S soustvarjanjem v digitalno prihodnost proizvodnje

S soustvarjanjem v digitalno prihodnost proizvodnje

Siemens je v DigiLabu, novem digitalnem laboratoriju v poslovni centrali Siemensa na Dunaju (Siemens City), vzpostavil kompletno proizvodnjo v digitalni obliki. Pri tem je še posebej praktična povezava s tovarno elektronike na območju Siemens City. Dobrodošli v novem centru prenosa znanja in sodelovanja med kupci, raziskovalci in strokovnjaki iz industrije.

Iz revije Hi!tech 1/21, junij 2021

Konec junija 2020 so v Siemens City odprli tako imenovani Digital Experience Center, v katerem so prvič na voljo vse tehnologije za digitalno prihodnost. "DigiLab našim obiskovalcem omogoča, da v živo doživijo omreženi svet proizvodnje, hkrati pa je za nas podlaga za sodelovanje s kupci in partnerji pri oblikovanju industrije prihodnosti", je predsednik uprave Siemens Avstrija Wolfgang Hesoun povedal ob otvoritvi laboratorija, na kateri je bila prisotna tudi avstrijska ministrica za digitalizacijo in gospodarstvo Margarete Schramböck. Oba sta poudarila vlogo digitalizacije pri zagotavljanju konkurenčnosti in mednarodnem uveljavljanju gospodarstva. 

 

DigiLab je platforma za prenos znanja med kupci, raziskovalci in strokovnjaki iz industrije, ki s skupnim razvojem rešitev ustvarjajo podlago za oblikovanje novih storitev in poslovnih modelov. S svojim znanjem o tehnologijah prihodnosti, kot sta umetna inteligenca in računalništvo na robu, na novo oblikujejo podobo industrijske proizvodnje. "Naš končni cilj je, da inovacije razvijamo skupaj. Da pa bi lahko razumeli zahteve in potrebe drug drugega, moramo delati na način soustvarjanja", na pomembno funkcijo laboratorija opozori Lukas Gerhold, ki je vodja DigiLaba in vodja Simaticovega centra za razvoj in podporo kupcem pri Siemens Avstrija.

Demonstrator Digi kot srce laboratorija

Osrednji del laboratorija je demonstrator Digi. To je v bistvu proizvodna linija in predstavlja najboljše, kar Siemens ponuja na področju digitalizacije in industrializacije. Kot izdelek, ki se izdeluje na tej proizvodni liniji, so snovalci vzeli industrijske napajalnike iz družine SITOP, ki se pravzaprav proizvajajo v tovarni elektronike na območju Siemens City. Na tej liniji so Siemensovi strokovnjaki preskusili že številne primere uporabe na področju digitalizacije: integracijo robotov, industrijsko komunikacijo, inteligentno robotsko roko, varnostne protokole, računalništvo na robu, virtualni zagon delovanja, razširjeno resničnost in upravljanje energije. 

 

Da pa bi digitalna transformacija imela pridih resničnosti, so DigiLab povezali s Siemensovo tovarno elektronike na Dunaju, da bi s pomočjo znanja o pridobljenih podatkih dodatno optimizirali proizvodnjo in tako še povečali učinkovitost tovarne. V laboratoriju DigiLab se nahaja digitalna preslikava  celotne proizvodnje: digitalni dvojčki izdelkov, digitalni dvojček proizvodnje, dvojček učinkovitosti, ki služi povratnemu pridobivanju informacij iz proizvodnje. Konstrukcija in projektiranje naprave sta že potekali v digitalnem okolju na računalniku, prav tako tudi preizkušanje. Preden se proizvodna naprava izdela v realnem svetu, se z digitalnimi simulacijami v digitalnem okolju lahko razreši več kot 90 % možnih napak. Tak postopek občutno skrajša čas od načrtovanja in projektiranja naprave do njenega zagona ter pripomore k večji fleksibilnosti pri nadgradnjah ali spremembah obstoječe proizvodnje.

