Chybějící díl pro skutečně inteligentní a efektivní výrobu
Integrace „Shop Floor to Top Floor“ v rámci SMT procesu sériové výroby
Neodmyslitelnou součástí vize inteligentního výrobního podniku je synchronizace napříč všemi úrovněmi procesů a systémů. Neustávající tlak na navyšování efektivity, kvality a vzrůstající požadavky na rychlost a elasticitu produkce boří bariéry mezi dříve oddělenými „sily“ vývoje, výroby a logistiky. Souhra procesů a toků dat v komplexnějším a náročnějším tržním prostředí se stává klíčem k dosažení provozní excelence.
Pojďme se podívat na to, jak zásadním, ale často neprávem poněkud opomíjeným diferenciátorem je schopnost integrovat. Je to právě propojení digitálních platforem, systémů, strojů a nástrojů, které otevírá plný potenciál inteligentního podniku připraveného na budoucnost.
Stálou prioritou je a bezesporu bude měření a vyhodnocování OEE (Overall Equipment Effectivness) s cílem identifikovat slabá místa procesů, která stojí v cestě dalšímu navyšování produktivity a profitability. Avšak vzrůstající tlak na měření a řízení OEE se neobejde bez spolehlivého a transparentního sběru dat napříč informačními systémy podniku. A tato data musí proudit rychle. Doslova online v reálném čase. Pak je jejich přínos pro řízení efektivity a plnění výrobních cílů nejvyšší. Data mají tendenci rychle zastarávat a ztrácet hodnotu.
S rychle narůstající mírou automatizace a robotizace jsou dnešní výrobní podniky vybavovány stále větším množstvím inteligentních strojů, robotů, cobotů, autonomních AGV či inteligentních nástrojů přímo integrovaných do procesu výroby. Tyto stroje, krom plnění svých úkolů, také generují obrovské množství dat, která však často zůstávají „uvězněna“ v rámci řídícího softwaru, se kterým byl daný stroj dodán. To vede buď ke komplikovanému, nebo neproduktivnímu, více či méně manuálnímu přenášení dat k následné analýze, anebo dokonce data zůstávají zcela ležet ladem a jejich hodnota se tak blíží nule. Realitou dnešních výrobních podniků je to, že v rámci jedné haly běží i stovky strojů, jež řídí desítky různých softwarových řešení od různých výrobců.
Celá velká idea Průmyslu 4.0 stojí i na okamžité výměně dat neustále proudících od automatizovaných strojů obohacených o data z ERP systémů do cloudových analytických nástrojů, sdružujících big data ze všech závodů společnosti. A to i napříč kontinenty. Nepřetržitá vzájemná komunikace a interakce tvoří z jednotlivých prvků síť, ve které se rodí skutečně inteligentní podnik.
Nutnost této souhry je dále umocňována stoupajícími nároky na personalizaci výroby. Zákazník dnes očekává standardizované řešení (produkt) upravený na míru přesně podle zadání a bez zbytečné prodlevy. Fenomén, který vnesl Amazon se svými cloudovými službami AWS do světa retailu, tedy zboží přesně podle zadání doručeno až ke dveřím nejpozději druhý den, se začíná odrážet i ve výrobním průmyslu. Udržet tempo při vzrůstajících požadavcích na variabilitu a flexibilitu produkce opět vyžaduje konstantní přenos informací mezi výrobní linkou a systémy řízení výroby či analytickými nástroji. A v neposlední řadě do všeho zapadá potřeba stupňování kvality a možnost pružně a kdykoliv dohledat a reportovat veškeré kroky výroby u každého jednoho produktu (hovoříme o traceabilitě komponent).
V posledních letech podniky po celém světě masivně investují do automatizace a robotizace. Přínos každé inovace výrobního procesu je nezpochybnitelný, avšak stále se bavíme jen o jednotlivých vrstvách výroby. A málokdy o jejich propojení do většího celku, kde se hodnota každé inovace násobí v synergii.
V klasickém modelu lze pohlížet na systémy ve výrobě ve třech úrovních. Základní vrstvu prezentuje ERP systém, jakožto digitální páteřní systém společnosti, zastřešující klíčové vnitropodnikové procesy. Pod ní je vrstva systému řízení výroby (MES). A nakonec rovina automatizace čítající desítky (a více) systémů, které řídí jednotlivé komponenty automatizace výroby. A otázka zní: Jak spolu všechny tyto systémy a zdroje dat spolupracují? Realitou typicky bude, jemně řečeno, nijak zvlášť, ale přesto intenzivně. Vrstvy zůstávají de facto oddělené. Každý systém potřebuje ke svému chodu určitá data, MES systém například výrobní zakázky, seznam pracovišť, materiálů, kusovník či pracovních postupů. Tato potřebná data musí být správně a včas replikována z ERP, popř. APS systémů do MES vrstvy. Obráceně, pokud dojde k dokončení výrobní zakázky, tato je odhlášena zpětně do ERP systému.
Obr. 1: Integrace vrstev ERP, MES a Automatizace v ekosystému SAP
Integrace je klíčem k odemčení potenciálu průmyslu 4.0. A tento potenciál jde nad rámec samotného procesu výroby. Umožnuje dynamicky reagovat na změny trhu i nároky zákazníků a propojuje veškeré součásti organizace (od prodeje, logistiky, služeb…) v jeden synchronizovaný celek orientovaný na zákazníka.
