Digitální továrna

Průmyslová výroba prakticky libovolného produktu dnes vypadá naprosto jinak než před třiceti lety. Výroba obrovských sérií identických výrobků, jež byla typická pro průmyslovou produkci sedmdesátých až devadesátých let minulého století, je minulostí, protože není schopna vyhovět zvyšujícím se nárokům moderního trhu. V praxi se stále častěji uplatňuje velkoobjemová výroba obrovského množství va ria cí jednoho základního produktu. Například počet kombinací výbavy dnešního moderního automobilu dosahuje astronomické hodnoty mi liard variací. Tato moderní filosofie průmyslové produkce však před výrobce postavila mimořádně složitou výzvu. Jak zvládnout práci s obrovským množstvím dat, která souvisejí s prvotním návrhem produktu, jeho konstrukcí, výrobou, prodejem, zákaznickým servisem a závěrečnou recyklací, a všechna data navíc přehledně shromáždit na jednom místě? Odpověď na tuto složitou otázku přináší koncept Product Lifecycle Management (PLM), který sleduje celý životní cyklus výrobku. Tento koncept se však neomezuje pouze na shromažďování a práci s daty týkajícími se produktů. Přináší možnost virtuální simulace výroby založené na reálném modelu, kdy lze s pomocí vhodného softwaru naplánovat výrobu tak, aby byla maximálně efektivní. Tato novodobá výrobní filosofie umožňuje vyrobit prakticky cokoli – od žehličky po tryskové letadlo – nejdříve virtuálně v počítači, a pak i reálně bez omylů a neefektivních postupů. Doba dodání produktu na trh se přitom zkracuje až na polovinu! Zasíťovaná budoucnost Mnoho technických zařízení dnes již nemůže fungovat bez pokročilého softwaru. Uveďme například obráběcí stroje, automobily, vlaky, pásové dopravníky zavazadel nebo vyhřívací či chladicí systémy. Automatizační technologie jsou v současnosti nejen v průmyslu, ale i v každodenním životě natolik běžné, že jsou považovány za samozřejmost. Řada z nich však stále pracuje izolovaně a není schopna komunikovat na digitální úrovni s jinými systémy. To se ale brzy změní. Stojíme na prahu doby, kdy se vše propojí do jediné, tzv. end-to-end sítě: v mnoha průmyslových oborech se tento proces již úspěšně nastartoval. Nezastavitelný trend k plné automatizaci se dotýká všech oblastí průmyslu. Řídicí mikrosystémy se aplikují již do nejmenších zařízení a z druhé strany neexistuje hranice ve velikosti či složitosti podniku, ve kterém by se řídicí systémy nemohly uplatnit. Všechny tyto aplikace mají jedno společné: hlavní a poslední metodou optimalizace je software. Společně s automatizací pracovního prostředí a konkrétních produktů, strojů a systémů dochází postupně i k digitalizaci vývoje a ochrany produktu, včetně celého procesu jeho návrhu a konečné realizace. CAD (Computer-aided Design, počítačem podporované navrhování) je technologie zastřešující oblast vytváření návrhů výrobků, které se mohou následně zpracovat na CNC strojích (Computer-numeric Control, numerických, počítačem řízených) s pomocí CAM programů (Computer-aided Manufacturing, počítačem podporovaná výroba). Digitální modely se testují s pomocí CAE (Computer-aided Engineering, počítačem podporované inženýrství), místo toho, aby se stavěly drahé prototypy. Nové závody, do kterých se má instalovat výrobní zařízení, se nejdříve naplánují jako „digitální továrny“ na obrazovkách počítačů. Virtuálně tedy všechny systémy začínají pracovat mnohem dříve, než jsou fyzicky skutečně nainstalovány. SOFTWARE, SOFTWARE A ZASE SOFTWARE Software je hnací silou ve všech stadiích vzniku produktu – od prvotního nápadu přes konkrétní návrh, vývoj, testování a ověřování až po plánování výroby a její realizaci. Výsledkem tohoto trendu je úplně nový způsob fungování podniku. Virtuální model se stává čím dál důležitější a dostupnost tohoto modelu začíná být klíčovým faktorem úspěšnosti daného podniku. Dodavatelé kompletních řešení proto musejí být schopni zákazníkům nabídnout nejen software pro vývoj a výrobu samotných produktů a systémů, ale také software pro návrh, plánování a řízení celé továrny, včetně managementu toků služeb i materiálů do a z továrny. Říká se tomu Product Lifecycle Management neboli PLM (správa životního cyklu výrobku). VYBÍRAT JE Z ČEHO Během posledních patnácti let se sériová výroba vyvinula do velkoobjemové individuální výroby. Řadu produktů si dnes můžete objednat z katalogu, ve kterém se vám nabízejí desítky, někdy i tisíce či ještě více možností kombinací barev, tvarů, přídatných opcí. Tato obrovská nabídka je možná jen díky existenci softwaru, který si dokáže s tímto množstvím informací a s takto velkým stupněm komplexity výrobku poradit. Experti odhadují, že objem digitálních dat narůstá každých pět let s faktorem deset. Nárůst množství dat je přitom asi dvakrát rychlejší než nárůst paměťových kapacit. Tato situace se opět dá zvládnout pouze s vysoce inteligentním softwarem. Digitalizace však dále pokračuje. Proniká do všech oblastí společenského života a je stále běžnější, že produkty, procesy, servis i pravidla