Inteligentne technologie w przemyśle. Dlaczego przemysł musi stać się inteligentny?
Inteligentne telewizory, zegarki, ubrania, materiały, mieszkania czy domy – dziś coraz więcej urządzeń i obiektów, dzięki nowatorskim funkcjonalnościom, zyskuje miano „inteligentnych”. Nie inaczej jest i w świecie przemysłu, gdzie dzięki inteligentnym technologiom i rozwiązaniom bazującym na sztucznej inteligencji przedsiębiorstwa zyskują wymierne korzyści i przewagę konkurencyjną.
Spis treści
- Po co w przemyśle inteligentne technologie?
- Inteligentne czujniki
- Inteligentne materiały
- Sztuczna inteligencja w branży przemysłowej
- Inteligentne maszyny i urządzenia
Po co w przemyśle inteligentne technologie?
Inteligentne technologie w przemyśle można znaleźć w różnych obszarach. Wszystkie jednak mają podobne cele – poprawę funkcjonowania przedsiębiorstwa, ograniczenie kosztów działalności czy tez zwiększenie poziomu osiąganych przychodów. Droga do tych celów może prowadzić m.in. przez zwiększenie wydajności maszyn i urządzeń, ograniczenie ryzyka ich awarii, poprawę jakości finalnych produktów, optymalizację linii produkcyjnej bądź lepszą kontrolę nad wszystkimi procesami, a także optymalizację zużycia energii (a jak wiadomo ceny energii elektrycznej dla firm nie są niskie).
Inteligentne czujniki
Podstawą funkcjonowania inteligentnych maszyn i urządzeń, a także złożonych systemów automatyki przemysłowej są dziś zaawansowane czujniki, które są kluczowym elementem zwłaszcza układów pomiarowych i sterujących. Ich użycie zapewnia nie tylko poprawne działanie odpowiednich układów, ale również może je optymalizować. W przeciwieństwie do rozwiązań tradycyjnych inteligentne czujniki są urządzeniami zintegrowanymi, które składają się nie tylko z elementu pomiarowego, ale również z jednostki, która odpowiada za przetwarzanie zgromadzonych danych, oraz z interfejsu komunikacyjnego. Niezwykle ważnym elementem jest mikrokontroler, który jest „mózgiem” nowoczesnego czujnika.
Mikrokontroler odpowiada za wstępne przetwarzanie zgromadzonych danych i podejmowanie na tej podstawie w pełni autonomicznie odpowiednich działań. Duże ilości pozyskiwanych danych są przesyłane do nadrzędnego komputera, gdzie dokonuje się ich analizy. Jeśli jednak mikrokontroler wykryje wcześniej jakąś nieprawidłowość, może podjąć od razu pewne kroki, np. wysłać zgłoszenie do operatora, wyzwolić alarm lub zatrzymać maszynę czy całą linię produkcyjną.
Nowoczesne sensory coraz częściej mają jeszcze bardziej zaawansowane funkcjonalności. Przede wszystkim możliwa jest ich zdalna konfiguracja. Ponadto mają one zdolność samouczenia się i dostosowywania się do zmiennych warunków otoczenia, a dzięki funkcji autodiagnozowania możemy dowiedzieć się więcej na temat kondycji i sprawności samego czujnika i wchodzących w jego skład elementów.
Więcej o cyfryzacji przemysłu piszemy w artykule: Technologie cyfrowe przyszłością produkcji przemysłowej
Inteligentne materiały
Zmiana kształtu, koloru czy innych parametrów materiałów, jakie wykorzystuje się w różnych zastosowaniach przemysłowych, może niekorzystnie wpływać na działanie danej aplikacji. Z drugiej strony zmieniające się warunki otoczenia mogą wymagać od materiałów innych parametrów. Dlatego też coraz większą popularność zyskują tzw. inteligentne materiały, które potrafią odpowiednio reagować na bodźce zewnętrze i dzięki temu zachowują dłużej swoje optymalne właściwości lub zapewniają lepsze działania danego urządzenia czy całej maszyny. Wykorzystują one różne zjawiska fizyczne lub/i tzw. zjawisko pamięci kształtu.
Inteligentne materiały mogą zmieniać swoje właściwości na skutek reakcji wywołanej przez bodźce zewnętrze, do których zaliczają się m.in. temperatura, światło, wilgotność, wartość współczynnika pH czy pole magnetyczne lub elektryczne. Zmianie może ulegać zarówno kształt, jak i wielkość materiału, jego kolor, emitowane światło, wytwarzana temperatura, a nawet jego lepkość.