Představte si výrobu, která je schopna pružně modifikovat svůj chod tzv. za letu tak, aby kopírovala aktuální preference zákazníků. A to automatizovaně. Bavíme se o přesunu od masové výroby k masově personalizované výrobě. Představte si robustní soustavu IoT zařízení, která autonomně reaguje na momentální potřeby a nepřetržitě generuje data, která slouží jako okamžitý podklad pro kontinuální analýzu poháněnou umělou inteligencí s cílem vylepšování procesů a nárůstu efektivity výroby se současným neustálým zvyšováním kvality výroby. A okamžitá přístupnost a analýza dat je také předpokladem dnes tolik skloňované agility. Schopnosti pružně „přepínat“ jednotlivé výrobní scénáře a elasticky se přizpůsobovat výkyvům v požadované produkci. Jednoduše řečeno, je to scénář, kdy se díky propojení z jednotlivých strojů a systémů stává perfektně secvičený orchestr.
Zní to jako něco, co je příliš vzdáleno běžné praxi? Pozitivní zprávou je, že řada podniků už dnes disponuje převážnou většinou „hráčů“ pro pomyslný orchestr. To jsou ony zmiňované inteligentní stroje a jejich software. Avšak dirigent – tedy integrace a automatizace, který by je propojil do jedné sítě, zatím absentuje. Společnosti, a dost možná i ta vaše, mají za sebou podstatné investice do kvalitních systému a strojů. Teď je na čase sehrát je ve funkční těleso. Tedy integrovat horizontální a vertikální procesy a propojit „Shop Floor“ a „Top Floor“, doplnit o automatizační a analytickou vrstvu. Je třeba pro vyhodnocování kvality vyráběných produktů integrovat řešení na bázi zpracování obrazu? Není problém. Stroje lze osadit kamerovým systémem, jenž provádí snímkování vyráběného produktu, zaintegrovat některé ze standardizovaných řešení na bázi machine leasing, ať již se jedná o řešení na platformě SAP, Amazon AWS, popř. Microsoft Azure, připravit a natrénovat modely a zjednodušeně řečeno, máme hotovo. Řešení mohou být samozřejmě embeddovaná přímo na úrovni strojového vybavení, nemusí nutně běžet v prostředí cloudu.
Paradigmatem pro průmysl 4.0 je hyper-konektivita a konstantní komunikace. Tu nenahradí ani sebelepší automatizace a inovace ERP systému. Integrační prvek při tom neprávem stojí tak trochu stranou pozornosti. Přitom společnosti, které se rozhodnou v tomto směru rozvíjet, mohou velmi rychle a zcela konkrétně vidět plody svého integračního úsilí.
V prostředí SAP, na které se dlouhodobě specializujeme, je tímto integračním prvkem SAP Manufacturing Integration and Intelligence (MII) a SAP Manufacturing Execution System (ME). Tato řešení umožnují přemostit ERP systém a vrstvu průmyslové automatizace a otevírají pomyslnou bránu ke skutečně digitalizované výrobě nejen díky dostupnosti dat z celého výrobního procesu v reálném čase, ale zejména díky tomu, že plně integrované systémy a platformy poskytují ohromné možnosti k agilnímu rozvoji obchodního modelu. Společnost provozující plně integrované systémy má neporovnatelné možnosti pro to, flexibilně reagovat na změny tržního prostředí. Nemluvě o mnohem lepší výchozí pozici při zavádění dalších inovací v oblasti např. IoT nebo Machine Learningu.
Jako příklad lze uvést realizaci u našeho zákazníka společnosti Resideo, výrobce produktů domácí automatizace a regulační techniky. Přínos integrace se okamžitě projevil v posunu od reaktivního plánování a řízení, kdy se v rámci tier meetingů diskutovala kvalita produkce ex post – k hodnocení a analýze dat online. Došlo tak k zásadnímu zkrácení reakčních časů, což má pozitivní vliv na celkovou efektivitu výroby a kvalitu. Tím, že je společnost nyní schopna mnohem pružněji řídit svou produkci i logistiku, se před ní otevírá i varianta otevřít model „direct shippment“, jelikož nyní dovede v reálném čase sledovat pohyb materiálu i výroby a dokáže predikovat a řídit proces logistiky s neporovnatelnou přesností oproti stavu bez integrace. Tam, kde dříve byla potřeba kontrola a vstup pracovníka, dnes data proudí autonomně a automatizovaně.
Obr. 2: Výrobní hala ve společnosti Resideo
Důsledná integrace je zásadním krokem na cestě ke skutečně inteligentnímu podniku využívajícímu všech možností Průmyslu 4.0 pro svou profitabilitu a konkurenceschopnost. A ze své zkušenosti mohu říct doporučení, že než přikročíte k zavádění dalších prvků robotizace a automatizace, tak stojí za to věnovat plnou pozornost tomu, jaké možnosti na vás teprve čekají na využití právě ve formě integrace a automatizace. Rozdíl mezi desítkami samostatně běžících systémů a jedním sladěným celkem je totiž ohromující.
 |
Martin Šindlář Autor článku je Chief Technology & Innovation Officer ve společnosti NTT DATA Bussiness Solutions. Podnikovými informačními systémy se zabývá již od roku 1997. Specializuje na témata výroby, IoT, prediktivní údržby, Big Data a Machine Learning, zpracování obrazu, datové analýzy, a to v prostředí SAP a Amazon AWS. |
