Digitálne plánovanie výrobných hál

Plánujete výrobné haly z domu? Znie to nemožne, ale pre výrobný závod Audi v Neckarsulm je to už realita – presnejšie digitálna realita. Pomocou špeciálneho softvéru a hardvéru boli výrobné haly a celé budovy naskenované v 3D. Trojčlenný tím Audi pod vedením projektového manažéra Andreho Bongartza spolupracuje s mníchovským start-upom NavVis už rok. Výsledkom skenovania je virtuálny model výrobného miesta. Ten možno použiť ako základ plánovania výroby bez toho, aby ste boli priamo na mieste.

3D sken zároveň generuje mračno bodov, ktoré zaznamenáva každý stroj a systém. Pomocou strojového učenia sa virtuálny model haly prepojí s mračnom bodov, takže celá hala vrátane všetkých strojov, systémov a políc je virtuálne prístupná. To zamestnancom Audi šetrí nielen veľa času a nákladov, ale umožňuje aj plánovanie nezávislé od miesta. „Náš systém digitálneho plánovania nám poskytol obrovské výhody už počas pandémie koronavírusu. Plánovači môžu merať výrobné haly z domu a tak plánovať systémy presne bez toho, aby mali v rukách meter,“ hovorí A. Bongartz.

V budúcnosti budú všetky výrobné haly v lokalite Neckarsulm digitálne skenované. Okrem toho budú v rámci 3D skenovania implementované aj ďalšie prípady použitia, ako je interiérová navigácia a plánovacia aplikácia rozšírenej reality.

Optimalizácia kontroly kvality v lisovni pomocou umelej inteligencie

Vďaka čoraz sofistikovanejšiemu dizajnu svojich automobilov a vysokým štandardom kvality kontroluje spoločnosť Audi všetky komponenty priamo po výrobe v lisovni. Okrem vizuálnej kontroly zamestnancami je priamo v lisoch inštalovaných niekoľko malých kamier. Zachytené snímky vyhodnocujú pomocou softvéru na rozpoznávanie snímok. Tento proces bude čoskoro nahradený algoritmami strojového učenia. Na pozadí tohto inovatívneho postupu funguje neurónová sieť. Softvér deteguje najjemnejšie trhliny v plechu s maximálnou presnosťou a spoľahlivo označí miesto.

„Momentálne testujeme automatizované kontroly komponentov pre sériovú výrobu v našej lisovni v Ingolstadte. Táto metóda je ďalším dôležitým krokom pre Audi pri premene jej výrobných závodov na moderné inteligentné továrne,“ uviedol Jörg Spindler, vedúci kompetenčného centra pre zariadenia a technológie tvárnenia.

Riešenie je založené na hlbokom učení, špeciálnej forme strojového učenia, ktoré môže pracovať s veľkým množstvom rôznorodých a neštruktúrovaných údajov, ako sú napr. obrázky. Tím strávil mesiace tréningom umelej neurónovej siete s niekoľkými miliónmi testovacích obrázkov. Najväčšou výzvou bolo na jednej strane vytvorenie dostatočne veľkej databázy a na druhej strane takzvané označovanie obrázkov. Tím označil trhliny na vzorových obrázkoch s pixelovou presnosťou, pričom sa vyžadoval najvyšší stupeň presnosti. Námaha stála za to, pretože neurónová sieť sa teraz učí nezávisle od príkladov a zisťuje trhliny aj v nových, predtým neznámych obrázkoch. Databáza pozostáva z niekoľkých terabajtov testovacích obrázkov zo siedmich lisov v závode Audi v Ingolstadte a z niekoľkých závodov Volkswagenu.

„Umelá inteligencia a strojové učenie sú v Audi kľúčovými technológiami budúcnosti. S ich pomocou budeme pokračovať v udržateľnom riadení digitálnej transformácie spoločnosti,“ zdôraznil Frank Loydl, riaditeľ pre informačné technológie v AUDI AG. „Kontrola kvality pomocou strojového učenia v budúcnosti nahradí súčasnú optickú detekciu trhlín pomocou inteligentných kamier. Či už dvere, kapoty motora alebo blatníky, kamera musí byť v súčasnosti prekonfigurovaná pre každý nový komponent vyrobený v lisovni. Okrem toho sa pravidelne vyskytujú falošné detekcie, pretože jednoduché algoritmy programu na spracovanie obrazu sú vysoko závislé od okolitých faktorov, ako sú svetelné podmienky a vlastnosti povrchu.“

V budúcnosti bude možné použiť prístup strojového učenia aj pri iných vizuálnych kontrolách kvality. Ak je k dispozícii dostatočne veľký počet trénovacích údajov, systém možno využiť napríklad aj pre potreby lakovne alebo montáže.

