Penggunaan kembar digital boleh menjadi faktor penting dalam memaksimumkan prestasi dan fleksibiliti kilang Industri 4.0. Komunikasi Platform Terbuka (OPC) ialah standard kebolehoperasian untuk pertukaran data yang selamat dan boleh dipercayai dalam persekitaran automasi industri. OPC telah diperluaskan untuk memasukkan seni bina bersatu (UA), diseragamkan sebagai IEC 62541, yang merangkumi kemungkinan menyepadukan kembar digital setiap peranti di kilang, termasuk penyambung.
Soalan Lazim ini bermula dengan definisi kembar digital dan cara mereka boleh disepadukan ke dalam kilang Industri 4.0. Ia kemudian melihat contoh penyambung elektrik pintar (SmEC) yang membawa fungsi kembar digital kepada pemasangan industri. Ia ditutup dengan melihat secara ringkas cara data OPC UA PubSub dan cangkerang pentadbiran aset (AAS) dalam awan digunakan untuk melaksanakan SmEC.
Kembar digital ialah perwakilan maya objek atau sistem fizikal. Ia menyepadukan semua data, model simulasi, ujian dan maklumat lain daripada objek fizikal yang dijana semasa kejuruteraan, pentauliahan, operasi dan perkhidmatan sehingga akhir hayat. Kembar digital bukan perwakilan generik; ia diikat secara khusus pada peranti individu, seperti penyambung tunggal, dan menjejaki reka bentuk, pengeluaran dan penggunaannya sepanjang keseluruhan kitaran hayatnya.
Kembar digital boleh menyediakan penjejakan dan analisis masa nyata hampir operasi di tingkat kilang hingga ke mesin individu, penderia dan komponen seperti penyambung, dan menyokong analitik yang dipertingkatkan, fleksibiliti proses dan kualiti yang lebih tinggi.
Di Hannover Fair 2023, bersama-sama dengan Microsoft (penyedia perkhidmatan awan), SAP (perisian dan penilaian data), dan Siemens (sebagai pengguna), HARTING menunjukkan SmEC yang memanfaatkan OPC UA dalam penyambung fizikal, data OPC UA Pub/Sub, dan AAS dalam awan untuk menyokong integrasi sebagai kembar digital ke dalam kilang maya (Rajah 1). Penyambung merekodkan proses operasi dan data keadaan sepanjang keseluruhan kitaran hayatnya.
Status penyambung disampaikan dalam masa hampir nyata menggunakan OPC UA kepada kembar digital dalam awan dan boleh digunakan untuk memantau proses kilang secara aktif. Ketersediaan data sambungan, termasuk voltan dan arus, memudahkan untuk memantau status mesin yang disambungkan. Di samping itu, tiga keadaan penyambung dipantau:
- Unplugged
- Dipasang dan dikunci di tempatnya tanpa beban
- Dipasang dan dikunci di tempatnya di bawah beban
Kembar digital penyambung termasuk data seperti bilangan kitaran mengawan/menyahkawin dan boleh disepadukan dengan data lain tentang persekitaran kilang, seperti suhu dan kelembapan ambien, melalui kembar digital kilang. Maklumat itu boleh digunakan untuk menjadualkan penyelenggaraan pencegahan, mengelakkan masa henti dan meningkatkan produktiviti.
Komunikasi Pub/Sub
Protokol komunikasi Pub/Sub dalam OPC UA tidak berdasarkan struktur pelayan pelanggan. Pelanggan OPC UA yang menyokong Pub/Sub boleh menjadi Penerbit yang menghantar data atau Pelanggan yang menerima data. Sistem mesti termasuk "broker" yang boleh menerima data daripada penerbit dan menghantar data kepada pelanggan (Rajah 2). Dalam aplikasi seperti kilang Industri 4.0 dengan jumlah penerbit dan pelanggan yang besar, Pub/Sub jauh lebih cekap daripada ketersambungan penghantar-penerima langsung. OPC UA Pub/Sub adalah bebas pengangkutan dan boleh dibawa ke atas protokol datagram pengguna (UDP) atau pengangkutan telemetri beratur mesej (MQTT), bergantung pada keperluan aplikasi.
Cangkang pentadbiran aset
Persatuan Kembar Digital Industri (IDTA), pemaju AAS, sedang menyeragamkan spesifikasi AAS sebagai sebahagian daripada IEC 62378. AAS ialah elemen utama yang menyokong pembangunan kembar digital penyambung. Demonstrasi di Pameran Hannover menunjukkan bagaimana kandungan terkumpul dalam AAS. Pertama, pembuat penyambung menyediakan AAC SmEC dengan data pembuatan asas dan, dalam kes ini, memanfaatkan sistem reka bentuk-ke-pengilangan NX CAD Siemens. Dalam langkah seterusnya, penyambung dipasang dalam mesin tertentu. Akhirnya, mesin itu dipasang di kilang. SmEC menghantar kembar digital nombor sirinya dan data pengenalpastian lain, status ketersambungan, pengukuran kuasa yang digunakan dan pengenalpastian soket mengawan. Dalam demonstrasi, data telah dihantar ke awan Microsoft Azure, di mana perkhidmatan Azure Digital Twin dan Azure Data Explorer digunakan untuk analisis.
Ringkasan
Data OPC UA Pub/Sub boleh dihantar daripada penyambung dengan AAS terbenam untuk menyokong pelaksanaan kembar digital penyambung di kilang Industri 4.0. Kembar digital ini berada dalam awan dan boleh digunakan untuk menyokong analitik hampir masa nyata, menjadualkan penyelenggaraan pencegahan dan menyediakan maklumat yang diperlukan untuk penambahbaikan proses yang berterusan.
Rujukan
Persatuan Kembar Digital Industri
Kebolehoperasian Industri dengan OPC UA dan AAS, OPC Foundation
Penyambung Elektrik Pintar, Harting
The Asset Administration Shell: Melaksanakan kembar Digital untuk digunakan dalam Industri 4.0, Platform Industrie 4.0
Kes Penggunaan untuk Kaedah, Pub/Sub & Spesifikasi OPC UA, Yayasan OPC