Industry 4.0: Oportunităţi pentru industria de tratare a apei

Schimbările din lumea producţiei, în prezent subiectul discuţiilor intense ca parte din Industry 4.0, sunt deja vizibile în viaţa de zi cu zi. Produsele personalizate în sectorul de consum nu mai reprezintă ceva nou şi demonstrează posibilitatea de a crea o reţea de producţie prin intermediul lanţurilor logistice potrivite până la utilizatorul final. Deci este corect să vorbim despre o a 4-a revoluţie industrială? Sau este vorba doar despre un proces de evoluţie, care – fiind condus de funcţionalităţi IT în continuă dezvoltare – oferă oportunităţi absolut noi pentru producţia în reţea şi îmbunătăţirea modului de comunicare între oameni şi maşini?

1.Introducere

Figura 1 arată cele 4 faze ale revoluţiei indus­triale si factorii ce au condus tehnologia din spatele Industry 4.0 din perspectiva societăţii, tehnologiei, fiabilităţii si consumatorilor. În prezent, cel mai notabil si mai des menţionat exemplu este faptul că materia primă a viitorului va fi „inteligentă” si va sti ce produs finit se intenţionează să devină, si că aceste materii prime inteligente vor controla pro­priul proces de prelucrare în fabrică si vor coordona acţiunea cu toate celulele de producţie disponibile.

În cazul produselor personalizate, se discută adesea despre loturi de mărimea 1 ca o cerinţă pen­tru sistemele de producţie în viitor. Astfel, se pune problema dacă procesele si structura informaţiilor din Industry 4.0 pentru producţia industrială sunt relevante în vreun fel pentru industriile de proces sau pentru industria instalaţiilor de tratare a apei.

Spre deosebire de cerinţa de producţie discretă, sau flexibilitate, în industria de tratare a apei este necesară atât îmbunătăţirea cât si eficientizarea con­tinuă a proceselor.

2. Industry 4.0 în industria de tratare a apei?

Nivelele de activitate din Industry 4.0, prezen­tate mai jos, sunt esenţiale atât pentru producţia industrială cât si pentru industria de proces.

Integrare orizontală

• disponibilitatea informaţiei dincolo de aceste re­ţele;
• stabilirea cooperării si utilizarea de noi modele de afaceri;
• produse personalizate, concentrarea pe costurile ciclului de viaţă, modele de servicii.

Integrare verticală

• module de reţea, masini si logistică, astfel încât acestea să fie reconfigurabile si flexibile;
• peisajul sistemului IT mai diversificat si agil; sporind utilizarea aplicaţiilor.

• FIGURA 1. Cele patru faze ale revoluţiei industriale(Sursa: DFKI, 2011)

3. Importanţa Industry 4.0 în viitorul industriei de tratare a apei

3.1. Integrarea orizontală în instalaţiile municipale

Infrastructura instalaţiilor de tratare a apei este supusă unor cerinţe similare, în contextul automatizării și funcţionării viitoare, cu cele din industria de fabrică. Un exemplu ce va fi analizat în detaliu în continuare este reţeaua, de obicei descen­tralizată, a bazinelor de reţinere a apelor pluviale și a staţiilor de epurare a apelor reziduale. După ploi puternice, aceste bazine de reţinere a apelor pluviale înmagazinează apa de ploaie pentru a preveni supra­solicitarea staţiilor de epurare cu volume mari de ape ce trebuie tratate. De cele mai multe ori, aceste sta­ţii nu sunt automatizate; cu alte cuvinte, personalul care operează trebuie să descarce manual surplusul de apă pluvială din bazine în sistemul staţiilor de epurare. În plus, sunt necesare inspecţii regulate indiferent de prezenţa precipitaţiilor. Măsura în care crearea unei infrastructuri de reţea în conformitate cu Industry 4.0 este utilă, atât din punct de vedere economic cât și pentru economisirea resurselor, va fi discutată mai jos. În acest caz, costurile ciclului de viaţă sunt esenţiale din punct de vedere al eficienţei economice – nu costurile de investiţie.