Údržba využíva údaje na predpovedanie budúcnosti

Projekt Prediktívna údržba v závode Audi v Neckarsulme zefektívňuje údržbu výrobných zariadení a znižuje prestoje vo výrobe. Odborníci na údržbu zhromažďujú a interpretujú súvisiace údaje a môžu predpovedať opotrebovanie výrobných zariadení. Priekopnícky projekt celej skupiny sa testuje v karosárni v závode v Neckarsulme. Prediktívna údržba zisťuje možné opotrebovanie nitovacieho stroja, ktorý spája rôzne komponenty karosérie. „Systémy dierovacích nitov vedú 600 000 až 1,2 milióna nitov cez plastovú rúrku pomocou stlačeného vzduchu. Táto technológia poháňa dierovací nit cez rúrku rýchlosťou až 20 metrov za sekundu. Výsledkom sú stopy opotrebenia vnútri rúry,“ hovorí Andreas Rieker, plánovač údržby v závode Audi v Neckarsulme.

Na určenie najlepšieho času na výmenu trubíc použili zamestnanci Audi technológiu rozsiahlych údajov (BigData) na zhromaždenie a analýzu viac ako milióna údajov. V dôsledku toho možno minimalizovať neočakávané poruchy zariadení a vykonávať súvisiace údržbárske práce v období bez výroby. „Naším cieľom je odhaliť opotrebovanie a vznikajúce problémy skôr, ako k nim dôjde. Pozeráme sa takpovediac do budúcnosti – pomocou údajov, algoritmov a nameraných hodnôt,“ hovorí Mathias Mayer z Data Driven Production Tech Hub v závode Audi v Neckarsulme.

Aplikácia iMaintenance tiež pomáha personálu údržby v karosárni v Neckarsulme. Je založená na znalostnej databáze s približne 5 000 stranami materiálu, jasnými opatreniami na riešenie problémov a odporúčaniami. Ak stroj ohlási chybový kód, zamestnanec Audi môže jednoducho zadať príslušný kód na svojom tablete a získať tak podrobné pokyny na odstránenie poruchy.

Odbornosť v oblasti 3D tlače s interným dizajnovým softvérom

Interný tím špecialistov na 3D tlač v pobočke Audi v Böllinger Höfe sa spojil so spoločnosťou trinckle so sídlom v Berlíne, aby vyvinuli inovatívny dizajnový softvér. Cieľom je umožniť každému zamestnancovi, ktorý potrebuje nejaký komponent vytlačiť na 3D tlačiarni, navrhnúť ho osobne bez rozsiahlych znalostí. Audi e-tron GT je prvým vozidlom, pri ktorom je 3D tlač etablovanou súčasťou príprav na sériovú výrobu, čo znamená, že všetky nástroje na montáž a predmontáž sú pripravené už na začiatku výroby.

S novonavrhnutým softvérom odpadá zdĺhavý proces manuálneho vyrezávania modelov v programoch CAD (z angl. Computer-Aided Design), vďaka čomu sú pracovné toky rýchlejšie. Použitie nového systému skracuje čas potrebný na návrh nástrojov až o 80 %.

„Náš softvér robí proces vytvárania prípravku pred montážou takmer úplne automatizovaným. To nám umožňuje rýchlo a flexibilne vyrobiť potrebné komponenty a reagovať na špecifické požiadavky od projektantov alebo našich kolegov na montážnej linke,“ vysvetľuje projektový manažér Waldemar Hirsch, vedúci tímu odborníkov na 3D tlač, Ramp-Up and Analysis Center v Audi v Böllinger Höfe. Softvér je presne nakalibrovaný podľa potrieb Audi a je tiež súčasťou procesu digitalizácie výroby v tomto závode.

Odborníci na 3D tlač úzko spolupracujú so svojimi kolegami z plánovania procesu a montáže a s tímami predsériovej výroby. Už teraz optimalizujú montážne nástroje pre nové pracovné postupy. Jeden z 3D tlačených nástrojov sa má použiť pri predmontáži klimatizačných kompresorov a chladiacich liniek. Všetky komponenty musia byť pri montáži navzájom zarovnané s výnimočnou presnosťou, čo predtým nebolo možné. Predmontážny prípravok navrhnutý na mieru s integrovanou svorkou drží všetky komponenty presne v správnej polohe.

Popri pozitívnych účinkoch na prevádzkové procesy predstavuje vývoj a používanie tohto softvéru významný pokrok v digitálnej transformácii spoločnosti a demonštruje aktívne zmeny, ku ktorým dochádza vo všetkých výrobných prevádzkach smerujúcich k statusu inteligentnej továrne.

Udržateľný a flexibilný: výroba série Audi Q6 e-tron v Ingolstadte

Od začiatku výroby koncom roka 2023 je séria Audi Q6 e-tron prvým veľkoobjemovým plne elektrickým modelovým radom, ktorý Audi vyrába vo svojom sídle v Ingolstadte. V súlade so stratégiou výroby 360factory integrovala spoločnosť Audi jednotlivé výrobné kroky do existujúcich štruktúr a procesov karosárne a montáže. Od 1. januára 2024 je Ingolstadt po Bruseli (2018) a Győri (2020) tretím miestom výroby Audi s čistými nulovými emisiami. Okrem toho je to prvý závod Audi v Nemecku, ktorý má vlastné zariadenie na montáž batérií.

