Fabrikazio ziberfisikoa. Industriaren egungo erronka

IKTen arloan gaur egun dagoen garapen-lerrorik indartsuenetako bat sistema ziberfisikoena da, hau da, sistema informatikoen eta haiekin hertsiki konektaturik dagoen inguruko mundu fisikoaren eta honetan gertatzen ari diren prozesuen arteko lankidetzan dautzan sistemena. Gainera, sistema horiek Interneten eskuragarri dauden datuak lortzeko eta prozesatzeko zerbitzuekin datu-trukean lan egiten dute. Sistema horien garapenak 4. Industria-Iraultza edo Industria 4.0 deritzonera eraman gaitzake.

Garapen horren emaitzak dira dagoeneko gidaririk gabeko autoak, roboten bidezko kirurgia, eraikin adimendunak, sare elektriko adimendunak, fabrikazio adimenduna eta gailu mediko inplantatuak. Etorkizuneko ekoizpen industrialaren ezaugarriak izango dira serie handi oso malgutan ekoitzitako produktuen indibidualizazio maila handia, kudeaketa-prozesuetan bezeroak eta negozioko partaideak integratzea eta produkzioa kalitate handiko zerbitzuekin lotzea, produktu hibridoak eskaintzeko.

IKTak eta fabrikazioaren automatizazioa elkarlanean 

Ordenagailuen garapenak makina erreminten eta roboten zenbakizko kontrola ekarri zuen, mikroprozesadorea izan da ordenagailu bidezko zenbakizko kontrolaren (CNC) bihotza, ordenagailu bidezko grafikoek ordenagailu bidezko diseinua (CAD) eman zuten. Fabrikazioak izan duen garapena ezinezkoa izango zen ordenagailu-sarerik gabe. Ordenagailuz integraturiko fabrikazioko (CIM) datuak datu-baseetan gordetzen dira. Adimen artifizialak eta ikaskuntza automatikoak ekarpen interesgarriak egin dizkiete fabrikazio-sistema adimendunei.

Ordenagailu bidezko ikusmeneko algoritmoak robotikan aplikatzen dira, ingurunea eta oratu beharreko objektua ezagutzeko. Internetek gizakien eta sistemen arteko lankidetza, hornitze-katearen kudeaketa  edo ekoizpen-sareak  irauli ditu. Agente anitzeko sistemak erabiltzen dira agenteetan oinarrituriko fabrikazioa eta fabrikazio-sistema holonikoak (HMS) gauzatzeko. Kablerik gabeko komunikazio holonikoak, sentsore-sareek eta gauzen Internetek ahalbidetu dituzte bereizmen handiko fabrikazio-sistemak.  Web semantikoaren soluzioek lagundu dute sistemen arteko interoperabilitatea, ontologiak erabiliz.

Fabrikazio-sistema ziberfisikoak

Gauzen Internetek eta sistema ziberfisikoek eragin handia izango dute industrian. Oraingoz, ordea, gauzen Interneten eta sistema ziberfisikoen kontzeptuak erabiltzen dituzten instalazio industrial gehienek ez dute fabrikazio-ekipamenduetan sentsoreak edo produktuetan RFID etiketak txertatzea baino askoz gehiago egiten. Gailu horietatik datozen datuek ez dute tratamendu  handirik izaten. Hori hasiera besterik ez da. Sistema horien benetako balioa gauzen Interneteko datuak analizatzean eta sortzen den informazioa gero erabakiak hartzeko erabiltzean datza. Esate baterako, fabrikazio-  -ekipamenduetan txertaturiko sentsoreetatik datozen datuak higadura edo gerta litezkeen akatsak aurreikusteko eta mantentze-kostuak gutxitzeko erabil litezke.

Fabrikazio-sistema ziberfisikoen atazentzat bost mailako arkitektura bat zehaztu dute gai horretan diharduten adituek. Honako hauek dira mailak:

1. Konexioa: maila honetan, konektaturiko makina, tresna eta produktuek sortzen dituzten datuak jasotzen dira hurrengo mailetara bidaltzeko.

2. Bihurketa: maila honetan datuak informazio bihurtzen dira algoritmoak erabiliz. Adibidez, makina erreminta baten bibrazioek sortzen dituzten datu gordinek ez dute informaziorik ematen makinak izan ditzakeen matxurez baina egiaztapen-algoritmoek ondoriozta dezakete informazio hori.

3. Ziber maila: maila honek informazio prozesatua jasotzen du aurreko mailatik eta balio erantsia sortzeko erabiltzen du, ekipamendua multzo gisa kontuan hartuta. Maila hau hainbat informazioren bilgunea da eta analitika konplexuak egiten ditu. Adibidez, ziber mailak sail edo talde oso batean oinarrituriko metodo analitikoak erabil ditzake, sail edo talde horretan lan egiten duten antzeko baliabideak erkatuz.  Ematen du ziber mailak eta bihurketa mailak antzeko eginkizunak dituztela. Bien arteko desberdintasun nagusia da bihurketa mailak baliabideak banan-banan hartzen dituela kontuan eta ziber maikak, aldiz, sistema osoa hartzen duela kontuan, ezagutza gehigarria erauzteko. 

