Inteligentna, autonomiczna fabryka według firmy Mazak

 

 

Internet rzeczy – IoT (Internet of Things) – łączy wszelkie przedmioty z internetem. Od kilku lat na całym świecie podejmowane są wysiłki na rzecz jak najlepszego praktycznego wykorzystania idei IoT. Szybko też przybywa rzeczy, które można podłączyć do internetu, a zgodnie z branżowymi analizami (np. raportem firmy IDC) szacowana wartość rynku produktów i usług związanych z IoT w 2021 r. wyniesie ok. 1,4 biliona dolarów. Koncepcja IoT oraz cyfryzacja upowszechniają się również w sektorze produkcyjnym, przedsiębiorstwa muszą bowiem stawiać czoła coraz silniejszej konkurencji.

Cyfryzacja sektora produkcyjnego postępuje nie tylko w wyniku starań poszczególnych firm, lecz także w ramach projektów krajowych, realizowanych przez rządy centralne różnych państw. Niemcy promują ideę Przemysłu 4.0, której istotą jest skorelowanie fizycznej produkcji z danymi cyfrowymi w celu stworzenia elastycznego i wydajnego systemu wytwórczego. Ta koncepcja jest rozwijana na drodze współdziałania między przemysłem, środowiskiem naukowym i administracją publiczną. W Chinach rząd centralny zainicjował kampanię Made in China 2025, nazywaną niekiedy chińską wersją Przemysłu 4.0, a cyfryzacja sektora produkcyjnego jest tam jednym z priorytetów państwowej polityki przemysłowej. Z kolei rząd Japonii opublikował nową koncepcję Connected Industries, która zakłada przyspieszenie praktycznego wdrażania technik IoT oraz cyfryzacji w sektorze produkcyjnym oraz innych branżach.

 

Rozwój automatyki i technologii sieciowych – od Cyber Factory do Mazak iSMART Factory™

Podczas gdy sektor produkcyjny poszukuje dróg jak najlepszego wykorzystania Internetu rzeczy w skali globalnej, firma Mazak konsekwentnie rozwija własną wersję inteligentnego zakładu przemysłowego: Mazak iSMART Factory™. W fabryce przekształconej w Mazak iSMART Factory™ wszystkie działania produkcyjne są zapisywane w postaci danych cyfrowych, które są koordynowane z głównym systemem komputerowym oraz pozwalają na wizualizację i analizę procesów pod kątem udoskonaleń. Przez wdrażanie koncepcji inteligentnego zakładu przemysłowego firma Mazak dąży do modelu zaawansowanej produkcji cyfrowej z autonomiczną optymalizacją działań produkcyjnych.

Jako pionier w tej branży firma Mazak już od lat 80. XX w. – a więc od momentu powstania pierwszych zakładów działających bezobsługowo – promuje techniki automatyzacji i sieci danych w przemyśle. Przykładowo, w 1998 r. zostały ukończone prace nad systemem Cyber Factory, który łączył urządzenia produkcyjne za pośrednictwem sieci informatycznej. Mazak iSMART Factory™ to fabryka, w której procesy są jeszcze wydajniejsze dzięki wykorzystaniu technik automatyki i specjalistycznej wiedzy o sterowaniu zakładami przemysłowymi, jaką firma Mazak zgromadziła na przestrzeni wielu lat.

Prace nad transformacją własnych zakładów produkcyjnych zgodnie z ideą iSMART Factory™ firma Mazak rozpoczęła w 2015 r. od pilotażowego projektu w fabryce położonej w amerykańskim stanie Kentucky. Obecnie wszystkie zakłady produkcyjne Mazak na świecie są modernizowane w celu przekształcenia ich w inteligentne fabryki.

W maju 2017 r. zakończyła się transformacja zakładu w centrali firmy Mazak w Oguchi. Wykorzystano tam
doświadczenia zdobyte podczas realizacji pilotażowego projektu, a także najnowocześniejsze rozwiązania IoT. W rezultacie powstała fabryka z bazą produkcyjną o największym stopniu cyfryzacji.

 

 

 

Urządzenia do obróbki skrawaniem i obróbki blach zintegrowane w sieci

Wydział obróbki skrawaniem zakładu w Oguchi wyposażono w wielozadaniowe maszyny z serii INTEGREX oraz inne nowoczesne obrabiarki, używane do planowej produkcji małoseryjnej szerokiego spektrum detali. Za sprawą wielu rozwiązań z zakresu automatyki – takich jak: systemy wysokiego składowania, roboty sortujące, systemy transportu narzędzi (zapewniające automatyczne dostarczanie narzędzi do wielu obrabiarek) czy automatyczne zmieniacze szczęk (automatycznie wymieniające szczęki uchwytów) – wydział przez długi czas może pracować bezobsługowo. Wszystkie obrabiarki, podobnie jak urządzenia peryferyjne (np. zintegrowane transportery wiórów i pojazdy kierowane automatycznie), są podłączone do sieci umożliwiającej zbieranie ponad 10 milionów jednostek danych operacyjnych w ciągu doby, a w rezultacie – stałe monitorowanie i analizowanie sytuacji. Dane pochodzą ze wszystkich urządzeń i są wykorzystywane do poprawy wydajności całego wydziału obróbki skrawaniem. Komunikacja sieciowa między różnymi urządzeniami, zbieranie danych i zintegrowane sterowanie następują poprzez otwarty przemysłowy protokół komunikacyjny MTConnect® oraz moduł interfejsu sieciowego Mazak SMARTBOX™, który nie tylko zapewnia bezpieczeństwo cybernetyczne sieci, lecz także działa jako element „mgły obliczeniowej” do rozproszonego przetwarzania danych. Ten model przetwarzania zmniejsza obciążenie serwera zbieraniem danych i wyraźnie przyspiesza ich analizę.

