Řešení, které ukazuje, jak inovovat oblast strojírenské výroby v praxi – Výrobní buňku 4.0 – představili odborníci z výzkumného centra INTEMAC v červnu 2017. Dokazují tak, že téma chytré výroby, propojení dat a digitalizace je živé nejen na stránkách odborných časopisů, ale díky ojedinělé realizaci je hmotné, funkční a připravené k integraci do výrobních strojírenských firem již nyní. Názory na Průmysl 4.0 přitom nejsou jednotné. Výrobci strojírenských technologií vědí, že je to směr, kterým by se měla ubírat jejich vlastní výroba. Tuší však také, že integrace takového řešení je záležitostí časově náročnou a náklady bezesporu otřesou firemním rozpočtem. Navíc často neznají odpověď na zcela zásadní otázku „Co konkrétně mojí firmě Průmysl 4.0 přinese?“ Právě hledání odpovědi na tuto otázku bylo spouštěcím tlačítkem pro projekt, který má za cíl povzbudit české firmy při zavádění principů chytré výroby.
Založení společnosti Intemac Solutions s. r. o., která je provozovatelem výzkumného centra INTEMAC a dceřinou společností JIC (Jihomoravské inovační centrum, pozn. red.), se datuje do roku 2014. Základem našich služeb je vysoká odbornost našich zaměstnanců v oblastech stavby, řízení i diagnostiky strojírenské výrobní techniky. Zaměřujeme se na aplikovaný výzkum, experimentální vývoj a vzdělávání v oblasti výrobní techniky. Poskytujeme expertní služby a přístup k nejmodernějším technologiím.
Naším cílem je posílit konkurenční pozici českých strojírenských firem ve světě, přispívat k rozvoji konkurenceschopnosti odvětví a k udržení a tvorbě kvalifikovaných pracovních míst. Na činnost výzkumného centra INTEMAC každoročně přispívá Jihomoravský kraj, protože strojírenství je zásadním výrobním sektorem regionu. Udržení a další zlepšování pozice strojírenství se však neobejde ani bez intenzivnější spolupráce firem s výzkumnými kapacitami a aplikovaného výzkumu. Partnerem INTEMACu je VUT v Brně a řada významných strojírenských firem. Intenzivně tedy podporujeme podobnou spolupráci a tvoříme platformu pro jejich vzájemnou komunikaci.
Vývoj a výzkum, dvě slova, pod která se vměstná neuvěřitelné množství oborů a zájmů. Nicméně se pokusím vše srozumitelně a stručně popsat. Naše výzkumné a vývojové týmy INTEMAC dlouhodobě pracují na řešení konkrétních problémů v oblastech technologie obrábění, stavby a diagnostiky strojů a zařízení.
K hlavním problémům, kterými se nejčastěji zabýváme, patří zvyšování pracovní přesnosti obráběcích strojů, nové metody měření a kontroly výrobních strojů a obrobků, optimalizace nosných struktur strojů, kompenzace teplotních deformací obráběcích strojů, maximalizace výkonu a jakosti řezného procesu, potlačování vibrací strojů a využití nekonvenčních materiálů ve stavbě obráběcích strojů.
Kromě výzkumu a vývoje řešíme i praktické problémy uživatelů a výrobců výrobní techniky. Provádíme potřebné analýzy a měření, identifikujeme slabá místa a připravujeme konkrétní řešení. Jedním z příkladů je dodávka expertních služeb pro Vítkovice Heavy Machinery (VHM) při zakázce na výrobu závitových segmentů zabezpečovacího systému lodního výtahu Niederfinow. INTEMAC pro VHM provedl diagnostiku a nastavení výrobního stroje a vyvinul zcela novou metodiku kontroly dílů pomocí 3D mobilního měřicího přístroje Laser Tracker. Během 2 let jsme zkontrolovali 80 ks závitových segmentů a 8 zkompletovaných řad o délce 40 m. Přímo na místě lodního díla v Německu ve firmě SIEMAG TECBERG jsme pak pomohli i se samotným ustavením zabezpečovacího systému. Bližší podrobnosti lze nalézt na www.intemac.cz.