4. Kognizioa: maila honek makinatik datozen seinaleak egoeraren zuzentasunari buruzko informazioa bihurtzen du eta informazio hori beste informazio batzuekin konparatzen du. Kognizio mailan, sarearen bidez jagon edo diagnostika daiteke makina, akatsak aurreikusteko. Egoerei buruzko datu historikoetan oinarrituz aurreikuste-algoritmo batzuek kalkula dezakete zenbat denbora falta den akatsa gertatzeko.

5. Konfigurazioa: bere egoeraren jarraipena egiteko gai den makina batek garaiz bidal dezake  gerta litekeen akats bati buruzko informazioa operazio mailara. Mantentze-informazio hori baliagarria izan daiteke kudeaketa-sistemarentzat, erabakiak hartzeko. Aldi berean, makinak berak molda dezake bere lan-karga edo fabrikazio-programa, funtzionamendu-akatsek eragindako denbora-galtzeak murrizteko. Sistema bere burua defenditzeko gai da, portaera aldatuz eta prozesua asaldatuko luketen ondoz ondoko akatsak saihestuz.

Bost mailako arkitektura hori instalazio industrial baten hainbat mailatan aplika daiteke:

Osagai mailan: makina bakoitzak bere biki birtuala du ziberespazioan. Biki horrek makinaren osagai kritikoak modelizatzen ditu. Biki edo avatar horrek osagai fisikoarekin paraleloan lan egiten du baina diferentzia handi batekin: ez dago denborarekin eta lekuarekin loturik. Avatarrak osagaiaren egoeraren aldaketa esanguratsuak atzematen ditu. Osagai fisikoa narriatzen hasten denean avatarra osagaiaren bizi-denbora atzematen hasten da. Gainera, biki birtual horiek hodeian daude. Horrela geografikoki urrun dauden beste osagai-biki batzuekin interakzioan jardun daitezke.

Makina mailan: maila honek osagai mailan sorturiko ezagutza konbinatzen du makinaren funtzionamenduaren historiarekin, sistemaren konfigurazioarekin, etab., makina bakoitzeko avatar bat sortzeko. Antzeko makinen biki birtualak erkatzen dira, errendimendu eskaseko makinak identifikatzeko, laneko erregimena alde batera utzita.

Sail mailan: sail bateko makinek, errendimenduari buruzko datu historikoak eta osagaien egoerari buruzkoak erabiliz, ekoizpena kudea dezakete. Metodo hau erabil daiteke osagai guztien bizi-denbora ahalik eta handiena izateko, aldi berean produkzio- eta kalitate-mailak optimizatuz. Sistemak bere burua mantentzen eta konfiguratzen du.

Enpresa mailan: maila gorenak aurreko mailetako emaitzak batzen ditu, goi-mailako errendimendu-txosten bat sortzeko. Zenbait enpresak alda dezakete produkzioaren erritmoa lantegi batean edo gehiagotan, sailaren errendimenduan oinarrituz eta produkzioa orotara eta kostuak mantenduz.

Lantegian dihardutenak eta kudeatzaileak interakzioan jardun daitezke sistemarekin, hainbat motatako intefaceak erabiliz, datu analitikoak hodeian gordetzen direlako, formatu estandarretan.

Glosarioa

avatarra Sistema fisiko baten biki birtuala, semantikan, simulazioan eta modelizazioan oinarritua, automatizazioaren arkitekturan erabiltzen dena.

fabrikazio-sistema holonikoa; HMS (en holonic manufacturing system) Fabrikazio-sistema bat non makinek, lantokiek, piezek, produktuek, pertsonek, departamentuek, etab. ezaugarri autonomoak eta lankidetzakoak baitituzte. Elementu horiei "holonak" esaten zaie. HMS batean, holon bakoitzaren jarduerak beste holon batzuekiko lankidetzaren bidez zehazten dira eta ez mekanismo zentralizatu baten bidez. Era horretan HMS batek malgutasun handia izan dezake.

ordenagailu bidezko diseinua; CAD  (en computer-aided design) Zehaztasunez marrazteko softwarea, ingeniaritzan, arkitekturan eta artean erabiltzen dena.  

ordenagailu bidezko zenbakizko kontola; CNC (en Computerized Numerical kontrol) Zenbakizko kontroleko sistema, programatzen den ordenagailu baten aginduak jarraituz lan egiten duena.

ordenagailuz integraturiko fabrikazioa; CIM (en computer-integrated manufacturing) Produkzio-prozesu osoa ordenagailuz kontrolatua duen fabrikazio-sistema.

RFID etiketa Irratimaiztasun bidez objektuak identifikatzeko etiketa. RFID teknologiaren xede nagusia etiketa batzuetan gordetako informazioa irrati-uhinen bidez eskuratzea da.