver er dæmigerður OEE fyrir CNC verkstæði?
OEE í heimsklassa er 85 prósent, en dæmigert OEE í framleiðslu er um 60 prósent. Munurinn er að mestu ósýnilegur þar til stafrænt eftirlit mælir hann. Eitt dæmi frá SME lýsir verkstæði sem hélt að það væri með 72 til 76 prósent OEE í 5 ár, en raunverulegar stafrænar mælingar sýndu 42 prósent. Misræmið stafaði af vanskráðum stuttum stöðvum, breytingum á áætlunum og biðtíma sem pappírsskýrslur misstu af.
Hver er munurinn á MES og ERP?
ERP sér um rekstrarþætti eins og fjármál, birgðir, pöntunarstjórnun og áætlanagerð á háu stigi. MES sér um framleiðsluþætti eins og rauntímaáætlanagerð, vélaeftirlit, gæðaeftirlit og OEE-mælingar. ERP er á ISA-95 stigi 4 og starfar á tímaramma frá klukkustundum til daga; MES er á stigi 3 og starfar á tímaramma frá sekúndum til mínútna. Kerfin tvö samþættast þannig að ERP vinnupantanir flæða inn í MES áætlanir og MES framleiðsluniðurstöður flæða aftur til ERP fyrir reikningsfærslu og birgðauppfærslur.
Hvernig byrja ég á tilraunaverkefni í Iðnaðar 4.0 í CNC verkstæðinu mínu?
Heimildir í greininni, frá SME, Excellerant og Jitbase, eru sammála um svipað mynstur. Byrjið með tengigreiningu til að staðfesta hvaða vélar geta þegar birt gögn og hvaða vélar þarfnast endurbóta. Veljið eina framleiðslueiningu eða eina mikilvæga vél fyrir tilraunaverkefnið. Tengið hana, mælið grunnlínu OEE í 2 til 4 vikur og miðið við 5 til 15 prósenta aukningu í afköstum á fyrsta ársfjórðungi tilraunaverkefnisins. Skjalið hvað virkar og stækkið síðan. Verkstæði sem reyna að innleiða MES fyrir alla verksmiðjuna í einum áfanga eiga yfirleitt í erfiðleikum; verkstæði sem framkvæma fyrstu tilraunaverkefnið ná yfirleitt árangri.
The Bottom Line
CNC-vinnsla í Iðnaði 4.0 snýst síður um að kaupa nýjar vélar en að breyta vélum sem verkstæði á nú þegar í þátttakendur í tengdu framleiðslukerfi. Tengingar á 1. stigi eru aðgengilegar nánast öllum verkstæðum í dag. Innleiðing á 2. stigi MES skilar mestu mælanlegu arðsemi fjárfestingarinnar og er eðlilegt markmið til meðallangs tíma fyrir flest framleiðsluumhverfi. Sjálfstæði á 3. stigi er langtímastefnan fyrir verkstæði með það magn og flækjustig að réttlæta fjárfestinguna.
STYLECNC Iðnaðarframleiðslulínur, þar á meðal snjallhúsgagnalínan, eru hannaðar sem Iðnaðar 4.0-tilbúnar kerfi með skynjaraþekju, nettengingu og stýringararkitektúr sem samþættist hreinlega við MES- og ERP-kerfi sem viðskiptavinir setja upp. Hafðu samband við STYLECNC teymið eða endurskoða Lausnir fyrir framleiðslu á spjaldhúsgögnum og breiðari vörulista fyrir framleiðslulínur fyrir húsgögn til að ræða samþættingu Iðnaðar 4.0 fyrir Nextion dreifingu þína.