Čtvrtá průmyslová revoluce, nebo chcete-li Průmysl 4.0, přináší změny, které mají současný vědecko-technický pokrok přenést do výroby, digitalizovat ji a automatizovat. Spousta podniků si však konkrétní důsledky podobných inovací nedokáže představit v praxi ve vlastní výrobě a netuší, jaké benefity mohou od přechodu na chytrou výrobu očekávat. Právě v tom chce INTEMAC českým podnikům pomoci, a proto jsme připravili Výrobní buňku 4.0, která ukazuje reálné využití současných technologií pro chytré továrny.
Jedná se výrobní jednotku, která je složená ze vzájemně propojených zařízení podílejících se v rámci jednoho výrobního procesu na tvorbě obrobků. Propojuje obráběcí stroj s robotem,měřicí stanicí a dalšími navázanými stroji. Jde o model reálného provozu, fungující v laboratorních podmínkách a připravený k dalším experimentům. Spojuje různá zařízení od různých výrobců do jednoho celku, který dokáže jednoduše komunikovat a je připraven k zapojení do chytrých továren.
V aktuální podobě umožňuje buňka tzv. adaptivní proces výroby – měřicí stanice umí po dokončení obrábění vyhodnotit kvalitu obrobku a při nalezení nedokonalosti poslat informace do stroje, který obrobek opraví a současně se přenastaví pro vyšší přesnost příštího obrobku. Dále například ukazuje možnosti prediktivní údržby, prostřednictvím které je možné sledovat technický stav zařízení a na základě dat z vibrací stroje včas odhalit případnou poruchu. K buňce je možné připojit další zařízení, a tím chytrý výrobní proces dále rozšiřovat.
Přesně tak. Buňka sama automaticky zpřesňuje výrobní proces na základě dat z kontrolního stanoviště tím, že zanáší aktuální korekční data do procesu obrábění. Všechny přístroje v buňce mají jednotné uživatelské rozhraní pro různé aplikace ve webovém prohlížeči, skrze který ji lze spravovat. Pracovník tak nemusí složitě přeprogramovávat jednotlivé stroje, ale jednoduše si požadované úkony nastaví v jednotném prohlížeči. Buňka je konektivní, což znamená, že umožňuje horizontální a vertikální otevřenou komunikaci. Využívá přitom standardů OPC UA. Současně využívá rádiovou technologii od firmy Sewio Networks, díky které má přehled o osobách pohybujících se na pracovišti a okolo něj.
Firmy běžně využívají zařízení, které naše Výrobní buňka spojuje. Běžné je i zapojování různých zařízení podílejících se na výrobě konkrétních výrobků do logických celků. Jejich komunikační propojení je však velmi náročné. Čím je Výrobní buňka 4.0 skutečně unikátní, je právě otevřenost pro připojování nových i současných technologií. Obráběcí stroj i měřicí stanice mají totiž svůj vlastní řídicí systém. Normálně by si nerozuměly, ale prostřednictvím integrační platformy ve Výrobní buňce 4.0 spolu mohou komunikovat. Právě komunikací mezi zařízeními v této jednotce, ale také konektivitou – umožněnou jednoduchým připojením na další výrobní jednotku – Výrobní buňka demonstruje jeden z principů širokého konceptu Průmyslu 4. 0.
íky otevřené platformě buňky a její modularitě je to mnohem jednodušší než zapojit izolovaný stroj s uzavřeným systémem. Následně je to otázka nastavení konkrétního produktu, který má být vyráběn. Buňka pracuje i autonomně a její napojení na výrobní systémy továrny může probíhat postupně. Dle úrovně digitální připravenosti podniku se může jednat i o měsíce. Instalace buňky včetně stroje pak přijde firmu na jednotky milionů korun. I zde se však náklady odvíjejí od aktuální připravenosti výroby.