Tego typu materiał łączy w sobie cechy zarówno czujnika, jak i aktuatora. Po przekroczeniu określonego poziomu danego parametru (czujnik) dochodzi do sprzężenia zwrotnego (procesor i siłownik). Zastosowanie inteligentnych materiałów rozszerza się z każdym rokiem. Przykładem są tkaniny, które pod wpływem temperatury i napięcia elektrycznego mogą zmieniać swój kolor i kształt, czy polimery, które dzięki promieniowaniu UV ułatwiają integrację mikroelektroniki z włóknami materiału. Inteligentne materiały stosuje się dziś m.in. w układach zawieszenia pojazdów (które zmieniają swoją charakterystykę w zależności od nawierzchni), śrubach mocujących (w których na bieżąco kontrolowany jest moment skręcający), szybach (które w zależności od natężenia światła słonecznego zmieniają swoją przezroczystość), a nawet w garderobie (dzięki zintegrowaniu mikroelektroniki ze strukturą tkaniny).
Sztuczna inteligencja w branży przemysłowej
Wspomniane inteligentne maszyny czy urządzenia cały czas jednak ewoluują w kierunku rozwiązań wykorzystujących sztuczną inteligencję. Celem jest uzyskanie takiego rozwiązania, które będzie naśladować ludzką inteligencję, dzięki czemu realizowane procesy będą się cały czas usprawniać.
Sztuczna inteligencja wykorzystuje bowiem tzw. uczenie maszynowe do ciągłego wysnuwania wniosków na podstawie danych historycznych i wcześniejszego doświadczenia oraz przy wykorzystaniu zaawansowanej sieci neuronowej. Sztuczną inteligencję z powodzeniem stosuje się obecnie m.in. do analizy dużych zbiorów danych i prognozowania na tej podstawie jakości czy wydajności. Dzięki temu wiemy, które obszary są odpowiedzialne za straty, a które można szybko zoptymalizować. Można również lepiej zarządzać zapasami, przewidywać braki i precyzyjnie oszacować potrzeby.
Analiza big data jest także podstawą predykcyjnego utrzymania ruchu (konserwacji). Szczegółowa analityka pozwala bowiem przewidzieć zbliżającą się awarię i umożliwia podjęcie odpowiednich kroków zapobiegawczych. Minimalizuje się w ten sposób przerwy produkcyjne i ogranicza koszty niepotrzebnych czynności serwisowych.
Sztuczna inteligencja pozwala także lepiej dopasować cały łańcuch dostaw. Przedsiębiorstwo jest w stanie przewidzieć zmiany popytu rynkowego, problemy z dostawami określonych surowców czy wiele innych nieprzewidzianych sytuacji, które mogą mieć znaczący wpływ na funkcjonowanie przedsiębiorstwa.
Celem wdrażania inteligentnych technologii jest dążenie do koncepcji Smart Factory czy właśnie inteligentnej fabryki. Taki zaawansowany technologicznie pod wieloma względami zakład produkcyjny działa optymalnie w każdym obszarze, optymalizując wszystkie możliwe procesy. Dzięki inteligentnym rozwiązaniom systemy odpowiedzialne za zarządzanie fabryką cały czas się uczą i usprawniają swoje funkcjonowanie, co przekłada się poprawę wszystkich najważniejszych wskaźników przedsiębiorstwa.
Polecamy też przeczytać materiał o tym jakie możliwości daje sztuczna inteligencja w logistyce magazynowej.
Inteligentne maszyny i urządzenia
Sytuacja, w której maszyny i inne urządzenia produkcyjne wymieniają między sobą w ramach systemu produkcyjnego niezbędne informacje, pozwala zoptymalizować te procesy. Inteligentne maszyny umożliwiają właśnie taką interakcję z innymi elementami, które wchodzą w skład danej sieci. Dzięki takiej ciągłej wymianie danych ogranicza się przestoje na linii produkcyjnej, cały czas utrzymuje optymalne parametry danego procesu czy też zapewnia uzyskanie wysokiej jakości wytwarzanego produktu.
Najlepszym przykładem takiej inteligentnej maszyny jest oczywiście robot przemysłowy, który dzięki systemowi kamer i czujników wykonuje swoje czynności niezwykle precyzyjnie i z dużą prędkością. Co więcej, zintegrowany z całą linią produkcyjną jest w stanie realizować swoje zadania dokładnie w wyznaczonym czasie, a dzięki algorytmom sztucznej inteligencji może wykonywać wiele innych czynności.
Inteligentne maszyny, dzięki licznym czujnikom i funkcji autodiagnozy, wiedzą dokładnie, kiedy należy wykonać odpowiednie czynności serwisowe, kiedy zużyją się poszczególne podzespoły i wreszcie kiedy zbliża się ryzyko poważniejszej usterki.
