rozšírené vyhľadávanie
SK | EN | CZ

SMART factory - inteligentní továrna

V poslední době zaznamenávám spoustu dotazů k současnému fenoménu Industry 4.0. Jak začít? Co máme dělat? Co je to Smart factory?

Nejdříve si velmi krátce zopakujme, jak je čtvrtá průmyslová revoluce chápána, v čem tkví její podstata a čím se liší od současného stavu průmyslové výroby.

Industry 4.0 je postavena na základních čtyřech bodech, které ji nejen charakterizují, ale i odlišují od současné tradiční výroby: 
  • vertikální propojení výrobního systému, 
  • horizontální integrace pomocí nové generace globálních sítí hodnotového řetězce, 
  • toková výroba skrz celý hodnotový řetězec, 
  • urychlení pomocí Smart technology. 
Industry 4.0 je tedy zaměřena na Smart process. což je velká změna oproti současné konvenční výrobě. Základním kamenem koncepce je vytvoření Smart factory. Tyto továrny budou schopny zvládnout výkyvy poptávky, budou více odolné vůči poruchám, zároveň dokážou vyrábět maximálně efektivně. Stroje, lidé a prostředky spolu dokáží nejen komunikovat, ale i spolupracovat. Stroje se sami ohlásí údržbáři, navíc přesně definují problém. Výrobek za pomoci čipu s radiofrekvenční identifikací (dále RFID) je schopen řídit svůj tok výrobou, zná, z kterých dílů se skládá a kam má být později doručen. Sám výrobek se tedy aktivně podílí na procesu výroby. V infrastruktuře takového podniku je propojena Smart logistic, Smart grid, Smart buildings a Smart distribution. Jinými slovy transformace z tradičního hodnotového řetězce ke zcela novému (Helbig, Wahlster a Kaggerman, 2013). Koncept Industry 4.0 nevidí řetězec jako jednotlivé články hodnotového řetězce pracující izolovaně, ale vše je propojeno a efektivně spolupracuje. Charakteristické budou velmi úzké vazby mezi dodavateli, výrobci i zákazníky.





Všechny tyto lidské aktivity jsou v současnosti vzájemně propojené množstvím komunikačních systémů. Tou nejprogresivnější komunikační technikou však bude Internet věcí (IoT), Internet služeb (IoS) a Internet osob (IoP). Internet věcí IoT se ještě člení na komerční Commercial IoT (CIoT) a tzv. Industry Internet of Things (IIoT). Díky těmto technologiím budou komunikující entity schopny v prostředí I4.0 mezi sebou komunikovat během celého životního cyklu bez ohledu na hranice podniků a států. Všechny entity celého výrobního řetězce budou schopné mít všechna potřebná data. Taková digitalizace průmyslové produkce může vytvářet úplně nové obchodní modely.


Klíčové technologické koncepty

Mezi zásadní technologie, bez kterých není možné Industry 4.0 zavést, a které se vzájemně doplňují, patří tyto vybrané technologické koncepty:





Kyberneticko-fyzikální systémy (Cyber-Physical Systems; CPS)

CPS systémy představují transformační technologie mezi fyzickými a softwarovými prostředky, tzn., že spojují kybernetický a virtuální svět s jednotlivými fakticky existujícími zařízeními a lidmi. Sledují fyzické procesy a transformují je do digitální podoby a umožňují jejich decentralizované řízení. Tyto systémy jsou určeny pro průmyslovou integraci výrobních systémů a prostřednictvím internetu komunikují a ovládají fyzické komponenty, které jsou vybaveny komunikačním systémem. Kyberneticko-fyzikální systémy tak umožňují provádět řízení a rekonfiguraci funkcí s vysokým stupněm automatizace.


Internet věcí (Internet of Things; IoT)

Jedná se o internetovou síť, vyhrazenou pro veškeré zařízení schopné přijímat signál na bázi internetu. V běžném životě to jsou mobilní zařízení, chytré televize, kávovary a pod. V průmyslové oblasti se jedná o výrobní stroje, roboty, které jsou naprogramovány k určité činnosti. K tomu je nápomocna doplňková technologie RFID (Radio Frequency Identification) – ta zefektivňuje komunikaci jednotlivých součástí výroby, výrobků či polotovarů pomocí různých čipů, senzorů, čárových nebo QR kódů a jiných ID-tagů. Tyto komponenty budou vlastnit všechny prvky ve výrobě a strojům dají jasné informace co má být s výrobkem/součástkou provedeno. Tímto způsobem tak bude moci být na dálku programována samotná výroba a upravována dle potřeb.


