Témata
Reklama

Optimalizace výroby a dodávek v hutním průmyslu

Chcete-li vyrábět více než 5 milionů tun oceli ročně a dodat každou zakázku včas, musíte pracovat s přesně řízeným harmonogramem. Jednotlivé fáze procesu je třeba pečlivě načasovat a připravit. Tuny koksu, surového železa, šrotu a dalších surovin musí být dodány do výroby přesně tehdy, kdy je potřeba, a ocel musí být odlita dříve, než se stihne ochladit. Při výrobě surového železa mohou jednotlivé fáze procesu následovat jedna za druhou. Logistika výroby oceli je však mnohem složitější a náročnější jsou i požadavky zákazníků.

Společnost Hüttenwerke Krupp Mannesmann (HKM) využila vývojové a výpočetní prostředí Matlab k vytvoření automatizovaného systému plánování produkce oceli. Systém je založen na globální optimalizaci výroby a maximalizuje propustnost výrobního procesu za daných podmínek a provozních omezení. Matlab umožnil vyvinout nový systém v krátkém čase, nasadit jej jako komponentu v jazyce Java do existujícího provozního softwaru a spustit optimalizační algoritmy na výkonném výpočetním klastru.

Reklama
Reklama

Plánování výroby

Výroba oceli je složitý proces sestávající z více než 150 samostatných kroků a mnoha omezení. Omezení jsou dána možnostmi zařízení, dostupností surovin, ochranou životního prostředí a požadavky zákazníků. Zákazníci navíc často požadují dodávku svých objednávek přesně ve stanovených termínech.

Ručně sestavený harmonogram (nahoře) a harmonogram optimalizovaný automaticky pomocí genetických algoritmů Matlabu (dole). Optimalizovaný harmonogram minimalizuje konflikty v plánu (červeně) a zajišťuje splnění termínů dodávky.

V předchozím období bylo plánování výroby ve společnosti HKM vedeno ručně. Zatímco manuální řešení poskytovalo dobré výsledky při maximalizaci propustnosti výroby, nebylo možné plně přihlížet k přesným termínům dodávek požadovaných zákazníky. Ruční plánování navíc vyžadovalo tak rozsáhlé znalosti o procesu, že jen několik zaměstnanců bylo schopno plány vypracovat. Absence některého z nich pak znamenala zvýšené obchodní riziko.

Ke zmírnění rizika bylo potřeba vyvinout nový automatizovaný systém, který by umožnil maximalizaci výroby a současné plnění přesného plánu dodávky. Systém musel poskytovat objektivní výsledky a počítat řešení této komplexní optimalizační úlohy s přesností na minuty. Požadavkem byla i dostatečná flexibilita, která by umožnila zahrnutí měnících se omezení. Nový systém musel zvládnout integraci se stávajícím softwarem v jazyce Java a být k dispozici 24 hodin 7 dní v týdnu. Prioritou bylo i rychlé zavedení systému při zachování nízkých nákladů na vývoj.

Systém automatické optimalizace výroby

Společnost HKM využila k vývoji plánovacího systému výpočetní software Matlab a jeho nadstavby pro optimalizaci, paralelní výpočty a nástroje pro tvorbu samostatných aplikací. Za pomoci Matlabu a Global Optimization Toolboxu byl v krátkém čase vyvinut prototyp základního optimalizačního modulu. Modul používá genetické algoritmy pro hledání globálních řešení, která zajišťují maximální efektivitu výroby na základě požadavků zákazníků, časování a omezení daných výrobním zařízením. Grafické výstupy Matlabu pomohly průběžně vizualizovat výsledky algoritmů. Na jejich základě pak byla vytvořena vlastní varianta genetických algoritmů.

Princip řešení optimalizačních úloh

Zadaná optimalizační úloha je výpočetně velmi náročná. Proto bylo nezbytné věnovat pozornost jejímu urychlení. Nasazení nástrojů Parallel Computing Toolbox a Matlab Distributed Computing Server umožnilo rozdělení výpočtu mezi šestnáct workerů spuštěných paralelně na linuxovém výpočetním clusteru. Tím byl výpočet zkrácen na méně než desetinu původního času.

