Články
Digitální továrna doslova na dosah ruky
13. 9. 2018 - Tereza Valvodová - Siemens, s.r.o.
Průmyslová výroba se nachází na prahu rozsáhlých změn, které v následujících letech změní její celkovou podobu. Vize Průmyslu 4.0, která byla ještě donedávna pouhým virtuálním konceptem, je dnes již plně funkční realitou, kterou si můžete i „osahat". Příkladem jedné z prvních realizací koncepce Průmyslu 4.0, továrna s vůbec prvním digitálním provozem na světě, je výrobní závod společnosti Siemens v německém Ambergu.
Produkty v tomto provozu již komunikují s výrobními stroji a IT systémy řídí a optimalizují veškeré procesy s cílem snížit chybovost na absolutní minimum. Přes maximální automatizaci vás ale možná jedno překvapí – bez lidské pomoci se však výroba stejně neobejde.
Tlak ze strany zákazníků na snižování cen produktů a služeb je v současnosti tak veliký, že se výrobci musí snažit být flexibilnější a efektivnější. Zároveň zákazníci žádají individuálnější přístup a řešení ušitá přímo na míru při zachování současné ceny a zvýšení produktivity. Kyberfyzické systémy, napojení na internet, virtuální simulace a digitální továrny. Průmysl bude stále více využívat big data a business inteligence k plánování a optimalizaci výrobního procesu. Výrobní sítě a procesy propojí prvky virtuálního a reálného světa a kdysi nedohledné vize se stávají skutečností.
Továrna, která boří mýty o čistotě v průmyslovém prostředí
Všude panuje chirurgická čistota bez mikrobů. Smítko prachu na podlaze byste hledali marně. Zaměstnanci v modrých kombinézách se tiše pohybují po absolutně čistých podlahách. V řadě stojící modrošedé skříně strojů dosahují výše hrudi. Monitory mezi nimi zobrazují obrovské množství dat, která se na displejích posunují dolů jako vodopády. Kontrolky blikají červeně a zeleně, zatímco dlouhé řady halogenových světel zaplavují halu jasným, chladným světlem. Montážní linky klapají, vysokozdvižné vozíky hučí a pneumatické ventily syčí. Prostředí, které na první pohled vypadá stejně antisepticky jako operační sál v nemocnici, je ve skutečnosti tovární halou závodu Siemens Elektronikwerk Amberg (EWA).
Závod EWA byl založen v roce 1989 na výrobu programovatelných logických automatů PLC (Programmable Logic Control) Simatic. Jedná se vlastně o malé průmyslové počítače, řídicí jednotky pro automatizaci procesů v reálném čase. Tato zařízení se používají k automatizaci strojů a zařízení s cílem ušetřit čas a peníze a zvýšit kvalitu produktů. PLC Simatic řídí výrobní procesy v nejrůznějších průmyslových odvětvích, od automobilového až po farmaceutický, uplatnění ale nachází také při ovládání lyžařských vleků nebo jako součást palubních systémů výletních lodí.
Siemens je největším dodavatelem PLC na světě. Závod EWA vyrábí 15 milionů PLC Simatic ročně. Při 230 pracovních dnech za rok to znamená, že v Ambergu vyrobí jednu řídicí jednotku za sekundu.
Defekt jako ohrožený druh
Výroba je v závodě EWA převážně automatizována. Stroje a počítače obsluhují dvě třetiny činností v celém řetězci, zbývající práci vykonávají lidé. Lidská ruka se do výroby zapojí pouze na počátku jejího spuštění, například když pracovník pokládá první součástku (prázdnou desku plošných spojů) na výrobní linku. Od tohoto okamžiku běží všechno automaticky. Nejzajímavější však je, že výrobu jednotek Simatic zde řídí samy Simaticy, tzn., že vlastně řídí výrobu sebe sama. V celém výrobním řetězci, od začátku výrobního procesu až po okamžik expedice je zapojeno přibližně 1000 zařízení PLC.
Impozantní je ale především kvalita výroby, které zde dosahují. Výsledná cifra ukazuje neuvěřitelných 99,9988 % a těch několik závad, k nimž dochází, spolehlivě odhalí řada zkušebních stanic. Minimální procento chybovosti dělá ze závodu celosvětový unikát. Jednotlivé produkty automatizační techniky putují k více než 60 000 zákazníkům po celém světě.