a omezení jsou propojeny do sítě softwarovým řízením a také přes internet. SAMOTÁŘI NEBUDOU MÍT ŠANCI V současné době většina podniků využívá software a s ním spojené vizualizace a komunikační technologie v samostatných celcích fungujících v jednotlivých úsecích. S tím si však do budoucna nevystačí. Strategická cesta je jiná: po digitalizaci jednotlivých oddělení musí následovat standardizace založená na jednotných a otevřených pravidlech. To znamená, že místo toho, aby se vytvářel vždy nový software pro jednotlivé funkce, vytvářejí se rovnou celé platformy pro větší množství aplikací. Místo změti vzájemně nekomunikujících systémů v jednotlivých oblastech budou v blízké budoucnosti fungovat celková řešení propojená softwarem do sítě a budou natolik široká, že vzájemně spojí poskytovatele servisních služeb s firmami i zákazníky. Podmínkou realizace této vize je, aby společnosti důsledně dodržovaly mezinárodně platné průmyslové standardy. Vysoký stupeň uniformity, integrace, budování sítí a především konzistentní data – to budou již brzy měřítka, podle nichž se budou v blízké budoucnosti průmyslové podniky poměřovat. Komplexita výroby ještě výrazně vzroste, ale současně se zdokonalí i software, který ji pomůže usměrnit a naopak zprůhlední uživatelům produkty, řešení i servis. PLM není software Co to tedy vlastně je? PLM je princip, který vzájemně propojuje dokonce hned několik softwarů. Stejně jako v automobilu musí jednotlivé komponenty přesně plnit svá poslání a společně tvořit jediný celek – plně funkční auto – tak i v rámci digitální továrny musejí všechny softwary dokonale fungovat ve vztahu k celku. To zajišťuje právě PLM. PLM ale ani není totéž jako datový management (PDM – Product Data Management), se kterým se velmi často zaměňuje. Úkolem PDM je sledovat a kontrolovat data, která se vážou k danému produktu. PDM je součástí PLM, jehož význam je mnohem širší. Kromě „života“ vlastního produktu se věnuje také například managementu řetězce subdodavatelů, outsourcingu výroby, logistice dopravy, dodacím lhůtám nebo servisu. PLÁNOVÁNÍ PLM koncept se začíná formovat v první fází plánování. Veškerá data spojená s virtuálním produktem se spojují s virtuální výrobou. Simulují se toky materiálů a výrobní postupy, které se následně optimalizují. V této fázi se celý model rovněž rozšiřuje o spolupráci s dodavateli a výrobci produkčních strojů. Výhodou tohoto postupu je, že se na výsledky ze simulované výroby mohou ihned podívat produktoví designéři a koncový produkt mohou ještě upravit tak, aby co nejlépe vyhovoval podmínkám reálné výroby. Díky tomu se produkt dostane na trh v mnohem kratším čase, a navíc se výrazně zvýší produktivita i efektivita jeho výroby. NÁVRH Během této fáze se uskutečňují všechna důležitá rozhodování o produktu. Kromě jeho konečné podoby se musejí navrhnout všechny mechanické i elektrické části, složitá elektronika a software. Vše přesně na míru a tak, aby to vzájemně co nejlépe fungovalo. Cílem je, aby se všechny tyto „disciplíny“ co nejvíce vzájemně propojily a nepracovalo se na nich souběžně ani postupně, ale jakoby to byla disciplína jediná. K tomu se využívají softwarová řešení, jakým je NX – komplexní CAx řešení společnosti Siemens, které přináší výkonné nástroje pro design, simulaci, dokumentaci, přípravu výroby i samotnou výrobu. V dnešní době se již v podstatě nemusejí vůbec vyrábět reálné zku šební prototypy, které byly drahé, a navíc se při jejich navrhování nebo ve výrobě často udělaly chyby a prototyp se musel předělat nebo udělat úplně znovu. To dále významně navyšovalo cenu koncového výrobku. Dnes již dokážeme vyrobit téměř cokoli – nejdříve tzv. nanečisto v počítači a pak rovnou bezchybně v reálném provoze. VÝROBA Podmínkou pro správné naplánování výroby je mít od samého začátku přesné informace o finálním produktu. Pak už není nic jednoduššího než začít s plánováním vlastní výroby. Nástroje produktové řady Tecnomatix umožňují průmyslovým podnikům nasadit do praxe filozofii digitální továrny. Pojem digitální továrna označuje rozsáhlou síť digitálních metod, modelů a nástrojů, které jsou integrovány v rámci průběžného řízení dat. Cílem je komplexní a systémové plánování, projektování, ověřování a průběžné zlepšování všech důležitých procesů a zdrojů reálné továrny. PODPORA Důležitou fází v životním cyklu výrobku je jeho provoz. Čím lépe může být produkt servisován, tím snadnější práci pak později servis bude mít a zákazník se může těšit z dlouhého a spolehlivého fungování produktu. Toto je zvlášť důležité u věcí s dlouhou plánovanou životností, u kterých se investice navracejí za relativně dlouhou dobu – například letadla a ropné soupravy. I toto lze ošetřit softwarově. Softwarový produkt Siemens Teamcenter je postaven tak, aby hned od samého začátku fáze návrhu produktu docházelo ke kontrole a optimalizaci veškerých dat s ohledem na jeho pozdější servis či modernizaci, ke kterým bude během jeho životního cyklu docházet.. ?Andrea Cejnarová