DNEŠNÍ TOVÁRNY NEJSOU EFEKTIVNÍ

Pokud existuje ve výrobním prostředí jedna rozhodující metrika, je to OEE (Celková efektivita zařízení). Metrika měří, jak efektivně je výrobní operace použita ve srovnání s tím, jak účinná by mohla být. Průměrné OEE běží na úrovni 60-70%. Dnešní světové OEE se pohybují kolem 85%. To znamená, že dokonce i nejefektivnější továrny dnes ztrácejí 15% času na činnostech bez přidání hodnoty, jako jsou přestavby strojů, zastávky, údržba a výroba chybných produktů. Peněžní ekvivalent zvýšení OEE o jeden procentní bod je pro každou společnost obrovský. Následně je spousta prostoru pro budoucí inteligentní továrny, které se přiblíží 100% OEE.


SMART FACTORY – INTELIGENTNÍ TOVÁRNA

Odpovídající, adaptivní, připojená výroba

Inteligentní továrna představuje skok vpřed od tradiční automatizace k plně připojenému a flexibilnímu systému, který může používat nepřetržitý tok dat z připojených operací a výrobních systémů, aby se učil a přizpůsobil se novým požadavkům. Pravá inteligentní továrna dokáže integrovat data z celopodnikového fyzického, provozního a lidského majetku za účelem řízení výroby, údržby, sledování zásob, digitalizace operací prostřednictvím digitálního twin a dalších typů činností v celé výrobní síti. Výsledkem může být efektivnější a flexibilní systém, méně prostojů při výrobě a větší schopnost předvídat a přizpůsobit se změnám v zařízení nebo širší síti, což může vést k lepšímu umístění na konkurenčním trhu.


Výhody inteligentní továrny  (Zdroj: Schmueckle, Bosch Rexroth)

Dopady inteligentní továrny na výrobní procesy

Výrobci mohou inteligentní továrnu implementovat mnoha různými způsoby - uvnitř i mimo stěny továrny - a přeměnit ji tak, aby se přizpůsobila stávajícím prioritám nebo změnám nových. Jedním z nejdůležitějších rysů inteligentní tovární agility je také fakt, že výrobci mají několik možností, jak využít digitální a fyzikální technologie v závislosti na jejich specifických potřebách. Konkrétní dopady inteligentní továrny na výrobní procesy budou pro každou organizaci pravděpodobně odlišné.


ZAČÍNÁME: Jaké kroky učinit směrem k inteligentní továrně 

Výzva k zahájení prací na implementaci inteligentní továrny může být velmi skličující. Všechna konfigurace řešení inteligentních továren poskytují řadu cest, které je třeba nejdříve definovat, naplánovat a provádět tak, aby vyhovovaly potřebám organizace, výzvě nebo příležitosti. Tato část je klíčová a je na majitelích a vrcholovém vedení firem, aby definovali strategické cíle, které budou směřovat k inteligentní továrně. Přestože jsou továrny rozdílné, potřebné komponenty pro úspěšnou inteligentní továrnu jsou z velké části univerzální a každá z nich je důležitá. Bylo definováno cca 15 modulů viz. obrázek, které je možné shrnout do těchto základních oblastí: data, technologie, proces, lidé a bezpečnost.


Zdroj: IoT Analytics  



Data a algoritmy

Data jsou životodárnou hodnotou inteligentní továrny. Díky síle algoritmických analýz mohou data řídit všechny procesy, odhalit provozní chyby, poskytnout uživatelům zpětnou vazbu a při shromáždění v dostatečné míře a rozsahu mohou být použity k předpovídání provozních a neefektivních aktiv nebo kolísání zdrojů a poptávky.

Aby se dosáhlo vyšší úrovně inteligentní zralosti v továrnách, musí se zabezpečit kompletní zasíťování s vysokou rychlostí přenosu dat a velká uložiště dat  a počítačový výkon s využitím cloud computing, instalovat více smart senzorů, za kterých se budou shromažďovat sady dat. Například implementace případu jednoho použití může vyžadovat zachycení a analýzu jediného souboru dat. Zavedení dalších případů použití nebo změna velikosti operace na průmyslové úrovni bude obvykle vyžadovat rozšíření snímání a analýzy větších a různých datových sad a typů (strukturované vs. nestrukturované), což povede k úvahám o analytických, úložných a řídících schopnostech. Jednou velmi inteligentní tovární konfigurací z dat je digitální dvojče.


Technologie

Aby mohla inteligentní továrna fungovat musí se nejdříve optimalizovat stávající technologie, navrhnout co měřit a řídit, aby stroj mohl pracovat autonomně. Následně realizovat automatizaci a robotizaci. Zde je důležité porovnat návratnost optimalizace s pořízením nových strojů, zařízení a manipulační techniky. Zařízení musí být nakonfigurovány tak, aby byly schopny komunikovat mezi sebou a centrálním  systémem CPS – autonomní řízení. CPS sbližuje reálný svět s virtuálním což se označuje jako digitalizace výroby. Vhodné je zde vyžadovat implementaci různých digitálních a fyzických technologií, které jsou vlastní Industry 4.0 - včetně plánování, analýzy, přídavné výroby, robotiky, vysoce výkonných počítačů, umělé inteligence a kognitivních technologií, pokročilých materiálů a rozšířené reality.


Proces a řízení

Jedním z nejcennějších rysů inteligentní továrny je její schopnost seberealizovat, samočinně se přizpůsobit a autonomně řídit výrobní procesy. Na základě požadavku zákazníka je vytvořen automatický plán a pomocí PULL (tahovému) principu jsou realizovány všechny procesy v továrně. Tato schopnost může zásadně změnit tradiční procesy a modely řízení. Autonomní systém může v mnoha případech provádět řadu rozhodnutí bez zásahu člověka, v mnoha případech posunovat rozhodovací povinnosti z člověka na stroj nebo soustředit rozhodnutí do rukou méně lidí. Pro zkrácení procesů je nutné využití smartphonů, tabletů včetně značení zařízení a produktů RFID, QR nebo čarovým kódem k zajištění získávání dat v reálném čase.
        



Otázkou je, jak se změní za 30. let přesně definovaná automatizační vrstva?

Lidé

I v inteligentní továrně se předpokládá, že lidé budou stále klíčem operací, dojde však k velkým změnám požadovaných operací a organizaci IT/OT a tím ke změně rolí na podporu nových procesů a schopností. Část rolí ovšem bude postupně zanikat, protože je budou nahrazovat kolaborativní roboti, automatizace procesů. Další role budou doplněny o nové funkce např. o virtuální realitu a vizualizaci dat, dále se objeví role nové, zatím neznámé. Proto je nutné vytvořit strategii rozvoje zaměstnanců, inovativní přístup k náboru se specifikací požadovaných rolí na různé funkce.

Bezpečnost

Klíčové bude zabezpečení dat. Průmyslová data udávají výrobní proces a jsou velice důležité pro plánování výroby. Obsahují přesné a jedinečné informace o výrobcích, a proto je důležité tyto data zabezpečit jak v procesu výroby, tak i ve vzdáleném centrálním uložišti. Pro funkční ochranu bude nutné šifrování, ochrana serverů pomocí firewall, automatické skenování bezpečnostních slabin i jiných zabezpečujících systémů, aby mohl podnik uchránit své citlivé informace a obchodní tajemství. Důkladná ochrana před viry a včasné odhalení průniku do systému jsou klíčové atributy pro Cybersecurity. Lze předpokládat, že systémy budou napadány velkým počtem hackerských útoků.



Závěr

Jelikož se již podařilo některým firmám integrovat principy smart factory a ukázat, že je to vše reálné, je klíčové začít se této problematice naplno věnovat. Připravte si plán vedoucí k zavedení principů Smart factory, definujte a spusťte pilotní projekty. Jen tak lze rozlišit firmu úspěšnou a inovující, oproti málo efektivním, které nedokáží klasickou výrobou uspokojit stále náročnější požadavky zákazníků. Protože bez zákazníků není firma schopna přežít.



Čítajte viac takýchto článkov medzi prvými a objednajte si časopis Průmyslové inženýrství.

Chcete odoberať newsletter IPA Slovakia?

Zostaňte s nami v spojení s newslettrom IPA a vyberte si, o ktoré informácie máte záujem.

Komentáre

Tento článok ešte nemá žiadne komentáre. Buďte prvý!

TOP články

Keď prichádza nové na svetPripadám si niekedy ako pôrodník. Lekár pomáha pri pôrode ...

Toyota Kata pre koučovMyšlienky Toyota Kata nie sú v našich zemepisných šírkach ...

Flexibilná výroba, pokročilé systémy ...Vybudujte si svoj biznis bez zbytočného rizika, ...

Najnovšie články

Spájanie inovátorovŽijeme vo svete prepájania vecí a ľudí. Naše deti sa v ...

Manipulácia a komplex menejcennosti ...Manipuláciu vo všeobecnosti charakterizuje ...

SMART factory - inteligentní továrnaV poslední době zaznamenávám spoustu dotazů k ...
Klasická verzia webu
© 2012 IPA Slovakia, All rights reserved