Исследовательский проект в Индустрии 4.0 – как «умные» датчики вскоре изменят весь процесс производства

С начала эры индустриализации перед любым производством стоит задача сделать любую продукцию еще более дешевой в производстве. Для этого были придуманы и конвейер, и станки, и еще множество разных ухищрений. Компания Bosch совместно с еще семью предприятиями-партнерами сейчас работают над проектом под названием AMELI 4.0, цель которого — разработка сенсорной «системы будущего». Эта система призвана усовершенствовать процесс производства с помощью самых современных технологий. Она предназначена для мониторинга состояния производственных механизмов и оперативного определения отклонений от их нормального функционирования. Благодаря этой системе промышленные предприятия смогут предотвращать выход оборудования и приборов из строя. Вместо того чтобы придерживаться строгих интервалов между техническим обслуживанием механизмов, компании могут приступать к ремонту оборудования непосредственно в момент их поломки. Такой подход позволяет уменьшить расходы на техническое обслуживание, обследование и починку на 30%.

AMELI 4.0 представляет собой исследовательский проект, нацеленный на улучшение рыночных позиций немецких компаний в отношении Индустрии 4.0. Федеральное министерство образования и научных исследований Германии (BMBF) в рамках инициативы «IKT 2020 — Исследования для инновационной программы» выделяет на его финансирование 3,84 млн евро.

Жесткие требования для датчиков

Датчики, собирающие информацию о состоянии и эффективности работы оборудования и деталей, играют ведущую роль в Индустрии 4.0. С целью облегчения процесса интеллектуального управления в производстве датчики должны собирать и обрабатывать большое количество информации в реальном времени. Также они должны характеризоваться максимальной энергоэффективностью и легкостью интеграции в комплексную систему производства. Применение широко распространенных на данный момент индустриальных датчиков в отношении Индустрии 4.0 связано с рядом серьезных ограничений: для многих программ они недостаточно «умны» или недостаточно «гибки», поглощают слишком много энергии, а их эксплуатация связана со слишком высокими затратами.

Датчики MEMS для индустрии

Чтобы удовлетворять целям исследовательского проекта AMELI 4.0, исследователи прибегают к помощи ведущих мировых технологий — таких, как датчики MEMS (данная аббревиатура расшифровывается как «микроэлектромеханические системы»). Сегодня уже невозможно вообразить автомобили и потребительскую электронику без датчиков MEMS: они являются ключевым компонентом системы курсовой устойчивости ESP, обеспечивают функцию автоповорота дисплея мобильных устройств и т. д. По сравнению с обычными промышленными датчиками датчики MEMS маленькие, «умные», энергоэффективные и экономичные. Исследовательская команда, которая работает над AMELI 4.0, планирует дальнейшее развитие датчиков MEMS с целью сделать их более пригодными для промышленного применения. Энергоснабжение играет здесь немаловажную роль: новая система не будет нуждаться в электрических кабелях или аккумуляторах. Она спроектирована таким образом, чтобы быть полностью самодостаточной и самостоятельно генерировать нужную энергию от вибрации механизмов.

Все различие в звучании

С целью мониторинга механизмов новая система датчиков будет различать 2 типа шума: корпусный звук (вибрации внутри устройства), и акустический звук (в данном случае имеется в виду шум, издаваемый устройством). Если устройство работает не так, как запланировано, и его звучание отличается от того, каким оно должно быть при нормальном функционировании. Система сравнивает измеренные сигналы с теми, которые сохранены в профиле, а в случае, если изменения в сигналах указывают на наличие поломки, износа или разрыва — предпринимает соответствующие действия. В будущем система датчиков будет способна определить потребность устройства в техническом обслуживании или ремонте. В более сложных системах данная умная проверка может обеспечиваться с помощью роутера, на который сенсоры передают собранную ими информацию, либо производственных мощностей компьютерных систем.

Исследования в сети

Проект AMELI 4.0 объединяет учреждения и индустриальных партнеров, которые являются мировыми лидерами в таких сферах, как технология изготовления датчиков, системный и механический инжиниринг, мониторинг состояния устройств, сфера преобразования энергии и микротехнологии. Robert Bosch GmbH, лидер на рынке MEMS-датчиков, возглавляет проект. В качестве остальных участников проекта выступают компании Siemens AG, Hahn Schickard Gesellschaft, Институт производственных систем и технологии проектирования IPK Фраунховера (the Fraunhofer Institute for Production Systems and Design Technology IPK), Binder-Elektronik GmbH, Schaudt Mikrosa GmbH и Stackforce GmbH. AMELI 4.0 по сути является микроэлектромеханической системой для осуществления мониторинга контроля состояния в индустрии 4.0. Проект стартовал в декабре 2015 г. и рассчитан до конца 2018 г.