Ipar 4 0 megoldások

Majd három, mesterséges intelligencia alapú projektet prezentáltak, amelyek: számítógépes látás alkalmazása gyártási folyamatok monitorozásában, elektronikus orr alkalmazási lehetőségei az iparban, digitális ikerpár optimalizálása a petrokémiában.

Ipar 4.0 megoldások kialakításának feltételrendszere

Ipar 4.0 megoldások kialakításának feltételrendszere

A karbantartás új szerepei – értékképzés, kiválóság, biztonság, Nemzetközi konferencia, pp. 1-16, Veszprém, 2016 április 18-19, ISBN: 978-963-396-089-9

A küszöbön álló negyedik ipari forradalom a hálózatokba rendezett kiber-fizikai rendszerek elterjedését jelenti. Az intelligens technológiáknak és új gazdaságszervezési elveknek köszönhetően az emberi beavatkozást nem igénylő gyártócellák szervezeteket is áthidaló működtetésével egyedi termékek változó igényekhez igazodó hatékony előállítása valósulhat meg. A magyar gazdaság számára a legfontosabb kérdés, hogy vállalkozásaink miként részesülhetnek e forradalmian új szemléletmód előnyeiből, illetve miként kezelhetők a munkaerőpiac elkerülhetetlen átalakulásának társadalmi következményei. A tanulmány a napokban megjelent Hálózatok metszéspontjain – A negyedik ipari forradalom társadalmi kihívásai címet viselő kötetünk alapján tekinti át, hogy az Ipar 4.0 megoldások kialakítása kapcsán mit tartunk a legégetőbb feladatoknak.

Technológiák

Az IoT (Internet of Things), vagyis a dolgok internete egy kiemelt és gyorsan fejlődő területe az informatikának. Célja, hogy a lehető legtöbb eszközt összekapcsoljunk egymással, amelyek egymás között kommunikálnak, végeznek el feladatokat, szolgáltatnak adatokat, mindezt az interneten keresztül. A hétköznapi életben ez jelentheti a telefonunk, háztartási eszközök, gépjárművek összekapcsolását, ipari értelemben pedig a gyárban működő gépek, járművek, szenzorok (adatgyűjtő berendezések), mobil eszközök, felügyeleti rendszerek együttműködését. Ipari környezetben lényeges szempont, hogy a gépek által szolgáltatott adatokat valós időben vizualizálni is tudjuk, ezáltal valós idejű statisztikát tudunk szolgáltatni a termelést illetően.

Big Data

A big data fogalma alatt azt a komplex technológiai környezetet (szoftvert, hardvert, hálózati modelleket) értjük, amely lehetővé teszi olyan adatállományok feldolgozását, amelyek annyira nagy méretűek és annyira komplexek, hogy feldolgozásuk a meglévő adatbázis-menedzsment eszközökkel jelentős nehézségekbe ütközik. Leegyszerűsítve, a big data, mint fogalom a nagy mennyiségű, nagy sebességgel változó és nagyon változatos adatok feldolgozásáról szól.A „Big data” létezésének alapfeltétele a megfelelő fizikai infrastruktúrának (hardver támogatásnak) a megléte. Másik kulcsszempont a magas rendelkezésre állás. Követelmény ezen kívül a megfelelő skálázhatóság is, mivel a Big data egyik meghatározó tulajdonsága a nagyon nagy és folyamatosan bővülő adatállomány. És ezen kívül figyelembe véve az adatok nagyon változatos voltát a rendszer flexibilitása is kihívások elő állítja az üzemeltetőt. A rendszernek redundánsak és rugalmasnak kell lennie.

Digitális Ikerpár

Bár a digitális iker fogalma 2002 körül született meg, csak a Dolgok Internetének (Internet of Things – IoT) köszönhetően lett költséghatékonyan implementálható az iparban. A digitális ikerpár egy olyan virtuális modellje egy folyamatnak, terméknek vagy szolgáltatásnak, mely segítségével összekapcsolható a valós, fizikai és a virtuális világ. A digitális ikerpár segítségével elemezni, monitorozni lehet a valós rendszereket annak érdekében, hogy megelőzzük a problémákat, rövidítsük a leállásokat vagy akár szimulációk futtatásával fejlesztéseket, végezzünk vagy előre tervezzünk.