Dacă luăm în considerare crearea unei reţele pentru un astfel de sistem, dincolo de limitele sistemului în sine, trebuie să luăm în calcul și cerinţele speciale de selecţie și planificare a soluţiilor de automatizare. Acestea includ, de exemplu, printre aspectele economice pentru automatizare descentralizată a părţilor de sisteme și integrarea lor în reţeaua de sistem, în special atunci când sistemul este într-o locaţie care nu are o sursă de energie sau această sursă poate fi instalată doar la costuri inacceptabile. Bazinele de retenţie a apei pluviale sunt adesea operate doar prin valve manuale pentru controlul debitului. Acest aspect prezintă mai multe dezavantaje, cum ar fi necesitatea inspecţiilor privind funcţionarea sistemului la locaţie în cazul unei încărcări a acestuia, stabilirea unui manual clar cu acţiunile specifice intervenţiilor în locaţie, și lipsa informaţiei privind parametrii bazinelor de retenţie. Astfel, aceste bazine, sunt dificil de utilizat într-o reţea de staţii de epurare, în com­paraţie cu sistemele automatizate.

În acest caz apar noi provocări pentru cei care planifică și cei care operează astfel de locaţii, în special când se evaluează și se stabilesc tehnolo­giile alternative pentru proiectele de modernizare, din punct de vedere al costurilor de operare și avantajelor conexe ce trebuie să fie avute în vedere pe lângă costurile efective de modernizare. Figura 2 demonstrează compa­raţia a două variante pentru operarea bazinelor de retenţie a apelor pluviale descentralizate.

• FIGURA 2. Variante posibile pentru operarea bazinelor de retenţie a apelor pluviale • Varianta a) automatizare printr-o conexiune la centrul de comandă utilizând tehnologia GSM • Varianta b) utilizarea inspecţiilor în locaţie şi golirea manuală a bazinelor în urma ploilor puternice

3.2.Fabricile modulare vor asigura avantaje competitive pentru industrie

Sectoarele din industria chimică, farmaceutică, producţie alimentară și tratarea apei sunt din ce în ce mai volatile. În același timp, aceste sectoare necesită timpi din ce în ce mai scurţi pentru livrarea în piaţă și indică o tendinţă continuă clară către standardizarea și adaptarea capacităţilor de producţie prin modula­rizarea fabricilor.

Variante de skid-uri

În timp ce skid-urile de pompare, cu un nivel scăzut de complexitate, necesită doar câteva ventile în secţiunile pneumatice a unei insule de ventile CPX/MPA, modulele skid de filtrare au nevoie și de intrări și ieșiri analogice pentru monitorizarea presiunii. Module mult mai complexe precum skid-ul CIP, care cuprinde secţii din fabrică și bazine pentru agenţii de curăţare și amestecarea soluţiilor de cură­ţare, necesită suplimentarea modulelor de automa­tizare pe platforma CPX/MPA cum ar fi intrările ana­logice pentru măsurarea temperaturii sau control­ler pentru tehnologii proporţionale. Modulele skid trebuie să funcţioneze autonom și să fie extrem de fiabile. Acestea comunică în mod continuu cu un con­troller master ce administrează întregul sistem. Un alt avantaj al skid-urilor este costul comparativ redus pentru instalarea cablurilor și legăturilor necesare.

3.3. Beneficii ale Industry 4.0 pe întregul ciclu de viaţă al fabricilor

În viitor producţia se va desfășura complet într-o reţea digitală. Forme de comunicaţie standardizate vor fi utilizate ca fundaţie pentru principiile de bază în procesul de proiectare și punere în funcţiune pentru a asigura economii semnificative de-a lungul întregului ciclu de viaţă al fabricii.

