Aditivní výroba, kolaborativní roboti, digitální dvojče. Do výrobních hal stále více pronikají nové technologie a přizpůsobují současné výrobní metody požadavkům 4. průmyslové revoluce.
Základem Průmyslu 4.0 ale nejsou jen jednotlivé inovace, ale především ucelené informačně-technologické infrastruktury. Podobnou infrastrukturu tvoří i systémy pro lokalizaci a sledování v reálném čase – RTLS. Lokalizační platforma SIMATIC RTLS společnosti Siemens vám umožní vytvořit flexibilní, samoorganizující se výrobní a logistické koncepce.
Pro řadu uživatelů se digitalizace již dávno stala realitou. Dnes už například najdeme jen několik málo jedinců, kteří by si přes příslušnou aplikaci nezkontrolovali jízdní řády vlaků, a existuje jen pár uživatelů chytrých telefonů, kteří by je nevyužívali k chatování nebo zasílání e-mailů. Digitální a mobilní služby pronikly do našeho každodenního života již natolik, že můžeme vytvářet nové obchodní modely a měnit tak i celkovou strukturu průmyslu: například sdílená taxislužba Uber by bez digitálních technologií nebyla vůbec myslitelná. Chatovací a messenger služby, jako je například WhatsApp, pro něž je klasická funkce telefonu pro mnoho lidí již zcela zastaralá, se na trhu objevily jen díky novým možnostem digitalizace.
Infrastruktura jako základní podmínka digitalizace
Úspěch digitálního příběhu však nevychází pouze z viditelných změn, ale je založen na oku skrytých infrastrukturách a platformách. Například messenger služby využívají možnosti připojení k internetu – kdykoli a odkudkoli, a bez internetu by všechny algoritmy a databáze úplně pozbyly významu. Skutečným motorem digitalizace jsou proto vysoce výkonné komunikační sítě a snadno rozšiřitelné platformy.
I v průmyslu se digitalizace zaměřuje především na inovativní služby a koncepty – obrazně řečeno na „aplikace“. Významnou úlohu zde hrají zejména inovativní výrobní systémy, které slibují jedinečnou flexibilitu a zároveň vyšší produktivitu průmyslové výroby. Výroba budoucnosti bude mobilní: autonomní automaticky naváděná vozidla (AGV) a kolaborativní roboti rozmístění mimo chráněné výrobní buňky skoncují s rigidním uspořádáním navzájem propojených linek a nahradí je vysoce dynamickými strukturami s vlastní organizací. Do těchto systémů mohou být snadno začleněny nové stroje pro další fáze výroby nebo rozšíření kapacity jednotlivých stanic bez nutnosti provádět nákladné a komplexní úpravy stávající dopravníkové technologie.
Přístup do cloudu a lokalizace
Podobně jako běžné spotřebitelské aplikace vyžadují i průmyslové aplikace výkonnou infrastrukturu. Na jednu stranu by měla poskytovat neustálý přístup ke komunikačním sítím – dostupnost připojení k bezdrátové síti na každém místě výroby a výkonné propojení s možností přesměrování až do cloudu. Na druhou stranu je nezbytné zajistit nové infrastrukturní služby, které automaticky a s dostatečnou přesností zachytí pohyb všech objektů ve výrobním zařízení a příslušná data předají dál v reálném čase systémům digitálního řízení, monitorování a dokumentace. Lokalizace v reálném čase se musí stát součástí digitální infrastruktury a umožnit tak vytvoření vhodných podmínek pro mobilizaci výroby.
Systém pro lokalizaci v reálném čase (RTLS) společnosti Siemens obsahuje tři systémové komponenty. Na pohyblivých objektech – výrobních prostředcích, zboží, dopravních systémech nebo na vlastních produktech – jsou připevněny transpondéry, např. Simatic RTLS4030T, které detekují polohu a obsahují jedinečné identifikační číslo. Bezdrátová síť kotev a bran zachycuje pohyb těchto transpondérů každou sekundu a určuje jejich pozici formou 2D nebo 3D souřadnic. Kotvy zacílí pouze na transpondéry, zatímco brány poskytují rozhraní pro vyhodnocovací lokalizační software. Všesměrová charakteristika integrované antény vyžaduje, aby byly kotvy a brány pro Simatic RTLS připevněny ve volném prostoru pro zajištění optimálního pokrytí. Díky komunikaci PoE (Power-over-Ethernet) stačí pro provoz bran jeden komunikační kabel; ke kotvám se připojuje pouze přívod napětí.
