Průmysl 4.0

Průmysl 4.0 

Průmysl 4.0 je logickým důsledkem vývoje technologií. Počítače se stále zmenšují, zlevňují a pronikají prakticky do všech aspektů našeho života.

Rozvoj technologií vede v byznysu k digitální transformaci ve velmi širokém rozsahu. Očekává se, že ve výrobě bude Průmysl 4.0 akcelerátorem bezprecedentního zvýšení produktivity a eliminace chyb. Digitalizace započala v oblasti řízení životního cyklu produktu, zejména při navrhování produktů a podpůrných procesech CAx (Computer-Aided Technologies), zejména CAM (Computer-Aided Manufacturing).

V blízké budoucnosti se těžiště přesune od produktů, ke způsobu, jak jsou produkty vyráběné, tj. na výrobní proces a jeho organizaci. Moderní počítačové nástroje jsou schopné simulovat celý proces, identifikovat jeho optimální nastavení, převést nastavení do fyzické výroby a iniciovat skutečný výrobní proces. Tento přístup je kompletně založen na digitálním dvojčeti (DT - Digital Twin), ve kterém je fyzický objekt reprezentován v digitálním formátu ve virtuální realitě (VR - Virtual Reality). Kromě toho je zde ještě jeden nový a velmi důležitý aspekt, který se objevil nedávno - kyberneticko-fyzikální systémy (CPS - Cyber ​​Physical Systems).

Nikdy předtím jsme nebyli schopni řídit a provozovat výrobní zařízení s digitálním rozhraním, z nichž nejkomplexnější jsou kyberneticko-fyzikální systémy (CPS), které přímo interagují s digitálními dvojčaty (DT) a jinými kyberneticko-fyzikálními systémy (CPS) přes komunikaci počítač-počítač (M2M – Machine-to-Machine).

Inteligentní továrna (SF - Smart Factory) propojuje virtuální svět, ve kterém se provádí simulace a modelování fyzických procesů, s fyzickým světem, kde kyberneticko-fyzikální systémy (CPS) - jejich fyzické a inteligentní komponenty - navzájem komunikují, spolupracují a vzájemně řídí. V inteligentní továrně (SF) probíhají rozhodnutí a nastavení procesů na úrovni strojů prostřednictvím komunikace počítač-počítač (M2M). A tohle je skutečná výzva – protože reálné fyzické interakce jsou komplikovanější než jejich digitální obraz reprezentovaný modely založenými na digitálním dvojčeti (DT).

Inteligentní továrna (SF) přesahuje hranice nastavené systémy CAx. Virtuální realita (VR) zahrnuje všechny aspekty výrobních a podpůrných procesů (např. zajištění kvality), organizace a simulace kyberneticko-fyzikálních systémů (CPS). Simulací virtuální reality (VR) prostřednictvím digitálních kopií reálných, fyzických systémů a prostředí, ve kterém systémy pracují a vzájemně spolupracují, neustále hledáme optimální způsoby výroby produktů. A provádíme to v každé dimenzi: funkčnost, spotřeba energie, náklady, čas, odpad, životní prostředí a zdraví.

Navíc, nejdůležitějším urychlovačem, který definuje paradigma inteligentní továrny (SF), je individualizace produktů a služeb. Ve vzájemně propojeném světě jsou produkty vyráběné na základě individuálních požadavků získaných z obrovského cloudového trhu. Byznys partneři, kteří se podílejí na výrobním procesu, interagují přímo mezi sebou a v reálném čase v rozšířeném dodavatelském řetězci. Důsledkem je, že některé tradiční procesy (např. dlouhodobé plánování) ztrácejí na významu kvůli vysoké dynamice a rychlosti byznys prostředí.

Jedním z nejdůležitějších procesů, které umožňují tento způsob fungování, je údržba výrobních zařízení, která je řízena bezprecedentními požadavky na vysokou dostupnost. Po dokončení digitální fáze výrobního cyklu - počínaje jeho modelováním a simulací, pokračující nastavením procesu a konče přenosem nastavení v digitální podobě do digitálně transformované továrny - musí být reálná fyzická továrna schopna a zejména dostupná pro výrobu. To znamená, že výrobní zdroje musí být k dispozici prakticky kdykoliv a bez omezení.