Konkrétní vyčíslení opět záleží na daném podniku a jeho podmínkách. Obecně se dá říci, že např. podle studie McKinsey & Company z roku 2016 pomůže Průmysl 4.0 firmám snížit náklady na údržbu o 10–40 %, náklady na kvalitu o 10–20 % a náklady na zásoby o 20–50 %.
Další úsporu přinese zvýšení produktivity o 3–5 %, redukce prostojů stroje o 30–50 %, zvýšení produktivity díky automatizaci znalostní práce o 45–55 % a další předpokládané benefity.
Slavnostní představení mělo velmi pozitivní odezvu. Evidujeme čtyři vážné zájemce o replikaci pracoviště do reálného provozu. Usilujeme rovněž o další rozšíření buňky a hledáme proto vhodné technologické firmy, které by nám mohly nabídnout svá řešení. Aktuální podoba buňky je pouze začátek, je to živý organismus, který se bude měnit podle požadavků průmyslu.
Na buňce jsou ke zprovoznění připraveny další funkce, které budou nasazeny v další etapě. Zmínit mohu například vývoj predikce poruchy, tedy činnost, kdy je buňka schopná sledovat technický stav zařízení na základě dat z vibrací a dalších technologických parametrů (teplota, elektrický proud, spotřeba), a tím včas odhalit blížící se poruchu.
Myšlenka vzniku Výrobní buňky 4.0 vznikla u nás na INTEMACu. K její přípravě jsme přizvali partnery z firem zaměřených na strojírenství. Obráběcí stroj poskytl TAJMAC-ZPS, měřicí stanici Renishaw, firma B + R automatizace vyvinula otevřenou integrační platformu, robota pro demonstraci integrované robotiky zapůjčila firma COMAU, upínací prvky společnost SMC a díky společnosti Sewio Networks pak můžeme sledovat pohyb osob v okolí buňky. Na zprovoznění se podíleli pracovníci všech partnerů, byl to komplexní úkol. Partneři pro demonstraci zapůjčili své technologie zdarma. Hodnota buňky je 7 miliónů korun a její příprava zabrala 6 měsíců.
Výrobní buňka 4.0 je jen jednou z našich aktivit v rámci tématu Průmysl 4. 0. Dále připravujeme program DIGIMAT, prostřednictvím kterého chceme pomáhat malým a středním firmám zejména v Jihomoravském kraji při zavádění digitálních technologií do průmyslu. Program DIGIMAT připravujeme s JIC, VUT v Brně a Industry Cluster 4.0. První tři firmy už programem v rámci pilotního nastavení prošly, další tři by měly programem projít do konce roku 2017.
Po rozhovoru s panem Zbožínkem jsem oslovila některé z podílejících se firem, s žádostí o vyjádření k tomuto projektu.
Vážení čtenáři, pro doplnění rozhovoru s panem Zbožínkem Vám přinášíme krátká vyjádření některých partnerských společností a jejich zástupců, kteří se na zajímavém projektu podíleli. Zajímalo nás, jak vnímali spolupráci na tomto projektu a čím se na jeho realizaci podíleli.
Spolupráce s firmou INTEMAC na Výrobní buňce 4.0 pro nás byla velkou technickou, technologickou a integrační výzvou. Při realizaci tohoto projektu se podařila široká a otevřená spolupráce mezi jednotlivými zainteresovanými firmami a INTEMAC jsme společně poskytli maximální podporu a součinnost, a to jak materiálně a technicky, tak i v personální oblasti. I přes různá provozní a realizační úskalí se podařilo dokončit dílo, které je vzorem a inspirací pro další a širší technické aplikace podobného typu. Na poskytnutý stroj MCFV1680 bylo nutné doplnit některé technické uzly a provést implementační úpravy pro konektivitu s dalšími prvky celého systému, za což patří velký dík jejich realizátorům. Do budoucna se hodláme zaměřit kromě optimalizace standardních technologických funkcí také na rozšíření profylaktických funkcí k zajištění maximální provozuschopnosti a dlouhodobé užitnosti našich strojů a celého systému otevřené architektury, nyní s indexem 4.0. Cesta to nebude jednoduchá, neboť vyžaduje hluboké znalosti konstruktérů a implementátorů napříč různými obory. Budoucnost ukáže, kdy dosáhneme mety „Průmysl 5.1“ a jaké bude mít atributy.
