Credito:Advanced Remanufacturing and Technology Center
A*STAR ha creato un banco di prova per i gemelli digitali, le controparti virtuali delle apparecchiature di produzione reali. Queste innovazioni di fabbrica potrebbero aiutare le aziende a risparmiare enormi quantità di tempo e denaro prevedendo e adattando le condizioni della macchina del partner in movimento.
Immagina che un gigante manifatturiero abbia una macchina su uno dei suoi piani di fabbrica in cui un mandrino sta per scattare. In una fabbrica convenzionale, il ronzio non avviserà del suo imminente malfunzionamento, e il suo fallimento arriverà in un momento casuale. La diagnosi e la riparazione saranno relativamente lente, limitato dalla raccolta dei dati e dall'organizzazione delle risorse umane e materiali. Per un'azienda di beni di consumo in rapido movimento (FMCG), il ritardo può essere costoso. "A causa dell'alto volume, stiamo parlando di milioni di dollari di perdite per ogni ora di inattività, "dice Stuart Wong, il senior group manager presso l'Advanced Remanufacturing and Technology Center (ARTC) di Singapore, dove un certo numero di aziende collaborano con i ricercatori A*STAR per far progredire la tecnologia di produzione, compreso rendere altamente intelligente, macchine sensorizzate.
I gemelli digitali renderanno le fabbriche più intelligenti
Con l'aiuto della fabbrica intelligente modello di ARTC, un banco di prova per la tecnologia di produzione aperto ad agosto, i nodi potrebbero essere esplorati utilizzando un concetto noto come "gemello digitale". L'idea è che le macchine saranno sensorizzate, in modo che il mandrino nella macchina sia continuamente monitorato e i suoi dati sulle prestazioni inviati a una sala di controllo centrale. Là, i dati vengono inseriti in un computer che funge da gemello digitale della macchina, una copia virtuale che riflette accuratamente lo stato operativo corrente della macchina in base ai dati dei sensori in tempo reale e alla modellazione fisica. Il gemello digitale, rilevando una leggera oscillazione nel mandrino, potrebbe regolare i parametri operativi della sua controparte fisica per correggere l'oscillazione. O, se l'oscillazione non può essere corretta, potrebbe avvisare di un malfunzionamento imminente.
Nella sala di controllo un operatore sarebbe poi stato informato, e questa persona può quindi attivare una risposta standardizzata. "Il gemello digitale potrebbe quindi creare un ordine di lavoro di manutenzione, determinare se è possibile reindirizzare la produzione in modo che la consegna non sia influenzata, trovare il personale di manutenzione appropriato, e digli dove andare, "dice Anikath Murali Das, uno dei program manager di ARTC. Quel personale di manutenzione potrebbe riparare o sostituire rapidamente la macchina difettosa, guidato, sia da un tablet che mostra un feed di dati personalizzato sulla macchina interessata, o da un set di occhiali per realtà aumentata. Per le aziende FMCG come Nestlé, lavorare con ARTC su tecnologie come questa consente loro di ridurre al minimo i tempi di fermo e migliorare le prestazioni e l'efficienza del capitale nelle loro fabbriche.
Molti di questi progressi possono sembrare un po' fantascienza, ma tutte le tecnologie necessarie sono in sviluppo presso l'ARTC. Per esempio, ARTC sta sviluppando funzionalità di realtà aumentata utilizzando HoloLens di Microsoft, un tipo di maschera che mescola immagini del mondo reale con sovrapposizioni migliorate digitalmente. Accanto a questo, I ricercatori dell'ARTC stanno costruendo una suite di applicazioni basate sul web che daranno ai lavoratori itineranti l'accesso a dashboard di dati importanti sui loro telefoni e tablet, così come i mezzi per chiamare l'aiuto virtuale, se necessario. "Se alcune attività di manutenzione o riparazione esulano dalla portata di un lavoratore, [usando i nostri strumenti] un collega da qualche altra parte potrebbe vedere esattamente ciò che vede l'addetto alla macchina e guidarlo su cosa fare, " spiega Das.
Per fornire informazioni a queste applicazioni, il gruppo sta studiando attivamente come aggiungere sensori alle macchine di partner industriali. "Abbiamo una macchina in prestito da un'azienda che abbiamo sensorizzato noi stessi, " dice Das. "Abbiamo inserito 43 sensori per osservare le vibrazioni, temperatura, ed emissioni acustiche."
ARTC ha anche sviluppato un gemello digitale di un co-bot, un robot progettato per assistere fisicamente un operatore umano in compiti come lo spostamento di oggetti caldi o pesanti. Al momento, le informazioni fluiscono solo dal co-bot fisico alla sua copia digitale, ma Wong dice che i gemelli digitali di ARTC alla fine saranno bidirezionali, così la versione digitale può regolare il funzionamento del suo gemello fisico in tempo reale, reagire istantaneamente alle informazioni che riceve.
