Table of Contents
دور الشخصيات في تطور الروبوتات الصناعية
ويمر التشغيل الآلي الصناعي بتحول عميق، إذ يبحر الآليون المتنقلون المستقلون دون مسارات ثابتة، بينما يلبي هؤلاء الآليون التعاونيون (الرجال) الكتفين من العمل مع مشغلي البشر، ويكيفون السرعة والقوى في الوقت الحقيقي، ويطالبون هذه النظم ببروتوكولات للاتصال تكون ذات طابع حاسم وقوية ويمكن أن تتكامل مع البنية التحتية القديمة.
ويكمن القوام الأساسي للبراسيم في قدرته على توفير تبادل البيانات في الوقت الحقيقي بين أجهزة التحكم المنطقي القابلة للبرمجة، والحركات، والمجسات، والمكتظات، وفي الروبوتات المستقلة، حيث يمكن أن يعني التأخير في الثانية الواحدة الفرق بين اللحوم الدقيق والاصطدام، فإن هذا السلوك المحدد لا يمكن التفاوض بشأنه، بل إن الملامح تحقق هذا من خلال نظام للاختيار الآلي في وقت واحد.
بالنسبة للآليات التعاونية، فإن المخاطر أكثر من ذلك، فالتواصل الذي يُقدر بسلامة يجب أن يفي بمعايير مثل ISO 13849 و IEC 62061، التي تُسند إليها ولاية نقل البيانات بأمانة، سجل براموس المثبت في التطبيقات الحيوية للسلامة، بما في ذلك ملفه الخاص بالسلامة، يوفر أساسا جاهزا لنظم التكافل، بدلا من البدء من الخدش، يمكن للمصنعين أن يستغلوا عقودا الموثوقية التي تخضع للاختبار في الوقت الذي تتطلبه.
ألف - مزايا الرقابة على الروبوتات المستقلة
ويعمل الآليون المستقلون في بيئات دينامية حيث يجب أن يحدث اقتحام أجهزة الاستشعار وتخطيط المسارات والتنفيذ في أماكن مغلقة، ويوفر الموجز عدة مزايا تتصدى مباشرة لهذه التحديات.
الاتصالات في الوقت الحقيقي المحدد
دعم البروبوس أوقات الدورة التي ترتفع فيها سرعة 1 مللي ثانية للتطبيقات ذات السرعة العالية، مع وجود جليسة في النطاق الثاني الجزئي، وهذا التحديد حاسم في التحكم في الطلقات المغلقة من العجلات والأسلحة الآلية، خلافاً للبروتوكولات التي تعتمد على المفاتيح ويمكن أن تستحدث مقياساً متغيراً، فإن هيكل القدرة على التنبؤ بالزبائن المكسور يضمن لكل جهاز على الشبكة وجود خلايا البحرية
Scalability for Complex Systems
ويمكن لشبكة واحدة من برامج " بروبس " أن تدعم ما يصل إلى 126 جهازا، بما في ذلك أجهزة متعددة لمراقبة الروبوتات، ومواقع الأمان، وكاميرات الرؤية، ووحدات قياسية من طراز I/O، وهذا التدرج يتيح لمنظمي النظم أن يبنوا خلايا آلية شاملة دون إضافة تعقيدات إلى أعلىيات الشبكة، ومع تطور خطوط الإنتاج، فإن إضافة روبوتات أو أجهزة استشعار جديدة إلى قطاع من بروفيروسات موجودة، كثيرا ما يتطلب تغييرات في التشكيلات.
Interoperability Across Vendors
وهذا التبادل هو معيار دولي مفتوح (IEC 61158) يدعمه أكثر من 2000 مصنع، وهذه ميزة كبيرة في البيئات المتعددة الموائد، وذراع آلي من KUKA، ونظام رؤية من كوغنكس، وشركة أمان من سيمنز يمكن أن تتواصل جميعها على شبكة نفس البروبوس دون بوابات ملكية، وهذا يقلل من تكاليف صيانة الاندماج والبساطة بالنسبة للمستخدمين النهائيين.
