Smart Factory - what will bring us?

Krátce do historie

Sou�asná pr�myslová revoluce je v �ad� ji� �tvrtá po�ínaje pr�myslovou revolucí na konci 18. století, která znamenala p�íchod prvních stroj� do výroby. O 100 let pozd�ji další revoluce ve výrob� p�inesla sériovou a pásovou produkci, která byla zdokonalena v sedmdesátých letech minulého století díky vyu�ití po�íta�ových systému. A nyní propojení po�íta�ového �ízení do sít� nastoluje další, v �ad� ji� �tvrtou revoluci v pr�myslové výrob�.

Pr�mysl 4.0 pop�. „rEvoluce“ je p�vodn� technologická strategie n�mecké vlády. Ta po�adovala po lídrech n�meckého pr�myslu a v�dy p�edpov�d�t sm�ry vývoje lidské spole�nosti a definovat, jak by m�lo N�mecko na takový vývoj reagovat, aby se udr�elo na technologické špi�ce. P�vodn� n�mecká strategie je nyní celosv�tov� uznávaný a akceptovaný p�ístup k rozvoji pr�myslové výroby. Setkáváme se s názvy „Smart Factory“,“Internet of Things“, „Big Data“, kyberfyzikální systémy apod. Slovo smart nacházíme ve spojení tém�� s �ímkoliv. Co si ovšem máme p�edstavit p�i spojení slov smart a pr�myslová výroba?

Smart Factory = chytrá továrna

Výkon po�íta�� za poslední, velmi krátké období neuv��iteln� vzrostl, jednotlivé systémy jsou vzájemn� propojené a zpracovávají obrovské mno�ství dat. To je obecn� známý fakt. Po�íta�e se implementovaly v pr�myslové výrob� a �ídí �ím dál slo�it�jší operace. Stále ovšem za ú�asti lidí. Nová pr�myslová revoluce s sebou p�ináší ješt� intenzivn�jší robotizaci a automatizaci. Dnešní produkce �ehokoliv je ohromná a jednicové náklady se sni�ují práv� díky rozpušt�ní vstupních a provozních náklad� do miliónových výrobních sérií. Jen�e dnešní spot�ebitel je u� jiný ne� d�íve. Chce pro sebe individuální �ešení, aby nepotkával další tisíce lidí nap�. ve stejné košili. Jak na to? Tak zvanou customizací, tedy úpravou / zm�nou výrobku podle individuálního po�adavku zákazníka.

A dostáváme se k jádru v�ci: mít levný, ale zárove� jedine�ný výrobek. V tomto bod� nastupuje výhoda chytré továrny. Nejen�e si zákazník m��e nakonfigurovat sv�j výrobek, m��e si jej do výroby dálkov� (p�es internet) zadat a výroba si „upraví“ postupy podle tohoto zadání, �ím� automaticky a samostatn� zareaguje na pot�eby zákazníka. A to všechno p�i zachování ur�ité velkosériovosti. Budoucí výrobní prost�edky budou toti� vzájemn� propojeny s centrálním systémem v jednu sí�. Objednaný výrobek ponese od po�átku jednozna�nou identifikaci (nap�. natišt�ný QR kód nebo bezdrátový identifikátor RFID). Stroj si ve zpracovatelském �et�zci p�ed operací p�e�te, o jaký výrobek se jedná, z databáze si nahraje, jaké operace se musí na výrobku provést a zp�t do databáze ulo�í informace o podmínkách realizované výroby (kvalitativní a procesní parametry). Pak nechá výrobek p�esunout do dalšího stroje na provedení následných operací. A to vše bez nutnosti lidského vstupu. Lidský mozek se toti� díky své omezené datové kapacit� a rychlosti stává úzkým hrdlem v rozhodovacím procesu výroby. Jednotlivé stroje tak budou sice stále propojeny v linku, ale ka�dý stroj bude automaticky podle pot�eby reagovat a p�izp�sobí sv�j výrobní postup po�adavku.

Tento futuristický p�ístup prakticky znamená, �e továrny budoucnosti budou sestaveny ze samostatných výrobních bun�k komunikujících s dalšími systémy a fyzicky propojených n�jakým dopravníkem pro p�esun výrobk�. Lidská obsluha bude vysoce kvalifikovaná a p�evá�n� pouze dozorující. Na ka�dém výrobku se provedou jen po�adované operace a ka�dý výrobek bude mít sv�j rodný list, tj. historii vzniku a výsledky výstupního testování parametr�.

