Dołącz do czytelników
Brak wyników

Zapewnienie bezpieczeństwa procesu i ochrony danych produkcyjnych kluczowym czynnikiem sukcesu w Industry 4.0

Artykuł | 16 grudnia 2020 | NR 2
0 73

Ideą platformy Industry 4.0 jest stworzenie systemów sterowania zdolnych do zarządzania rozproszoną inteligencją w sposób scentralizowany i przyjazny dla użytkownika. Instalacje można dzielić na niezależnie funkcjonujące jednostki, którymi można zarządzać. Przy obowiązujących w całym systemie danych procesowych granice dzielące poszczególne moduły funkcjonalne można dostosować do zadań związanych ze sterowaniem, jak i z zapewnieniem bezpieczeństwa personelowi obsługującemu daną maszynę.

 

W inteligentnej fabryce przyszłości (smart factory) zabezpieczenia będą musiały zapewnić nie tylko ochronę człowieka i maszyny, ale także niezbędną elastyczność i dyspozycyjność procesu produkcyjnego, co wymagać będzie zupełnie innego podejścia do bezpieczeństwa i ochrony danych produkcyjnych.

Dane i skuteczna ich wymiana będą w przyszłości definiować proces produkcyjny. Wzrasta poziom złożoności instalacji oraz liczba urządzeń współpracujących ze sobą w ramach różnych sieci, a ich poprawna praca jest kluczem do osiągnięcia jak największej wydajności fabryki. Skutkiem zdecentralizowania wszystkich funkcji jest wzrost zapotrzebowania na zapewnienie bezpieczeństwa komunikacji, gdzie w równej mierze uwzględnione są aspekty bezpieczeństwa (bezpieczeństwa maszyn), jak i wymagania dotyczące ochrony danych produkcyjnych (zabezpieczenie procesu).

Dzięki inteligentnemu procesowi produkcji realizowanemu zgodnie z ideą Industry 4.0 fabryka przyszłości charakteryzuje się możliwością istotnego zwiększenia efektywności i łatwą adaptacją wydajności, dokładnie odzwierciedlającej aktualną sytuację w zakresie zamówień. Jej celem jest wytwarzanie zindywidualizowanych produktów, z wykorzystaniem struktury kosztowej charakterystycznej dla produkcji masowej nawet w przypadku bardzo małych partii. Aby cele te zostały spełnione, zmienić się muszą zasady budowania maszyn. Muszą one mieć strukturę modułową, zdolną do szybkiej modyfikacji w trakcie wykonywania czynności produkcyjnych. Do ich obsługi niezbędne są zdecentralizowane systemy sterowania oraz wydajna komunikacja sieciowa, do której podłączeni są liczni abonenci i przez którą można przesyłać znaczne ilości danych. Wymagane jest również zastosowanie innowacyjnych koncepcji bezpieczeństwa oraz zabezpieczenie danych produkcyjnych, które muszą być dostosowywane po zakończeniu każdej modyfikacji w procesie produkcyjnym.

Pojęcie „bezpieczeństwo” odnosi się tutaj do funkcjonalnego bezpieczeństwa maszyn lub, innymi słowy, do ochrony ludzi i środowiska przed zagrożeniami stwarzanymi przez maszyny. Wymaga ono, aby zagrożenia resztkowe związane z instalacją lub maszyną nie przekraczały akceptowalnych wartości. Dotyczy to zarówno zagrożeń dla otoczenia zakładu (np. szkody ponoszone przez środowisko), jak i wewnątrz zakładu lub maszyny (np. wobec pracowników zakładu).

Elektryczne systemy związane z bezpieczeństwem prawie zawsze oferują tylko jeden model działania w sytuacji powstania zagrożenia – nawet jeśli system jest oparty na jednostkach swobodnie programowalnych.

