El uso de gemelos digitales puede ser un factor importante para maximizar el rendimiento y la flexibilidad de las fábricas de la Industria 4.0. Open Platform Communications (OPC) es el estándar de interoperabilidad para el intercambio seguro y confiable de datos en entornos de automatización industrial. OPC se ha ampliado para incluir la arquitectura unificada (UA), estandarizada como IEC 62541, que incluye la posibilidad de integrar gemelos digitales de todos los dispositivos de una fábrica, incluidos los conectores.
Estas preguntas frecuentes comienzan con una definición de gemelos digitales y cómo pueden integrarse en las fábricas de la Industria 4.0. Luego analiza un ejemplo de conector eléctrico inteligente (SmEC) que aporta la funcionalidad de gemelo digital a instalaciones industriales. Se cierra analizando brevemente cómo se utilizan los datos OPC UA PubSub y un shell de administración de activos (AAS) en la nube para implementar SmEC.
Un gemelo digital es una representación virtual de un objeto o sistema físico. Integra todos los datos, modelos de simulación, pruebas y otra información de un objeto físico generado durante la ingeniería, la puesta en servicio, la operación y el servicio hasta el final de su vida útil. Un gemelo digital no es una representación genérica; está específicamente vinculado a un dispositivo individual, como un único conector, y realiza un seguimiento de su diseño, producción y uso durante todo su ciclo de vida.
Los gemelos digitales pueden proporcionar seguimiento y análisis casi en tiempo real de las operaciones en la fábrica, hasta máquinas, sensores y componentes individuales como conectores, y respaldan análisis mejorados, flexibilidad de procesos y mayor calidad.
En la Feria de Hannover 2023, junto con Microsoft (proveedor de servicios en la nube), SAP (evaluación de software y datos) y Siemens (como usuario), HARTING demostró un SmEC que aprovecha OPC UA en el conector físico, datos OPC UA Pub/Sub, y un AAS en la nube para soportar la integración como gemelo digital en una fábrica virtual (Figura 1 y XNUMX). El conector registra el proceso operativo y los datos de condición durante todo su ciclo de vida.
El estado del conector se comunica casi en tiempo real mediante OPC UA al gemelo digital en la nube y se puede utilizar para monitorear activamente los procesos de fábrica. La disponibilidad de datos de conexión, incluidos voltaje y corriente, facilita el seguimiento del estado de la máquina conectada. Además, se monitorean tres estados del conector:
- Unplugged
- Conectado y bloqueado en su lugar sin carga
- Conectado y bloqueado en su lugar bajo carga
El gemelo digital del conector incluye datos como el número de ciclos de acoplamiento y desacoplamiento y se puede integrar con otros datos sobre el entorno de la fábrica, como la temperatura ambiente y la humedad, a través del gemelo digital de fábrica. Esa información se puede utilizar para programar el mantenimiento preventivo, evitando el tiempo de inactividad y aumentando la productividad.
Comunicación pub/sub
El protocolo de comunicación Pub/Sub en OPC UA no se basa en una estructura cliente-servidor. Los clientes OPC UA que admiten Pub/Sub pueden ser un publicador que envía datos o un suscriptor que recibe datos. El sistema debe incluir un "corredor" que pueda recibir datos de los editores y entregarlos a los suscriptores (Figura 2 y XNUMX). En aplicaciones como las fábricas de la Industria 4.0 con un gran número de editores y suscriptores, Pub/Sub es mucho más eficiente que la conectividad directa entre emisor y receptor. OPC UA Pub/Sub es independiente del transporte y se puede transportar a través del protocolo de datagramas de usuario (UDP) o del transporte de telemetría de cola de mensajes (MQTT), según los requisitos de la aplicación.
Conchas de administración de activos
La Industrial Digital Twin Association (IDTA), desarrolladora del AAS, está estandarizando actualmente la especificación AAS como parte de IEC 62378. El AAS es el elemento clave que respalda el desarrollo de un gemelo digital de conector. La demostración en la feria de Hannover mostró cómo se acumulan los contenidos en el AAS. En primer lugar, el fabricante de conectores proporciona al AAC de SmEC datos de fabricación básicos y, en este caso, aprovecha el sistema de diseño y fabricación NX CAD de Siemens. En el siguiente paso, el conector se instala en una máquina específica. Finalmente, la máquina se instala en una fábrica. El SmEC envía al gemelo digital su número de serie y otros datos de identificación, estado de conectividad, mediciones de potencia aplicada e identificación del enchufe de acoplamiento. En la demostración, los datos se enviaron a la nube de Microsoft Azure, donde se utilizaron los servicios Azure Digital Twin y Azure Data Explorer para análisis.
Resumen
Los datos OPC UA Pub/Sub se pueden enviar desde un conector con un AAS integrado para respaldar la implementación del gemelo digital del conector en una fábrica de Industria 4.0. El gemelo digital reside en la nube y se puede utilizar para respaldar análisis casi en tiempo real, programar mantenimiento preventivo y proporcionar la información necesaria para la mejora continua de los procesos.
Referencias
Asociación de gemelos digitales industriales
Interoperabilidad industrial con OPC UA y AAS, Fundación OPC
Conector eléctrico inteligente, Harting
The Asset Administration Shell: Implementación de gemelos digitales para su uso en Industrie 4.0, Platform Industrie 4.0
Casos de uso para métodos OPC UA, Pub/Sub y especificaciones complementarias, OPC Foundation