Výroba založená na cloudových řešeních

Je jasné, že informace, znalosti a data hrají zásadní roli v plánování procesů, obrábění a hodnocení jakosti. Pokud zpřesníme řízení těchto složek, pojmeme je komplexněji a zároveň k nim rozšíříme přístup (a posílíme jejich vzdálenou správu), budeme moci optimalizovat výrobní proces v míře umožňující zásadní snížení nákladů. Zároveň, díky vysokorychlostní analýze velkých objemů různých druhů informací a získání přesné zpětné vazby v oblasti charakteristik obráběcích procesů, budou výrobci moci zvýšit přesnost a kvalitu každé vyráběné součásti. Bude také možné vyloučit chyby a chybné procesy u budoucích realizací, což znamená, že jakmile jednou dojde k odstranění konkrétních problémových faktorů z výrobního procesu, už se nikdy nebudou opakovat. Hlavním cílem je však pochopitelně budování systémů schopných „samostatné vlastní optimalizace“ s minimálním či nulovým zásahem programátora či obsluhy.

Jedním z hlavních zdrojů plýtvání při obrábění kovů je v současnosti nízká kvalita vstupních dat, která brání optimalizaci výrobního procesu. Rovněž vytíženost jednotlivých strojů může být nižší než 50 %, přičemž pouhá třetina energie spotřebované obráběcími stroji v továrně slouží ke skutečné výrobě součástí. A konečně se také zaznamenává pouze nepatrná část všech procesních dat a ta se navíc jen zřídkakdy využívají k predikcím a dalšímu zlepšování.

Zkrátka plánování procesů trpí v současnosti řadou problémů souvisejících s daty. Patří k nim například nesouvislý přísun procesních dat, což zdůrazňuje jasnou potřebu poloautomatického přenosu údajů. Zároveň jednoznačně chybí uzavřené zpětné vazby v oblasti plánování procesů, což má přímý dopad na kvalitu a efektivitu napříč celým výrobním procesem. Je rovněž zřejmé, že zajištění kvality dat, informací a znalostí představuje významný problém, zatímco znepokojivá absence přenosu poznatků založených na modelech ztěžuje možnost získání správných informací ve správný čas. Sdílení poznatků je samo o sobě na velmi špatné úrovni, stejně jako spolupráce týmů podílejících se na výrobním procesu, ať už se nacházejí kdekoli.

Je-li správa dat, znalostí a informací cestou k maximalizaci efektivity a produktivity v rámci výrobního procesu, je také zároveň jasné, že informační technologie (IT) na tento úkol již nestačí. Je proto nutno cíleně přejít k implementaci výkonných informačních a komunikačních technologií (ICT), doplněných o cloudovou správu dat. Tato úroveň digitální transformace – která je v podstatě naplněním příslibu inteligentního sběru a sdílení dat – umožní praktickou realizaci konceptu „chytřejší“ výroby. Restrukturalizace hodnotového řetězce tak, aby se nízké využití strojů stalo minulostí, představuje jednu z klíčových funkcí síťově orientovaného přístupu založeného na cloudových řešeních a ICT řízení.

Aby se inteligentní továrna opravdu mohla stát skutečností, je třeba zajistit ničím nerušenou dostupnost zdrojů. Z toho důvodu je třeba dosáhnout plné integrace stávajících systémů plánování podnikových zdrojů (ERP), systémů řízení životního cyklu produktů (PLM), systémů řízení výroby i dalších typů podnikových provozních systémů se všemi stroji i lidmi v rámci celého výrobního závodu (a případně i mimo něj). Takovéto úrovni integrace se v současnosti v potřebném rozsahu ani neblížíme. Pomocí cloudové správy dat však budeme schopni vybudovat skutečně komplexní celková (end-to-end) řešení zajišťující přesnost, konzistenci a propojení mezi lidmi navzájem, mezi lidmi a stroji i mezi různými stroji. Zkrátka, řešení v oblasti digitální konektivity umožní společnostem zlepšit všechny aspekty komplexních průběžných (end-to-end) výrobních procesů.

Kromě cloudových systémů bdících nad inteligentní továrnou existují ještě další dva klíčové prvky nutné k zajištění optimální kvality procesu a zpětné vazby. Jedním z nich jsou otevřené API technologie umožňující hladkou vzájemnou komunikaci a interakci různých strojů a systémů. Dalším pak jsou pokročilé senzory a ostatní zařízení pro sběr dat, které je třeba začlenit do každé funkční fáze celého výrobního procesu, jimiž musí každá obráběná součást projít. Pouze díky aplikaci těchto základních nástrojů lze v rámci cloudového řešení využívajícího výrobní prostředí efektivně zajistit optimalizované sledování a řízení aktiv a také všem zainteresovaným stranám umožnit přístup k datům a jejich analýze za účelem sledování výkonnosti a diagnostiky výroby a zároveň i k nepřetržitému zvyšování jakosti všech závodem vyráběných produktů.

Tato uzavřená smyčka výrobních procesních dat zahrnuje CAD konstrukci, plánování procesů a CAM výrobu ve fázi příprav před samotným obráběním, kontrolu výroby v jeho průběhu i posouzení jakosti po dokončení obrábění. Pomocí integrace dat z předvýrobní, výrobní i povýrobní fáze získaných díky zpětné vazbě a řízení procesů musí být konečným výsledkem maximální optimalizace celého výrobního procesu i každé jeho dílčí fáze. Díky průběžné procesní zpětné vazbě a analýze je možné zajistit učení a to na oplátku vede k vyšší efektivitě a v konečném důsledku i k nižším nákladům.

