Obr. Modulárna montáž v novom výrobnom závode Audi (Foto: Audi AG)

Vo výrobnom závode spoločnosti Siemens v nemeckom Ambergu, ktorý sa rozprestiera na rozlohe viac ako 10 000 m2, koordinujú inteligentné stroje výrobu a globálnu distribúciu riadiacich zariadení Simatic. Zákaznícky orientovaný výrobný proces postavený na zákazníckych objednávkach tak zahŕňa 1,6 miliardy komponentov, z ktorých sa ročne vyrobí 50 000 rôznych variácií produktov, na ktorých výrobu Siemens využíva 10 000 materiálov od 250 dodávateľov a z ktorých vo finále vyrobí 950 rôznych produktov. Doslova nekonečný počet premenných a neuveriteľne zložitý dodávateľský reťazec ďaleko presahujú možnosti tradičnej továrne. Bohaté pole snímačov ako súčasť internetu vecí, odolné siete a mohutný výpočtový výkon sú v takomto prostredí základom úspechu.

Rovnako pristupujú k štvrtej priemyselnej revolúcii a stratégii Priemysel 4.0 aj ďalší pokročilí výrobcovia, a to nielen z hľadiska implementácie v rámci existujúcich technológií a prevádzok, ale aj z hľadiska investovania do technológií budúcnosti. Napríklad automobilka Audi verí, že výzvy, ktoré prichádzajú, budú vyžadovať zásadné vylepšenia v oblasti sprehľadnenia, riadenia a flexibility procesov, ktoré môže zabezpečiť jedine IIoT. Z pohľadu Audi sa jednou z najväčších výziev javí flexibilná výroba zákaznícky upravených vozidiel. Takmer každé auto je objednávané s nejakým typom prispôsobenia danému zákazníkovi – od farby plastových častí kapoty až po kolesá z ľahkých zliatin v špeciálnych veľkostiach. A takéto požiadavky neustále narastajú. Navyše tlak na rôznorodosť verzií vozidiel vzniká aj tvorbou novej legislatívy. Tak ako rastie množstvo variácií a derivátov, stávajú sa aj sekvenčné procesy, ktoré zabezpečujú zvládnutie týchto požiadaviek, čoraz zložitejšie. Odpoveďou Audi na tento vývoj je výstavba výrobného závodu, ktorý sa vzďaľuje tradičnému konceptu montážnej linky a smeruje k modulárnej montáži. Tú budú zabezpečovať malé oddelené pracovné stanice, ktoré umožňujú vykonávať z časového aj priestorového hľadiska prispôsobiteľné pracovné postupy. Autonómne navigovaný dopravný systém presúva časti auta a diely medzi jednotlivými pracovnými stanicami pomocou veľmi presného riadenia centrálneho počítača, ktorý má dohľad nad hladkým priebehom pracovných procesov. V rámci pracovných staníc sú umiestnené rôzne typy robotov vykonávajúcich rôzne úlohy. Od tých, ktoré skrutkujú diely zo spodku auta, až po spolupracujúce roboty, ktoré zdvíhajú expanzné nádrže chladiacej kvapaliny a odovzdávajú ich montážnym pracovníkom – bez ochranných bariér, v správnom čase a v ergonomicky optimálnej pozícii. V iných aplikáciách, ako je napr. manipulácia s nárazníkmi, sa priemyselné roboty používajú z dôvodu úspory miesta, pričom súčasne dokážu zlepšiť opakovateľnosť, skrátiť čas cyklu a byť v trva­lej prevádzke.

Vývoj a úspech takéhoto nového modelu flexibilnej výroby z časti závisí aj od odolnej siete pokrývajúcej výrobnú prevádzku a súvisiace plochy a činnosti, ako aj od pokročilých výpočtových kapacít. Avšak technológie zabudované v robotoch a autonómnych dopravných prostriedkoch sú tiež dôležité. Poďme sa teda pozrieť na výzvy, ktoré sú spojené s týmto typom zariadení, a na technológie, ktoré by mohli tieto výzvy vyriešiť.

Autonómne dopravné vozíky (AGV) a roboty

Spomenutý autonómny dopravný systém využíva autonómne navigované vozidlá (AGV). Jeden typ týchto vozíkov je riadený počítačom, iné typy sa autonómne pohybujú po definovaných trasách. Vo výrobnom závode spoločnosti Audi boli drôtové a páskové riešenia nahradené laserovými skenermi, ktoré pomáhajú pri orientácii a detekcii okolitého prostredia s cieľom vyhnúť sa zrážkam. Ďalšie skenery rozpoznávajú objekty visiace zo stropu.

Roboty ako ďalší kľúčový prvok inteligentnej továrne sa delia do troch hlavných kategórií. Tie s najdlhšou tradíciou využitia v auto­mobilovom priemysle sú klasické priemyselné roboty. Ide o zariadenia s pevnou pozíciou, ktoré sa používajú na úlohy, ako je zváranie, lakovanie, uchopovanie a kladenie, montáž či nakladanie objektov na palety alebo do prepraviek. Riadiace signály prichádzajú z riadiaceho rozvádzača umiestneného hneď vedľa robota. Priemyselné roboty sú navrhnuté na rýchle a presné vykonávanie úloh bez priamej interakcie s človekom. Nie sú stavané na to, aby sa v ich pracovnom priestore nachádzal človek, nakoľko nemajú žiadne snímače, ktoré by jeho prítomnosť detegovali. Naopak pracujú v ochranných klietkach, sú chránené svetelnými záclonami alebo skupinou nášľapných rohoží, pričom sa okamžite zastavia, ak sa jeden z týchto bezpečnostných prvkov aktivuje.

