Sila digitálnej transformácie vo výrobe za pomoci moderných technológií
Výrobné a logistické systémy v súčasnosti prechádzajú revolučnými zmenami. Získavajú nové vlastnosti a funkcionality. Na výrobu sa konečne začíname pozerať ako na holonický systém. Stroje, roboty i výrobky sa stávajú inteligentnými a pokrokové informačné a komunikačné technológie sa stávajú centrálnymi nervovými systémami budúcej výroby. Viac nám o zmenách vo výrobných a logistických systémoch prezradil Radovan Furmann, riaditeľ divízie Digitálny podnik.
Umelá inteligencia v blízkej budúcnosti preberie mnoho riadiacich a rozhodovacích činností vo výrobe. Výrobné systémy budú schopné učiť sa zo svojej predošlej prevádzky. Virtualizácia prinesie masové nasadenie senzorov vo výrobe, čo umožní zbierať veľké množstvo dát, z nich vytvárať informácie, tieto ďalej spracovávať a využívať ich pre tvorbu a aplikáciu nových znalostí. Nové výrobné prostredie bude udržovať a prevádzkovať svoj virtuálny obraz s využitím technológií Internet of Things a Cloud Computing. Bez inteligentnej a adaptívnej výroby a logistiky nebudú firmy schopné efektívne fungovať v konkurenčnom prostredí globálnych trhov.
Výrobné a logistické systémy budúcnosti musia byť predovšetkým adaptabilné, schopné prispôsobiť sa autonómne, aktívne a rýchlo náhlym a neočakávaným zmenám, ktoré vznikajú v ich okolí a presahujú hranice pôvodne definovaných funkcií systému. Takýto systém musí preto disponovať schopnosťou meniť nielen svoju štruktúru, ale i svoje funkcie a svoje kapacity. Základnými charakteristikami adaptívnych výrobných a logistických systémov budúcnosti sú:
- customizácia – pružnosť limitovaná na rodinu dielcov alebo výrobkov,
- škálovateľnosť – schopnosť ľahko modifikovať kapacitu výrobného a logistického systému, pridaním či odobratím zdrojov alebo zmenou rekonfigurovateľných prvkov systému,
- konvertibilita – schopnosť ľahkej transformácie funkcionality existujúcich systémov, strojov a riadiacich systémov pre splnenie nových výrobných požiadaviek,
- modularita – integrovateľnosť prevádzkových funkcií do jednotiek, ktoré môžu byť manipulovateľné medzi alternatívnymi výrobnými a logistickými schémami pre dosiahnutie optimálnych výsledkov,
- integrovateľnosť – schopnosť rýchlo a presne integrovať moduly prostredníctvom množiny mechanických, informačných a riadiacich rozhraní, ktoré umožnia integráciu a komunikáciu,
- diagnostikovateľnosť – schopnosť automaticky zisťovať aktuálny stav systému a jeho riadenia, pre detekciu a diagnózu koreňových príčin chýb zariadení či výrobku a rýchlu korekciu prevádzkových problémov.
Na tieto zmeny, podmienené štvrtou priemyselnou revolúciou a snahou o budovanie inteligentných výrobných tovární, musí reagovať aj priemyselné inžinierstvo, technologické projektovanie, plánovanie, riadenie a optimalizácia výrobných a logistických procesov. Navrhovanie, riadenie a optimalizácia výrobných systémov budúcnosti už nebude možná bez využitia pokrokových technológií. Budúce výrobné systémy musia disponovať úplne novými vlastnosťami, akými sú: samoorganizácia, rekonfigurabilita, autonómnosť, samooptimalizácia, samoreplikovateľnosť či schopnosť učenia sa a autonómnej práce s vytváraním a využívaním znalostí. Navrhovanie výrobných systémov je spojené s využívaním širokého spektra moderných technológií. Tieto sú dnes známe ako pokrokové priemyselné inžinierstvo (tzv. Advanced Industrial Engineering). Výrobné systémy sú dnes navrhované vo virtuálnej realite, pričom bežnou súčasťou takýchto systémov sa stala počítačová simulácia a stále viac sú využívané metódy umelej inteligencie.