3D nyomtatás

A 3D nyomtatás az MIT (Massachusetts Institute of Technology) által kifejlesztett additív gyártási technológia ( olyan eljárás amely során a hagyományostól eltérően nem anyag elvételével hanem annak hozzáadásával alakítjuk ki a kívánt geometriát ) . Legfőképp gyors prototípus gyártásra fejlesztették ki, ám felhasználható valós termékek rugalmas gyártására, az utóbbi időben már direkt szerszámkészítésre és precíziós öntőformák előállítására is alkalmazzák . A technológia legelterjedtebb változatai az FDM ömledék rétegzéses és az Easyjet fotopolimerizáción alapuló megoldás.

Automated Guided Vehicle (AGV)

Az Automated Guided Vehicle (AGV), vagyis az automata vezetett járművek – vezető nélküli targoncák – szállítmányozási feladatot látnak el. Az AGV egy olyan automata jármű, amely valamilyen, a talajra elhelyezett útvonalat követve közlekedik. Többféle technológia létezik, pl. optikai vagy mágneses úton vezetett AGV. Tipikusan az iparban alkalmazzák ezeket az eszközöket a gyáron belüli logisztika optimalizálására, és a hiányzó munkaerő pótlására.

RFID – Rádiófrekvenciás azonosítás

A rádiófrekvenciás azonosítás (Radio Frequency IDentification) olyan technológia, amely rádióhullámok segítségével automatikus azonosítást, illetve adatrögzítést tesz lehetővé, mikrochipek segítségével. Az RFID chip egy apró tárgy, amely rögzíthető vagy beépíthető az azonosítani kívánt objektumba, ami tulajdonképpen a már jól ismert vonalkód funkcióját tölti be, viszont annál sokkal többre is képes, mivel az RFID technológiát alkalmazó azonosítás során az úgynevezett RFID chipnek csupán az RFID olvasó közelében kell lennie és az sem feltétlenül akadály, ha az olvasó és a tag között fizikai objektum is található. További előnye az RFID technológiának, hogy nem csak azonosításra használható, lehetőséget biztosít adatok tárolására is. Bizonyos RFID tagek tartalmazhatnak memóriát is. Ezt kihasználva az azonosítani kívánt objektumról nem kell feltétlenül egy adatbázisban tárolni az adatokat, valamennyi információt tárolhatunk az azonosítani kívánt tárgyhoz vagy eszközhöz rögzítve is.

Ipar 4 0 megoldások

Az Ipar 4.0-t, vagyis a negyedik ipari forradalmat a gyártás digitalizációjával szokás azonosítani. Robotok, kiber-fizikai rendszerek, Big Data, dolgok internete (Internet of Things, IoT), mesterséges intelligencia (Artificial Intelligence, AI) hálózatba kapcsolódás – a leggyakrabban ezek a fogalmak kerülnek elő az Ipar 4.0-val kapcsolatban. Ezek valóban nagyon fontosak is, de legalább ennyire fontos, hogy a digitalizáció új üzleti modelleket alakít ki.

Ipar 4.0 megoldás a KUKA Roboticsnál. Az LBR iiwa robot maga jelzi, ha meghibásodott. (Fotó: KUKA Robotics)

A digitális technológia lehetővé teszi, hogy egyedi termékeket állítsunk elő tömeggyártással. A vevők maguk tervezhetik meg az általuk óhajtott terméket, s ez nem lesz drágább, mintha tömegárut vettek volna. A technikai újítások a vevőket helyezik a középpontba, ami átalakítja a teljes értékláncot. Fontos változás az erős decentralizáció és a gyártás rugalmassá tétele. Ez pedig ellentétben áll az eddig szokásos irányítási gyakorlattal.

A negyedik ipari forradalmat összefüggésbe hozzák a lean menedzsmenttel is. Ezt egyebek mellett arra alapozzák, hogy az Ipar 4.0 megoldások és a lean elvek összhangban vannak egymással. A lean is a vevői igényekből indul ki (pull stratégia). Ugyanakkor a digitalizáció az egész folyamatot átláthatóvá teszi, s ezáltal megkönnyíti a folyamatos javítást, ami megint csak „nagyon lean”.

Az Ipar 4.0 megoldásoktól a hatékonyság jelentős javulását várják. A mai gyárakban a feladatok 8 százaléka van automatizálva – a kevésbé összetett, ismétlődő folyamatok. 10 éven belül az arány már 25 százalék lesz – állítja Olivier Scalabre francia kutató.

