Crédito:Centro Avançado de Remanufatura e Tecnologia
A * STAR construiu um testbed para gêmeos digitais, as contrapartes virtuais de equipamentos de manufatura reais. Essas inovações de fábrica podem ajudar as empresas a economizar muito tempo e dinheiro, prevendo e ajustando as condições da máquina parceira em movimento.
Imagine que um gigante da manufatura tenha uma máquina em um de seus andares de fábrica na qual um fuso está prestes a se partir. Em uma fábrica convencional, a máquina zumbindo não dará nenhum aviso de seu mau funcionamento iminente, e seu fracasso virá em um momento aleatório. O diagnóstico e o reparo serão relativamente lentos, restringida pela coleta de dados e pela organização de recursos humanos e materiais. Para uma empresa de bens de consumo de rápida movimentação (FMCG), o atraso pode ser caro. "Por causa do alto volume, estamos falando de milhões de dólares em perdas para cada hora de inatividade, "diz Stuart Wong, o gerente de grupo sênior no Centro de Remanufatura e Tecnologia Avançada (ARTC) em Cingapura, onde várias empresas colaboram com pesquisadores A * STAR no avanço da tecnologia de fabricação, incluindo tornar altamente inteligente, máquinas sensorizadas.
Gêmeos digitais tornarão as fábricas mais inteligentes
Com alguma ajuda do modelo de fábrica inteligente da ARTC, um teste de tecnologia de fabricação que foi inaugurado em agosto, kinks podem ser navegados usando um conceito conhecido como um 'gêmeo digital'. A ideia é que as máquinas sejam sensorizadas, para que o fuso da máquina seja continuamente monitorado e seus dados de desempenho sejam enviados para uma sala de controle central. Lá, os dados são alimentados em um computador que atua como um gêmeo digital da máquina - uma cópia virtual que reflete com precisão o status operacional atual da máquina com base em dados do sensor em tempo real e modelagem física. O gêmeo digital, detectando uma ligeira oscilação no fuso, pode ajustar os parâmetros operacionais de sua contraparte física para corrigir a oscilação. Ou, se a oscilação não puder ser corrigida, pode alertar sobre um mau funcionamento iminente.
Na sala de controle, um operador seria avisado, e essa pessoa pode então disparar uma resposta padronizada. "O gêmeo digital pode então criar uma ordem de serviço de manutenção, determinar se você pode redirecionar a produção para que a entrega não seja afetada, encontrar o pessoal de manutenção adequado, e diga a eles para onde ir, "diz Anikath Murali Das, um dos gerentes de programa da ARTC. Esse pessoal de manutenção pode reparar ou substituir rapidamente a máquina com defeito, guiado, seja por um tablet mostrando um feed de dados personalizado na máquina afetada, ou por um conjunto de óculos de realidade aumentada. Para empresas FMCG como a Nestlé, trabalhar com a ARTC em tecnologias como essa lhes permite minimizar o tempo de inatividade e melhorar o desempenho e a eficiência de capital em suas fábricas.
Muitos desses avanços podem soar um pouco como ficção científica, mas todas as tecnologias necessárias estão em desenvolvimento na ARTC. Por exemplo, ARTC está construindo recursos de realidade aumentada usando HoloLens da Microsoft, um tipo de óculos que mistura visuais do mundo real com sobreposições aprimoradas digitalmente. Ao lado disso, Os pesquisadores da ARTC estão construindo um pacote de aplicativos baseados na web que dará aos trabalhadores móveis acesso a painéis de dados importantes em seus telefones e tablets, bem como os meios para ligar para a ajuda virtual, se necessário. "Se alguma tarefa de manutenção ou reparo está além do escopo de um trabalhador, [usando nossas ferramentas] um colega em outro lugar poderia ver exatamente o que o trabalhador em pé na máquina vê e orientá-lo sobre o que fazer, "explica Das.