Nov� navrhované komunika�ní protokoly pro vým�nu dat mezi (nejen výrobními) za�ízeními stejn� jako obrovská datová úlo�išt� s tímto p�ístupem ji� po�ítají. V dnešní dob� je datový tok mezi r�znými za�ízeními p�ipojených do celosv�tové sít� ji� realitou. A to nemluvíme pouze o po�íta�ích, tabletech a telefonech, ale také o bankomatech, automatech na jízdenky, platebních terminálech apod.  P�edpokládá se, �e do p�ti let bude v síti spolu komunikovat dvojnásobek za�ízení ne� dnes, tedy 50 mld. za�ízení (!).

Konkrétní aplikace p�ístupu Pr�mysl 4.0 spole�nosti Arburg

Na Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brn� spole�nost Arburg vystavovala aplikaci, která ukazuje mo�nosti tohoto nového p�ístupu. Byly zde vyráb�ny n��ky, a to ve �ty�ech variantách (pro leváky a praváky, špi�até nebo zakulacené). Ka�dé n��ky bylo mo�né vyrobit s individuálními rysy. V prvním kroku si návšt�vník zvolil typ n��ek a zadal data do systému. Budoucímu výrobku – n��kám byla p�id�lena jedine�ná identifikace - �íslo. Návšt�vník obdr�el RFID �ipovou kartu s ulo�enými daty jako po�adavek na výrobu.

Obr. 1: Stroj Allrounder 370 E s automatizací tvo�í základní výrobní bu�ku datov� napojenou do nad�azeného systému �ízení
Obr.2: Za�ízení freeformer pro aditivní výrobu dílc�; v rámci prezentované výroby p�edstavoval druhou výrobní operaci

Po vlo�ení karty do �tecího za�ízení vst�ikovacího stroje Allrounder 370 E vybaveného automatizací Multilift  výrobní bu�ka vyrobila odpovídající n��ky, které byly p�i výstupn í kontrole opat�eny laserovým popisem – QR kódem. Zárove� se údaje o výrobním procesu (procesní a kvalitativní parametry – nap�. doba cyklu, dávka, dotlak, zpracovatelské teploty aj.) ulo�ily do databáze. V následujícím výrobním kroku byly n��ky individualizovány na p�ání zákazníka. Aditivní výrobou pomocí za�ízení freeformer byly n��ky opat�eny jedine�ným popisem – podpisem nebo textem, které návšt�vník napsal na dotykový displej p�i „objednání“ výroby t�chto n��ek. Stroj freeformer si p�e�etl QR kód vlo�ených n��ek, z databáze si na�etl pot�ebné údaje pro popis a provedl potisk.

Návšt�vník si po dokon�ení výroby na�tením QR kódu z n��ek mohl na svém mobilním smart za�ízení (telefon, tablet) vyvolat údaje o výrob� produktu. Sta�í mít aplikaci na �tení kódu a p�ístup na internet. Tato aplikace demonstruje základní myšlenku Pr�myslu 4.0, tzn. datového a produk�ního propojení sériové konven�ní výroby zpracování plast� vst�ikováním a aditivní výroby pomocí 3D tisku s výslednou customizací výrobku.

Úskalí spojená s p�ístupem Pr�mysl 4.0

P�esto�e diskuze o další pr�myslové revoluci jsou zde po mnoho let, praxe prozatím na zavedení nových postup� p�ipravená není. Otevírají se nové mo�nosti vyu�ití technologie, zefektivn�ní výroby, zkrácení výrobního cyklu, sní�ení zmetkovitosti, propojení virtuálního sv�ta internetu s reálným sv�tem. Má to však i svou druhou stránku. Ponecháme-li stranou technologickou náro�nost, nep�ipravenost praxe je p�edevším v legislativní rovin�. P�esto�e ji� existují ur�ité pokrokové technické standardy v komunika�ní a datové sfé�e, prozatím není legislativn� do�ešena nap�. spolupráce �lov�ka s robotem. Nová za�ízení by m�la stále více vyu�ívat robot� pracujících p�ímo vedle �lov�ka. Bohu�el nebo bohudík není mo�né veškeré výrobní úkony robotizovat. �lov�k je pro n�které aktivity nenahraditelný a p�i po�adavku Pr�myslu 4.0 bude muset dojít k za�len�ní robota a �lov�ka do jednoho výrobního systému.