• Integrare automată a noilor tehnologii senzor/ actuator sau a modulelor complete în sistemul de automatizare
• Simularea noilor funcţii și componente în harta digitală a fabricii înainte de punerea efectivă în funcţiune
• Utilizarea datelor odată generate în procesul de proiectare pentru întregul ciclu de viaţă al fabricii
• Analizarea și optimizarea producţiei prin folo­sirea algoritmilor de extragere a datelor (big data)
• Utilizarea în viitor a serviciilor cloud, inclusiv pentru aplicaţiile de automatizare
• Optimizarea mentenanţei și service-ului prin accesarea directă a datelor relevante (echipament, date de producţie, instrucţiuni de mentenanţă, moni­torizarea condiţiilor etc.) prin intermediul aparaturii mobile direct către fabrică.

Industry 4.0 va schimba semnificativ şi opţiunile de funcţionare a fabricilor, câteva exemple ar fi:

• Interacţiunea dintre oameni și mașini (roboţi) în producţie fără necesitatea utilizării echipamen­telor de protecţie. Aplicaţii pilot acumulează deja experienţa necesară pentru realizarea acestui mediu.
• Proiectul ExoHand asigură creșterea forţei degetelor și transmiterea mișcărilor mâinii către braţul robotic în timp real. Obiectivul este de a spori forţa și rezistenţa mâinii omului, pentru a extinde gama de acţiune a acestuia, pentru a menţine prezenţa umană în procesul de producţie pentru mai mult timp si pentru a-i asigura un mod de viaţă independent chiar si la o vârstă avansată.
• Generaţia viitoare a interfeţelor om-masină va oferi noi posibilităţi de interacţionare între cele două lumi. Utilizând software propriu în combinaţie cu o interfaţă creier-computer, Festo cercetează posibili­tatea controlării sistemelor prin forţa gândului.

Astfel de soluţii software, utilizate în combina­ţie cu alte sisteme, ar putea, în viitor, sprijini activ și chiar extinde gama de acţiuni ale operatorului pen­tru a-și îndeplini nevoile specifice.

3.4. Noi cerinţe pentru formarea profesională a angajaţilor 

Industry 4.0 anunţă noua eră a tehnologiei informaţiei si comunicării, si integrarea în reţea a acesteia va crea un Internet al lucrurilor, serviciilor si datelor. Nu ştim încă ce componente si sisteme, software si forme de reţea vor deveni standard, i.e. tehnologia si standardele viitoare vor trebui mai întâi dezvoltate de universităţi, companii si institu­ţii. În plus, ciclurile de inovaţie vor deveni tot mai scurte, în timp ce procesul tradiţional de dezvoltare al personalului, începând cu o analiză a nevoilor de formare si finalizând cu training-ul efectiv, nu va mai fi adecvat scopului în viitor. Dezvoltarea competen­ţelor, definită ca „abilitatea muncitorilor de a-si găsi independent calea prin situaţii deschise si neclare, complexe si dinamice”, va creste în importanţă.

4. Rezumat

Economia este în punctul de începere pentru cea de-a 4-a revoluţie industrială. Lumea reală si cea virtuală sunt din ce în ce mai apropiate, sub influen­ţa noutăţilor din Internet și IT. Viitorul industriei de producţie va fi caracterizat de un nivel ridicat de personalizare ca parte a unei producţii extrem de flexibile.

Producţia individualizată va deveni tot mai rapidă si complexă. Deţinerea controlului asupra unei com­plexităţi sporite va fi crucială, pentru a asigura avan­taje competitive într-un mediu tot mai globalizat. Mediul de lucru va suferi schimbări semnificative, prin schimbarea majoră a rolului muncitorului către activităţi care creează valoare sporită.

Dorinţa de învăţare continuă si formarea inter- disciplinară a angajaţilor va fi foarte importantă în acest mediu dinamic si, având la dispoziţie compo­nente si sisteme inteligente, va asigura atractivitatea companiilor pe termen lung si va avea un impact puternic pentru siguranţa poziţiei în piaţă.

Source: T&T- Tehnică și Tehnologie

Photo/video source: T&T - Tehnică și Tehnologie