Chytré stroje vyžadují chytrý inženýring

Ti z nás, kdo si vzpomenou na sérii filmů Terminátor, si jistě vybaví scénu z filmu Terminátor 2, ve které si programátor ze společnosti Cyberdyne Systems uvědomí, že stroje mají vlastní vědomí. Zatím sice tak daleko nejsme, ale stroje jsou dnes stále chytřejší a mohou provádět více věcí automaticky. Vezměme si například výrobní linku na parfémy. Již nyní existují stroje, které mohou pracovat samostatně po delší dobu a samy dokážou měnit obsah lahviček i jejich etikety podle digitálních pracovních pokynů.

V budoucnu se tyto stroje stanou součástí integrovaných výrobních linek, které pomocí senzorů budou po internetu posílat data o postupu výroby i stavu jednotlivých strojů v reálném čase. Budou například moci monitorovat svůj stav pomocí proměnných, jako jsou teplota, hydraulický výkon či tlak. Automaticky budou označovat nalezené anomální parametry pro inženýry, kteří budou moci problém řešit ještě předtím, než dojde k poruše systému. Data získaná ze strojů se stanou součástí širšího datového ekosystému spolu s technologiemi, jako jsou aktuátory, senzory, bezdrátové kamery nebo čtečky RFID, a budou v podnicích představovat nepřerušený tok informací z výrobních linek. Tato data se po analýze a zpracování v cloudu stanou základem pro lepší rozhodování. Pro zákazníky je tato vize lákavá, výrazně však zvyšuje složitost výroby strojů. Především jde o pokročilý software s miliony řádků kódu, který je vyžadován k provozu těchto strojů a který ve strojích mezi roky 1970 a 2010 podle VDMA narostl o 45 %.

Složitost výrobků se rovněž postupně zvyšuje. Na klíčových trzích, například v automobilovém a spotřebním průmyslu, je vysoká poptávka po výrobcích vyrobených podle požadavků zákazníků. Takovéto výrobky vyžadují k výrobě přizpůsobitelné stroje umožňující návrh a výrobu na zakázku. Éra, kdy bylo možné navrhovat, vyrábět a dodávat standardní modely strojů s dlouhým životním cyklem, pomalu končí.

Kromě těchto problémů je potřeba zohlednit životní prostřední, neboť legislativa se spolu s bezpečnostními standardy neustále zpřísňuje. Aby bylo možné splňovat tyto požadavky, je nutné mnohem častěji měnit konfiguraci strojů. Navíc postupující globalizace s nabídkou strojů z ekonomik s nižšími výrobními náklady neustále zvyšuje tlak na ziskovost výroby.

Tyto požadavky je tedy třeba mít na paměti a přijít na způsob, jak dělat věci při výrobě strojů zcela jinak. Je nutné se vypořádat s neustále rostoucí složitostí strojů, najít efektivní způsoby krácení nákladů a být flexibilnější a rychlejší při navrhování, vývoji a výrobě strojů. Přišel čas pro pokročilý inženýring strojů.

Dotykové stroje

S pokrokem technologií se zákazníci více zajímají o intuitivnější ovládání, jako např. systémy s dotykovými obrazovkami, které vyžadují minimální množství školení a umožňují větší kontrolu nad strojem. To vyžaduje vývoj pokročilejšího softwaru, což je další faktor zvyšující složitost návrhu strojů.

Základem pokročilého inženýringu je digitální platforma, která zastřešuje veškerou práci na projektu, umožňuje spolupráci mezi týmy, katalogizuje položky modelů, ukládá všechnu provedenou práci a umožňuje opakovaně používat data. Přesun ke sjednocenému systému navrženému pro životní cyklus návrhu strojů umožňuje výrobcům vylepšit výrobní procesy ve třech krocích:

1. Tvorba mechatronického návrhu

Požadavky zákazníka je možné díky použití principů systémového inženýrství sledovat po celou dobu od počátečních diskuzí až po dokončený návrh. Je také důležité zmínit, že software napomáhá tvorbě pokročilejších funkčních modelů. Tento model nabízí společný základ pro souběžnou spolupráci mechanických, elektrických a automatizačních disciplín. Konstruktéři mechaniky mohou například použít koncepční modely k podrobnému návrhu; konstruktéři elektroniky mohou použít data modelu k výběru nejlepších senzorů a aktuátorů pro jednotlivé stroje; konstruktéři automatiky pak mohou k vývoji softwaru využít kamery a data provozních postupů z modelů.

2. Inženýrství na objednávku

Digitalizace správy projektu napomáhá přechodu k modulárnímu navrhování pomocí softwaru, kdy jsou specifikace zákazníka rozloženy na jednotlivé části, na kterých je možné pracovat samostatně. Tyto moduly pak lze znovu použít, čímž se sníží počet cyklů návrhu nutných k dokončení nového stroje. Tento přístup také snižuje výskyt problémů s náklady a časem při poptávce výroby na zakázku.

3. Virtuální uvedení do provozu

Pravděpodobně nejzajímavější oblastí vývoje návrhu strojů je tvorba „virtuálních strojů“. Nyní je možné vytvářet kompletní 3D digitální virtuální klony strojů pro návrh a testování. Koncepty návrhu lze rychle vytvářet a software dokáže simulovat různé provozní podmínky, například gravitaci nebo tření, a jejich vliv na elektrické systémy, provozní kapaliny či vzduchotechniku navrhovaného stroje. Model je také možné připojit k ovladačům ve fyzickém světě a zapojit tak do smyčky vývojového procesu i skutečný hardware. Software společnosti Siemens je kompatibilní s množstvím řídicích modulů od různých výrobců a podporuje použití PLC (Programmable Logic Controller) ve výrobě. Virtuální uvádění do provozu umožňuje začít testovat stroj ještě před jeho výrobou a zefektivnit tak vývojový cyklus. Tím vším lze identifikovat možné problémy v raném stadiu a eliminovat drahé prostoje v pozdějších fázích návrhu.

Podle zkušeností uživatelů nástrojů PLM (Project Lifecycle Management) s výše uvedenými funkcemi lze čas vývoje zkrátit přibližně o 20 % až 30 %. Těchto úspor je možné dosáhnout zejména díky opakovanému použití dat a použití virtuálních modelů, které usnadňují návrh, testování a uvádění do provozu. Například týmu připravujícímu software pro systém PLC je možné poskytnout koncepční návrh hned v úvodu celého projektu tak, aby mohl zahájit programování a simulace. Tím se celý proces vývoje urychlí a zpřehlední.

PLM nástroje také nabízejí digitální základ pro spolupráci v reálném čase, která je nutná ke koordinaci globálních týmů napříč různými disciplínami. Bezproblémovým způsobem integrují práci různých týmů a upozorňují na změny návrhu v jedné oblasti, které by mohly mít vliv na práci jiného týmu. Tato zlepšená integrace samozřejmě může všem účastníkům projektu ušetřit mnoho času.

Stroje jsou stále propojenější a samostatnější. Postupně se zvyšuje i složitost jejich návrhu a výroby. K tvorbě pokročilých strojů je potřeba pokročilý software: software určený pro daný úkol, pomocí kterého bude díky intuitivním nástrojům a rozhraní pro spolupráci možné vytvářet stroje na zakázku snadněji, rychleji a s nižšími náklady.

Siemens PLM Software

Mirko Bäcker

urbankova.eva@siemens.com

www.siemens.cz/plm