Percepat Adopsi Industri 4.0 dengan Perangkat Edge LIMS: Tingkatkan Produksi & Daya Saing

Istilah seperti smart factory, Industri 4.0, dan Industrial Internet of Things (IIoT) telah menjadi kata kunci yang tak terhindarkan, digunakan oleh setiap pengembang peralatan dan perangkat lunak terkait manufaktur. Banyak diskusi tentang smart factory dimulai dengan para peramal yang berbagi visi tentang bagaimana industri manufaktur global akan bertransformasi.

Deskripsi-deskripsi ini seringkali menyatukan teknologi berkembang seperti manufaktur aditif, simulasi visual 3D, dan robotika kolaboratif. Semuanya ini bisa terlihat tidak terjangkau bagi bengkel rata-rata—dan terlalu mahal untuk bahkan dipertimbangkan. Siapa yang benar-benar membutuhkannya?

Pandangan populer seputar industri mengenai manufaktur pintar ini, tanpa sengaja, menyelisihi—mirip dengan menjawab pertanyaan, "Apa itu mobil?" dengan menggambarkan sistem tol Interstate. Dalam kedua kasusnya, ide inti jauh lebih sederhana—dan jawaban atas pertanyaan siapa yang benar-benar membutuhkan manufaktur pintar adalah, dengan tegas, bengkel rata-rata—dan setiap produsen yang ingin tetap kompetitif di masa depan.

Mendefinisikan Istilah

Cara yang berguna untuk memahami smart factory adalah memulai dengan teknologi yang relatif sederhana: sensor elektronik murah. Di dunia sebelum sensor, operator mesin memprogram bubut CNC atau frais untuk memotong bagian dan mesin mencoba sebaik mungkin untuk mengikuti instruksi dan menghapus logam. Komunikasi adalah satu arah saja, dari operator ke mesin.

Apakah mesin mengikuti perintah dengan akurat? Kecuali jika ada bencana yang jelas seperti tabrakan, produsen tidak akan tahu kecuali ia memeriksa bagian setelah operasi selesai—yang membutuhkan waktu dan biaya.

Munculnya sensor. Sensor modern yang ditempatkan secara strategis di pusat pemesinan dapat memungkinkan komunikasi dua arah. Sensor memungkinkan mesin untuk merekam atau mengomunikasikan informasi tentang statusnya sendiri dan status operasi saat bekerja. Getaran pengukuran, variasi suhu, analisis arus motor, dan faktor lainnya dapat dibagikan melalui jaringan untuk pemantauan dan analisis. Status mesin, dan bagaimana status itu mempengaruhi operasi, dapat dievaluasi dengan cepat—bahkan secara real time.

Di mana sensor bertemu dengan mesin adalah di mana getah bertemu jalan di IIoT. Peralatan produksi baru umumnya dilengkapi dengan sensor yang sesuai, tetapi sensor dapat dipasang di peralatan lama dengan biaya yang relatif rendah.

Mesin yang dilengkapi sensor memiliki banyak yang akan dikatakan—lebih dari yang mungkin diketahui pengguna apa yang harus dilakukan. Namun, perangkat lunak analitik dapat memproses data dan menggunakannya untuk meningkatkan operasi, memelihara mesin, memperbaiki desain produk—bahkan memperbaiki desain peralatan pemesinan itu sendiri.

Pendekatan komunikasi dua arah yang sama telah diskalakan untuk membuat sel manufaktur pintar, dengan otomatisasi dan banyak mesin. Zoom out lebih jauh dan bayangkan seluruh fasilitas yang terhubung dengan cara ini, dengan data manufaktur yang dapat diakses dan digunakan di seluruh silo yang sebelumnya terpisah—setara dengan cara data perencanaan sumber daya perusahaan (ERP) telah menjadi.

Visi menggoda itu tentang fasilitas manufaktur di mana peralatan dapat berbagi data dengan orang dan peralatan lain untuk memungkinkan produksi bagian dan produk yang lebih cepat, berkualitas lebih tinggi, dan terus meningkat—adalah smart factory.

Namun, itu bisa dimulai dengan mengeluarkan data yang berasal dari sensor dari satu mesin dan menggunakannya untuk meningkatkan operasinya.

Masuk ke Manufaktur Pintar dengan LIMS

"Industri 4.0 sebenarnya tentang bagaimana Anda dapat menggunakan data dengan cara untuk mengoperasikan bisnis Anda dengan lebih baik," kata Larry Megan. "Dan jika Anda tidak memiliki data, maka Anda tidak memiliki tempat untuk memulai."

Megan adalah wakil presiden Advanced Manufacturing International (AMI), Clearwater, Fla., organisasi nirlaba dengan misi membantu produsen kecil hingga menengah (SMMs) memulai perjalanan ini—"transformasi digital," sebagaimana dikenal.