 

Princip soustvarjanja v laboratoriju DigiLab pa Siemens ne uporablja samo v sodelovanju z zunanjimi kupci, ampak tudi z internimi deležniki. Povezavo DigiLaba s tovarno elektronike smo že predstavili, vendar gre za veliko več. Z udeležbo strokovnjakov iz DigiLaba ter raziskovalnega oddelka družbe Siemens Avstrija je Siemens v tej tovarni dosegel realno izvajanje kibernetsko-fizičnega proizvodnega sistema (KPS) v delujoči proizvodnji s poudarkom na gospodarnosti.

 

"KPS se je pri tem izkazal kot naslednik več kot 100 let starega koncepta proizvodnje na tekočem traku, ki je sledil principu hierarhije z eno vodilno instanco in zato velja kot nefleksibilen ter zastarel v smislu povečanja proizvodnje", pravi Miroslav Vucic, ki je v tovarni elektronike zadolžen za koordinacijo procesa digitalne transformacije. "Kot vodilni ponudnik industrijskih napajalnikov, ki ima proizvodnjo na Dunaju, moramo biti vodilni tudi v načinu proizvodnje, saj bomo samo tako lahko zadržali naš tržni položaj oziroma ga še nadgradili", nadaljuje Vucic.

Laboratorij in socialno distanciranje

V DigiLabu so svojo tehnologijo uporabili tudi za ukrepe na področju socialnega distanciranja. Če se dve z ustreznimi karticami opremljeni osebi preveč približata druga drugi, se osvetlitev prostorov laboratorija takoj spremeni v rumeno. Če več kot dve osebi ne upoštevata trenutnih pravil glede medsebojne razdalje, zasveti rdeča luč. Šele, ko so osebe na varni razdalji, se luč ponovno spremeni v zeleno. Pravzaprav se ta sistem, ki si ga lahko predstavljamo kot GPS za notranje prostore, uporablja za lokalizacijo kontejnerjev ali vozil, zaradi trenutnih razmer pa so ga hitro prilagodili za ukrepe za vzdrževanje razdalje. V tovarniških okoljih bi take sisteme lahko uporabljali v različnih primerih, na primer, ko se delavec preveč približa varilnemu robotu, bi ta zmanjšal svojo hitrost ali pa se izklopil ter s tem preprečil morebitno delovno nesrečo.

Proizvodni sistem iz enakovrednih delov

Proizvodni sistem v Siemensovi tovarni elektronike na Dunaju je sestavljen iz medsebojno povezanih in enakovrednih (tj. peer-to-peer) proizvodnih postaj in deluje na naslednji način: Izdelek na nosilcu obdelovancev pripotuje do tekočega traka, ob katerem so razporejene posamezne obdelovalne postaje, ki ponujajo različne procesne korake vse do zaključka izdelave produkta. Glede na njegov lastni digitalni konstrukcijski načrt si izdelek sam poišče prosto obdelovalno postajo. Tako se pomika med ustreznimi obdelovalnimi postajami, dokler ni zapakiran na paleti in pripravljen za odpremo.

 

Potem ko je s KPS tovarna elektronike na Dunaju že realizirala digitalnega dvojčka izdelka in digitalnega dvojčka proizvodnje, se je sedaj lotila še digitalnega dvojčka učinkovitosti. "Našo proizvodno opremo pospešeno opremljamo s povezljivostjo v smeri Siemensovega industrijskega sistema MindSphere, po drugi strani pa tudi z napravami za računalništvo na robu, z namenom, da bi s podatki, ki bi jih na ta način pridobili iz proizvodnje, lahko dosegli optimizacijo in povečanje fleksibilnosti proizvodnje", pojasni Vucic. "Tudi to bo prispevalo k nadaljnji konkurenčnosti proizvodnje lokacije na Dunaju."

