Vítejte, dnes je
úterý
31.
prosinec 2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky 
Na neustále rostoucí poptávku po chytřejší, bezpečnější a efektivnější výrobě reaguje pokročilá automatizace, která transformuje úroveň továren zítřka a vede k větší míře konzistence a spolehlivosti produktů. Poptávka urychlená pandemií COVID-19 vedla k rychlejšímu zavádění nových technologií.
Vliv průmyslového internetu věcí (IIoT), od chytrých senzorů až po chytrá edge zařízení a cloudovou infrastrukturu, na obor výroby nelze podceňovat. IoT – známý také jako Průmysl 4.0 – umožňuje inteligentní, prediktivní a proaktivní procesy, které vedou k celkově vyšší efektivitě. Tento článek přináší bližší pohled na chytré výrobní technologie, které způsobují revoluci směrem k lepším továrnám budoucnosti.
Jako lidská společnost jsme dosáhli bodu, kdy se již méně obáváme, že nás roboti nebo automatizace připraví o práci, protože jsme si uvědomili obrovské výhody, které nám přináší. Je obecně přijímáno, že roboti, kteří pracují v tandemu s lidmi – kolaborativní roboti (koboti) – mají při zajišťování bezpečnosti a pohodlí pracovníků obrovský potenciál.
Přidělení unavujících nebo opakujících se úkolů robotovi může průměrnou výrobní pozici posunout na úroveň, která bude více založena na rozhodování než na úkolech, jako tomu bylo dříve. Lidé se mohou ujímat projektů, které vyžadují posuzování nebo kreativitu, a zvedání těžkých předmětů nebo méně zajímavou práci mohou nechat na robotice. Dochází tak také ke zlepšení bezpečnosti práce a snížení počtu zranění.
Přestože jsou tito roboti velmi komplexními stroji, naučit se je přeprogramovat nevyžaduje žádný titul v IT oboru. Nyní je zcela běžné, že vídáme „univerzální“ roboty s počítačovým viděním, které se mohou přizpůsobit na různá prostředí a dají se rychle přeprogramovat.
Mnoho předních společností své procesy dnes automatizuje a my očekáváme, že se k nim v blízké budoucnosti přidá mnoho dalších firem. Jedním z příkladů je společnost Tesla, která intenzivně přijímá automatizaci a optimalizuje své procesy. Společnost Apple uzavřela smlouvu o recyklaci telefonů iPhone s továrnou, ve které dosloužilé telefony ve skutečnosti rozebírají roboti. Továrna některé součástky recykluje a snaží se z výrobku získat některé cenné kovy. Rozebírání provádějí roboti a chrání tak pracovníky před zdraví škodlivými těžkými kovy a opakujícími se úkony.
Celkově tyto změny vylepšují pracovní morálku, snižují stres a zvyšují spokojenost s prací, což je v době velké poptávky po pracovní síle velmi důležité. Lidé mají díky robotům zajištěnou také větší bezpečnost, méně zranění i nehod.
Automatizace je rapidně rostoucí trend, který podporuje používání robotů v menších továrnách. Současně s tím vzniknul obor, který nabízí robotiku jako službu (RaaS).
Používáním služby RaaS získávají výrobci výhody automatizace procesů pronájmem robotických zařízení a přístupem k předplatnému na cloudu místo toho, aby si vybavení kupovali. Díky RaaS nemusí výrobci platit za drahé vybavení, zabývat se údržbou ani mít jiné starosti spojené s jeho vlastnictvím. Výrobci se mohou jednoduše obrátit na společnost, která službu RaaS poskytuje, a nechat si zavést automatizaci za výrazně nižší náklady, než by vyžadoval nákup robotických zařízení včetně nákladů spojených s vlastnictvím.
V současnosti je jen velmi málo věcí, které nelze automatizovat. Obvykle jde přitom o to, zda realizaci automatizace nebrání potřebné náklady, což se většinou neděje. Pokračující trend snižování nákladů umožní oživení výroby v západní Evropě a v Severní Americe – očekáváme, že v příštích pěti až deseti letech významně poroste regionální výroba. Automatizace je do velké míry kompenzátorem – robotické vybavení stojí náklady bez ohledu na to, kde je, ale za tyto opakující se procesy neplatíte náklady na lidskou pracovní sílu.
Dalšímu současnému trendu se říká „digitální dvojče“, kdy se továrna nebo výrobní buňka vytvoří ve virtuálním prostředí pomocí technických údajů o produktech a výrobních zařízeních. V některých případech se nechá dokonce na systému, aby určil, jaké výrobní zařízení by se mělo pro daný produkt použít. Uživatelé mohou předstírat výrobu produktu v digitálním prostředí a zjistit způsoby, jak optimalizovat umístění strojů a tok materiálu.
Koncept digitálního dvojčete může také upozornit obsluhu ve výrobě i manažery na možné problémy, například dosluhující motor nebo blížící se údržbu. Využití digitálního dvojčete může vyřešit mnoho problémů ještě dříve, než nastanou. Můžete jít za poskytovatelem služby RaaS a říci: „Tady se pokoušíme něčeho dosáhnout“ a poskytovatel pro vás vytvoří digitální dvojče. Tak vám pomůže zjistit, které procesy jsou nezbytné pro dosažení vašich cílů.