Obecnie większość maszyn i linii produkcyjnych jest zaprojektowana w ten sposób, że jedyną opcją w przypadku wystąpienia zagrożenia jest natychmiastowe przerwanie zasilania i definitywne zatrzymanie maszyny. Najczęściej osiąga się to dzięki wykorzystaniu dodatkowych urządzeń wykonawczych oraz takich urządzeń jak np. przekaźniki bezpieczeństwa. Takie podejście jest jednak w wysokim stopniu oparte na sprzęcie, a tym samym statyczne, co oznacza, że nie jest szczególnie odpowiednie dla inteligentnych procesów produkcji, w których występuje ciągła potrzeba zmieniania konfiguracji instalacji. Kolejne niedogodności związane są ze skutkami definitywnego wyłączenia instalacji; mogą powodować m.in. utratę wydajności czy wydłużenie czasów przestoju spowodowane bardziej złożonymi procedurami ponownego uruchomienia.

 

Podejście dynamiczne

Pojawiają się zatem alternatywne koncepcje bezpieczeństwa dynamicznego oparte na zintegrowanym podglądzie zmieniających się procesów automatyzacji odpowiedzialnych za zapewnienie ciągłości produkcji i wymagań bezpieczeństwa funkcjonalnego. Zmienia to pogląd na samo bezpieczeństwo – traktowane jest ono bardziej jako funkcja w całym procesie niż jako jedno stałe zachowanie wynikające z możliwości zastosowanego sprzętu. Przy takim podejściu, opracowanym przed wprowadzeniem koncepcji Industry 4.0, można bezpiecznie sterować procesem i obsługiwać go bez konieczności przerywania go każdorazowo w przypadku wystąpienia błędu. Jednak podejście dynamiczne można wdrożyć skutecznie tylko wtedy, gdy bezpieczeństwo funkcjonalne jest uwzględnione już na etapie opracowywania założeń funkcjonalnych i projektowych. W przeciwnym wypadku może okazać się, że niezbędne będą modyfikacje kolejności poszczególnych etapów produkcji lub nawet całego procesu, co często uniemożliwia znalezienie optymalnych rozwiązań i może przyczyniać się do zwiększenia kosztów.

 

Bezpieczeństwo staje się „ruchomym celem”

W sytuacji gdy bezpieczeństwo maszyny zostało potwierdzone przez producenta, a jej użytkownik potwierdził ten stan przed jej pierwszym uruchomieniem, w zasadzie nie  powinien martwić się już o kwestie bezpieczeństwa, o ile maszyna nie została poddana istotnym modyfikacjom i pracuje ciągle w ten sam, niezmieniony sposób.

Inteligentna produkcja zgodna z ideą Industry 4.0 wymaga jednak dysponowania fabrykami o strukturze modułowej, umożliwiającymi np. produkcję na jednej maszynie różnych typów produktów. Stawia to nowe wyzwania bezpieczeństwu funkcjonalnemu, które musi być zapewnione, nawet wtedy gdy zmianie uległ proces produkcyjny albo jego część. W inteligentnej fabryce powinna istnieć możliwość dokonywania szybkich, elastycznych zmian konfiguracji modułowych instalacji lub modyfikowania sposobu, w jaki są one ze sobą połączone z jednoczesnym zagwarantowaniem bezpieczeństwa procesu. Walidacja w odniesieniu do rozwiązań odpowiedzialnych za zapewnienie bezpieczeństwa musi uwzględniać tę (wynikową) elastyczność, gdyż wszelkie kompilacje nieuwzględnione podczas nadawania znaku CE nie będą mogły być stosowane w praktyce, ograniczając tym samym elastyczność linii. Nie będzie bowiem technicznych ani prawnych możliwości zachowania zależności CEModułu1 + CEModułu2 = CECałej maszyny!

Funkcjonalna zaleta koncepcji maszyny modułowej jest tutaj oczywista. Zyskuje się na elastyczności procesu produkcyjnego, z jednoczesnym wzrostem możliwości standaryzacji na poziomie funkcjonalnym. Najwyższy jej poziom można uzyskać, gdy granice różnych modułów charakteryzują się identyczną str...

Dalsza część jest dostępna dla użytkowników z wykupionym planem

Przypisy