Síla digitální transformace ve výrobě za pomoci moderních technologií
Výrobní a logistické systémy v současnosti procházejí revolučními změnami. Získávají nové vlastnosti a funkcionality. Na výrobu se konečně začínáme dívat jako na holonický systém. Stroje, roboty i výrobky se stávají inteligentními a pokrokové informační a komunikační technologie se stávají centrálními nervovými systémy budoucí výroby. Více nám o změnách ve výrobních a logistických systémech prozradil Radovan Furmann, ředitel divize Digitální podnik.
Umělá inteligence v blízké budoucnosti převezme mnoho řídících a rozhodovacích činností ve výrobě. Výrobní systémy budou schopny učit se ze svého předešlého provozu. Virtualizace přinese masové nasazení senzorů ve výrobě, což umožní sbírat velké množství dat, vytvářet z nich informace, tyto dále zpracovávat a využívat pro tvorbu a aplikaci nových znalostí. Nové výrobní prostředí bude udržovat a provozovat svůj virtuální obraz s využitím technologií Internet of Things a Cloud Computing. Bez inteligentní a adaptivní výroby a logistiky nebudou firmy schopny efektivně fungovat v konkurenčním prostředí globálních trhů.
Výrobní a logistické systémy budoucnosti musí být především adaptabilní, schopné přizpůsobovat se autonomně, aktivně a rychle náhlým a neočekávaným změnám, které vznikají v jejich okolí a přesahují hranice původně definovaných funkcí systému. Takový systém musí proto disponovat schopností měnit nejen svoji strukturu, ale i své funkce a kapacity. Základními charakteristikami adaptivních výrobních a logistických systémů budoucnosti jsou:
- customizace – pružnost limitovaná na rodinu dílců nebo výrobků,
- škálovatelnost – schopnost snadno modifikovat kapacitu výrobního a logistického systému, přidáním či odebráním zdrojů nebo změnou rekonfigurovatelných prvků systému,
- konvertibilita – schopnost snadné transformace funkcionality stávajících systémů, strojů a řídicích systémů pro splnění nových výrobních požadavků,
- modularita – integrovatelnost provozních funkcí do jednotek, které mohou být manipulovatelné mezi alternativními výrobními a logistickými schématy pro dosažení optimálních výsledků,
- integrovatelnost – schopnost rychle a přesně integrovat moduly prostřednictvím množiny mechanických, informačních a řídících rozhraní, které umožní integraci a komunikaci,
- diagnostikovatelnost – schopnost automaticky zjišťovat aktuální stav systému a jeho řízení, pro detekci a diagnózu kořenových příčin chyb zařízení či výrobku a rychlou korekci provozních problémů.
Na tyto změny, podmíněné čtvrtou průmyslovou revolucí a snahou o budování inteligentních výrobních továren, musí reagovat i průmyslové inženýrství, technologické projektování, plánování, řízení a optimalizace výrobních a logistických procesů. Navrhování, řízení a optimalizace výrobních systémů budoucnosti již nebude možná bez využití pokrokových technologií. Budoucí výrobní systémy musí disponovat zcela novými vlastnostmi, jakými jsou: samoorganizace, rekonfigurabilita, autonomnost, samooptimalizace, samoreplikovatelnost či schopnost učení a autonomní práce s vytvářením a využíváním znalostí. Navrhování výrobních systémů je spojeno s využíváním širokého spektra moderních technologií. Tyto jsou dnes známé jako pokrokové průmyslové inženýrství (tzv. Advanced Industrial Engineering). Výrobní systémy jsou dnes navrhovány ve virtuální realitě, přičemž běžnou součástí takových systémů se stala počítačová simulace a stále více jsou využívány metody umělé inteligence.
