Témata
Zdroj: společnost LEGO

Výzkumná spolupráce dostává firmy na špičku

Spolupráce vědeckých pracovišť a firem může přinášet velmi zajímavé výsledky. V článku jsou popsány tři zajímavé případy z Českého institutu informatiky, robotiky a kybernetiky ČVUT (CIIRC ČVUT).

Reklama

Jak se balí stavebnice LEGO

V portfoliu společnosti LEGO, jejíž stavebnice jsou miláčkem dětí i dospělých již desítky let, je v současné době více než 8 000 typů různých kostek, které se balí do více než 100 typů krabic. Každý rok se obmění 60 % výrobního portfolia a současně s růstem produkce a variability zároveň klesá velikost jednotlivých výrobních dávek.

Této výzvě se společnost LEGO rozhodla čelit inovací tradičního procesu a zapojením metod strojového učení. V procesu změny se tak spojila s týmem INTSYS (Inteligentní systémy) z CIIRC.

V první fázi se úsilí společného inovačního týmu zaměřilo na optimalizaci tzv. „pre-packových“ balicích linek, na kterých vznikají plastové sáčky s kostičkami LEGO, které se následně umisťují do finálních papírových krabic. Tyto výrobní linky jsou tvořeny až třiceti šesti vibračními bubny, kontrolními váhami a balicím strojem. Pomocí simulace výrobního procesu bylo zjištěno, že ve většině případů o výkonnosti celé linky rozhoduje kvalita nastavení vibračních bubnů.

Vibrační buben je zařízení, které pomocí několika vibrujících komponent umožňuje vytvořit z hromady neuspořádaných kostiček LEGO řadu, ve které jsou kostičky rozmístěny s rozestupy na dopravníkovém pásu. Díky tomu je možné zajistit dávkování přesného množství kousků do jednotlivých balení. Nastavení správných parametrů vibračních bubnů je komplexní proces, který zpomaluje náběh výroby nové zakázky a na který se operátoři linky školí i více než šest měsíců. Nastavení je třeba optimalizovat nejen pro každý typ kostičky, jichž je v portfoliu už zmiňovaných 8 000, ale i pro každý jednotlivý vibrační buben. Parametry je dále nutné měnit v závislosti na stupni opotřebení celého zařízení.

Vibrační bubny umožňují vytvořit z hromady neuspořádaných kostiček LEGO řadu, ve které jsou jednotlivé kousky rozmístěny s rozestupy na dopravníkovém pásu. (Zdroj: společnost LEGO)

Navržené řešení je založeno na architektuře kombinující prvky Edge a cloud technologií. Každá inovovaná linka je vybavena lokálním serverem (Edge), který pomocí protokolu OPC UA získává a průběžně vyhodnocuje data z jednotlivých bubnů. Následně stabilní konfigurace ukládá do globální znalostní báze (cloud). V okamžiku potřeby nového nastavení bubnů (začátek nové výroby nebo změně provozních parametrů) lokální server pomocí metody strojového učení nazývané shlukování vyhledá v lokální kopii globální znalostní báze vhodné konfigurace pro danou situaci, které následně aplikuje na jednotlivá zařízení. Díky tomu, že je server přímo součástí linky, dosahujeme krátkého času odezvy a vysoké spolehlivosti. Cloudové technologie používá navržená architektura pro sdílení znalostí mezi různými linkami, a vytváří tak globální a dlouhodobou znalostní bázi.

Systém byl během roku 2020 nasazen na dvě balicí linky a otestován v reálné výrobě. Testy potvrdily, že systém dosahuje výsledků na úrovni zkušených operátorů a dokáže je tak z velké části nahradit. Novou rolí operátorů tak bude místo vykonávání rutinních operací dohledová funkce a řešení mimořádných situací.

Ing. Petr Kadera, Ph.D.

Optimalizace linek vyladí takt a ušetří energii

Praktickou ukázkou efektivní akademicko-průmyslové spolupráce je projekt e-Robot oddělení průmyslové informatiky CIIRC ČVUT a Blumenbecker Prag v oblasti optimalizace robotických buněk. Projekt řešil nejen minimalizaci výrobního taktu, ale zároveň i spotřebu elektrické energie. Blumenbecker Prag jakožto integrátor umí nyní dodat novou službu v oblasti integrace robotických buněk do výrobních linek – virtuálně odzkoušené zařízení. Díky virtuálnímu zprovoznění robotické linky zároveň umí zařízení dodat v kratším čase. Inovativní projekt získal i řadu ocenění včetně ceny za Průmysl 4.0 Svazu průmyslu a dopravy ČR a Ceny Wernera von Siemense.

