Przemysł 4.0 – jak wypłynąć na fali zmian?

56

Czwarta rewolucja przemysłowa jest faktem: przedsiębiorcy sięgają po technologie jeszcze kilka lat temu uważane za ciekawostki, które „być może kiedyś odegrają pewną rolę”. To „kiedyś” jest dzisiaj, a rola nowoczesnych rozwiązań polega na gruntownej zmianie podejścia do organizacji produkcji, dystrybucji wyrobów, jakości i efektywności.

Żeby sprostać współczesnym oczekiwaniom, trzeba modyfikować przemysł na każdym poziomie zarządzania: począwszy od modernizacji parku maszynowego, przez utrzymanie ruchu poszczególnych linii i wydziałów, optymalizację procesów, aż po zarządzanie przedsiębiorstwem i podejmowanie decyzji, mających bezpośredni wpływ na wyniki finansowe, pozycję na rynku, jednym słowem: przyszłość firmy.

Kierunek rewolucji został wytyczony: potrzebujemy przemysłu, który będzie elastyczny, energooszczędny, efektywny i skuteczny. Można to osiągnąć, wdrażając „inteligentne” rozwiązania, gromadząc i przetwarzając coraz większe ilości danych, ucząc się wyciągać z nich informacje, które umożliwią szybkie podejmowanie dobrych decyzji. Najlepiej, żeby część z nich podejmowały same maszyny.

Elastyczność produkcji

Dzisiejszy przemysł nie lubi produkować na zapas. Zapasy trzeba magazynować, kontrolować, zabezpieczać. Zbyt duża produkcja oznacza straty, bo część wyprodukowanych podzespołów nigdy nie zostanie zamontowana w gotowych urządzeniach. Zanim zostaną pobrane z magazynu, ktoś zdecyduje o wprowadzeniu do produkcji nowego modelu, pewna liczba zapasów zostanie wykorzystana w charakterze części zamiennych ale nadwyżkę trzeba będzie zutylizować.

Dzisiaj należy produkować dokładnie tyle, ile potrzeba i wtedy, kiedy potrzeba. To oznacza konieczność szybkiej zmiany ustawień linii technologicznej, a więc także szybkie przezbrajanie maszyn. Dzisiaj produkujemy osie wentylatorów, ale jutro o tej porze z taśmy będą schodziły sworznie mocujące siłowniki hydrauliczne. Bo takie są potrzeby klientów.

Przezbrajanie maszyn jest czasochłonne: wymaga zatrzymania produkcji, wymiany narzędzi, zmiany ustawień, czasami ponownej kalibracji. Maszyny produkcyjne konstruowane na potrzeby dzisiejszego i jutrzejszego przemysłu powinny jak najbardziej ułatwiać ten proces, najlepiej, jeśli wykonają go same. Niektóre już to potrafią: centra obróbcze wyposażone w magazyny narzędzi mogą je zmieniać automatycznie, potrafią się też samodzielnie kalibrować.

Dzięki technikom określanym wspólnym mianem eksploracji danych można dostrzec związki pomiędzy wydarzeniami, które pozornie nie mają ze sobą nic wspólnego. Może się okazać, że niewielka zmiana w ustawieniach maszyny zwiększyła o kilka procent wydajność całej linii produkcyjnej, choć nikt się tego nie spodziewał. Skoro tak, być może warto poszukać przyczyny i wprowadzić podobne zmiany w maszynach pracujących na innych liniach.

Samokontrola urządzenia

Automatyczna kalibracja urządzenia ułatwia życie, ale wymaga zainstalowania czujników dostarczających informacji o położeniu ruchomych elementów, identyfikacji narzędzi, ocenie stopnia ich zużycia. Skoro trzeba wyposażyć maszynę w kilka czujników wspomagających kalibrację, dlaczego nie pójść krok dalej i nie dołożyć paru kolejnych, dzięki którym obrabiarka zyska możliwość kontrolowania swojego stanu w czasie rzeczywistym?