Výrobní buňka 4.0, která se nachází ve společnosti INTEMAC, obsahuje nejmodernější stroje a zařízení. Výrobní podniky, které chtějí digitalizovat výrobu a čerpat tak výhody Průmyslu 4.0, však mohou narážet na problémy spojené s integrací těchto strojů, protože každé zařízení používá řídicí systém od jiného výrobce a jejich vzájemná komunikace je obtížná. Musejí tedy výrobní podniky čekat na vývoj nových strojů, které budou nabízet standardizovanou komunikaci s ohledem na Průmysl 4.0, a investovat do jejich pořízení? Právě vzájemné propojení jednotlivých strojů v buňce a jejich zpřístupnění přes standardizovanou komunikaci byla výzva, kterou jsme v projektu Výrobní buňky 4.0 přijali, abychom ukázali, že s naší integrační platformou je možné při zavádění Průmyslu 4.0 do výrobního podniku použít i stávající strojní park.
Integrační platforma ve Výrobí buňce 4.0 je sestavena z komponent našeho řídicího systému. Konkrétně je realizována operátorským panelem s jednotným HMI pro všechny funkce buňky. Vizualizace s názvem mapp View používá HTML5 a další standardní webové technologie. Díky tomu je dostatečně otevřená a standardizovaná a navíc zobrazitelná na jakémkoliv zařízení včetně tabletu nebo mobilního telefonu. V této moderní vizualizaci naleznete ve formě aplikací kromě ovládání samotné buňky také další užitečné funkce, jako jsou řízení robota, prediktivní údržba pomocí vibrodiagnostiky, měření energií nebo sběr procesních dat z obráběcího stroje.
Společnost Renishaw se podílela, ve spolupráci s firmou INTEMAC a ostatními partnery uvedenými v textu, na vytvoření a zprovoznění Výrobní buňky 4.0 instalací obrobkové a nástrojové sondy na obráběcím stroji a odladěním jejich jednotlivých funkcí, nasazením dílenského měřidla Equator EQ300 a instalací softwaru Productivity+.
Souběžné nasazení výše uvedených HW a SW prvků umožňuje uživateli rozsáhlé využití dat získaných v průběhu výrobního procesu. Data naměřená jednotlivými použitými prvky jsou využita pro ustavení obrobku, zjištění jeho přesné polohy a měření vybraných rozměrů po skončení příslušných operací. Nástrojová sonda pak umožňuje průběžnou kontrolu stavu opotřebení nástroje, případně identifikaci jeho poškození. Získaná data je možno následně využít nejen pro korekci nastavení obráběcího stroje před zahájením opracování následujícího dílce, ale také pro sledování trendů vývoje stavu stroje a plánování jeho údržby, případně oprav.
Univerzální dílenské měřidlo Equator EQ 300, které srovnává skutečné rozměry dílce s etalonem, je v aplikaci využito pro výstupní kontrolu kvality, kde dokáže nahradit větší počet jednoúčelových měřidel a třídit dílce a vyřazovat ty, které jsou vadné. Nasazením EQ 300 v kombinaci s obráběcím strojem a robotem lze vytvořit zcela autonomní, automatizované pracoviště, jak ukazuje Výrobní buňka 4. 0.
Spolupráce na projektu Výrobní buňky 4.0 s jednotlivými partnery, tj. společnostmi Tajmac ZPS, Comau, B + R a INTEMAC nám přinesla zajímavou zkušenost z oblasti, která je v současnosti mediálně velmi atraktivní. Nasazení podobných systémových řešení se však v praxi rozbíhá jen zvolna. Rozšíření informovanosti v problematice považujeme proto za zásadní.
Všem odpovídajícím děkujeme za spolupráci a přejeme mnoho zajímavých projektů i do budoucna.
Iva Duroňová, šéfredaktorka