Řešení navržené skupinou vedenou prof. Hanzálkem a doc. Šůchou z CIIRC ČVUT zahrnuje algoritmus a SW nástroje, které dokážou optimalizovat výrobní takt a spotřebu robotické linky s jedním i více průmyslovými roboty. Testy ukázaly, že algoritmus dokáže ušetřit zhruba až 9 % na taktu linky a až 20 % na spotřebě energie robotů. Navrhované řešení má dvě hlavní výhody. První je, že optimalizace probíhá ve virtuálním prostředí Siemens Process Simulate. To znamená, že optimalizace je udělána ještě dříve, než dojde na vlastní montáž robotů a další výrobní technologie. Druhou výhodou je, že optimalizace pouze upravuje parametry drah robotů a délku čekání mezi jednotlivými pohyby robotů. Tato metoda tudíž nevyžaduje žádné dodatečné investice a zároveň ji lze použít na již postavenou linku.

Příklad digitálního dvojčete reálné robotické buňky, na které byla prováděna optimalizace. (Zdroj: Blumenbecker)

Časté představy, že nejrychlejší pohyb robotů bude automaticky minimalizovat takt výrobní linky, jsou mylné – jedná se o obtížnou kombinatorickou úlohu, která by programátorům linek zabírala neopodstatněné množství pracovního času. Chování robotů (včetně kolizí) je specifikováno pomocí digitálního dvojčete v Siemens Process Simulate. Cílem je nalézt začátky jednotlivých pohybů/operací  a limity rychlostí pohybů tak, aby takt anebo spotřeba energie byly minimální.

Při testech měření spotřeby energie se také ukázalo, že až polovina spotřebované energie pro provoz robotické linky, na které se realizují takové úlohy jako je svařování, je konzumována přímým provozem robotů. Úspora energie v řádech až desítek procent může významným způsobem redukovat náklady. A to představuje velkou devízu do budoucna.

Doc. Ing. Přemysl Šůcha, Ph.D.

Moderní infrastruktura pro průmyslovou praxi

Testbed pro Průmysl 4.0 na CIIRC ČVUT je experimentální pracoviště, kde se kloubí aplikovaný výzkum s průmyslovou praxí. Infrastruktura Testbedu je budována především díky evropskému projektu RICAIP (Research and Innovation Centre on Advanced Industrial Production), jehož cílem je vytvořit síť testbedů po Evropě, které se budou podílet na tzv. distribuované výrobě. Testbed na CIIRC tvoří klíčovou součást této sítě, do níž v rámci RICAIP přispívají spolu s CIIRC i další partneři z ČR – CEITEC VUT – a Německa – DFKI, ZeMA. Distribuovaná výroba, ale i celý koncept Průmyslu 4.0 jsou založeny na vysoké autonomii výrobních zařízení tak, aby se minimalizoval lidský faktor při výměně informací nejenom mezi stroji samotnými, ale především mezi navazujícími systémy celého životního cyklu výrobku. Patří mezi ně návrhářské a konstruktérské nástroje, systémy řízení výroby, skladů, objednávek, vztahy se zákazníky, ale i logistické a dodavatelské řetězce. Testbed na CIIRC ČVUT je budován s ohledem na tyto systémy tak, abychom jejich řízení a vzájemné vazby mohli realizovat sami v lokálním měřítku, ale současně s ohledem na škálovatelnost a budoucí rozšíření na další testbedy a vzdálená výrobní místa.

Testbed pro Průmysl 4.0 na CIIRC ČVUT (Foto: Lukáš Legierski)

Testbed tedy již obsahuje nebo bude v průběhu letošního roku doplněn o robotické a výrobní buňky (roboty, obráběcí stroje, přesná měřicí zařízení), intralogistiku (dopravníkové systémy s pevným rozložením, autonomní vozítka a roboty) nebo automatický sklad. Datové rozhraní jednotlivých strojů je navrženo tak, aby bylo možné zpracovávat nejensignály na úrovni automatizačních povelů, ale také aby existovalo napojení k systémům ze sféry IT určené k přenosu provozních dat strojů. Tato provozní data se dále využívají buď na úrovni tzv. Edge zařízení, nebo na úrovni serverových či cloudových aplikací ke strojovému učení chování strojů či větších celků a následně ke tvorbě modelů procesů, diagnostických modelů apod. Přítomnost Edge zařízení je nutná v případech, kde je nutné algoritmy umělé inteligence, jako například rozpoznávání typických vzorů chování stroje, provozovat ve zpětné vazbě s co nejkratší dobou odezvy směrem ke stroji.