Najmodernejšia výrobná technológia v novom zariadení na montáž batérií

Jedným z príkladov, ako Audi modernizuje a rozširuje svoje existujúce systémy, je nové zariadenie na montáž batérií pre modely Premium Platform Electric (PPE). Na ploche približne 30 000 m2 pracuje 300 zamestnancov v troch zmenách s mierou automatizácie takmer 90 %, aby denne zostavili až 1 000 vysokonapäťových batérií – spočiatku pre sériu Q6 e-tron. Audi zároveň získava dôležité skúsenosti, ktoré neskôr využije aj pri samotnej výrobe batériových modulov. Nová prevádzka, ktorá sa nachádza vo vyhradenej hale na montáž batérií v Centre logistiky a prepravy tovaru (GVZ) v Ingolstadte, je napájaná výlučne zelenou elektrinou.

Elektromotory pre PPE z najväčšieho závodu na výrobu pohonných jednotiek na svete v Győri

Ingolstadt získava elektrické motory pre novú technologickú platformu Premium Platform Electric (PPE) z najväčšieho závodu na výrobu pohonných jednotiek na svete v maďarskom Győri. Audi Hungaria vyrába elektromotory pre PPE na troch novo inštalovaných výrobných linkách. Audi vyrába v závode v Győri s čistými nulovými emisiami od roku 2020. „Udržateľná výroba v existujúcich závodoch je jadrom našej výrobnej stratégie 360factory a neodmysliteľným krokom na našej ceste k vybudovaniu výrobnej siete pripravenej na budúcnosť,“ hovorí G. Walker.

Prestavba a flexibilný koncept vybavenia v karosárni

Aby bola výroba série Q6 e-tron udržateľná a zároveň efektívna, Audi integrovalo výrobné domény, ako je karosáreň pre PPE, do existujúcich štruktúr. Karosérie pre modely PPE sa montujú v závode v Ingolstadte na ploche približne 148 000 m2. 328 zamestnancov na zmenu a 1 150 robotov vyrába komponenty karosérie pre sériu Q6 e-tron s mierou automatizácie 87 %.

Vysoko flexibilná výbava tiež umožní prakticky bezproblémové uvedenie budúcich modelov. V záujme trvalo udržateľného a synergického využívania zdrojov Audi opätovne využíva 680 robotov, ktoré už boli použité na výrobu iných modelov Audi v karosárni na výrobu karosérií PPE. Audi tiež uvádza do prevádzky novú flotilu viac ako 40 automaticky riadených vozidiel (AGV) pre sériu Q6 e-tron. AGV dodávajú materiál v hale a tiež požadované diely do karosárne v automatizovanej prevádzke.

Séria Audi Q6 e-tron bola bezproblémovo integrovaná do zavedenej montážnej linky pre modely Audi A4 a A5. Na spoločnej linke sa tak montujú autá so spaľovacími motormi aj elektromobily z rôznych modelových radov.

Vyššia automatizácia v lakovni

Výroba tiež rozšírila svoju lakovňu pre plne elektrické modely áut. Okrem iných zmien bola rozšírená sušiareň po procesnom kroku katodického ponorenia (CDC) a zaviedol sa nový integrovaný postup na automatické utesňovanie otvorov. Po CDC roboty pomocou lepiacich podložiek utesnia približne 70 otvorov v karosériách. Predtým museli zamestnanci túto časť procesu vykonávať manuálne. Audi modernizovalo sušičku, aby spĺňala vyššie energetické požiadavky na vytvrdzovanie karosérií po CDC. Táto úprava zaisťuje, že všetky časti karosérie dosiahnu cieľovú teplotu 160 °C potrebnú na vytvrdenie CDC. Lakovňa Ingolstadt využíva aj automatizovanú výrobnú technológiu, ktorá pomáha zisťovať, vyhodnocovať a spracovávať nerovnosti povrchu. To umožňuje objektívnu kontrolu hotových povrchov, čím sa zvyšuje spoľahlivosť procesu a transparentnosť monitorovania kvality. V prvom kroku roboty skenujú povrch vozidiel pomocou automatizovaného meracieho systému. Tento proces je základom konečnej úpravy, ktorá je tiež automatizovaným procesom. Každý dokončovací robot je vybavený brúsnym a leštiacim nástrojom.

Zdroje

[1] Digital planning of production halls. Audi Media Info. [online]. Publikované máj 2020. 

[2] Predictive Maintenance: Audi Maintenance uses data to predict the future. Audi Media Info. [online]. Publikované júl 2020.

[3] Audi Demonstrating 3D Printing Expertise with In-House Design Software in Neckarsulm. Audi Media Info. [online]. Publikované február 2020.

[4] Audi optimizes quality inspections in the press shop with artificial intelligence. Audi Media Info. [online]. Publikované október 2018.

[5] Sustainable and flexible: production of the Audi Q6 e-tron series in Ingolstadt. Audi Media Info. [online]. Publikované marec 2024. 

-tog-