Naša spoločnosť dlhodobo vyvíja a pracuje na úlohách a projektoch zameraných na implementáciu metód a prístupov pokrokového priemyselného inžinierstva do konceptu štvrtej priemyselnej revolúcie. Z tohto dôvodu sme vytvorili systém Twiserion, ktorý umožňuje nielen plánovať výrobné a logistické procesy, monitorovať a následne riadiť výrobu a logistiku, ale aj inteligentne riadiť AGV robotické systémy pri zabezpečovaní rôznorodých logistických činností. Systém Twiserion pre podporu konceptu digitálneho podniku už v dnešnej dobe ponúka virtuálne prostredie určené pre návrh, testovanie a verifikáciu rozhodnutí v jednotlivých fázach životného cyklu výrobku. Jeho základnou premisou je vytvorenie komplexného dátového prepojenia základných údajov o produktoch, procesoch a výrobných zdrojoch do spoločnej údajovej základne. Jednou z nosných časti systému Twiserion je Design Manager.
Interaktívny projekčný systém – Twiserion Design Manager
Výskumný tím v spoločnosti Asseco CEIT vyvinul softvérový modul s názvom Twiserion Design Manager, ktorý slúži na projektovanie výrobných a logistických systémov. Tento interaktívny nástroj slúži na tímové plánovanie výrobných a logistických systémov prostredníctvom 3D modelov. Umožňuje jednoduchú úpravu a analýzu výrobných konceptov, pričom okamžite zobrazuje ich dopady v reálnom čase.
Tento inovatívny prístup zabezpečuje projektovým tímom meniť výrobné dispozície prostredníctvom jednoduchých gest a okamžite vidieť, ako tieto zmeny ovplyvňujú výrobný systém. Twiserion Design Manager poskytuje odpovede na otázky typu „Čo sa stane, ak…?“.
Tento softvérový nástroj umožňuje vytvárať komplexné modely výrobných, logistických a skladovacích systémov s parametrickými nastaveniami. Tieto parametre zahŕňajú fyzikálne vlastnosti, výrobné parametre a ďalšie, na základe ktorých systém vyhodnocuje sledované ukazovatele. Twiserion Design Manager prináša zákazníkom nielen v priemyselných podnikoch výrazné časové a finančné úspory. Zvyšuje efektívnosť procesu projektovania a plánovania v priemere až o 30 %, pričom pomáha skrátiť celkový čas workshopov o 25 %. Twiserion Design Manager zároveň zlepšuje procesy s úsporou výrobných a logistických nákladov priemerne o 30 %.
Aktuálnym štandardom projektovania výrobných a logistických systémov je tvorba dispozičných riešení v 3D prostredí, s využitím parametrických 3D modelov strojov, zariadení a ďalšieho príslušenstva. Takéto modely výrobného systému sa dajú ľahko a rýchlo upravovať, porovnávať a optimalizovať. Postup pri 3D návrhu výrobnej dispozície obvykle v praxi začína 3D skenovaním, alebo iným spôsobom digitalizácie výrobných priestorov, výrobných prostriedkov a ostatných prvkov projektovaného systému. Po získaní potrebných modelov sa začína navrhovať výrobná dispozícia umiestňovaním týchto objektov vo výrobných priestoroch. Twiserion Design Manager umožňuje interaktívne projektovanie s využitím statických analýz. Navrhnutá dispozícia výrobného alebo logistického systému sa následne overuje s využitím dynamickej simulácie. Výsledný variant riešenia môže byť v závere prezentovaný s využitím prostriedkov virtuálnej alebo rozšírenej reality pomocou funkcie Avatar.
Koncept digitálneho podniku rieši však len jeden aspekt a to digitálnu podobu závodu, ktorá tvorí podklad pre následnú implementáciu fyzického systému a jeho uvedenie do prevádzky. Fyzický systém však vyžaduje ďalšie riadenie a optimalizáciu aj vo fáze reálnej prevádzky. Výrobný a logistický systém totiž reprezentuje dynamický a otvorený systém, ktorý sa musí neustále meniť a adaptovať na zmeny vo vnútropodnikovom prostredí ako aj jeho okolí. To si vyžaduje údajové prepojenie fyzického systému s jeho digitálnou podobou. Túto problematiku rieši koncept digitálneho dvojčaťa továrne (tzv. Digital Twin). Spojením dátového modelu vytvoreného v softvéri Twiserion Design Manager a reálnych dát zbieraných systémom Twiserion Digital Manager a ich riadením môžeme povedať, že systém Twiserion plne podporuje koncept digitálneho dvojčaťa. O koncepte digitálneho dvojčaťa si povieme nabudúce.