"Masalah yang produsen coba selesaikan adalah masalah yang sama yang telah dicoba orang-orang selesaikan selama 100 tahun," katanya: "'Bagaimana saya meningkatkan efisiensi? Bagaimana saya mengurangi penggunaan energi? Bagaimana saya memaksimalkan throughput? Bagaimana saya mengatasi masalah kualitas?' Yang berubah adalah kami sekarang memiliki teknologi untuk dengan cepat membuat data yang dapat menyediakan jawaban terlihat sehingga dapat digunakan sebagai titik awal untuk membuat keputusan yang lebih baik."

Megan dan pekerjaan AMI dengan SMM seringkali mencakup merekomendasikan penggunaan perangkat yang dikembangkan oleh LECS Energy yang disebut LIMS Appliance.

LIMS, yang singkatan dari Low Investment Manufacturing System, adalah kotak kecil yang sederhana yang terdiri dari komputer dengan perangkat lunak Solution Engine miliknya, hub I/O (input/output), dan sumber daya 110-V yang dihubungkan ke stopkontak standar. Ketika dihubungkan di tepi peralatan produksi, itu menjadi solusi sederhana untuk mengumpulkan dan berbagi data kompleks yang berasal dari sensor. (AMI akan melakukan demonstrasi langsung sistem LIMS di HOUSTEX, EASTEC, SOUTHTEC, dan WESTEC pada Oktober dan November. AMI adalah distributor eksklusif kotak LIMS.)

"Bagi banyak produsen, terutama di ruang bagian diskrit—otomotif, penerbangan luar angkasa, dan lainnya—kami merasa solusi LIMS adalah titik onboarding yang bagus," kata Megan. "Itu dirancang untuk produsen yang menggunakan CNC atau mesin lain tetapi tidak memiliki visibilitas sekitar produktivitas mesin individual tersebut, atau lebih luas, apa yang sedang terjadi di lantai pabrik. Solusi LIMS adalah cara murah dan mudah bagi orang untuk mulai mendapatkan data dari proses mereka dan memasukkannya ke dalam format yang berguna. Dan kemudian mereka dapat mulai membuat keputusan yang lebih baik dengannya."

Kata pengembang utama perangkat, Nat Frampton dari LECS Energy, "LIMS dirancang untuk mencoba membantu operator dan insinyur dapat menyentuh proses mereka, dapat menganalisis dan datang dengan pemahaman baru tentang proses mereka—dapat mengumpulkan data tersebut, melihatnya secara historis, berinteraksi atau memindahkan data ke database, dan akhirnya dapat mendapatkan hasil dari analisis tersebut dan meningkatkan proses mereka."

Menurut Frampton, LIMS adalah hasil dari 20 tahun pengembangan, awalnya dirancang sekitar pembuatan peledak untuk Angkatan Darat AS. Tujuan kunci sejak awal adalah agar pengguna tanpa keterampilan pemrograman khusus dapat memasang dan mengoperasikannya.

"Jika Anda memahami operasi Anda sendiri, jika Anda dapat bekerja dengan peralatan Anda, Anda sudah memiliki semua keterampilan komputer yang akan Anda butuhkan untuk dapat mengonfigurasi alat ini," kata Frampton.

Alur Aplikasi LIMS

LIMS mampu melakukan berbagai tugas yang menimbulkan pusing, tetapi dapat disederhanakan menjadi alur aplikasi lima langkah. Langkah pertama adalah menghubungkan sistem ke suatu peralatan produksi tertentu. Bagaimana koneksi itu bekerja tergantung pada peralatan yang dihubungkan dan pengaturan jaringan bengkel—jika ada. LIMS dirancang untuk terhubung dengan cara yang paling efisien mungkin, tergantung pada variabel-variabel tersebut.

"LIMS didasarkan pada standar terbuka," kata Frampton. "Jadi, jika terhubung ke mesin yang relatif baru yang menggunakan protokol data standar seperti MT Connect, maka sangat mudah bagi siapa saja untuk mengambil data dari jaringan dan memindahkannya ke database. Namun, jika mesin tidak menggunakan protokol data standar, tetapi data tersedia di PLC lokal [programmable logic controller] yang menjalankan mesin, maka biasanya, jika relatif baru, kami dapat mengambil data dari PLC. Kami memahami protokol PLC dan memiliki driver yang dapat melakukannya."

Alat LIMS "berbicara" lebih dari 50 protokol industri yang berbeda, katanya. "Cukup tahu jika Anda memiliki peralatan apa pun yang 'berbicara,' kami mungkin dapat bicara dengannya."

Dan seperti yang disebutkan, jika tidak ada yang bekerja, sensor dapat ditambahkan ke mesin produksi dan dihubungkan ke perangkat LIMS, kata Megan.