Integrace se stávajícím softwarem

Posledním krokem před nasazením optimalizačního systému do výroby byla integrace se stávajícím softwarem. To byl úkol pro nástroje Matlab Builder JA a Matlab Compiler. Nástroje automaticky doplnily optimalizační systém o rozhraní v jazyce Java a umožnily jeho integraci ve formě Java komponenty.

Komponentu je nyní možné spouštět nezávisle na Matlabu jako součást stávající provozní aplikace. Komponenta přijímá z hlavního systému informace o aktuálním stavu a omezeních, počítá optimální plán výroby a vrací výsledky zpět. Ty jsou k dispozici dispečerům pro operátorské řízení.

Přínosy optimalizačního systému

Optimalizační systém je v současné době využíván k plánování provozu na 24 až 48 hodin a také k dlouhodobému plánování až na 4 týdny dopředu. K jeho hlavním výhodám patří:

• rychlý vývoj algoritmů – pracovní verze optimalizačního algoritmu byla s Matlabem dokončena za pouhých 20 dní. Implementace srovnatelného algoritmu v jazyce Java by zabrala přibližně desetkrát déle a stála 10x více;
• doba optimalizace je zkrácena z 1 hodiny na 5 minut – výrobní proces je natolik složitý, že výpočet optimalizace v první verzi aplikace zabral téměř hodinu. Pomocí nástrojů Parallel Computing Toolbox a Matlab Distributed Computing Server a s minimálními změnami v kódu byl algoritmus nasazen na výpočetní klastr. Nyní jsou výsledky k dispozici za 5 minut;
• vzrostla spokojenost zákazníků – rozhodování založené na objektivních výsledcích globální optimalizace přispívá k neustálému zlepšování výrobního procesu a snižování rizik. S tím roste i spokojenost zákazníků, protože dostanou materiál přesně v termínu, kdy si jej vyžádali.
Distributorem produktů společnosti MathWorks v České republice a na Slovensku je společnost Humusoft.

Jaroslav Jirkovský

Humusoft
Jirkovsky@humusoft.cz
www.humusoft.cz

Reklama
Vydání #3
Kód článku: 130332
Datum: 12. 03. 2013
Rubrika: Trendy / Automatizace
Autor:
Firmy
Související články
Fenomén doby - sofware

Software nás provází našimi životy mnohem víc, než si dokážeme připustit. Na rozdíl od našich předků nás obklopuje všude – od hodinek až po automobily. Nejinak je tomu v průmyslových aplikacích, jenom požadavky na něj se trochu liší. Podívejme se dnes na průmyslovou automatizaci.

Software boří bariéry v programování robotů

Robotmaster – CAD/CAM pro programování robotů – se stal vítězem soutěže Game Changer Awards. Tuto soutěž vyhlašuje prestižní magazín RBR (Robotic Business Review), který sleduje a hodnotí průlomové technologie a nové trendy, světové obchodní a technologické lídry v oblasti robotiky a přichází s nejnovějšími zprávami a analýzami z oblasti globálního robotického průmyslu.

Programování robotů tématem konference v Lisabonu

Počátkem února 2013 proběhla v portugalském Lisabonu mezinárodní konference prodejců a partnerů systému Robotmaster. Zúčastnilo se jí více než 64 prodejců z celého světa a samozřejmě nechyběli zástupci vývojářů systému firmy Jabez technologies Kanada a Intercam SA Švýcarsko, kteří zároveň představili unikátní novinky v nové verzi Robotmaster V6. Ta také bude v nejbližších dnech vydána.

Související články
Roboty pro automobilový sektor

Kompletní obnova automatizovaných robotických linek iniciovaná vrcholovým managementem společnosti Magneti Marelli vedla v závodě nacházejícím se v Crevalcore (územně správní celek města Bologna) ke zvyšování počtu zaměstnanců i efektivity těchto automatizovaných výrobních linek. Jak vysvětluje Marco Calabrese, ředitel údržby výrobního závodu, mnoho úkolů, které byly manuálního charakteru, je nyní zautomatizováno. „V těchto případech potřebujeme dosáhnout vyšší přesnosti, opakovatelnosti, výkonnosti a výrobní kvality a v zájmu vyšší efektivity samozřejmě i snížit dobu trvání cyklu. Integrací robotické automatizace zvýšila kvalitu a produktivitu práce a vedla i ke zvýšení počtu zaměstnanců pracujících v našem závodě.“

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Kontrola nad robotizací

"Robot je stroj pracující s určitou mírou samostatnosti, vykonávající určené úkoly, a to předepsaným způsobem a při různých mírách potřeby interakce s okolním světem a se zadavatelem: Robot je schopen své okolí vnímat pomocí senzorů, zasahovat do něj, případně si o něm vytvářet vlastní představu, model." Takto zní definice z Wikipedie. Aby byl robot schopen všechny tyto úkony vykonávat, je k tomu zapotřebí celé řady podpůrných softwarových programů.