W przypadku starszych maszyn i innych elementów wyposażenia, które nie są zgodne z protokołem MTConnect®, stosuje się moduły Mazak SENSOR BOX, które przekształcają informacje o stanie maszyny do formatu MTConnect®, odpowiedniego do zbierania danych. Te dane są wizualizowane i analizowane przez system SMOOTH MONITOR AX, a wyniki tej analizy trafiają z powrotem do systemu produkcyjnego, aby go zoptymalizować pod względem wydajności.

Przykładem praktycznego zastosowania tej techniki w zakładzie w Oguchi jest analiza alarmowych zatrzymań urządzeń. Na podstawie zebranych danych przebadano przyczyny i częstotliwość występowania alarmów. Wyniki posłużyły do zoptymalizowania konserwacji zapobiegawczej – w efekcie o połowę zmniejszono liczbę przestojów i poprawiono wskaźniki efektywności. Ponadto analizie poddano informacje o stanie maszyn i wyposażenia podczas bezobsługowej pracy zakładu, aby wykryć ewentualne nieefektywne cykle robocze. Uzyskane wyniki wykorzystano do poprawy wydajności w różnych obszarach, m.in. znacznie skrócono czas jałowy, optymalizując użycie narzędzi skrawających i program obróbkowy. Wzrost wydajności dzięki zaawansowanej koordynacji danych uzyskano również na wydziale obróbki blach. Za pomocą wycinarki laserowej Mazak na każdym arkuszu przekazywanym do obróbki nanoszony jest kod QR, służący do wywoływania programów obróbkowych w procesie gięcia oraz do zarządzania procesem lakierowania i rejestrowania jego postępów. To rozwiązanie przyspiesza identyfikację części i wywoływanie programów – po jego wdrożeniu wydajność produkcji wzrosła o 30%.

 

 

 

 

 

 

Cyfryzacja operacji wykonywanych przez pracowników montażu i kontroli

Cyfryzacja nie ominęła również procesów montażu i kontroli. Informacje o wynikach tych czynności są wprowadzane za pomocą tabletów i innych inteligentnych urządzeń – dane mają więc postać cyfrową, co pozwoliło wyeliminować dokumentację papierową. Na dużych ekranach zainstalowanych w zakładzie wyświetla się status poszczególnych zleceń, dzięki czemu kierownictwo może na bieżąco śledzić postęp prac. Wizualizacje ułatwiają wykrywanie niezamierzonych przerw między procesami lub problemy wydłużające czas montażu.

Podobnie cała dokumentacja produkcji, obejmująca dane o narzędziach i wyniki pomiarów przeprowadzanych w trakcie produkcji, a także historię użycia narzędzi i przyrządów pomiarowych, jest przekształcana do postaci cyfrowej, aby usprawnić rejestrowanie informacji o dostarczonych maszynach i umożliwić doskonalenie jakości, w tym szybkie wykrywanie nieprawidłowości oraz identyfikowanie procesów produkcyjnych i egzemplarzy wyrobów, przy których dane narzędzie było stosowane.

 

Wykorzystanie wielkich zbiorów danych (big data) dotyczących produkcji

Transformacja zakładu w Oguchi w inteligentną fabrykę Mazak iSMART Factory™ spowodowała, że wszystkie czynności – od przyjęcia zamówienia po dostawę – mają swoje odzwierciedlenie w danych cyfrowych. Dzięki temu udało się istotnie usprawnić zarządzanie wewnętrznym łańcuchem dostaw i ograniczyć zapasy w procesie produkcyjnym, a także skrócić czas obsługi administracyjnej oraz czas samej produkcji. W przyszłości firma zamierza też włączyć do systemu informacje o całym cyklu życia produktów – od planowania po serwis w trakcie eksploatacji. To oznacza wykorzystanie wielkich zbiorów danych (big data), pozyskiwanych w wyniku zaawansowanej koordynacji systemów CAD 3D, ERP, MES i innych. Umożliwi to skrócenie nie tylko czasu produkcji, lecz także czasu potrzebnego do rozwoju nowych produktów. Pozwoli też na spełnienie bardzo zróżnicowanych wymagań rynku.

 

Ewolucja idei Mazak iSMART Factory™

Obecnie firma Mazak pracuje nad optymalizacją wydajności poprzez: kompleksowe monitorowanie, konserwację zapobiegawczą bazującą na sztucznej inteligencji, analizę wielkich zbiorów danych i rozwój koncepcji cyfrowych bliźniąt (tj. systemów porównujących działanie maszyny cyfrowej z działaniem maszyny w hali produkcyjnej). Zgodnie z ideą ciągłej ewolucji zakładu przemysłowego firma będzie sięgać po najnowsze rozwiązania techniczne, aby doskonalić platformę Mazak iSMART Factory™ i uczestniczyć w rozwoju przemysłu wytwórczego na świecie.

 

Źródło: YAMAZAKI MAZAK CENTRAL EUROPE SP. Z O.O., ODDZIAŁ W POLSCE