Dodatkowe pomiary oznaczają dodatkowe informacje: o zużyciu energii elektrycznej, drganiach maszyny, temperaturze pracy narzędzi, zadziałaniu zabezpieczeń. Dzięki analizie tych danych można przewidywać awarie obrabiarek i uprzedzać je, wymieniając nadwerężone podzespoły w czasie planowanego postoju maszyny, nie czekając, aż awaria zatrzyma produkcję i spowoduje straty. Dla przykładu: wzrost amplitudy drgań pozwala przewidzieć awarię łożyska z wyprzedzeniem liczonym w tygodniach.

Bezpośrednia ocena jakości produkcji

Nie ma produkcji bez kontroli jakości. A przynajmniej nie powinno być. Tradycyjnie odbywa się to w ten sposób, że po wykonaniu partii detali ocenia się ich jakość, zgodność ze specyfikacją techniczną, dokładność wykonania, obecność uszkodzeń spowodowanych przez zużyte narzędzia albo „gruby błąd” obrabiarki. Kontrola jakości to osobny proces: czasochłonny i odroczony w stosunku do procesu produkcji. Jeśli kontrola ujawni wady spowodowane awarią obrabiarki albo błędem człowieka, niemal zawsze oznacza to, że zepsuto więcej niż jeden egzemplarz produktu.

Rozwiązanie jest oczywiste, ale przez długi czas pozostawało w sferze pobożnych życzeń: wyposażyć obrabiarki w funkcję kontroli jakości każdego obrabianego detalu. Dzisiaj można to zrobić, można nawet pójść o krok dalej i nauczyć maszyny korygowania ustawień tak, aby po wykonaniu jednego wadliwego detalu kolejny spełniał normy.

Mitsubishi Electric produkuje wszystko, co jest niezbędne do zbudowania nowoczesnego zakładu produkcyjnego, spełniającego założenia Przemysłu 4.0. Wśród nich także oprogramowanie MAPS (Mitsubishi Adroit Process Suite), łączące funkcje SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) oraz projektowania cyklu życia.

Jak nie utonąć w oceanie danych?

Im więcej maszyn zostanie wyposażonych w rozbudowane zestawy czujników i sterowniki dające im stosunkowo dużą autonomię, tym więcej danych zostanie udostępnionych do wykorzystania. Idea jest taka, żeby maszyny jak najwięcej problemów rozwiązywały we własnym zakresie, ale przecież zakład produkcyjny eksploatuje wiele obrabiarek. Wiedza o procesie produkcyjnym to wiedza o każdej z nich, dlatego obrabiarki powinny mieć możliwość komunikacji z systemem zarządzającym produkcją. I mają, bo w przedsiębiorstwach coraz częściej wdraża się rozwiązania określane wspólnym mianem Internetu Rzeczy (Internet of Things). Maszyny, jeśli istnieje taka potrzeba, wymieniają dane pomiędzy sobą bez udziału człowieka, ale jednocześnie dostarczają informacje o swojej pracy systemowi komputerowemu wspomagającemu zarządzanie produkcją.

Zapisywanie wszystkich parametrów w czasie rzeczywistym wymaga inwestycji w sieć, serwery i bazy danych, lecz w zamian technolodzy i inżynierowie zajmujący się utrzymaniem ruchu dostają do ręki bezcenny materiał: zawsze aktualną wiedzę o produkcji, wydajności, usterkach, wąskich gardłach, przestojach, awariach. Im większy zakład, tym większe ilości danych, a to oznacza, że trzeba sięgnąć po specjalne metody gromadzenia i obróbki: hurtownie danych i data mining (eksplorację danych). Technologie znane i stosowane wszędzie tam, gdzie trzeba zarejestrować i przetworzyć potężne ilości informacji, np. w bankach, sieciach sklepów wielkopowierzchniowych, na lotniskach.

Data mining, czyli eksplorację danych, można uznać za osobną specjalizację w obrębie IT, wymagającą zastosowania oryginalnych metod analitycznych, często opartych na statystyce. Polega ona na wyszukiwaniu informacji w powodzi danych dostarczanych z wielu źródeł, kojarzeniu faktów i wskazywaniu koincydencji pozornie niezwiązanych ze sobą faktów.