 

Pa pojdimo iz tovarne elektronike nazaj v DigiLab. Umetna inteligenca bo še posebej na področju industrije veliko prispevala k zmanjšanju potrebe po običajnih programerskih in projektantskih opravilih za rešitve na področju avtomatizacije, k večji prožnosti logičnih krmilnikov ter k bolj prilagodljivim in bolj inteligentnim proizvodnim procesom. Pri tem je še posebej na področju industrije zaradi zahtev v realnem času pomembno, da je umetna inteligenca nameščena "na robu" oziroma na stroju. "Glede na vrsto proizvodnje odpade 30 - 60 % inženiringa pri posamezni napravi na programiranje, konfiguriranje in zagon. Tako je na primer potrebno robote priučiti ustreznih nalog za vsak posamezni produkt. In ravno te potrebe želimo občutno zmanjšati", pove Vladimir Zahorcak iz raziskovalnega oddelka Siemens Avstrija. Kratkoročni cilj je zmanjšanje obsega programiranja naprav, dolgoročni pa celo odprava potrebe po programiranju oziroma tim. ničelni inženiring (ang. Zero Engineering). "Končni cilj je, da se stroji s pomočjo umetne inteligence optimizirajo sami", pojasni Zahorcak.

 

V DigiLabu se slikovno vodeni robotski sistemi s pomočjo algoritmov strojnega učenja veliko bolje odzivajo na nepredvidene situacije, saj to odzivanje med izvajanjem nalog poteka avtomatizirano. Umetna inteligenca med izvajanjem določenega koraka poseže v delovanje stroja in spremeni izvedbo tega koraka. V posamezni proizvodni celici kamera nadzoruje nosilec obdelovanca in zazna, ali so – v našem primeru – kondenzatorji na njem ustrezno nameščeni. Ta informacija se nato posreduje do krmilnika, zato da robot ve, kateri kondenzator lahko prime in katerega ne. "Taki načini uporabe so sicer že pogosti, vendar pa je sedaj prvič, da kompleksne probleme rešujemo na enostaven, hiter in cenovno ugoden način", pojasni Gerhold.

 

Sestavni del celice je tudi sistem upravljanja energije, ki analizira porabo energije ter temu ustrezno upočasni delovanje posameznih delov naprave ali pa jih odklopi, ko na primer pride do premora pri posameznih proizvodnih korakih. "Pri Coca Coli smo na ta način izpuste ogljikovega dioksida zmanjšali za 50 % v primerjavi z letom 2010", opozori Gerhold na še en referenčni projekt, in sicer pri družbi Coca Cola HBC Avstrija v obratu na Gradiščanskem.

V Siemensovem laboratoriju DigiLab na Dunaju so prikazani številni primeri uporabe na področju digitalizacije.

KPS in avtonomna vozila

Pomemben del koncepta KPS pri proizvodnji večjih izdelkov so avtomatizirana vodena vozila, ki se prav tako prevažajo v DigiLabu. V logistiki so transportna vozila, ki se avtonomno prevažajo na vnaprej določeni progi, že davno stalnica, sedaj pa naj bi se njihova uporaba povečala tudi v proizvodnji. Pri proizvodnji avtomobilov tako v prihodnje ne bi več imeli togega tekočega traku, po katerem bi se premikale šasije avtomobilov, ampak bi te šasije prevažala avtonomna vozila, ki bi jih dostavila do proste delovne postaje, ki lahko ponudi izvedbo naslednjega potrebnega koraka v proizvodnji avtomobila. Trenutno v DigiLabu načrtujejo, da bodo avtonomno vozilo opremili z umetno inteligenco. Vozilo bi nato lahko samo zaznavalo osebe in postaje ter se avtonomno pomikalo med njimi. To je tisti potrebni naslednji korak, če hočemo proizvodne celice razporediti na fleksibilen in dinamičen način, pri tem pa ne vedno znova programirati potek postopkov.

 

Z laboratorijem DigiLab je Siemens dopolnil svojo infrastrukturo laboratorijev InnovationLabs na območju Siemens City, s čimer želi v sodelovanju s kupci iz proizvodne (DigiLab) in procesne industrije (LivingLab) na enem mestu raziskovati realne primere uporabe.

 

Siemens v svojem portfelju ponuja digitalizacijo na vseh ravneh, od posameznih naprav v proizvodni hali do rešitev za računalništvo na robu in v oblaku za povezovanje posameznih naprav pa tudi celotnih obratov. Rezultat sodelovanja teh tehnologij je nazorno prikazan v laboratoriju DigiLab na Dunaju.