A Haufe Controlling Office hat olyan területet sorol fel, amelyek átalakulása meghozza az Ipar 4.0 megoldásoktól várt hatékonyságnövelést, rugalmasságot és az üzleti modell átalakítását.

1. A gyártás, a logisztika, valamint a termeléstervezés és irányítás automatizálása fokozódik
2. A vevőket és az üzleti partnereket még szorosabban bevonják az értékteremtésbe (ellátási lánc menedzsment)
3. Az egész vállalatnál erősen megnő a digitalizáció foka
4. Még a digitalizálás előtt „karcsúbb” folyamatokat kell kialakítani (lean menedzsment)
5. Új üzleti modellek alakulnak ki, amelyek nagyobb árbevételt és/vagy hatékonyságnövelést és/vagy magasabb haszonkulcsot hoznak
6. Megnőnek a munkatársakkal szemben támasztott követelmények a képzést és a változásra való képességet tekintve

Mindezt figyelembe véve nyilvánvaló, hogy a controllerek fontos szerepet játszanak a vállalatok Ipar 4.0-ra való átállításában: a vállalatvezetők üzleti partnerei a folyamatban.

Ez annál inkább így van, mert egyelőre nem alakultak ki általánosan érvényes modellek. A vállalatok egy-egy részterületen alkalmaznak Ipar 4.0 megoldásokat, és az oda vezető utat maguk taposták ki.

Már megvalósult Ipar 4.0 megoldások

A jövő gyára

A Siemens elektronikus vezérlőegységeket gyártó ambergi gyárában (Elektronikwerk Amberg) maguk a termékek irányítják a termelést. A hozzájuk tartozó termékkód segítségével közlik a gépekkel, hogy éppen milyen műveletre van szükségük. A jövő gyárában naponta 50 millió folyamatinformációt tárolnak el a központi rendszerbe. Ezek alapján a szoftver határozza meg a gyártási szabályokat és folyamatokat. Ebben az „intelligens gyárban” a munkának mindössze negyedét végzik emberek.

Ipar 4.0 megoldás a Siemensnél. Az ambergi elektronikai gyárban maguk a termékek irányítják a termelést. (Fotó: Siemens)

A robot felismeri a szerelőt

A KUKA Robotics LBR iiwa robotja meghibásodás esetén maga értesíti a megfelelően képzett szerelőt, aki okosóráján észleli a hibaüzenetet, s a probléma megoldásához erre szolgáló applikációt vehet igénybe. A robot meg tudja különböztetni a szakértő segítőt és azokat a személyeket, akinek nincs felhatalmazásuk a javításra, továbbá azt is tudja, hogy mikor állhat ismét munkába. A szerelő egy fejre szerelhető eszköz segítségével egy szakértővel is tud kommunikálni, ha további segítségre van szüksége.

Avatarok az olajiparban

A Total E&P virtuálisan, 3D-ben előre felépítette az angolai partokhoz tervezett Pazflor úszó platformját (FPSO, Floating Production, Storage and Offloading unit), s ezen képezte ki a személyzetet. Nagyjából úgy, mintha videójátékot játszottak volna. Ezáltal a cég a tervezetthez képest két hónappal előre hozta a kitermelés megkezdését.

A megoldás a működtetéshez is használható: a mérnököknek nem kell a helyszínen lenniük ahhoz, hogy információkat tudjanak meg a gépek és egyéb eszközök állapotáról. A realisztikus 3D modellek segítségével sétát tehetnek például egy olajfúró toronyban.

Prediktív alkatrészrendelés

A vizualizáció csak egy kiegészítő funkció ahhoz, hogy egy adott telephelyről begyűjtött információ minden érintett számára elérhető legyen, és ennek alapján a helyszíntől távol lehessen dönteni a szükséges beavatkozásról. Sőt, prediktív elemzéssel meg is lehet előzni a hibákat. A rendszer meghatározza a karbantartás idejét, és előre megrendeli az alkatrészeket is. A Wingas kombinált hő- és villamos (CHP) erőműve a németországi Lubminban már így tervezi meg a karbantartást.