Oprogramowanie MAPS ma otwartą architekturę, dzięki czemu może współpracować z systemami dostarczanymi przez innych producentów: bazami danych, aplikacjami wykorzystującymi interfejs OLE, technologię Active X, VB .Net i innymi.

MAPS zbudowano w oparciu o architekturę klient – serwer, użytkownicy mogą uzyskać dostęp do danych przy pomocy dowolnej przeglądarki internetowej i urządzeń mobilnych. System autorstwa Mitsubishi umożliwia przygo
towywanie konfiguracji urządzeń, wysyłanie ich do maszyn oraz nadzorowanie produkcji z jednego miejsca.

Nadrzędne zarządzanie

Skoro mamy inteligentne obrabiarki, które potrafią samodzielnie dopasowywać parametry pracy do potrzeb linii technologicznej, skoro połączyliśmy je w sieć i zbieramy gigabajty danych rejestrowanych przez ich czujniki, to dobrze byłoby scentralizować i uczynić wygodniejszym proces sterowania całym parkiem maszynowym. W istocie jest to możliwe.

Przygotowanie obrabiarki sterowanej numerycznie do produkcji polega na uzbrojeniu jej w potrzebne narzędzia i załadowaniu programu opisującego proces wytwarzania detalu. Nowe reguły gry ustalane przez Przemysł 4.0 wymagają, żeby czas wykonania tych czynności był możliwie najkrótszy. Najlepiej, jeśli maszyny będą przestawiane zdalnie, bez ingerencji człowieka.

Są przedsiębiorstwa, które już dziś spełniają to wymaganie dzięki inwestycjom w sprzęt i oprogramowanie SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Dzięki temu mogą bardzo szybko zmieniać profil produkcji linii technologicznych, na których pracuje wiele obrabiarek: z jednego miejsca można załadować odpowiedni program do każdej z nich, skalibrować je, a potem nadzorować pracę.

MAPS ułatwia projektowanie produkcji od samego początku, to znaczy od momentu podjęcia decyzji o wprowadzeniu modyfikacji cyklu produkcyjnego. W odróżnieniu od innych programów z rodziny SCADA, MAPS udostępnia skuteczne, zintegrowane mechanizmy ułatwiające zarządzanie sterownikami PLC. Wśród nich są gotowe, wstępnie skonfigurowane biblioteki programistyczne i narzędzia diagnostyczne. Dzięki nim można znacznie obniżyć koszty produkcji. W niektórych przypadkach oszczędności mogą sięgać 50%.

Unifikacja środowiska

Inteligentne obrabiarki to nie wszystko. Produkcja to także roboty wykorzystywane do transportu materiałów, pozycjonowania detali podczas obróbki, spawania, malowania i wykonywania dziesiątek innych czynności. Integracja środowiska produkcyjnego stanowi nie lada wyzwanie: specjaliści, którzy się tym zajmują, muszą posiadać rozległą wiedzę o każdym podłączanym urządzeniu, jego sterowniku, protokołach komunikacyjnych. Proces tworzenia nowoczesnego zakładu można znacząco przyspieszyć, wykorzystując urządzenia, a przynajmniej sterowniki i sieci transmisji danych pochodzące od jednego producenta.

Pełną ofertę obejmującą wszystkie elementy potrzebne do integracji obrabiarek CNC z robotami przemysłowymi, hurtowniami danych i oprogramowaniem SCADA mogą przedstawić nieliczni producenci. Do tego grona zalicza się Mitsubishi Electric, firma od dziesięcioleci rozwijająca wiele linii produktów przeznaczonych dla przemysłu. Dzięki wspólnym protokołom komunikacyjnym i w pełni kompatybilnej konstrukcji budowa spójnego środowiska produkcyjnego przy zastosowaniu technologii Mitsubishi Electric jest prosta, skuteczna i efektywna ekonomicznie.

Źródło: Mitsubishi