Ci sono implicazioni sulla sicurezza dei dati che fluiscono dalle sale di controllo intelligenti che controllano direttamente milioni di dollari di costosi, apparecchiature di alta precisione a cui si rivolge l'ARTC. "La sicurezza dei dati è l'unica cosa di cui tutti si preoccupano, " afferma Das. Oltre alle questioni di sicurezza sollevate dall'avere una sala di controllo centralizzata, ci sono preoccupazioni generalizzate sull'avere un numero infinito di dati. Ma questi dati possono essere molto utili per rintracciare vecchi guasti. Ad esempio, quando le aziende sentono dai loro clienti che i loro prodotti hanno problemi di qualità. Tipicamente, quando un cliente fornisce un feedback come questo, può essere difficile diagnosticare cosa potrebbe aver causato il problema. Così, Das spiega, la fabbrica di modelli gemelli digitali ARTC vuole conservare tutti i dati rilevanti. "Possiamo tornare a un giorno particolare, guarda tutti i cruscotti, scavare a fondo, diagnosticare e risolvere il problema." Ma nel concepire questi sistemi, Wong afferma che è di vitale importanza concentrarsi sulla progettazione di un'architettura software molto sicura, oltre che scalabile, affidabile, e senza ritardi.
Le macchine parleranno con le macchine
A breve termine, gli sviluppi della fabbrica intelligente presso l'ARTC si concentreranno sull'aiuto al personale di fabbrica esistente. "L'obiettivo è aiutare gli esseri umani aggregando e digerendo i dati, quindi creare intuizioni da esso, " dice Wong. "La sala di controllo fornirà informazioni e previsioni, ma l'umano deve prendere la decisione." Alla fine, anche se, Wong si aspetta che l'intelligenza artificiale (AI) assuma una quota maggiore dell'onere decisionale. "Man mano che i sistemi diventano più intelligenti, possiamo passare alla piena automazione tramite l'intelligenza artificiale. Ciò può alleviare gli umani nel concentrarsi su cose che l'IA non può fare:relazioni, problemi della catena di approvvigionamento o dei clienti, e dirigere i lavoratori».
E i dati fluiranno non solo all'interno delle singole fabbriche intelligenti, Das dice, ma anche tra di loro. "Le macchine potranno parlare direttamente con le macchine, " lei spiega, e ciò include le macchine situate al di fuori della fabbrica. Le macchine in rete lavoreranno insieme per prevedere i guasti, e per rispondere ad essi. Per esempio, "la macchina nella mia fabbrica potrebbe dire a una macchina in una fabbrica fuori sede 'spegni, Non voglio la parte che stai facendo', "Dice dice.
ARTC ha creato una versione in realtà aumentata della loro fabbrica di modelli. In esso puoi guardare la produzione del cambio (sopra), vedere il flusso di informazioni tra le singole macchine e la Manufacturing Intelligent Control Room, o scopri di più sui banchi di prova. Credito:Advanced Remanufacturing and Technology Center
I gemelli digitali sofisticati sono già in uso in alcuni di questi modi alla NASA, che traccia la navicella spaziale usando gemelli digitali, e anche in una certa misura alla General Electric, che crea gemelli digitali di alcune delle sue turbine eoliche e motori a reazione per monitorarne le prestazioni ed eseguire la manutenzione preventiva. Però, molte altre versioni su misura devono essere create per sfruttare questa tecnologia per la produzione.
Sfortunatamente, corporations are sometimes reluctant to test the technology on their own because they didn't want to disrupt their own facilities. It's also just difficult, says Wong, to bring together experts in manufacturing with the wide range of analytical scientists that could provide useful input.
That's why Wong, Das and their colleagues want to provide the means for companies to do proof of concept testing, so that they can make the case to extend their Industry 4.0 investments to their boards and shareholders. "There is so much potential, " Wong explains of the motivation for the project. "But there was no showcase or test data that proved that this new technology can really be used to optimize smart factories."
The model factory sandbox built by ARTC provides industry with the freedom to experiment and build, then to take back new technologies and best practices to their factory lines. In addition to FMCG companies like Nestlé, these collaborations have already attracted significant interest from aerospace and heavy industry corporations, tra gli altri. "We are bridging the gap between pure research and product development, " Das explains. As of today, 69 industries have joined ARTC in doing just that.
Industry 4.0 – Singapore's smart factory advantage
It is an era that is less than 10 years old, but Industry 4.0 ambitiously imagines a new kind of factory that merges the cyber world – with its rich information flows, data visualization, and artificial intelligence – and the physical world, with its spindles, machines and presses.
In January, a World Economic Forum analysis of 100 countries placed Singapore at the forefront of this changing landscape, listing it among the 25 countries best positioned to benefit from Industry 4.0. In their discussion, its authors pointed to Singapore's strong competencies in research and development, economic complexity, and openness to trade as major factors.
Media analyses have noted a push by the Singapore government to bolster this enviable position, noting a carrot and stick approach with grants and levies being bestowed on manufacturers, and strong financial backing for a series of support systems that including A*STAR's two model factories initiatives. Singapore has also recently launched of the Singapore Smart Industry Readiness Index, a tool to help industrial companies measure their progress towards Industry 4.0 standards.
A*star's model factory initiative
A*STAR's Model Factory Initiative aims to bridge technological gaps so businesses can reinvent themselves through technology co-innovation and adoption. There are two locations – one in A*STAR's Advanced Remanufacturing and Technology Centre (ARTC) and the other in A*STAR's Singapore Institute of Manufacturing Technology (SIMTech). The two play complementary roles to demonstrate the efficacy of advanced manufacturing technologies and guide companies on different legs of their technology adoption journey.
Core technologies in development at ARTC include:
Underlying all of these technologies is a scalable, secure and lag-free data architecture.