(Foto: Lukáš Legierski)

Takto vybudovaná infrastruktura umožňuje realizovat celou řadu scénářů blízkých skutečným provozním či výrobním situacím. Testbed tak slouží jako jakési digitální hřiště, kde můžeme experimentovat s dostupnými zařízeními nebo připojovat zařízení nová. Tímto způsobem se v Testbedu realizovala již řada projektů průmyslového výzkumu na základě konkrétních požadavků firem, například Škoda Auto či společnost LEGO, nebo aplikovaného výzkumu ve spolupráci s firmami, jako jsou například Siemens nebo Airbus. Řada dalších firem, například SIDAT nebo Cleverlance, již také profitovala z toho, že mohly svá zařízení nebo softwarové nástroje připojit k infrastruktuře Testbedu, vyzkoušet kompatibilitu nebo vyvinout nové moduly tak, aby snáze dostaly své produkty k širšímu okruhu zákazníků.

(Foto: Lukáš Legierski)

Důležitou součástí Testbedu je Centrum 3D tisku, které se veřejnosti představilo především díky vývoji 3D tištěných ochranných polomasek CIIRC RP95 3D v roce 2020, jež získaly velkou pozornost bez nadsázky na celém světě. Centrum disponuje 3D tiskárnami několika technologií, které tisknou v průmyslové kvalitě z různých materiálů a kromě samotného tisku nabízí služby návrhu a simulace dílů specifických právě pro technologii aditivní výroby.

(Foto: Lukáš Legierski)

Testbed pro Průmysl 4.0 vytváří unikátní prostředí nejen pro ověřování a testování řešení před jejich zavedením do průmyslové praxe, ale nabízí také řadu příležitostí pro zapojení průmyslových firem do mezinárodních výzkumných projektů s vysokým inovačním potenciálem. Tyto možnosti přitom mohou využít jak velcí hráči na trhu, tak i malé a střední podniky, startupy i poskytovatelé technologických řešení a průmysloví integrátoři.

Ing. Pavel Burget, Ph.D.

Testbed pro Průmysl 4.0 na CIIRC ČVUT
Související články
Jste připraveni na budoucnost? Zjistěte to...

Každý den se probouzíme do situace, kdy nekonečný boj o nové zákazníky o kousek přitvrdí, je stále náročnější a vyhraje ten, kdo se nejlépe a nejrychleji přizpůsobí. Jak řekl rakouský psychiatr Viktor Frankl, základní lidskou vlastností je svoboda rozhodnout se, i když její uplatnění nemusí být lehké. Člověk není svobodný ve vztahu k podmínkám, v nichž žije, ale má svobodu v tom, jaké k nim zaujme stanovisko. Jak se rozhodnete vy?

Praktický výzkum nám dělá svět lepším

Prof. Ing. Milan Gregor, PhD. se narodil v Prievidzi a dětství prožil v Necpaloch. Zde u příležitosti oslav 600. výročí první písemné zmínky byl v roce 2015 oceněn Cenou primátorky Prievidzy za mimořádné zásluhy v rozvoji hospodářství, vědy a techniky a šíření dobrého jména Slovenské republiky v zahraničí.

Cena MM Award na EMO

Ocenění MM Award od našich německých kolegů z časopisu MM MaschinenMarkt je specialitou veletrhů pořádaných nejen v Evropě, ale po celém světě. Nejinak tomu bylo i na letošním hannoverském EMO, kde proběhlo slavnostní předání exponátům, které odbornou porotu zaujaly. Ceny jsou udělovány ve spolupráci se svazem VDW. Protože se jedná o jediné oficiální ceny udělované na veletrhu EMO a značky MM, VDW a EMO jsou dobře známé v oboru výrobní techniky, věnujeme jim svoji pozornost v retrospektivě veletrhu.