التحديات والحاجة إلى التطور
٤-٠ وعلى الرغم من مواطن قوتها، يواجه البروفوس تحديات في عمر الصناعة)٤(. ويعمل الرسم الأصلي )البيريا الموح َّد( على أساس ١٢ ميلاً/كفاية في كثير من مهام المراقبة، ولكنه غير كاف لتلبية الاحتياجات العالية النطاق للآليات الحديثة التي تتدفق الغيوم من نقطة الإبعاد ٣ دال، والصور العالية الاستبانة، وبيانات الدمج المباشر في نظام التشغيل الآلي.
وقد دفعت هذه القيود إلى تطوير تكنولوجيات تكميلية مثل بروفينت، التي توسع نطاق مفاهيم البروبوس لتشمل الشبكة الصناعية، غير أن بروفيبس لا يجري التخلي عنها، بل يجري تعزيزها من خلال البنى الهجينة، والبوابات، والارتقاء بالبروتوكولات التي تحافظ على مزاياها الأساسية مع اقترانها بعالم شركاء التنفيذ.
تطور البروفات: سد فلبيروس فيلدبوسات وشبكة الإثيرات الصناعية
Profibus PA and Process Automation
(أ) يُمدد نطاق المعيار لتلبية احتياجات صناعات العمليات المستمرة حيث يعمل الآليون في بيئات خطرة، ويستخدم الفرع نفسه في طبقة التطبيق، لكنه يُستخدم في الطبقات الطبيعية (مانشيستر باور) التي توفر الاتصالات والطاقة على كابل ذي سلك ذي سلكين، أما بالنسبة للآليات التعاونية المنتشرة في النباتات الكيميائية، أو مصافي النفط، أو مرافق التحكم في المواد الصيدلانية، فتتيح السلامة
Profinet as the High-Performance Successor
والتطور المنطقي للبراميل في مجال الشبكة الصناعية، مع الحفاظ على نفس ملف التطبيقات والفلسفة الهندسية، مع توفير سرعة تصل إلى 100 ميلت/مبتر (مع ظهور نسخ من نظام جيغابيت) - فيما يتعلق بمصنعات الروبوتات، فإن الاتصالات ذات التوقيت الحقيقي مع شركة جيتريب دون المستوى الثاني من أجل مراقبة الحركة المتعددة التقلبات.
TSN and Time-Sensitive Network
أما الحدود التالية للتكنولوجيا التي استحدثتها البروبوس فهي شبكة للشبكات الحساسة من حيث التوقيت، وهي معيار يُمكِّن من الاتصال المحدد على شبكة إيثرنت الموحدة. وسيسمح هذا النظام، الذي يُعنى بتطويره بالفعل (الشبكة الدولية لبيانات المكيفات) بتقاسم نفس البنية التحتية للشبكة مع نظم التقارب السحابي مع الحفاظ على ضمانات ذاتية في الوقت الحقيقي.
مستقبل البروبوس في الأجهزة التعاونية
ويستهدف الجهاز الآلي التعاوني العمل بدون أقفاص أمان، بالاعتماد على بناء الوزن الخفيف، والاستشعار عن طريق العراك، والحدود التي ترتكز على البرامجيات للسرعة/القوة، ويجب أن يدعم بروتوكول الاتصال مهام السلامة مثل التوقف الآمن، ورصد السرعة الآمنة، والعزل الآمن، ويوفر المخطط، من خلال ملفه الخاص بخدمة السلامة، إطارا مثبتا لنقل البيانات المتعلقة بالسلامة على نفس الحافلة التي تُدرج فيها بيانات العمليات الموحدة.