Spolupracujúce roboty sú druhou skupinou robotov, pričom umožňujú oveľa komplexnejšiu interakciu s človekom. Spolupracujúci robot môže napr. držať nejaký objekt, ktorý pracovník práve kontroluje alebo robí nejakú jeho konečnú úpravu. Robot následne umiestni tento objekt na miesto, z ktorého si ho zoberie iný robot a premiestni pred ďalšieho pracovníka. Takáto úzka spolupráca však vyžaduje, aby bol robot vybavený zvýšenou schopnosťou snímania okolitého prostredia a zálohovaním pre prípad rýchlej detekcie a predchádzania možným kolíziám. Ak snímač pripojený k riadiacej jednotke deteguje kolíziu medzi ramenom robota a človekom alebo iným objektom, riadiaca jednotka robot okamžite deaktivuje. Ak sa niektorý snímač alebo súvisiaca elektronika pokazí, robot sa opäť vypne. Spolupracujúce roboty možno pevne umiestniť na jedno miesto alebo ich namontovať na vozík.

Logistické roboty sú mobilné jednotky zvyčajne prevádzkované v prostredí s výskytom ľudí, napr. vyzdvihnutie tovaru a jeho presun na baliacu stanicu. Tieto roboty potrebujú množstvo snímačov na lokalizáciu, mapovanie prostredia a predchádzanie zrážkam, a to obzvlášť s ľuďmi. Technológie, ktoré možno v tomto prípade použiť na snímanie, sú ultrazvuk, infračervené svetlo alebo laserová technológia LIDAR.

Akčné členy a prediktívna údržba

Autonómne vozidlá a roboty sú vybavené elektrickými motormi a inými akčnými členmi, ktoré sa bez správnej údržby pokazia. Zbieraním informácií zo snímačov pripojených k motoru a analýzou údajov, ktoré poskytujú, možno problém odhaliť a vykonať opravu ešte pred vznikom poruchy a odstavením zariadenia.
Podľa spoločnosti Texas Instruments obsahuje monitorovacia sieť snímačov určená na výkon prediktívnej údržby vzdialené monitorovanie, zber a prenos údajov, celopodnikovú komunikáciu v reálnom čase, distribuovanú inteligenciu riadenia, ako aj prístup k výkonným výpočtom a nástrojom na analýzu. Tieto komponenty fungujúce spoločne monitorujú elektromechanické systémy, ako sú motory, dopravné systémy a roboty, ako aj prevádzkové meracie prístroje a akčné členy, pričom generujú varovania o blížiacej sa poruche, ktorá by mohla zastaviť výrobu. V tradičných systémoch preventívnej údržby možno zaznamenávať históriu chýb konkrétneho prvku, aby mohol byť pravdepodobný čas jeho zlyhania predpovedaný primerane presne. Prvok možno následne vymeniť ešte pred očakávanou poruchou, aby sa minimalizovala akákoľvek možnosť nákladného zlyhania. Následkom je, že prvky sú odstránené pred využitím ich celej životnosti, pričom intervaly údržby sú kratšie; zlepšenie v tejto oblasti je možné len vtedy, ak budú dostupné tie správne informácie.

Prediktívna údržba je práve o poskytovaní takýchto informácií, ktoré sa zbierajú zo snímačov nainštalovaných na motoroch alebo iných akčných členoch. Elektromechanické prvky tak môžu pracovať oveľa bližšie ku koncu svojej skutočnej životnosti, pretože tie správne snímače odhalia príznaky blížiacej sa poruchy a umožnia okamžitú reakciu. Medzi snímané parametre, z ktorých možno detegovať stav zariadení, patria napätie, prúd, teplota, vibrácie či zvuk. Viac údajov znamená lepšie rozhodnutia. Algoritmy údržby sa neustále zlepšujú, či už analytickými metódami, alebo automaticky prostredníctvom strojového učenia. Zozbierané informácie možno poslať späť výrobcovi, čo povedie k odolnejším a spoľahlivejším prvkom, ako aj okamžitej redukcii zlyhaní a predĺženiu ich prevádzkovej životnosti.

V ďalšom pokračovaní seriálu sa budeme zaoberať prvkami prediktívnej údržby, úlohou snímačov z hľadiska presnej, rýchlej a bezpečnej výroby a uvedieme aj príklady konkrétnych elektronických zariadení, ktoré možno využiť v rámci priemyselného internetu vecí.

Zdroj: Smart Factories: Handling complexity with flexibility. Farnell element 14. [online]. Citované 4. 9. 2017. Dostupné na: http://uk.farnell.com/smart-factories-handling-complexity-with-flexibility .

-tog-