Ipar 4.0 megoldás a Wingasnál. A lubmini CHP erőműben prediktív elemzéssel megelőzik a hibákat. (Fotó: Wingas)

Termékfejlesztés 3D nyomtatással

A Siemens a berlini gyárában gázturbina-alkatrészek prototípusainak előállításához 3D nyomtatást használ. A lézeres olvasztási eljárással olcsóbban és gyorsabban tudják előállítani a prototípusokat, mint a hagyományos öntési technológiával. Így már a termékfejlesztés fázisában tesztelni tudják ezeket a komponenseket. Korábban a hosszú gyártási idő miatt csak a termékfejlesztés végén volt erre lehetőség. Most az alkatrészek merész változtatásait is gyorsan ki tudják értékelni, és még a tervezési ciklusban tudnak módosítani. Így nagyobb hatásfok-emelkedést érnek el.

Hajógyártás szimulációval

A Flensburger Schiffbau- nál a hajógyári folyamatokhoz szimulációs modelleket állítottak fel, ezekbe betáplálják a jelenleg gyártásban lévő, és a jövőben gyártásba kerülő hajók adatait. Így átfogó elemzéseket végezhetnek a határidő- és költség-előrejelzésekkel, a szűkös kapacitásokkal és az erőforrások kihasználásával kapcsolatban. Ezáltal a termelés tervezéséről és irányításáról megalapozottan dönthetnek.

Autó személyre szabva

Ma már minden autó egyedi, olyan sokféle választási lehetőséget kínálnak a gyártók a vevőknek. Ennek megfelelően a nagy autógyárak rendelésre gyártják a kocsikat. A Volkswagennél például a vevő kívánságát leíró adatokat betáplálják a cég rendszereibe, onnan kerülnek az egyes gyártó részlegekhez. A karosszéria műhelyben „megkeresztelik” az autót, azaz kap egy RFID azonosítót. Erről lehet tudni, hogy melyik karosszéria melyik megrendeléshez tartozik. A festőműhely is a rendszerből kap információt. A közbenső raktárban az autókat az összeszereléshez optimális sorrendben helyezik el. A beszállítók és az összeszerelők is innen kapják meg azt az információt, hogy a több ezer alkatrész közül melyikre mikor és hol van szükség.

Protézis méretre, 1 nap alatt

A Stratasys a Michigani Egyetemmel közösen fejlesztette ki a módszert, amellyel személyre szabott bokamerevítőt készítenek egyetlen nap alatt. A páciens lábát beszkennelik 3D-ben, az eszközt digitálisan tervezik meg, majd 3D-ben kinyomtatják. A hagyományos módszerrel rengeteg gipszet használnak a mintavételhez, és nem lehet teljesen testre szabni a merevítőt, mert nem tudnak változtatni az anyag vastagságán. Így nem elég rugalmas a merevítő és nem támogatja elég jól a lábat. Az összes feladatot kézzel végzik, több mintát is készítenek, ami rengeteg időt igényel, és többször is el kell menni az orvoshoz. Az eddigi 2-4 hetes várakozás helyett a páciens 1 nap alatt megkapja a merevítőt, amely pontosabb és rugalmasabb a korábbinál. Ráadásul egy újabb merevítő elkészítésénél az orvos az adatokból látja, hogyan javult a beteg állapota.

Kábelkötegelés okosszemüveggel

A Boeing Google Glass-t alkalmaz a repülőgépek kábeleinek kötegelésére. A gépészek eddig számítógépen megjelenített PDF dokumentumokból tájékozódtak a kábelek helyes összekötéséről, most azonban a szemüveget használják, amely azonnali virtuális instrukciókkal látja el a szakembereket. A kiterjesztett valóságot nyújtó szemüveg használatával a gyártási időt egynegyedére csökkentették, a hibaarányt pedig a felére szorították le.

Fémmegmunkálás digitalizált értékláncban

A Schaeffler csoport, amely alkatrészeket, köztük csapágyakat szállít különböző iparágaknak, a fémmegmunkálásban piacvezető DMG MORI-val közösen kifejlesztette a „Machine tool 4.0-t”. A gép alkatrészeit szenzorokkal látták el, az így gyűjtött adatokat mind helyben, mind a felhőben kiértékelik, hogy az eredményeket más gyárakban is hasznosíthassák. Eddig két ilyen gép készült, és az egyik már munkába is állt a Schaeffler höchstadti gyárában, ahol magas precizitású csapágyakat készítenek. A gépet a digitalizált értéklánc mentén összekötötték más gépekkel, amely azt is lehetővé teszi, hogy információt gyűjtsenek a további fejlesztésekhez.

Ipar 4.0 megoldás a Schaefflernél. A „Machine tool 4.0” által gyűjtött adatokat a felhőben is kiértékelik. (Fotó: Schaeffler)