Naše společnost dlouhodobě vyvíjí a pracuje na úkolech a projektech zaměřených na implementaci metod a přístupů pokrokového průmyslového inženýrství do konceptu čtvrté průmyslové revoluce. Z tohoto důvodu jsme vytvořili systém Twiserion, který umožňuje nejen plánovat výrobní a logistické procesy, monitorovat a následně řídit výrobu a logistiku, ale také inteligentně řídit AGV robotické systémy při zajišťování různorodých logistických činností. Systém Twiserion pro podporu konceptu digitálního podniku již v dnešní době nabízí virtuální prostředí určené pro návrh, testování a verifikaci rozhodnutí v jednotlivých fázích životního cyklu výrobku. Jeho základní premisou je vytvoření komplexního datového propojení základních údajů o produktech, procesech a výrobních zdrojích do společné datové základny. Jednou z nosných částí systému Twiserion je Design Manager.
Interaktivní projekční systém – Twiserion Design Manager
Výzkumný tým ve společnosti Asseco CEIT vyvinul softwarový modul s názvem Twiserion Design Manager, který slouží k projektování výrobních a logistických systémů. Tento interaktivní nástroj slouží k týmovému plánování výrobních a logistických systémů prostřednictvím 3D modelů. Umožňuje snadnou úpravu a analýzu výrobních konceptů, přičemž okamžitě zobrazuje jejich dopady v reálném čase.
Tento inovativní přístup umožňuje projektovým týmům měnit výrobní dispozice prostřednictvím jednoduchých gest a okamžitě vidět, jak tyto změny ovlivňují výrobní systém. Twiserion Design Manager poskytuje odpovědi na otázky typu „Co se stane, když…?“.
Tento softwarový nástroj umožňuje vytvářet komplexní modely výrobních, logistických a skladovacích systémů s parametrickými nastaveními. Tyto parametry zahrnují fyzikální vlastnosti, výrobní parametry a další, na jejichž základě systém vyhodnocuje sledované ukazatele. Twiserion Design Manager přináší zákazníkům nejen v průmyslových podnicích výrazné časové a finanční úspory. Zvyšuje efektivnost procesu projektování a plánování v průměru až o 30 %, přičemž pomáhá zkrátit celkový čas workshopů o 25 %. Twiserion Design Manager zároveň zlepšuje procesy s úsporou výrobních a logistických nákladů průměrně o 30 %.
Aktuálním standardem projektování výrobních a logistických systémů je tvorba dispozičních řešení ve 3D prostředí s využitím parametrických 3D modelů strojů, zařízení a dalšího příslušenství. Takové modely výrobního systému lze snadno a rychle upravovat, porovnávat a optimalizovat. Postup při 3D návrhu výrobní dispozice obvykle v praxi začíná 3D skenováním nebo jinou digitalizací výrobních prostor, výrobních prostředků a ostatních prvků projektovaného systému. Po získání potřebných modelů se začíná navrhovat výrobní dispozice umisťováním těchto objektů ve výrobních prostorách. Twiserion Design Manager umožňuje interaktivní projektování s využitím statických analýz. Navržená dispozice výrobního nebo logistického systému se následně ověřuje s využitím dynamické simulace. Výsledná varianta řešení může být v závěru prezentována s využitím prostředků virtuální nebo rozšířené reality pomocí funkce Avatar.
Koncept digitálního podniku řeší však jen jeden aspekt, a to digitální podobu závodu, která tvoří podklad pro následnou implementaci fyzického systému a jeho uvedení do provozu. Fyzický systém však vyžaduje další řízení a optimalizaci i ve fázi reálného provozu. Výrobní a logistický systém totiž reprezentuje dynamický a otevřený systém, který se musí neustále měnit a adaptovat na změny ve vnitropodnikovém prostředí i jeho okolí. To vyžaduje datové propojení fyzického systému s jeho digitální podobou. Tuto problematiku řeší koncept digitálního dvojčete továrny (tzv. Digital Twin). Spojením datového modelu vytvořeného v softwaru Twiserion Design Manager a reálných dat sbíraných systémem Twiserion Digital Manager a jejich řízením můžeme říci, že systém Twiserion plně podporuje koncept digitálního dvojčete. O konceptu digitálního dvojčete si povíme příště.