PROCE55 pro Průmysl 4.0

Jak již bylo zmíněno, výrobní procesy inteligentní továrny (SF) jsou modelovány, simulovány a optimalizovány ve virtuální realitě (VR). Virtuální realita (VR) však nemůže zcela odrážet všechny aspekty fyzické reality.

Skutečné odchylky reálného fyzického procesu od jejího optimálního digitálního modelu snižují produktivitu a kvalitu. Proto je kriticky důležitá vizualizace, monitorování a reporting v kombinaci s notifikačními systémy včasného varování (EWS – Early Warning System).

Pokud výrobní proces probíhá podle optimálního modelu, není vyžadován zásah operátora a inteligentní výrobní linky pracují v plně automatizovaném provozním režimu. Pokud však nastane nějaká výjimka, je nezbytný okamžitý zásah člověka (operátora) na místě. Operátor potřebuje rozšířené kontextové informace o souvisejících fyzických objektech zapojených do výrobního procesu - jako je výrobní linka, její komponenty, vybavení, přístroje, roboty - aby byl schopen přijmout optimální rozhodnutí a provést nápravná opatření k vyřešení výjimky.

Kromě zpracování výjimek existují další situace a události, kdy je nutné částečné nebo úplné manuální řízení výrobního procesu a jeho částí. Typickými příklady jsou činnosti údržby a řešení konfliktů. Operátor potřebuje okamžité, úplné a kontextové informace na místě, kde má být úkol řešen. Obvykle se jedná o několik informačních zdrojů. Některé požadované informace jsou k dispozici přímo na výrobní lince, ale hlavní informace jsou uloženy v back-end systémech spojených s výrobními linkami za účelem procesního řízení. Back-end informační systémy zabezpečují vyšší úroveň řízení (např. plánování a zpracování výrobních zakázek) a výrobní linka provádí úkoly reálného procesu řízení výroby na nižší úrovni.

Hlavní výzvou je poskytnout operátorům správné informace na správném místě a ve správné době, aby mohli optimálně splnit svou úlohu. Nazýváme to inteligentní interakcí (SI – Smart Interaction). K tomuto účelu jsou optimálně použitelné všudypřítomné mobilní zařízení, které jsou on-line integrovány s back-end systémy. Tok informací v reálných výrobních procesech je velmi složitý a mění se velmi dynamicky. Proto musí být softwarové aplikace běžící na mobilních zařízeních flexibilní. Flexibilita musí pokrývat oba aspekty - jednak flexibilitu z hlediska uživatelské přívětivosti a variabilního uživatelského rozhraní, a také flexibilitu v souvislosti s integrací systémů a zařízení.

Tyto požadavky nelze splnit tradičními programovacími metodami (coding & waterfall approach). Vyžaduje si nástroje, které jsou od návrhu navrženy pro agilitu (vizuální modelování a metody rychlého prototypu - quick prototyping methods). Dalším problémem v mobilním světě jsou různé operační systémy, jejich časté upgrady a stále rychleji se vyvíjející mobilní hardwarové platformy. Všechny tyto náročné a někdy protichůdné požadavky mohou splňovat pouze moderní, skutečně inovativní softwarová platforma, jakou je PROCE55.

Inteligentní interakce (SI) je jedním z aspektů mobilizace výrobních procesů a je také prvním krokem k Průmyslu 4.0 v oblasti klasické (tradiční) výroby s vysokými investice do neinteligentních výrobních aktiv. Taková mobilizace modernizuje rigidní/starší výrobní procesy a zahrnuje jich do inteligentní továrny (SF).

I když dnes přesně popsat, jak bude vypadat inteligentní údržba budoucnosti, není dost dobře možné, již v současnosti jsou známé klíčové komponenty inteligentní údržby (Smart maintenance) v kontextu Průmyslu 4.0. Patří mezi ně predikce, dálková diagnostika a opravy, aktivity řízené daty ze strojů a procesů, práce v reálném čase, mobilita, spolupráce a integrace. Strategie East-Gate a aplikací PROCE55 je v souladu s těmito trendy.