Jak jsme v programu DIGIMAT navrhli výrobní integrační platformu pro SpoluWorks Perfecta
Výrobní firma SpoluWorks Perfecta se specializuje na precizní obrábění technicky náročných komponentů. Zákazníky jsou zpravidla firmy z nejnáročnějších odvětví. Produkty SpoluWorks Perfecta létají do oblak uvnitř dopravních letadel či na Mars jako součást MarsRoveru. K docílení perfektních výsledků používá SpoluWorks špičkové technologie v kombinaci s moderním ERP systémem.
Analýza stavu firmy
Firma disponuje moderním strojovým parkem včetně 3D měřicího přístroje. Hlavní SW platformou je Helios Orange (HeO), s nímž je provázaný i výdejní automat na nástroje Toolbox. DNC/MDC je řešeno na platformě Cimco. Monitoring výroby, strojů a pracovníků je řešen pomocí systému pro bezpapírovou výrobu prostřednictvím mobilních tabletů. Tím je velmi dobře zvládnutá digitalizace dokumentů směrem k výrobě. Zpětně se však z výroby dostává informací málo. Nedostatky jsou patrné zejména v oblastech využití strojů, příčin odstávek, kondice strojů, spotřeby a opotřebování nástrojů.
Firma testuje nasazení průběžného měření obrobků. Má snahu najít způsob, jak se pomocí kamery dívat na průběh výrobního procesu uvnitř stroje a automaticky detekovat možné problémy. V budoucnu se tedy budou generovat data, která budou popisovat výrobu a okolnosti, které při vzniku výrobku nastaly.
Příležitosti pro inovace při využití digitálních technologií
Na základě výše uvedeného jsme v rámci programu DIGIMAT identifikovali tyto příležitosti pro zlepšení:
- Vyšší míra automatizace výroby v podobě implementace systémů pro pokročilou analýzu dat. Ta umožní využití jednotného řídicího systému pro společné řízení výrobních strojů a zařízení ve firmě.
- Inovace systému kontroly kvality, který proniká do oblasti automatizace, řízení výroby a montáže, monitoringu a diagnostiky výroby.
Cílem navržených inovačních projektů je zvýšit informovanost o výrobních strojích a snížit režijní náklady výroby.
1. Jednotný řídicí systém pro společné řízení výrobních strojů a zařízení
Pro společné řízení výrobních strojů a zařízení bylo navrženo vytvoření a implementace jednotného řídicího systému (tzv. integrační platformy). Výhoda spočívá v možnosti libovolně automatizované pracoviště modifikovat a rozšiřovat. Uniformní systém instruuje zapojená výrobní zařízení, dostává od nich informace, sbírá a zobrazuje data. Umožňuje zahrnout do výrobního pracoviště i kontrolu kvality se zpětnou vazbou.
Uživatel si může nakonfigurovat platformu podle svých potřeb z portfolia aplikací nabízených dodavatelem pracoviště. Data zobrazovaná ve vizualizaci mohou pocházet jak ze samostatného stroje, tak i z celé linky a případně i z celé továrny. Komunikace je oboustranná a využívá protokol OPC UA pro komunikaci horizontální (s ostatními zařízeními na lince) i pro komunikaci vertikální (s podnikovými systémy typu SCADA či ERP).
Integrační platforma umožňuje on-line měření všech veličin stroje, jako jsou teplota, tlaky nebo vibrace, jejich ukládání a následné zpracování s vyhodnocením. Současně díky integraci kontrolní stanice plní funkci zpětné vazby kontroly kvality. Protože integrační platforma řídí výrobní frontu, má na starosti i řízení korekčních hodnot, které průběžně stanovuje z měřicích reportů. Vhodným počátečním nastavením korekcí je možné zmíněnými prostředky dosáhnout dlouhodobě bezchybné výroby. Za účelem zpracování a vyhodnocování dat poskytuje platforma tato data dalším systémům typu Edge (např. APROL) pro předzpracování a částečné vyhodnocení a dále pro další zpracování jakémukoliv cloudovému systému, např. MS Azure. Tyto systémy s prvky strojového učení a analýzy dat dokážou vedle zobrazování provádět i hlubší historické analýzy a podrobovat data testům souvislostí.
Technická specifikace nového automatizovaného pracoviště SpoluWorks Perfecta
Na základě výše uvedeného bylo následně navrženo automatizované pracoviště o těchto parametrech: 2 obráběcí stroje + robot + měřicí stanice + zásobník.
Každé z navržených zařízení je dále doplněno o návrhy konkrétních variant dostupných na trhu, přičemž každá z uvedených variant obsahuje identifikaci silných a slabých stránek.
2. Pokročilá analýza dat získaných z výrobních strojů společnosti SpoluWorks Perfecta
Cílem řešení bylo získání kombinace dat z ERP systému, výrobních strojů a výdejního automatu nástrojů, jejich analýza a na základě získaných znalostí predikovat budoucí stavy (např. potřebu údržby). Znalost používání nástrojů včetně přiřazení výpůjčky nástroje ke konkrétní zakázce, stroji a seřizovači by měla vést k redukci režijních nákladů na obrábění. Bylo tak třeba navrhnout platformu pro centralizovaný sběr dat a jejich následnou analýzu.
Řešení problému pokročilé analýzy dat
Pro řešení pokročilé analýzy dat z výrobních strojů jsme navrhli napojení strojů na centralizovaný systém pro sběr dat. K datům ze strojů je třeba napojit i data z ERP nesoucí informace o zakázkách a výrobních prostředcích (stroje, obsluha). Dalším vstupem jsou data z výdajového automatu nástrojů. Pro monitorování procesu uvnitř stroje lze použít metody počítačového vidění. Do centrálního sběru dat je vhodné zapojit i data z měřicích přístrojů, a to jak z průběžných, tak i finálních měření.
Výše uvedená kombinace znalostí o výrobních faktorech umožní získání dostatku informací pro nápravná opatření.
Velmi dobrá SW vybavenost firmy SpoluWorks umožňuje nasazení Business Intelligence (BI) platformy včetně sběru dat. Provoz systému BI lze řešit buď jako službu, lokální instalaci anebo kombinaci, kdy část systému je lokální a část v cloudu. Vzhledem k ambici hledat v datech závislosti je vhodné mít k dispozici analytiky. Lze vyškolit vlastní zaměstnance nebo tyto služby koupit (může být součástí nákupu Business Intelligence platformy).
Vyhodnocení závěrů z programu DIGIMAT
Zapojením 100% kontroly kvality je možné realizovat systém digitálního dvojčete výrobku ve smyslu jeho „rodného listu“. Tedy znalosti jeho výroby – stroj, nástroje, čas, směna, parametry obráběcího procesu, materiál. Přesná a rychlá doložitelnost původu výrobku je cenná nejen pro výrobní firmu, ale i jako výstup pro zákazníka. Díky pokročilé analýze dat je pak možné dále optimalizovat samotný obráběcí proces.
Na implementaci automatizovaného pracoviště s principy jednotného řídicího systému je možné navázat automatizací dalších pracovišť, která tak bude možné jednoduše propojit a řídit jako výrobní linku s navazujícími operacemi. Systém současně umožní bez přidaných nákladů sbírat potřebná data pro analýzu a monitoring výroby. Tímto dojde k uvolnění zbývající výrobní kapacity pro kusovou produkci, která je zpravidla vyráběna s vyšší marží.