Pouze prostřednictvím zavedení integrovaných end-to-end ICT technologií mohou výrobci vytvořit aktivně propojený, spolupracující hodnotový řetězec – v každém jeho dílčím kroku. Z hlediska logistiky aktiv, materiálu či produktů jsou specifickými faktory, které pomáhají tohoto cíle dosáhnout, sledování, správa a autonomní řízení. Výrobní zařízení budoucnosti budou také muset umožňovat produktům přizpůsobená řešení a procesy schopné dosahovat stabilní efektivity bez ohledu na všemožné odchylky ve vlastnostech materiálů a úpravy obráběcích center.

Dalšími faktory, které v budoucnosti ovlivní aplikaci integrovaných, na cloudových řešeních založených výrobních prostředí, jsou také virtuální modelování, prediktivní diagnostika, autonomní řízení jakosti, zpětná vazba a korekce seřízení, vzdálená podpora a diagnostika a efektivní proces učení.

Přínosy tohoto plně integrovaného přístupu k výrobě i to, jak výroba využívající cloudová řešení může pomoci zvýšit kvalitu procesů, jsou dokonale zdokumentovány z hlediska jejich celkového dopadu. Společnost Sandvik Coromant se však zajímá i o to, jak jednotlivé faktory mohou přispět ke zvýšení výkonnosti v určitých konkrétních segmentech celého výrobního procesu.

Jakkoli tedy může docházet ke sběru a sdílení tzv. „velkých dat“ na několika různých výrobních linkách, či dokonce v různých výrobních závodech, je důležité nezapomínat na to, že prakticky stejně významná je i schopnost proniknout do hloubky a získat okamžitý přístup k přesným údajům o konkrétních dílčích problémech, jako je například efektivita určitého stroje nebo opotřebení určitého nástroje. Specialisté společnosti Sandvik Coromant například vytvořili zcela novou metodiku, která díky kombinaci různých zdrojů dat a monitorování v průběhu procesů umožňuje provádět komplexní analýzu, průběžná zlepšení a optimalizaci. Tím pomáhá zamezit působení příliš vysokých řezných sil na nástroj, předcházet poruchám ložisek vřetena v důsledku jeho nadměrného zatížení, vyhnout se poškození nástrojů, dostat pod kontrolu rozměrové a tvarové odchylky obráběných součástí vznikající v důsledku statického průhybu nástroje, prodloužit životnost nástroje při dosažení stejnoměrné kvality povrchu a zároveň průběžně budovat znalosti nutné pro další optimalizaci.

To, co společnost Sandvik Coromant považuje za všelék na výše popsané strasti moderní výroby založený na cloudových řešeních, nazýváme „průmyslový internet věcí“ nebo jen IIoT. V zásadě jde o tři klíčové, vzájemně integrované oblasti podstatné pro jakoukoli inteligentní továrnu budoucnosti: výpočty na úrovni zařízení, výpočty na úrovni továrny a cloudové výpočty.

Zaměříme-li se na ně podrobněji, výpočty na úrovni zařízení zahrnují zpracování digitálních signálů, komunikační rozhraní, konektivitu v rámci dílen, lokální sítě, vzdálenou aktualizaci a konfiguraci, analýzu frekventovaných dat (hot data) a propojení s nástroji a/nebo stroji. Podle stejné logiky zahrnují výpočty na úrovni továrny rovněž zpracování digitálních signálů i vzdálenou aktualizaci a konfiguraci, ale patří sem také analýza méně frekventovaných dat (semi-hot data) a propojení s cloudovým prostředím. A konečně, cloudové výpočty pokrývají mezicloudovou integraci, dohled nad dílenským provozem, cloudovou konektivitu, bezpečnost a analýzu procesů před a po vlastním obrábění.

Cesta k výrobě založené na cloudových technologiích a přijetí nepochybně účinných a vhodných postupů sloužících k digitálnímu dohledu nad procesy, na jejich analýze a zpětné vazbě s sebou nevyhnutelně přináší jasně definovatelné problémy. Avšak přístup výrobního odvětví se po celém světě mění a naprosto jistě kráčí správným směrem.

Konečným výsledkem efektivnější správy informací, znalostí a dat v rámci plánování procesů, během obrábění či hodnocení kvality pak bude výrobní proces optimalizovaný do té míry, že namísto jejich zvyšování se budou náklady v rámci celého výrobního závodu naopak snižovat. Prospěch z toho získají i zákazníci, kteří budou moci odebírat součásti a výrobky, u nichž si budou moci být jisti, že byly vyrobeny se špičkovou přesností a efektivitou. Tato jistota nabývá stále více na významu v mnoha odvětvích, v neposlední řadě například ve vysoce náročné letecké výrobě, kde kvalita, spolehlivost, sledovatelnost a rychlost dodání představují naprostou nezbytnost.

Digitalizace prostřednictvím IIoT umožní propojení virtuálních i reálných obráběcích procesů způsobem, jaký zatím nikdy nebyl možný, přičemž hranice mezi nimi postupně zcela zmizí.

Sandvik Coromant

nikki.stokes@sandvik.com

nevena.rasic@publitek.com

www.sandvik.coromant.com/cz