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Velmi rychlá dvojčata

SolidCAM a InventorCAM jsou jeden a tentýž CAM program integrovaný v různých CADech (SolidWorks a Autodesk Inventor), proto má smysl mluvit o obou najednou. Neliší se funkčně totiž opravdu vůbec, pouze je uživatel ovládá ve svém oblíbeném CADu.

Virtuální stroj pomáhá vyhnout se poškození

Kolize během obrábění jsou vždy nákladnou záležitosti. Tím, jak se výroba vybavuje stále vyšší úrovní automatizace a s rozšiřováním aplikací internetu věcí (IIoT) nabývá prevence chyb na složitosti i časové náročnosti. Japonský výrobce CNC strojů Okuma , který si jako jediný na světě vyrábí veškeré klíčové komponenty obráběcích strojů sám, vyvinul digitální řešení, které slouží k přípravě, simulaci a otestování celého procesu obrábění před jeho zahájením. Během vlastního obrábění provádí systém Collision Avoidance Systém (CAS) velmi přesnou virtuální simulaci s předstihem v řádu milisekund před vlastním řezáním. Jakékoli kolize, které by mohly nastat, jsou tak zablokovány předtím, než mohou způsobit vážná poškození - šetříc čas a peníze provozovatele stroje.

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.

Silná geometrie s měkkým řezem

Existují prezentace produktů, které je potřeba přečíst si několikrát, než je člověk pochopí. Tato prezentace k nim ovšem nepatří. S-Cut SC-UNI je fréza, jejíž funkční princip lze přes její unikátní provedení, nebo právě proto, velmi snadno vysvětlit. Její břity ve tvaru S a extrémně nestejné dělení potlačující chvění vyvolané procesem obrábění vytvářejí z této frézy vysoce kvalitní nástroj, který v rámci veškerých srovnávacích testů poráží porovnávané frézy.

Inteligentní řešení pro hospodárné obrábění miniaturních dílů

Až do současnosti byla přesná mikroobráběcí centra stavěna především výzkumnými ústavy a některými výrobci obráběcích strojů – s jen malými ohledy na výrobní náklady. Aby byla uspokojena rostoucí poptávka po stroji, který je schopen vyrábět velmi jemné geometrie dílů s vynikající přesností a s přijatelnými úrovněmi nákladů, představila společnost Makino své přesné obráběcí centrum iQ300.

Sinumerik 840D SL se softwarem 4.7

V prosinci 2015 po relativně dlouhém a rozsáhlém testování u pilotních zákazníků uvolnila společnost Siemens k prodeji dlouho očekávaný software 4.7, a to ve verzi 4.7 SP2 HF1. Tento software přináší řadu nových funkcí, které usnadňují a rozšiřují operátorské a programátorské možnosti řídicího systému Sinumerik 840D SL. Mnoho novinek nabízí i pro výrobce strojů. Nové funkce usnadní a zkrátí oživování strojů a zvýší kvalitu obráběcího stroje.

Výroba ocelových modelů a forem

V oblasti výroby modelů pro slévárny mají dosud používané materiály vrstvené dřevo, umělá hmota a hliník stále větší konkurenci v oceli. Ocelové modely se vyznačují vynikající přesnosti a odolností proti otěru, avšak vyžadují použití odpovídajících robustních obráběcích strojů. Středně velký výrobce modelů v Sauerlandu je v této oblasti už řadu let aktivní jako průkopník. Zde je zpráva o zkušenostech po zakoupení pětiosého HSC obráběcího centra Röders RXU1200 DSH na podzim roku 2012.

Výroba modelových zařízení a forem

Výroba modelových zařízení a kovových forem patří neoddělitelně ke slévárenství. Modelárny vyrábí velmi složité tvary nejrůznějšími technologiemi. K tradičním postupům patří třískové obrábění, stále častěji s využitím elektronicky řízených obráběcích center dále CNC).

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