Přes 60 tisíc zákazníků po celém světě
Na začátku výrobního procesu přináší dopravní pásy prázdné desky plošných spojů k tiskacímu zařízení, které fotolitografickým procesem nanáší bezolovnatou pájecí pastu. V dalším kroku připevňují osazovací hlavy jednotlivé součástky, jako jsou rezistory, kondenzátory a mikročipy, na desky plošných spojů. Nejrychlejší výrobní linka dokáže připevnit 250 tisíc součástek za hodinu – a tento proces je řízen jednotkami Simatic. Po dokončení letování jsou desky testovány optickým systémem, jehož kamera prověřuje umístění přiletovaných součástek, zatímco rentgenový přístroj zkontroluje kvalitu spojů. Poté je každá deska vložena do pouzdra, které je následně opětovně testováno a odesláno do expedičního centra v Norimberku. Odtud jsou zařízení PLC zasílána více než 60 tisícům zákazníků po celém světě. Přibližně 20 procent výroby směruje do Číny, zbývající část míří převážně do Německa, USA a Itálie.
Přestože je výroba v Ambergu vysoce automatizovaná, jsou to lidé, kdo nakonec rozhoduje o úspěšném výsledku. Například Johannes Zenger dohlíží na zkušební stanici pro kontrolu osazených desek plošných spojů, ačkoli on sám součástky a elektronické obvody netestuje. Každá deska má svůj vlastní unikátní čárový kód, díky němuž může komunikovat s výrobními stroji.
Továrna budoucnosti
Amberský závod Siemens EWA je ukázkovým příkladem realizace digitální továrny Siemens (Siemens Digital Enterprise), tedy výrobního prostředí, které by se do několika let mohlo stát standardem. Pod pojmem Digital Enterprise (Digitální továrna) představila společnost Siemens portfolio řešení, která pomáhají implementovat koncept digitální výroby do podniků různých velikostí. Cílem je postupná digitalizace všech kroků výrobního řetězce a jejich začleňování nejen do komplexního výrobního procesu, ale i do celé dodavatelsko-odběratelské sítě.
Ústředním motivem čtvrté průmyslové revoluce, na kterou Německo zareagovalo vytvořením konceptu Průmyslu 4.0, je propojení skutečných a virtuálních výrobních světů. Továrny budoucnosti budou z velké části schopny řídit a optimalizovat samy sebe. Produkty a stroje si samy mezi sebou určí, jaké části na kterých výrobních linkách mají být dokončeny nejdříve, aby byly dodrženy termíny dodávky. Nezávisle pracující počítačové programy, známé jako softwaroví agenti, budou sledovat každý krok a zajistí soulad s výrobními předpisy.
Toto je už ale v amberském závodě Siemens EWA realitou a řada těchto řešení zde funguje v běžném provozu. Díky identifikačním systémům Simatic Ident si mohou výrobky řídit svůj vlastní výrobní proces. Optické kódy (QR kódy), které jsou připevněny ke každému polotovaru, v sobě obsahují informace o výrobku i o potřebných krocích, kterými výrobek musí projít, aby se z něj stal hotový produkt. Díky těmto kódům komunikuje výrobek přímo s výrobními stroji.
Bez lidí to nepůjde
Přestože většinu výkonných pracovních úkonů zajistí stroje, digitální továrna se bez lidské ruky neobejde. Navzdory vysoce automatizovaným procesům hrají v amberském závodě lidé stále prim, a to především v oblastech vývoje a designu produktů, výrobního plánování a řešení neočekávaných událostí. Nepředpokládá se, že budou v dohledné době existovat stroje, které budou schopny myslet absolutně nezávisle a pracovat inteligentně bez lidské pomoci.
Cílem továren budoucnosti není vytvořit místo bez pracovníků. Toto zjištění potvrzuje pohled do haly EWA, kde v jedné směně pracuje přibližně 300 lidí. Celkem má EWA cca 1 200 zaměstnanců. Samotné stroje jsou sice efektivní, ale neumějí vymýšlet nápady, jak celý systém vylepšit. Zlepšovací návrhy zaměstnanců v Ambergu se podílejí 40 procenty na každoročním zvyšování produktivity. Zbývajících 60 procent je výsledkem investic do infrastruktury, což představuje zejména pořízení nových montážních linek a inovativního logistického zařízení. Jen v roce 2013 přijal závod EWA 13 tisíc těchto nápadů a zaměstnancům za ně zaplatil celkem 1 milion eur na odměnách.
Sedminásobně vyšší výroba
Princip výroby a vlastně ani sám závod se od roku 1989 příliš nezměnily. Co je ale dramaticky jiné, jsou pracovní postupy a dosažené výsledky. Přestože výrobní plocha zůstala beze změny a počet zaměstnanců se téměř nezvýšil, vyrábí závod nyní sedmkrát více kusů než v roce 1989. A co je ještě důležitější, výrazně se zvýšila také kvalita. Zatímco v roce 1989 měl tento výrobní závod 500 defektů na milion vyrobených kusů, nyní to je pouhých 12 defektů.