التكامل مع شبكة Ethernet و IoT
ويتزايد ارتباط القراصنة الحديثة بنظم الإنتاج الصناعي، ومنابر تحليل السحاب، وبيئة التوأم الرقمية، وفي حين أن البروبوس وحده لا يستطيع أن يحمل حركة المرور المحلية للشركة، فإن توافر بوابة نظامي " بروبس " إلى الشبكة الأرضية يجعل التكامل أمراً مستقيماً، ويستخدم هيكل نموذجي بروفيسور لث الرقابة على العمليات في الخلية الآلية، بينما تحول البوابة إلى مواقع تشغيلية
وفي المستقبل، تعمل المنظمة الدولية للبرمجيات على ملامح تدعم محلياً الاتصالات المتعلقة باليووت، وتشمل مواصفات " الشبكة الإلكترونية " أحكاماً لإدماج مسارات البيانات غير المتكررة، مما يتيح سلكاً واحداً يحمل كلاً من حركة المرور على المراقبة والمقياس عن بعد، مما سيلغي الحاجة إلى شبكات منفصلة للمسح الضوئي للشبكة الكهربائية والإثيرية، ويخفض تكاليف المعدات، ويبسط تطبيقات نظام درجات الحرارة.
ومثال عملي: أسطول من الروبوتات التعاونية التي تقوم بالتجمع في مصنع للسيارات، يستخدم كل آلي بروبس دي في التحكم في المحور الحقيقي وهدم الحزن، ونفس الشبكة تحمل إشارات من أجل رصد السرعة الآمنة، وتجمع البواب بيانات تشخيصية من جميع الروبوتات وتنشرها عبر برنامج أشعة تحتية في وسطي، وعندما يرتدى نظام للحفاظ على الآليين تلقائياً
تعزيز السلامة والاعتماد على التعاون بين البشر والروبوت
وتُعرّف معايير الأمان للآليات التعاونية بواسطة المعيار ISO 10218-1/2، ورقم المواصفات الجديد ISO/TS 15066، الذي يحدد متطلبات السرعة، وبعد الفصل، والحدود القصوى للقوة/الضغط، وقد تم التصديق على نظم الأمان القائمة على البروفوس باستخدام نظام الحماية هذه لسنوات، مما يعطي مُربِضات نظامية مثبتة، ويُعمل بروتوكول الأمان كقناة سوداء على كابل الحافلات المُصُرُصُ، مما يضيفُصِّقَةُها.
ونظراً لأن الجماعات أصبحت أكثر استقلالاً في القدرة على تكييف مساراتها استناداً إلى نظام الأمان على القرب البشري يجب أن تصبح أكثر دينامية، وستدعم ملامح المستقبل مناطق الأمان المتغيرة التي تتغير على أساس سرعة الروبوتات، وحمولة الشحن، والوضع الإنساني، مما يتطلب أن يتعامل الاتصال الآمن مع مجموعات البيانات الأكثر تعقيداً مع الوقت الذي تتطلبه هيئات التصديق، ويجري توسيع نطاق نظام المراقبة لدعم هذه النظم المتقدمة للسلامة، بما في ذلك السلامة.
النشرات والدراسات الإفرادية في العالم الحقيقي
العديد من المُصنّعين الآليين الرئيسيين أثبتوا أنّ (بروبس) لا يزال قابلاً للتطبيق في الجيل القادم، فعلى سبيل المثال، يقدمون وصلات بينية من نوع (بروبس) في سلسلة (كيوانتيك) من أجل تطبيقات الحمولة الثقيلة، حيث تكون السيطرة المُحدّدة على الفؤوس المتعددة ذات المستوى الثاني، و(إي بي بي بي بي بي بي بي بي) الدعم الأسريّ (PeRB 6700) من أجل الاتصالات القياسية والآمال،
وفي الجزء التعاوني، يوفر الجهاز العالمي (وهو الآن جزء من تيرادين) وصلة بين الشخصيات البارزة عبر بوابات حقول طرف ثالث، مما يتيح لشركاتهم الاندماج في نظم السلامة القائمة على البربوس ومركبات PLC، ويظهر نشر ملحوظ في مورد من طراز " تيير 1 " الألماني، حيث تعمل أجهزة الاتحاد الأوروبي المجهزة بوابات البربوس " على إقامة شبكات الأمان الإلكترونية(66).
وثمة حالة أخرى ملحة من صناعة شبه الموصلات، حيث تنقل الروبوتات المتنقلة المستقلة الشفرة بين أدوات العمليات، وتستخدم هذه المركبات البروفات للتواصل مع محطات الشحن ذات الحد الأعلى، ومراقبي المصعد، وموانئ تحميل الأدوات، وتكفل السمعة المحددة للروبوس أن تنقلات الخياطة تحدث في إطار نوافذ ضيقة التوقيت، مما يحول دون حدوث اختناقات في المرفأ، على الرغم من توافر بروتوكولات اللاسلكية الجديدة، فإن البيئة هي التي لا تملكها.