Para fornecer informações a esses aplicativos, o grupo está investigando ativamente como adicionar sensores a máquinas de parceiros industriais. "Temos uma máquina emprestada de uma empresa que nós mesmos sensorizamos, "diz Das." Colocamos 43 sensores para verificar a vibração, temperatura, e emissões acústicas. "
ARTC também desenvolveu um gêmeo digital de um co-bot, um robô projetado para auxiliar fisicamente um operador humano em tarefas como mover objetos quentes ou pesados. No momento, a informação flui apenas do co-bot físico para sua cópia digital, mas Wong diz que os gêmeos digitais da ARTC serão bidirecionais, para que a versão digital possa ajustar a operação de seu gêmeo físico em tempo real, reagindo instantaneamente às informações que recebe.
Existem implicações de segurança no fluxo de dados de salas de controle inteligentes, controlando diretamente milhões de dólares de caro, equipamento de alta precisão que a ARTC está abordando. "A segurança dos dados é a única coisa com que todos se preocupam, ", diz Das. Além das questões de segurança levantadas por ter uma sala de controle centralizada, existem preocupações generalizadas sobre ter infinitamente mais dados. Mas esses dados podem ser muito úteis para rastrear falhas antigas. Por exemplo, quando as empresas ouvem de seus clientes que seus produtos têm problemas de qualidade. Tipicamente, no momento em que um cliente fornece feedback como este, pode ser difícil diagnosticar o que pode ter causado o problema. Então, Das explica, a fábrica do modelo digital gêmeo ARTC deseja manter todos os dados relevantes. "Podemos voltar a um determinado dia, olhe para todos os painéis, detalhar, diagnosticar e resolver o problema. "Mas, ao conceber esses sistemas, Wong diz que é de vital importância se concentrar em projetar uma arquitetura de software que seja muito segura, além de escalável, de confiança, e sem atrasos.
Máquinas falarão com máquinas
A curto prazo, os desenvolvimentos de fábricas inteligentes na ARTC se concentrarão em ajudar a equipe existente da fábrica. "O objetivo é ajudar os humanos agregando e digerindo dados, em seguida, criando insights a partir dele, "diz Wong." A sala de controle fornecerá informações e previsões, mas o humano tem que tomar a decisão. "Eventualmente, no entanto, Wong espera que a inteligência artificial (IA) assuma uma parcela maior do fardo da tomada de decisões. "À medida que os sistemas se tornam mais inteligentes, podemos passar para a automação total por IA. Isso pode aliviar os humanos de se concentrar em coisas que a IA não pode fazer:relacionamentos, cadeia de suprimentos ou problemas do cliente, e gestão de trabalhadores. "
E os dados fluirão não apenas dentro de fábricas inteligentes individuais, Das diz, mas também entre eles. "As máquinas serão capazes de falar com as máquinas diretamente, " Ela explica, e isso inclui máquinas localizadas fora da fábrica. As máquinas em rede trabalharão juntas para prever falhas, e responder a eles. Por exemplo, "a máquina em minha fábrica poderia dizer a uma máquina em uma fábrica externa 'desligada, Eu não quero a parte que você está fazendo ', "Das diz.
ARTC criou uma versão de realidade aumentada de sua fábrica de modelos. Nele você pode assistir à produção da caixa de engrenagens (acima), consulte o fluxo de informações entre as máquinas individuais e a Sala de Controle Inteligente de Fabricação, ou saiba mais sobre testbeds. Crédito:Centro Avançado de Remanufatura e Tecnologia
Gêmeos digitais sofisticados já estão em uso de algumas dessas maneiras na NASA, que rastreia espaçonaves usando gêmeos digitais, e também, até certo ponto, na General Electric, que cria gêmeos digitais de algumas de suas turbinas eólicas e motores a jato para monitorar seu desempenho e realizar manutenções preventivas. Contudo, muitas outras versões sob medida devem ser criadas para aproveitar essa tecnologia para a fabricação.
Infelizmente, as empresas às vezes relutam em testar a tecnologia por conta própria porque não queriam interromper suas instalações. Também é difícil, diz Wong, para reunir especialistas em manufatura com uma ampla gama de cientistas analíticos que poderiam fornecer informações úteis.
É por isso que Wong, Das e seus colegas desejam fornecer os meios para que as empresas façam testes de prova de conceito, 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, entre outros. "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.
Em janeiro, 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.