"Kami pernah memiliki kasus di mana kami menambahkan sensor untuk mengaktifkan jenis analisis tertentu—suhu, kelembaban di bengkel, hal-hal seperti itu. Itu dapat dihubungkan sebagai sinyal kabel yang biasanya akan masuk ke PLC atau apa pun lainnya," katanya.

Bagaimanapun cara koneksi dibuat, manfaatnya adalah "sekarang Anda akan mendaratkan semuanya melalui satu sistem sehingga Anda akan memberi stempel waktu semuanya," kata Megan. "Semua akan konsisten dalam waktu. Anda akan dapat mendaratkannya ke database standar dan memiliki data yang terorganisir dengan baik, dalam konteks dan di satu tempat yang dapat Anda gunakan."

Menghaluskan, Menyimpan, dan Menganalisis

Setelah koneksi dibuat dan data dapat mengalir ke LIMS, langkah kedua adalah menyaring data untuk mengurangi kebisingan dan memperkuat sinyal. "Data yang masuk dari peralatan tidak selalu sempurna," kata Frampton. "Mungkin bising." Karena alasan itu, program Solution Engine termasuk mesin analitik sederhana yang menghaluskannya. Misalnya, "mungkin Anda memiliki arus yang masuk dan Anda ingin mengintegrasikannya ke dalam kilowatt jam, sehingga Anda tahu jejak karbon Anda untuk bagian tertentu." Penyaringan akan memungkinkan kumpulan data yang lebih jelas dan lebih akurat. Penyaringan data awal ini berbeda dari analitik yang lebih kompleks yang mungkin setelah sistem telah digunakan untuk mencatat dan menyimpan data selama waktu yang lebih lama.

Langkah ketiga adalah mengumpulkan data dan menyimpannya ke database pilihan pengguna, yang dapat lokal atau di cloud.

"Tidak diperlukan cloud," tegas Frampton. Pengguna dapat memilih untuk menyiapkan database SQL, misalnya, dan "Anda dapat menempatkan database itu di cloud jika Anda ingin—tapi Anda tidak harus. Anda dapat hanya menyimpannya secara lokal di perangkat LIMS," katanya. Perangkat LIMS memiliki penyimpanan 16 gigabyte secara standar.

Titik lain yang membedakan sistem ini dari yang lain: "Salah satu hal yang kami tidak lakukan adalah memantau penggunaan data dan menagih Anda setiap kali Anda menyimpan beberapa data atau memberikan batas tag atau hal semacam itu. Data adalah milik Anda," kata Frampton.

Langkah keempat adalah pembuatan laporan dan analisis dari data. Karena sebagian besar operator mesin tidak haruslah ahli database, LIMS dirancang untuk membuat pengumpulan dan penyimpanan data semudah klik mouse.

"Jika Anda bukan ahli database atau tidak nyaman dengan database, jangan khawatir," kata Frampton. "Anda dapat hanya klik kanan pada data tersebut dan mengeluarkannya ke MS Excel. Saya adalah insinyur mekanik dengan pendidikan, jadi saya selalu memastikan alat kami langsung keluar ke Excel."

Namun, jika pengguna memiliki Azure atau Google Cloud atau sistem cloud lainnya, "kami dapat mengambil data itu dan memindahkannya secara langsung ke tabel di Azure sehingga Anda dapat melihatnya di Power BI" atau program atau format lainnya, katanya. "Kami juga dapat melihat machine learning dan mendapatkan hasil yang kembali."

Menggunakan Data

Langkah kelima dan terakhir adalah alasan sistem dipasang—menggunakan informasi yang terkumpul untuk meningkatkan proses.

"Setelah Anda mencari tahu cara meningkatkan proses, hal terpenting adalah dapat mengontrolnya—untuk melakukan sesuatu tentang itu," menjelaskan Frampton.

Tindakan yang diinginkan mungkin relatif sederhana untuk memulai, seperti membuat informasi yang relevan terlihat dengan kecepatan tumpukan lampu merah-kuning-hijau. Seiring waktu, data yang terkumpul dapat memungkinkan pengguna untuk melakukan lebih banyak lagi.

"Kami memposisikan LIMS sebagai titik entri untuk transformasi digital," kata Megan. "Biasanya dimulai dengan ide ini tentang mengumpulkan data dan dapat melakukan visualisasi sederhana. Setelah Anda memiliki itu, seiring waktu Anda dapat mulai melakukan hal yang lebih canggih dengannya. Anda dapat berjalan sendiri di atas kurva kematangan—dari analitik dasar akhirnya ke solusi yang lebih canggih seperti AI."

"Tapi paling baik untuk memulai yang sederhana—dan LIMS adalah titik awal yang bagus," katanya.