Továrna budoucnosti bude domovem obrovského počtu senzorů, které budou shromažďovat nezměrné množství dat. Komunikování těchto dat zpět do cloudu je pomalejší a nákladnější než jejich zpracování blíže ke zdroji čili na okraji sítě – tzv. „edge“.
Například systém monitorování teploty může být schopen analyzovat data, která zpracovává, a odesílat upozornění nebo oznámení, pokud dojde k nějaké výjimečné úrovni teploty. Edge computing umožňuje mnohem rychlejší analýzu dat i akci, protože nečekáte, až se data dostanou do cloudu a zpracují. Nové možnosti připojení, například sítí LoRaWAN (Long Range Wide Area Network), umožňují navíc mnohem rychlejší edge computing ve výrobě.
Bezdrátové připojení mezi stroji umožňuje komunikovat s edge počítači tak, aby bylo možné procesy analyzovat. Díky strojovému učení lze změny provádět s minimálním programováním, což továrnám umožňuje neustále upravovat své procesy a pokračovat ve vylepšování efektivity.
Skutečný potenciál IoT a edge aplikací ve výrobě a na úrovni továrny mohou otevřít aplikace umělé inteligence (AI). Díky analýze v reálném čase, propojeným senzorům, prediktivní údržbě, automatizaci dodavatelského řetězce a dalším pokrokům v procesech směřuje obor výroby rychle směrem do nové éry. Společnost Digi-Key této technologie využívá také k doplňování skladových prostor, automatizaci největšího skladu elektronických součástek na světě a k dodržení svých pověstně rychlých dodacích lhůt.
Zcela nový distribuční závod společnosti Digi-Key, který představuje rozšíření distribučního centra produktů („Product Distribution Center Expansion“, PDCe), je příkladem továrny budoucnosti číslo jedna. Centrum je se svými 90 tisíci m2 plochy jedním z největších distribučních závodů na světě. PDCe bude pokrývat všechny operace spojené s vyřizováním objednávek společnosti Digi-Key, včetně vyskladňování, balení a odesílání, stejně jako příjem produktů a úložiště nadbytečných palet.
Obr. 1 Nové rozšíření distribučního centra (PDCe) společnosti Digi-Key představuje továrnu budoucnosti (zdroj: McShane Construction)
Vestavěné technologie tohoto závodu umožní společnosti Digi-Key, aby byla v následujících letech na špičce distribuce. PDCe v sobě ukrývá 43 kilometrů vysokorychlostního automatizovaného dopravníkového pásu, které spolu s jedním tisícem automatizovaných chapačů pro manipulaci s produkty zvládnou až 2,7 miliónu součástek. Tento inteligentní automatizovaný systém umožní mnohem rychlejší vyskladnění, zabalení a odeslání objednávek a eliminuje plýtvání obalovým materiálem, ke kterému docházelo, když se objednávky posílaly v několika krabicích. Systém také uvolní ruce pracovníkům skladu, aby mohli ve skladu převzít nové povinnosti. Zvýší také jejich bezpečnost a eliminuje významné množství manuální práce.
Obr. 2 Hala distribučního centra Digi-Key v Thief River Falls (Minnesota, USA) má plochu 90 tisíc m² a využívá 43 km vysokorychlostního automatizovaného dopravníku pro vyskladnění objednávek (zdroj: McShane Construction)
Závod bude vybaven mnoha dalšími inovacemi včetně robotu, který bude vyprazdňovat více než 400 odpadkových košů umístěných po celém závodu. Je důležité zmínit, že robot ani automatizované systémy nezruší žádné pracovní pozice. Místo toho poskytnou aktuální pracovní síle příležitosti, aby své dovednosti použila a rozšířila v jiných oblastech skladu.
Jednou z oblastí, která má velký potenciál, je pružná změna výrobních pozic a díky tomu lokálnější a flexibilnější výroba. V následujících 5–10 letech se díky vyššímu počtu robotů a dalším technologiím může stát realitou hromadné přizpůsobování výroby podle velikosti série. Spíš než aby byla továrna zaměřena na výrobu milionu kusů jedné položky, mohla by být například zaměřena na výrobu položek, které budou přesně odpovídat potřebám zákazníků.
Zákazník by například mohl odeslat svou fotografii nebo 3D model do místní továrny přes cloud. Robot by ji mohl využít k ušití košile, která by přesně odpovídala daným mírám. Košile by následně mohla dorazit k zákazníkovi již za pouhý den nebo dva, protože by nemusela cestovat daleko – což je výrazné zlepšení oproti současnému modelu masové produkce, kde objednávky často cestují přes oceán, aby se dostaly k zákazníkům.
Eliminovaly by se tak některé důvody pro vytváření odpadu napříč celým dodavatelským řetězcem – omezilo by se plýtvání zdroji, dlouhé cesty přepravy a vracení, celý proces by byl individuálnější a méně náročný na zdroje. I obrovské továrny by mohly v blízké budoucnosti zmizet s tím že, jak se továrny neustále zmenšují a jak se roboti za provozu učí a přizpůsobují, jsou flexibilnější a lokalizovanější. To, jak se nyní protíná robotika s umělou inteligencí, je jako vynález kola. Bude velmi důležité, co se stane v příštích deseti letech – výroba, tak jak ji známe dnes, bude zcela odlišná díky velkému podílu digitální transformace průmyslu, z čehož budou těžit všichni od zaměstnanců až po zákazníky a životní prostředí.