Související články
Co naznačila největší továrna na světě

Záruka dobrých obchodů, výkladní skříň pro mezinárodní trh, ukázka budoucnosti ve strojírenství – tak hodnotí vystavovatelé veletrh EMO Hannover 2017. Pod heslem Connecting systems for intelligent production představilo své novinky více než 2 200 vystavovatelů z 43 zemí. Tematické těžiště spočívalo v digitalizaci a propojení výrobních procesů. V centru pozornosti byly především výrobní postupy, stroje a zařízení pro zpracování a opracování kovů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Digitalizujeme svět obrábění

Digitalizace v oblasti obráběcích strojů je poměrně nový fenomén. Svět digitalizace se stává svébytným ekosystémem a Siemens jako jediný má pro jeho vytvoření a fungování potřebnou škálu nástrojů – od simulačních programů pro plánování a virtuální zprovoznění strojů, výrobků i procesů přes řídicí systémy a další prvky průmyslové automatizace po monitoring a sběr dat, cloudová úložiště i manažerské nadřazené systémy. Jaké výhody digitalizace přináší, ukázal Siemens na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně mimo jiné také na prototypu multifunkčního obráběcího centra MCU450 společnosti Kovosvit MAS.

Získané zkušenosti inovacemi pro zákazníky

Průmysl 4.0 je aktuální výzvou pro výrobce obráběcích strojů. Vlastní znalosti této problematiky uživatelů se na jeho implementaci do reálného provozu podílí velkou měrou a přispívají ke snadnějšímu zvládnutí cesty vedoucí k většímu propojení od výrobců strojů, přes jejich provozovatele až po odběrate dílů na strojích vyrobených. Podívejme se na zkušenosti společnosti Mazak v této oblasti.

Pokročilá správa dat napříč celým životním cyklem

Obstát na trhu průmyslových výrobců dnes není snadné. Klíčem je úzká spolupráce, přehledná dokumentace, efektivní procesy a co nejméně problémů s kvalitou. S tím vším vám pomůže platforma, která propojuje správu produktových dat (PDM) s cloudovým systémem pro řízení životního cyklu výrobku (PLM).

Investice firem do Průmyslu 4.0

Svaz průmyslu a dopravy ČR realizoval během letního období průzkum, jehož cílem bylo zjistit, jak tuzemské firmy zavádějí prvky Průmyslu 4.0 a jak jsou na digitální transformaci připraveny. Z výsledků vyplynulo, že polovina firem chce v příštích pěti letech do této oblasti investovat větší objem financí. Nejvíce podniků má zatím na zavádění prvků Průmyslu 4.0 vyčleněno do 5 % investičního rozpočtu. Jak se dalo dedukovat, aktivnější a připravenější na zavádění prvků Průmyslu 4.0 jsou velké firmy.

Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

Automatizace od kusu po velké série

Ve společnosti Misan v Lysé nad Labem se pravidelně konají odborné semináře, které již po léta mají ustálený a účastníky kvitovaný scénář. Jedná se vždy o tematicky zaměřenou, třídenní akci - dva dny pro odbornou veřejnost, třetí den pak pro školy. Důležitým faktem z hlediska návštěvnického poznání a edukace je skutečnost, že se na obsahové náplni společně s firmou Misan podílí vždy jeden z jejich spolupracujících partnerů, především z řad výrobců a dodavatelů řezných nástrojů. Dopoledne přednášky, odpoledne ukázky na strojích. Nejinak tomu bylo i poslední květnový týden.

CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

Technologie zpracování plechů od A do Z

Trojice konferencí s názvem Technology days 2019 hostila zájemce o tvářecí technologie v Praze, Prostějově a v Beladicích na Slovensku. Pořádala ji společnost Exinco, která na českém a slovenském trhu zastupuje několik špičkových zahraničních výrobců tvářecí techniky. Obchodní zástupci pěti z nich přijeli účastníkům konference představit novinky z vlastních výrobních portfolií. Konkrétně se jednalo o společnosti Zani, Muffato, Iron, Sangiacomo a Hürsan.

Kontakt s regionálními firmami je pro mě obrovskou inspirací

V cyklu podnikatelských příběhů jsme tentokrát měli možnost vyzpovídat Ing. Jiřího Holoubka, jehož profesní kariéra byla spojena především se společnosti ELCOM. V současné době se Jiří Holoubek vrcholově věnuje problematice Průmyslu 4.0.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit