Jak technologia pozwala optymalizować produkcję? 

Wywiad z Karolem Staworko i Adamem Pozowskim

Cyfrowy Bliźniak, technologie brzegowe (Edge) i energooszczędne napędy to rozwiązania, które odpowiadają za dokonującą się właśnie czwartą rewolucję przemysłową. O zmianach, jakie wnosi do zakładów produkcyjnych digitalizacja oraz o tym, w jaki sposób pozwala ona zwiększyć efektywność produkcji rozmawiamy z Adamem Pozowskim oraz Karolem Staworko z Siemensa. 

Jakie najważniejsze trendy można obecnie zaobserwować w rozwiązaniach technologicznych dla przemysłu?

Karol Staworko: Na obecną chwilę, zawężając pole obserwacji do rynku maszynowego, ciągle rośnie zapotrzebowania na systemy automatyzacji i robotyzacji maszyn oraz linii produkcyjnych. Popularne sterowniki PLC posiadają coraz więcej funkcji związanych z technologiami przewidzianymi dla konkretnych układów napędowych i kinematycznych. W napędach zaszyte są dedykowane funkcje specjalne (służące do analityki, diagnozy jak i zbierania dodatkowych danych z obiektów rozproszonych), rośnie ilość instalowanych komputerów przemysłowych (IPC), panele operatorskie stają się inteligentnymi stacjami, a sieci przemysłowe nabierają na szybkości i przepustowości. To środowisko koncentruje się na pracy z danymi procesowymi, które chcemy pozyskać, które powinny być skorelowane czasowo i możliwie obrabiane w czasie rzeczywistym. Dzięki temu zyskują na popularności rozwiązania brzegowe, czyli Edge Computing oraz algorytmy uczenia maszynowego (AI). Coraz bardziej dostępna staje się rozszerzona rzeczywistość (AR) i platformy chmurowe służące do zbierania i analizy danych. Istotne znaczenie zaczyna odgrywać także większa autonomia układów regulacji i narzędzia optymalizujące procesy. 

 

Sztuką w tym wszystkim jest móc i umieć zbudować homogeniczny system IT wraz z urządzeniami IoT, które współpracować będą z architekturą obiektową OT, na każdym poziomie zarządzania maszyną, linią produkcyjną czy zakładem. Biorąc pod uwagę cały ekosystem, Siemens jest niekwestionowanym liderem rynku, dostarczając sterowniki, napędy, aparaturę łączeniową i pomiarową oraz szerokie portfolio narzędzi softwareowych (PLC, PLM, ERP, MES,…). Pozwala to na wyposażenie i zbudowanie wielu innowacyjnych systemów: od precyzyjnych obrabiarek sterowanych numerycznie przez zautomatyzowane linie pakowania po myjnie samochodowe. Każde z tych rozwiązań jest zoptymalizowane do pracy i gotowe do wymiany cennych danych z systemami zarządzania nadrzędnego czy zdalnego serwisu.

W jaki sposób polskie przedsiębiorstwa mogą dostosować się do postępujących na rynku cyfrowych zmian?

Karol Staworko: By sprostać potrzebom rynku, fabryki wymagają większej elastyczności przy przezbrajaniu linii produkcyjnych. Dzieje się tak, ponieważ zakłady dążą do tego, by dopasowywać produkowane portfolio do spersonalizowanych oczekiwań klientów, a producenci maszyn muszą reagować w zdecydowanie krótszym czasie, projektując i wdrażając nowoczesne maszyny. Oznacza to, że polskie przedsiębiorstwa (fabryki i producenci) coraz częściej sięgać będą po rozwiązania innowacyjne. Siemens dysponuje narzędziami inżynierskimi i szerokim portfolio produktów, które może wyjść naprzeciw tym oczekiwaniom. Zintegrowane narzędzia inżynierskie (np. TIA Portal, Create MyVirtual Machine, SIMIT, NX MCD) pozwalają na optymalną parametryzację rozwiązań stosowanych w przemyśle, spełniając najwyższe standardy, m.in. dając możliwość tworzenia i użytkowania Cyfrowego Bliźniaka produktu, maszyny lub całej linii produkcyjnej. Dostępne narzędzia mogą być dodatkowo wykorzystywane w obszarze cyberbezpieczeństwa czy analityki szybkozmiennych danych procesowych, w oparciu o przetwarzanie brzegowe, czyli Edge Computing. Tego typu instrumenty poprawiają bezpieczeństwo danych IT i know-how wytwórcy. Do tego wartości i wnioski uzyskane z analizy danych ułatwiają podejmowanie decyzji przez zespół zarządzający. Nowoczesne rozwiązania oparte są o platformy IT, po które coraz częściej sięgają polscy przedsiębiorcy. By sprostać tym oczekiwaniom dostarczamy rozwiązanie chmurowe – MindSphere – stanowiące otwartą platformę IT, na której przy pomocy predefiniowanych i przygotowanych przez Siemensa aplikacji, użytkownik może dokonywać archiwizacji pozyskiwanych danych z produkcji i prowadzić ich pełną analitykę, a w przypadkach szczególnych, przy użyciu języków programowania wyższego rzędu, klient może tworzyć własne algorytmy, dopasowując je do indywidualnych potrzeb. 

 

Podejście to można określić holistycznym, bo oprócz dostarczenia kompletnego wyposażenia do maszyn i urządzeń zapewniamy rozwiązania w obszarze związanym z pozyskiwaniem, przechowywaniem, przetwarzaniem i zabezpieczaniem danych. Bo dane stanowią podstawę digitalizacji, świadczą coraz częściej o wartości i potencjale firmy, są filarem Przemysłu 4.0. 

Czy polskie przedsiębiorstwa rozumieją znaczenie Przemysłu 4.0 i zmian, jakie wnoszą te technologie w procesy produkcyjne oraz projektowe?

Karol Staworko: W przemyśle maszynowym widzimy coraz większe zrozumienie zmian, jakie dokonują się na rynku i tym samym dla potrzeby digitalizacji procesów projektowo-wdrożeniowych i produkcyjnych. To oczywiście wymaga rozwoju nowych kompetencji na każdym szczeblu w przedsiębiorstwie, bo w dobie cyfrowej transformacji każdy uczestnik jest ważny w łańcuchu wytwórczym. Wyzwaniem jest kształcenie i zatrudnienie wykwalifikowanych inżynierów, którzy są w stanie rozwiązywać skomplikowane zagadnienia techniczne w obszarze mechatroniki, digitalizacji, łączenia świata OT z IT, cyberbezpieczeństwa czy analityki danych. Z drugiej strony są menadżerowie, których rola też ulega zmianie, idąc w kierunku umiejętnego wykorzystywania danych produkcyjnych w procesach decyzyjnych, sposobów zarządzania zespołami (zdalnie, hybrydowo czy na miejscu), jak i wyznaczania nowych strategii opartych na analizie zachowań rynku, klientów i posiadanego lub nowoprojektowanego portfolio. COVID-19 również wpłynął na transformację polskiego przemysłu maszynowego, podwajając jej tempo. Objawia się to rosnącym zainteresowaniem nowoczesnymi rozwiązaniami IoT, które stanowią o potencjale przedsiębiorcy na przyszłość. 

 

Polscy przedsiębiorcy otwierają się na zewnętrzne firmy konsultingowe w zakresie optymalizacji swych procesów i rozwiązań. W tym zakresie również stanowimy wsparcie dla polskiego przemysłu. Rośnie ilość warsztatów kokreacyjnych takich jak „Digital Enterprise Workshop”, które nasi koledzy z Siemensa prowadzą na rynku. Pozwalają one wspólnie wypracować indywidualną ścieżkę rozwoju i etapy transformacji cyfrowej. Tego typu projekty są nowe na horyzoncie i już w trakcie realizacji. 

W całym procesie transformacji cyfrowej nieodłącznym elementem jest edukacja zawodowa. Tworzą się nowe zawody, rośnie potrzeba na inżyniera „IT”, sprawnie poruszającego się w środowisku przemysłowym. Czas, w jakim aktualnie się znajdujemy, jest wyjątkowy, bo w końcu można bez problemu wyrównać poziom zaawansowania technicznego i technologicznego pomiędzy przemysłem i edukacją zawodową. Podobnie dzieje się w kwestii transferu wiedzy dla kadry edukacyjnej na każdym poziomie (szkoły zawodowej czy politechniki). Z naszej strony, podejmujemy bardzo aktywne kroki, by wspierać szkoły i wykładowców w transferze wiedzy i wyposażenia pracowni. Dla przykładu, mamy ponad 200 laboratoriów wyposażonych w symulatory SinuTrain sterowań numerycznych CNC SINUMERIK, współpracujemy z ponad 150 nauczycielami (przeszkolonymi i certyfikowanymi przez nas), którzy przekazują wiedzę zgodnie ze standardami Siemensa. Staramy się synchronizować działania rynkowe w przemyśle i edukacji, by świadomość tempa zmian była jak największa.

W jaki sposób technologie cyfrowe usprawniają działanie w przemyśle?

Karol Staworko: Technologie cyfrowe zmieniają nasze podejście do maszyn i maszyn do nas. Zacierają się pewne granice, powstają nowe obszary, które dotąd były niedostępne. „Dotykamy” w realu wirtualnej rzeczywistości, na komputerze. Dzięki Cyfrowemu Bliźniakowi jesteśmy w stanie wiernie odwzorowywać funkcjonowanie naszej maszyny. Jesteśmy w stanie zdalnie pracować nad skomplikowanymi projektami. Możemy bez problemu pozyskiwać duże ilości danych z drugiego końca świata, kontrolować ich przepływ i archiwizowanie w chmurze, nadając im odpowiednie uprawnienia i chroniąc je w sieci. Robot działający ramię w ramię z człowiekiem też już nie dziwi. Systemy automatyki, systemy napędowe i systemy zarządzania wyposażane są obecnie w mechanizmy ułatwiające samodzielną ich obsługę, konfigurację jak i zdalne serwisowanie. Interesującym zjawiskiem jest też self-service, samodiagnostyka i predykcja usterek, gdzie wykorzystywane są algorytmy uczenia maszynowego (AI). To wszystko to rozwiązania od lat stosowane w świecie IT, które skutecznie są implementowane w przemyśle i na tym polega cyfrowa ewolucja w przemyśle maszynowym. Dzięki temu wiemy o procesie więcej, dane docierają do nas szybciej, rośnie ich dokładność, są w korelacji czasowej i mogą być przetwarzane w czasie rzeczywistym. Tego typu informacje i rozwiązania wpływają na skrócenie czasu reakcji (czas wdrożenia nowości na rynek, serwisowanie), poprawiają bezpieczeństwo i ciągłość produkcji (planowanie i wytwarzanie), obniżają koszty (optymalizacja produkcji, zasobów, materiałów, identyfikacja i eliminacja wąskich gardeł, wsparcie w procesie wdrażania nowości bez potrzeby wykonywania fizycznego prototypu). 

 

Adam Pozowski: Od mniej więcej dwóch lat mamy na rynku znaczący trend wiążący się z cyfryzacją i będący w dużej mierze efektem pandemii COVID-19, z której firmy wyciągnęły lekcję i stawiają w większym stopniu na automatyzację linii produkcyjnych. Pod względem dostępu do rozwiązań, Siemens w sposób równy traktuje wszystkich swoich partnerów bez względu na to, z jakiego kraju pochodzą jego klienci.

W jaki sposób technologie cyfrowe pozwalają zmierzyć się z wyzwaniami, jakie nakłada na przedsiębiorstwa Zielony Ład, mający na celu ochronę środowiska?

 

 

Adam Pozowski: Można wyróżnić dwa aspekty w podejściu do Zielonego Ładu. Pierwszym z nich jest aspekt oszczędzania energii elektrycznej, który po agresji Rosji na Ukrainę stał się tym bardziej ważny w całej Europie. Drugi problem, z którym Zielony Ład ułatwi radzenie sobie krajom UE, jest zaśmiecanie planety produktami oraz działalnością człowieka związaną z ich wytwarzaniem.

Czy Siemens ma w tym obszarze do zaoferowania technologie wspomagające wysiłek przedsiębiorstw?

Adam Pozowski: Siemens, ze swoimi rozwiązaniami w obszarze Motion Control, znajduje się na czele pochodu dostawców rozwiązań energooszczędnych. Z jednej strony proponujemy niezwykle energooszczędne silniki, co wynika bezpośrednio z ich budowy. Z drugiej strony, także na szerszym poziomie technologicznym, z wykorzystaniem prędkościowej regulacji maszyn, pozwalają one na mniejsze zużycie energii elektrycznej. O tym, jak ważne są rozwiązania właśnie w tym obszarze, świadczy fakt, że konsumpcja energii w systemach napędowych stanowi aż około 80% łącznej konsumpcji energii w całym przemyśle.

W jaki sposób przemysł może zaoszczędzać energię?

Adam Pozowski: Energię można oszczędzać na poziomie produktów oraz na poziomie rozwiązań technologicznych. W zakresie produktów Siemens był firmą, która ściśle współpracowała z Komisją Europejską przy wprowadzaniu nowych norm dotyczących sprawności urządzeń elektrycznych. Obecnie najwyższą klasą sprawności energetycznej dla silników elektrycznych jest IE4. Mówi ona o tym, jaka jest minimalna sprawność silnika dla danej mocy i prędkości obrotowej. Siemens obecnie wprowadza na rynek silniki o wyższej klasie sprawności IE5, która w prawie europejskim pojawi się dopiero za 9 miesięcy. Są to wyróżniające się konstrukcją silniki reluktancyjne. W rozwiązaniach tych, zamiast magnesów trwałych, które mają wiele ograniczeń wiążących się z dostępnością materiałów, stosuje się komponenty bardziej dostępne, które dzięki inteligentnemu zastosowaniu dają te same rezultaty. Jest to typowy przykład innowacyjności rozwiązań Siemensa, z których słynie on od ponad 150 lat. 

Jakie inne rozwiązania technologiczne poprawiają wydajność energetyczną przemysłu?

Adam Pozowski: Drugim elementem jest technologia zastosowana w przemiennikach częstotliwości napędów. Jak już wcześniej mówiłem, 80% energii w przemyśle konsumowana jest przez napędy. Do tego aż 70% z tej wartości zużywana jest przez maszyny przepływowe takie jak pompy, wentylatory lub różnego typu kompresory. Zastosowanie regulacji prędkości obrotowej w maszynie przepływowej powoduje, że maszyna ta, w zależności od charakteru pracy, może oszczędzać do 30% energii elektrycznej w ciągu roku. Zwykle jest to pomiędzy 10 a 30%. W skali całego przemysłu w Polsce oraz innych krajach Unii Europejskiej są to olbrzymie ilości zaoszczędzonej energii. Widząc tak duży potencjał ekonomiczny, Komisja Europejska będzie silnie promować ten kierunek modernizacji maszyn. Zamiast myśleć o tym, jak taniej i bardziej ekologicznie produkować energię, dużo efektywniej jest ją po prostu zaoszczędzić. Rozwiązania te znane są już od 25 lat, jednak skala zastosowania i wykorzystanie specjalnych przemienników częstotliwości dedykowanych do tego typu aplikacji jest czymś wcześniej niespotykanym. Siemens przoduje w tej technologii. Ale to nie koniec. Kolejnym elementem wpływającym na oszczędności energetyczne jest stosowanie przemienników częstotliwości ze zwrotem energii do sieci. Jest to rozwiązanie podobne do tego, które stosowane jest w samochodzie elektrycznym, gdzie podczas hamowania energia elektryczna odzyskiwana jest w silniku. W przemyśle wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z napędami działającymi dynamicznie, czyli takimi jak nawijarko-odwijarki, gdzie konieczne jest częste hamowanie napędu lub zmiana kierunku obrotów, rozwiązanie ze zwrotem energii do sieci w znakomity sposób podnosi efektywność energetyczną.

 

Karol Staworko: Swój wkład mają także współczesne rozwiązania digitalizacyjne, zwłaszcza na etapie konstruowania nowych maszyn, wpisując się w działania na rzecz ochrony planety, przewidywane przez Zielony Ład. Mam tu na myśli rozwiązania w obszarze Cyfrowego Bliźniaka. Pozwalają one w znaczącym stopniu zaoszczędzić na kosztach energii, zasobów oraz na częściach i materiałach używanych do tworzenia prototypu. Jako koncern mamy już za sobą wdrożenia maszyn sterowanych numerycznie, w których stworzony Cyfrowy Bliźniak w niemal 99% odwzorowywał obiekt fizyczny w środowisku wirtualnym. Następnie bez problemów był on uruchomiony i nieznacznie zmodyfikowany w rzeczywistości. Takie podejście przekłada się na niższy ślad węglowy. Zyskujemy także o 30-40% na czasie wdrożenia, skracając wprowadzenie na rynek nowego rozwiązania. Jest to możliwe dzięki temu, że zespoły projektowe, wykorzystując nowoczesne narzędzia projektowe mogą pracować współbieżnie, a nie sekwencyjnie i potrzebę eliminacji błędu konstrukcyjnego wprowadzać nieporównywalnie szybciej i na wielu płaszczyznach (mechaniki, automatyki, mechatroniki, konfiguracji sprzętowej i dokumentacji projektu).