Pohyby robota p�edstavují riziko zran�ní nebo úmrtí osoby nacházející se v dosahu robota. Na trhu jsou dnes roboty, které toto riziko minimalizují. Jsou opat�eny rychlou a citlivou senzorikou, která robota p�i ne�ádoucím kontaktu v�as „vypne“. Ovšem stále zde z�stává otázkou nap�. nástroj – chapadlo, které robot „dr�í“. Pokud toto chapadlo má ostré hrany, pohyby robota ji� nejsou bezpe�né a jeho senzorika osobu neuchrání. Navíc stávající legislativa týkající se bezpe�nosti strojních za�ízení neumo��uje postavit na lince vedle sebe robota a �lov�ka. Nebezpe�ný prostor robota musí být v�dy odd�len n�jakou pevnou p�eká�kou od lidské obsluhy, pop�. musí být nebezpe�ný prostor monitorován prostorovými sensory, které p�i p�iblí�ení �lov�ka do dosahu robota jeho pohyby zpomalí nebo zcela zastaví. V tomto sm�ru je po�adavek na maximální robotizaci výroby se za�len�ním lidí p�ímo do robotizované linky v tuto chvíli nerealistický. Navíc samotný proces novelizace technických norem podle nejnov�jších v�deckých poznatk� v�dy �asov� pokulhával za rychlým vývojem teorie i praxe.

Obr.3: Díky svému produktovému portfoliu je spole�nost Arburg schopna dodávat za�ízení do digitální továrny budoucnosti ji� dnes

P�ipojení jednotlivých výrobních za�ízení do sít� p�inese v�tší riziko kybernetické kriminality. Nebezpe�í elektronického napadení systému zven�í samoz�ejm� existuje i dnes a firmy si musí svá data velmi st�e�it. Situace se ovšem výrazn� zkomplikuje, kdy� smart výrobní za�ízení budou komunikovat s okolním sv�tem zcela autonomn�.  �ím více je za�ízení autonomn�jší a „chyt�ejší“, tím více musí být zabezpe�eno proti ne�ádoucímu elektronickému útoku zven�í. Ka�dá smart továrna se pak m��e dostat do hledá�ku r�zných hackerských skupin a� u� jen pro prosté pobavení zastavit nebo p�eprogramovat n�kde výrobu nebo se zám�rným cílem navodit maximální škody zni�ením dat a vy�azením systému. Na toto nejsou legislativa ani provozovatelé takté� p�ipraveni.

V neposlední �ad� p�ístup Pr�mysl 4.0 p�ináší obrovský rozsah sledování pohybu zbo�í. Identifikované výrobky bude mo�né sledovat nejen p�i jejich zrodu, ale p�i u�ívání a likvidaci. A s ním se do sledování dostává i u�ivatel, který bude jednozna�n� s výrobkem spojen ji� p�i jeho nákupu. Sledování v�cí se tak m��e rychle a jednoduše p�eklopit ve sledování lidí. Samoz�ejm� je zde námitka o obrovském mno�ství dat a nemo�nosti jejich zpracování nebo vyu�ití. Téma „Big Data“, „Cloudu“ – tzn. virtuálních úlo�iš� a jejich vyu�ití/zneu�ití je takté� velmi diskutovaným tématem dneška a aplikací myšlenek Pr�myslu 4.0 bude tato otázka ztráty svobody op�tovn� otev�ena a p�edpokládám, �e i vyost�ena.

Ka�dý nový vývojový posun má své pozitivní i stinné stránky. Je na nás, abychom si je v�as uv�domili a dokázali s nimi pracovat. Nový p�ístup Pr�myslu 4.0 nás postupn� bude nutit zm�nit konven�ní zp�sob uva�ování. Velký tlak na sni�ování náklad� v minulých letech vedl ve v�tšin� výrobních firem k velkému „uta�ení šroub�“. U� není p�íliš kde brát – lidské a technologické zdroje jsou optimalizovány, efektivní zacházení s energiemi probíhá. Další mo�nost úspor z�stává ji� pouze v reorganizaci a zefektivn�ní struktury �ízení. Co� Pr�mysl 4.0 nabízí.

Záv�r

�tvrtá pr�myslová rEvoluce je výsledkem obrovského skoku, který ud�lala po�íta�ová technologie v posledních letech.  Výrobní za�ízení budou mnohem flexibiln�jší a autonomní. Nabídnou netušené mo�nosti sériové výroby individualizovaných výrobk� s veškerou výhodou propojení virtuálního internetového sv�ta se sv�tem reálným. Nové technologie p�ináší ovšem také ur�itá úskalí, na která nejsme ješt� zcela p�ipraveni, a� u� po stránce legislativní nebo po stránce praktické. Pr�mysl 4.0 p�edstavuje krok, který je vývojov� nevyhnutelný, a rozbíjení stroj� (= robot�) d�lníky, jak tomu bylo na konci osmnáctého století, nic nevy�eší. �lov�k je tvor adaptabilní, musí se tedy p�izp�sobit i tomuto novému trendu a s rozumem vyu�ít obrovského potenciálu v n�m ukrytého.

www.arburg.cz