Sofistikovaný software Locating Manager přebírá informace z bran a přenáší je do nadřazených cílových systémů, které se liší v závislosti na typu lokalizovaného objektu a skutečné poloze. Pozice robotů musí být například odeslány do řídicího systému výroby, zatímco poloha produktů musí být přenesena do řízení obchodu, řídicích systémů jednotlivých výrobních strojů, nebo do rozhraní zákazníka tak, aby zákazník měl jasnou představu o aktuální situaci a stavu v reálném čase, což vytváří základ pro přesné plánování typu „just-in-time“ a „just-in-sequence“. Architektura softwaru Locating Manager (LM) změní klasickou automatizační pyramidu: místo toho, aby software (LM) předal data z výroby nejprve na úroveň řízení a po jejich agregaci a přefiltrování dále do IT systémů, vytvoří jakýsi informační uzel, který prostřednictvím serveru slouží jednotlivým cílovým systémům, jako jsou programovatelné automaty (PLC), systémy řízení výroby (např. WinCC) nebo výrobní informační systémy (MES). Výhodou je, že různé aplikace mají k dispozici stejné informace – a bez dalšího úsilí.
Inovativní, a přesto vyspělý
Systém RTLS je ve skutečnosti na trhu již několik let, ale předchozí verze byly často náročné na instalaci, měly omezenou přesnost a/nebo byly příliš nákladné. Nová technologie UWB (širokopásmová radiová technologie) využitá v Simatic RTLS tato omezení překonává. Umožňuje přesnou lokalizaci v řádu centimetrů a zachytí tisíce transpondérů v komplexním prostředí výroby (např. v celé výrobní hale). Byla prodloužena i životnost baterií transpondéru, aby bylo možné zaručit funkčnost systému po několik let. Technologie UWB-RTLS tak nabízí správnou rovnováhu údržby, přesnosti a nákladů, a dokáže tak splnit požadavky na digitální infrastrukturu. Další data lze navíc přenášet obousměrně, což umožňuje využití transpondérů s dalšími čidly nebo displeji, nebo připojení k inteligentním mobilním systémům. Zaměstnanci si tak mohou shromažďovat nebo zobrazovat poziční a stavové informace.
Aplikace v prostředí chytré továrny
V chytré továrně budoucnosti bude technologie RTLS tvořit neodmyslitelný základ pro využití inteligentních výrobních jednotek. Se stroji a zařízeními zde budou spolupracovat nejrůznější výrobní prostředky, např. dopravní vozíky a mobilní roboti. Umístění stroje nebo robota bude v tomto prostředí proměnným faktorem, což umožní vytvářet autonomně řízené a vysoce účinné pracovní postupy na základě znalostí o aktuálním prostorovém uspořádání závodu. Díky charakteristice této infrastruktury bude možné v rámci jedné instalace realizovat nejrůznější aplikace.
Přesně to znamená, že:
- bude možné sledovat vyskladnění materiálu ze skladu a zajistit tak správné využití komponent
- bude možné řídit montáž velkých produktů (např. generátorových soustav, pohonů, speciálních strojů, letadlových částí), kde je využití jiných identifikačních technologií značně technicky nebo ekonomicky problematické kvůli jejich struktuře
- bude možné zdokumentovat vložení nástroje na základě identifikace příslušného utaženého šroubu podle polohy xyz a porovnání s 3D modelem a uložit data společně s daty daného nástroje (např. krouticí moment) do databáze produktu
- bude možné provádět automatické sledování zásob a optimalizovat tak využití pomocných systémů, jako jsou kontejnery, paletové klece nebo nástroje
- bude možné sledovat polohu finálních výrobků a minimalizovat vyhledání v případech, kdy jsou produkty dočasně umístěny ve skladu kvůli přerušení výroby, chybějícím částem, poruchám atd.
- a mnohem více.
Podmínkou ekonomicky výhodného nasazení systému RTLS je jeho využití ve větším počtu aplikací. Přestože některé aspekty systému mohou již samy o sobě příznivě ovlivnit návratnost investic, každá další aplikace přináší dodatečné výhody. Vzhledem ke komplexnosti celého systému doporučujeme postupné zavádění. Po zavedení první aplikace a s ní spojené instalaci infrastruktury lze postupně zavádět a aktivovat další. Rozšiřitelnost systému RTLS tento přístup podporuje: připojení dodatečných kotev zajistí snadné pokrytí dalších výrobních prostor. Kromě potřebného napájení nejsou pro instalaci systému stanoveny žádné další požadavky. To samé platí pro přesnost systému: i zde se přesnost zvyšuje s postupným zaváděním dalších kotev.
Základ továrny budoucnosti
Základním předpokladem pro fungování inovativních výrobních systémů a digitalizace výroby jsou vysoce výkonné infrastruktury realizované prostřednictvím průmyslových komunikačních sítí a lokalizačních systémů pracujících v reálném čase. Nabízejí nejrůznější možnosti využití a velice slibné výhody. Díky možnosti začlenění RTLS do IT systémů a cloudových aplikací a kombinaci s inovativní výrobou a dopravními systémy tvoří RTLS základní pilíř chytré továrny budoucnosti.
Více informací naleznete na siemens.cz/prumyslova-identifikace