The Road Ahead: Profibus in the Age of AI and Digital Twins
ويعيد تشكيل المعلومات الاستخبارية الفنية والتكنولوجيات الرقمية التوأمة، حيث يبرمج الآليون ويرصدون ويحققون الحد الأمثل، ويحتاج التوأم الرقمي إلى تدفق مستمر للبيانات التشغيلية من الإنسان الآلي المادي إلى بيئة المحاكاة، ويعطي السمات، بقدرته على تيار التشخيصات وتجهيز البيانات المحددة، العمود الفقري لهذه الأنابيب للبيانات، ويجمع بين بيانات البروبوس والصور الضوئية في مجال الاستهلاك، ويحدث الفشل.
فعلى سبيل المثال، يمكن لمراقب آلي قابل للفحص أن ينقل تيارات السيارات وأخطاء المواقع وقراءات درجات الحرارة في كل دورة من دورات التحكم، وتغذي هذه البيانات الجامدة نموذجا للتعلم الآلي يكشف أنماط ارتدائه، وعندما يتوقع النموذج حدوث إخفاق وشيك، يعدل النظام تلقائيا السرعة الآلية أو يحفز تغييرا في الأدوات، ولا يمكن تحقيق هذا التفائل المغلقة إلا لأن بروبس يوفر بيانات تحديدية ذات حواف منخفضة.
كما أن نظام إدارة الأسطول القائم على الغيوم، يجمّع بيانات عن العشرات أو مئات الروبوتات ويترجمها إلى أشكال مناسبة للتخزين والتحليل السحابي، وفي حين أن الاتصال السحابي يستخدم بروتوكولات معيارية للشركة، فإن صلاحية البيانات في مجال الثقة تتوقف على نوعية الاتصالات الميدانية، وتكفل آليات كشف الأخطاء وإعادة فحصها أن البيانات التي تصل إلى السحابة تمثل بدقة حالة النظام الرقمي - شرط أساسي متين.
الاستنتاج: وصفة ككورنرستون للثورة الصناعية التالية
أما السرد الذي يفيد بأن تكنولوجيات الحقول قد عفا عليها الزمن في عصر Ethernet and Industry 4.0 فهو مضلل، ولا يزال بروفيوس يضطلع بدور حيوي في الروبوتات المستقلة والتعاونية لعدة أسباب، أولا، أن اتصالاته المحددة في الوقت الحقيقي لا تزال غير متطابقة مع تطبيقات الرقابة التي يتسم بها التوقيت بأهمية حاسمة، وثانيا، أن القاعدة الواسعة من أجهزة البرابوس تكفل أن تكون طرق الهجرة عملية وفعالة من حيث التكلفة.
وينبغي أن يقيِّم المصانع التي تنظر في الاستثمارات الروبوتية، لا بوصفها عقبة خلفها، بل كقاعدة ناضجة وموثوقة يمكن أن تتعايش مع تكنولوجيات حديثة، كما أن البنايات الهجينة التي تتيحها البوابات والوكلاءات الحديثة تتيح للمصانع أن تحقق الربط بين الصناعة 4.0 دون التضحية بالتحكم المحدد الذي يبقي خطوط الإنتاج على قيد التنفيذ، حيث أن الروبوتات المستقلة والتعاونية تصبح أكثر ذكاء وأكثر ترابطا.
وبالنسبة للمهتمين بتفاصيل تقنية أعمق، فإن المواصفات والمواصفات التي تُحفظ بواسطة شركة Profibus & Profinet International (]) Profibus.com ) وستُغطى المبادئ التوجيهية لتكامل السلامة في سلسلة الورقات التقنية لبرنامج " PROFIsafe " ، وبالإضافة إلى ذلك، فإن التعاون بين مؤسسة PI ومؤسسة OPC يكفل تكامل البيانات غير المستقرة فيما يتعلق بالتصورات الصناعية 4.0.