El valor dels components de control industrial: el fonament bàsic de la fabricació moderna

En un entorn industrial altament automatitzat, els components de control industrial tenen un paper crucial. No són només els "cervells" i els "nervis" dels equips de producció, sinó també la garantia fonamental de l'eficiència, la precisió i la fiabilitat en la fabricació moderna. Aquests components electrònics i mecànics aparentment insignificants porten el valor bàsic de la producció industrial. La seva importància ha esdevingut cada cop més destacada amb l’arribada de la indústria 4.0, ja que evolucionem des de l’automatització bàsica fins a la fabricació intel·ligent.

 

El valor més directe dels components de control industrial rau en el seu control precís del procés de producció. Els diversos mòduls, sensors i actuadors dels controladors lògics programables (PLCS) i sistemes de control distribuïts (DCSS) constitueixen el "sistema nerviós central" dels equips industrials. Per exemple, en la fabricació d’automòbils, una línia de producció de soldadura del cos de cotxes pot incloure centenars de sensors que controlen la posició i la qualitat de la soldadura en temps real i desenes de servo unitats que controlen precisament la trajectòria del moviment dels braços robòtics. Aquests components de control treballen conjuntament per assegurar que la desviació posicional de cada soldadura no superi els 0,1 mm i que la força de la soldadura compleixi el 99,99% de la norma de disseny. Aquest nivell de control de precisió és gairebé impossible sense components de control de qualitat -. Aquest valor és encara més acusat en la fabricació de semiconductors. Durant el processament de les hòsties, la temperatura, la pressió i el control del flux de gas sovint requereixen nivells de submicrons o fins i tot nanòmetres. Qualsevol lleugera desviació en un component de control pot fer que un lot sencer de xips es faci desballestament, amb la qual cosa es produeixen pèrdues econòmiques que arribin a milions de dòlars.

 

Des de la perspectiva de la millora de l’eficiència, els components de control industrial creen un valor econòmic important mitjançant l’optimització dels processos de producció. En els sistemes de control industrial moderns, la combinació de PLCs i ordinadors industrials pot processar la lògica de producció amb velocitats de resposta mil·lisegons i les unitats de freqüència variables poden ajustar la velocitat del motor en temps real en funció dels canvis de càrrega. Aquestes tecnologies permeten millorar l’eficiència energètica del 30%-50%. Un fabricant típic de ciment va millorar l’eficiència de la combustió del forn en un 18% actualitzant el seu sistema de control distribuït amb vàlvules de control intel·ligent i sensors de pressió, estalviant més de 2 milions de dòlars anuals només en costos de combustible. Més destacats, els avenços en els components de control han fet realitat el manteniment predictiu. Una combinació de sensors de vibració i algoritmes analítics intel·ligents pot predir les fallades del suport del motor setmanes d’antelació, evitant els costos significatius dels temps d’inactivitat no previstos. A nivell mundial, els temps d’inactivitat no previstos al sector industrial s’estimen 800 milions de dòlars anuals i els components de control avançats poden reduir aquesta xifra en més d’un 40%.

 

Els components de control industrial també són una salvaguarda crucial per a la seguretat industrial. A les indústries de risc altes - com els petroquímics i les centrals nuclears, components de control com les vàlvules d’apagada d’emergència i els sensors de detecció de gas en sistemes instrumentats de seguretat (SIS) estan directament relacionats amb la vida humana i la seguretat ambiental. Aquests components normalment utilitzen dissenys redundants, que requereixen un temps mitjà entre fallades (MTBF) d'almenys centenars de milers d'hores. La investigació sobre l’accident de petroli de l’Horitzó Deep Water Horizon 2010 al golf de Mèxic va indicar que el desastre s’hauria pogut evitar si el sistema de transmissió de dades del sensor de pressió hagués tingut una fiabilitat més elevada i una interferència anti-. Els components de control industrial moderns han aconseguit la certificació de seguretat funcional (com el nivell de SIL IEC 61508), garantint una fiabilitat de més del 99,99% per a les funcions de seguretat crítiques. Aquest valor de seguretat no es pot mesurar mitjançant indicadors econòmics simples.

 

En el context de la transició de fabricació intel·ligent, els components de control industrial estan assumint noves dimensions de valor. Sensors intel·ligents amb interfícies IoT no només recopilen dades, sinó que també realitzen informàtica de vora. Els PLC que donen suport al protocol OPC UA permeten una comunicació perfecta entre venedors. I els algorismes de control predictiu basats en Ai - requereixen la potència informàtica dels controladors de rendiment High -. Aquests avenços han convertit els components de control industrial en el centre de connexió de la indústria 4.0. El darrer controlador de SIEMENS SIMATIC S7 - 1500 presenta un xip accelerador AI -AI que pot executar models d’aprenentatge de màquines localment, reduint les velocitats de detecció d’anomalies de producció des de minuts amb l’anàlisi tradicional del núvol fins als mil·lisegons. Aquests components de control intel·ligents estan redefinint la competitivitat de fabricació, que els sistemes de control avançats pioners poden reduir les taxes de defectes del producte a algunes parts per milió, un nivell inabastable amb mètodes de fabricació tradicionals.

 

Des d’una perspectiva econòmica, mentre que els components de control industrial normalment només representen el 10% - 20% del cost total dels equips, determinen més del 80% del rendiment del sistema i del valor del cicle de vida. La investigació d’un proveïdor d’automatització industrial global líder demostra que durant el cicle de vida dels equips de producció típics (10 - 15 anys), les diferències en el rendiment del component de control poden donar lloc a una diferència superior al 35% en el cost total de propietat (TCO). Aquestes dades expliquen per què els principals fabricants estan disposats a pagar una prima del 20% -30% per als components de control de gamma alta: la productivitat augmentada, la millora de la qualitat i la reducció dels temps d’aturada que proporcionen en última instància un rendiment de la inversió moltes vegades més.

 

El valor dels components de control industrial també rau en la seva importància estratègica per a la millora de la industrial. Si un país no té una tecnologia de components de control de control de precisió independent i controlable i controlable (com ara les unitats de servo de precisió de precisió i la industrial - grau real - sistemes operatius de temps), la seva indústria manufacturera sempre serà a mercè d'altres. Les recents interrupcions de la cadena de subministrament internacionals han demostrat repetidament que una escassetat de components de control crític pot paralitzar les línies de producció senceres en un termini de setmanes. Per tant, invertir en R + D i substitució domèstica dels components de control industrial no només és una elecció econòmica racional, sinó també un imperatiu per a la seguretat industrial.

 

De cara a endavant, amb el desenvolupament de tecnologies en profunditat de - de tecnologies com Internet industrial i bessons digitals, la proposició de valor dels components de control industrial continuarà expandint -se. Evolucionaran des de les unitats d’execució simples fins a nodes intel·ligents amb capacitats d’aprenentatge de self -, jugant un paper més gran en la interacció entre els mons virtuals i els reals. No obstant això, per molt que evolucioni la tecnologia, el paper fonamental dels components de control industrial, ja que el "sistema nerviós" de la fabricació es mantindrà inalterat. És el funcionament coordinat d’aquests components de precisió que fonamenta el funcionament precís de la civilització industrial moderna i fomenta les possibilitats infinites de la futura fabricació intel·ligent.