Az egyetemi oktatás és a gyakorlati tapasztalatok összekapcsolása egyre fontosabbá válik a 21. században. A Széchenyi István Egyetem és a Kontron Hungary együttműködése példa erre a tendenciára, amelynek eredményeit egy esettanulmány formájában jelenítjük meg. A Széchenyi István Egyetem a hazai egyetemek közül az egyik legnagyobb és legrangosabb intézmény, amely kiemelkedő oktatási és kutatási lehetőségeket kínál a hallgatóknak. A Kontron Hungary pedig Magyarország vezető tanácsadó cége, amely széleskörű tapasztalattal rendelkezik az üzleti stratégiák, a piaci elemzések és a technológiai innováció területén.
2019-ben indult el a Kontron University 4.0 Program, aminek keretében többféle tervező és szimulációs szoftvert adományoztak az Egyetemnek. Az együttműködés célja, hogy elősegítse a digitális technológiák, ezen belül is a digitális iker koncepciójának terjedését a hazai piacon, és lehetőséget nyújtson a Széchenyi István Egyetem hallgatóinak, hogy elsajátítsák ezt a fontos és fejlődő területet. Ennek eredményeként 2023 tavaszán elindul az Ipar 4.0 rendszerfejlesztő és digitalizációs szakmérnök szakirányú továbbképzési szak, melynek oktatásában a Kontron Hungary munkatársai is rész vesznek.
Napjainkban a digitális transzformáció korát éljük, a gyártókörnyezetben ennek egyik koncepciója a digitális iker megvalósítása. De mi is az a digitális iker? A digitális ikerpár egy olyan informatikai rendszer, amely két vagy több, a valós világban és a virtuális világban létező, azonos információkat tartalmazó modellt hoz létre. A kifejezést gyakran használják a digitalizációról, az okos gyártásról és az Ipar 4.0-ról szóló vitákban.
A szakirodalom szerint három részre bontható. A digitális modellre, a digitális árnyékra és a digitális ikerre. A digitális modell egy már létező vagy tervezett fizikai objektum digitális változataként írható le, a digitális modell helyes meghatározásához nincs szükség automatikus adatcserére a fizikai modell és a digitális modell között. A digitális árnyék a rendszer virtuális reprezentációjaként értelmezhető. A működése a fizikai rendszer adatai alapján történik, viszont a folyamatokba nem képes beavatkozni, csak követni azokat. Ebben az esetben egyirányú kommunikációról beszélünk. Gyakran az ilyen rendszereket is már hibásan digitális ikerként értelmezik. A digitális iker esetén a kommunikáció már kétirányú és adatcsere is van a rendszerek között, tehát képes beavatkozni a fizikai rendszer működésébe. Ez a beavatkozás történhet a virtuális térben bekövetkezett folyamatok eredményeként vagy akár a historikus adatokból származó predikció eredményeként is. Viszont egy ilyen beavatkozás nem történhet akárhol. A gyártó folyamatot elemezni kell és meg kell határozni azokat a pontokat, ahol a digitális iker beavatkozhat. A beavatkozásnak meg kell felelnie a biztonsági követelményeknek, tehát csakis olyan helyen alkalmazható, ahol nem veszélyezteti a dolgozó testi épségét és a rendszer üzembiztonságát.
Az esettanulmány a Széchenyi István Egyetem Kiber-Fizikai Gyártórendszerek Laboratóriumában valósult meg, egy automata oktatási gyártócella és a Kontron Hungary által forgalmazott Visual Components szoftver segítségével. A fejlesztés célja az automata fizikai folyamatok digitális ikerrel való leképezése, az adatok valós idejű feldolgozásán túl a fizikai folyamatokba való beavatkozás lehetőségének biztosításával.
1. ábra Automata oktatási gyártócella
A fizikai rendszerbe való beavatkozás lehetséges pontjainak meghatározása során elsődleges szempont a munkavédelmi előírásoknak való megfelelés és a rendszer üzembiztonságának fenntartása. Mivel egy PLC-vel vezérelt automata rendszerbe szándékozunk kívülről beavatkozni, meg kell vizsgálni, hogy az adott beavatkozás milyen reakciót vált ki a PLC-ből, így a legfontosabb feladat az irányító jelek összehangolása, a rendszer felkészítése a digitális ikerből jövő parancsok fogadására.
A digitális iker létrehozása során első lépés a rendszer 3D-s modelljének kialakítása, amit a Visual Components-ben egyszerűen a meglévő modellek importálásával hajtunk végre. Következő lépésben a modellt a fizikai rendszer működési logikája szerint kell parametrizálni, amihez elengedhetetlen az automata gyártócella működésének széleskörű ismerete. A gyártócella a digitális ikerrel OPC UA protokollon keresztül kommunikál, ahol a PLC az OPC UA szerver, a Visual Components a kliens. A kommunikáció során a szerver elérhetővé teszi az összes szenzoradatot és olyan előre specifikált rendszerleíró paramétert, ami feltétele a valós idejű működésének. Abban az esetben, amikor a szerverből jövő adatok alapján üzemel a virtuális rendszer, azt csak digitális árnyéknak nevezzük, mert a kétirányú adatküldés nem valósul meg.
2. ábra Digitális modell a Visual Components-ben
Az automata rendszerben meghatározott beavatkozási pont egy pick&place munkahely, ahol a mozgatás feltétele a termék és a beépülő alkatrész megléte. Ez a feltételrendszer került kiegészítésre egy digitális folyamattal. Így a PLC csak akkor hajtja végre a tevekénységet, amikor minden feltétel adott, viszont ebből az egyik a digitális folyamatok eredményeként jön létre. A digitális folyamat eredménye lehet egy egyszerű időzítő, vagy akár egy komplex folyamat is. Komplex folyamatok esetén akár egy virtuálisan megjelenő munkahellyel való kiegészítés is lehetséges, ami a későbbi gyártócella fejlesztést, munkahelyek folyamatba illesztését támogatja, egyszerűsíti.
3. ábra Digitális modell a Visual Components-ben
Ezáltal megvalósul a rendszerek közötti kétirányú kapcsolat, így tényleges digitális iker jön létre, ahol a virtuális rendszer nemcsak követi és leképezi a folyamatokat, hanem a fizikai rendszer működésébe be is avatkozik.
Fontos kiemelni, ha digitális iker üzemszerű létrehozásáról beszélünk, akkor annak kialakítása során nemcsak a virtuális oldali folyamatokat kell megvalósítani, hanem az egész rendszerre kiterjedő komplex elképzeléssel és ismerettel kell rendelkeznünk és elengedhetetlen, hogy egy ilyen együttműködésre a fizikai rendszerünket is felkészítsük.
Amennyiben érdeklődik a digitális transzformáció trendjei iránt és szeretne mélyebben elmerülni a digitális iker koncepciójában, ajánljuk az Ipar 4.0 rendszerfejlesztő és digitalizációs szakmérnök szakirányú továbbképzési szakot, melyet a Széchenyi István Egyetem kínál. A képzés egyik célja, hogy a hallgatók elsajátítsák a digitális iker technológiáját és megismerjék az azt alkalmazó üzleti lehetőségeket. További információ és jelentkezés itt található: https://felveteli.sze.hu/ipar-4-0-szakmernok
