Chytrá továrna je poměrně moderní záležitostí. Aby mohla fungovat, vyžaduje pár základních provozních a technických požadavků. V této části se dozvíte, co chytrá továrna rozhodně potřebuje. Uvidíte, že je toho poměrně dost.
Důležité
Výměna dat
Požadavky na chytrou továrnu začínají se samotnou výměnou dat. Smart Factory si vyměňuje velké množství informací. Tato výměna informací musí probíhat podle následujících základních pravidel:
Obousměrný přenos dat
Výměna informací funguje oběma směry (odesílání i přijímání informací).
Horizontální a vertikální přenos dat
Informace jsou vyměňovány vertikálně napříč různými odděleními (např. správa zákaznických objednávek, továrna, produkt) a horizontálně (ze stroje A na stroj B v továrně).
Protože cílem je zaznamenávat důležitá procesní data ve výrobě v reálném čase, musí být do výměny dat integrovány operační řídicí systémy. Tyto operační kontrolní systémy jsou koncepty, které pomáhají řídit, monitorovat a kontrolovat společnosti ve výrobním sektoru. Musejí zahrnovat následující:
Plánování podnikových zdrojů
Zde jsou plánovány, kontrolovány a spravovány zdroje, jako je materiálové a provozní vybavení, ale také personál, kapitál a obecné informační technologie.
Výrobní provedení
Týká se kontroly a monitorování produkce v reálném čase (v němčině také označováno jako systém řízení výroby).
Správa životního cyklu produktu
Koncept, který se zabývá životním cyklem (od návrhu, konstrukce a výroby po prodej, použití a likvidaci) a správou informací získaných v procesu.
Řízení dodavatelského řetězce
Řízení a zlepšování dodavatelského řetězce, tj. dodání a příjem výrobního a servisního zboží.
Technologické základní stavební kameny a předpoklady jsou samozřejmě také nezbytné pro to, aby Smart Factory fungovala v reálném čase. Některé z nejdůležitějších jsou již vyvinuty a používány. Jedná se o velmi obecné komponenty, jako jsou senzory (“snímací prvky”, které mohou detekovat fyzikální nebo chemické vlastnosti jejich prostředí) a akční členy (komponenty, které provádějí mechanické pohyby při elektrickém ovládání). Zde je důležité zmínit moderní automatizované výrobní techniky, jako je robotika a 3D tisk, ale také různé provozní IT aplikace, např. pro řízení a kontrolu výroby. Již je také technicky možné propojení prostřednictvím širokopásmového internetu a řízení pomocí cloudových systémů (externí servery, které poskytují výpočetní výkon).
Jiné systémy a komponenty, jako je např. rozšířená realita, kde je vnímaná realita „rozšířena“ informacemi z počítače (např. Google Glass), jsou však stále ještě v plenkách. Následující tabulka uvádí stručný přehled požadovaných základních technologických stavebních kamenů chytré továrny:
Exkurz
Průmysl a továrny v transformaci
Pokud definujeme Smart Factory jako součást Průmyslu 4.0, jasně vyplývá, že musel existovat Průmysl 1.0, 2.0, 3.0.
Zatímco první a druhé stádium industrializace vedlo k zavedení mechanických výrobních zařízení a masové výroby, Průmysl 3.0 byl již o automatizaci, užití IT a elektroniky, nicméně bez toho, aniž by tyto komponenty mezi sebou v reálném čase komunikovaly a vzájemně se ovlivňovaly.
Jak již bylo zmíněno, některé z nezbytných technologií se již používají jako další vývoj těchto průmyslových předchůdců, ale jiné se ještě musejí od základu vyvinout. Existují také vlivy z ne-průmyslových oblastí. „Internet věcí“ zde hraje významnou roli a je již všeobecněji známější v soukromém sektoru, než je např. propojení domácích spotřebičů (např. mobil automaticky rozpozná, že přicházíte domů a automaticky v bytě rozsvítí světla, současně kávovar začne připravovat espresso a televize zapne zprávy).
Průmysl 4.0 musí dovést technologie internetu věcí na průmyslovou úroveň a uvést je do ekonomicky výhodného rámce. To je jediný způsob, jak může skutečně nová a čtvrtá „průmyslová revoluce“ uspět.
Samozřejmě, na první pohled je mnoho z těchto technologií poněkud neprůhledných, pokud jde o jejich význam a funkci. Ty nejdůležitější budou proto následně detailněji vysvětleny:
Kybernetické fyzikální systémy (anglicky cyber physical systems, zkráceně CPS)
V první řadě, CPS jsou technickým základním kamenem každé inteligentní továrny. Jsou známé také jako vestavěné systémy, což se vztahuje na jakékoli elektronické a informačně technologické vybavení objektů ve výrobním prostředí. Mohou to být:
Senzory, pro přímé prostředí objektu
Pohony, které aktivně pohybují objekty (například páky)
Identifikátory pro jednoznačnou identifikaci a přiřazení objektů (např. čárový kód)
Mikrokontroléry (výše uvedené čipy), které analyzují data, určují stav a další kroky
Komunikační systémy, které umožňují přístup k síti pomocí kabelu nebo rádia
To je to, co dělá předmět „chytrým“ – jinými slovy inteligentním. Příklady takovýchto chytrých objektů ve výrobním prostředí jsou nářadí nebo inteligentní kontejnery. Takový kontejner lze identifikovat prostřednictvím čárového kódu a může poskytnout informace o své pozici a obsahu pomocí senzorů a mikrokontrolérů.
IPv6 – mnoho a mnoho internetových adres
Dalším základem pro rozvoj Smart Factory je nový internetový protokolu. Tento protokol může zajistit dostatečně velký tzv. „adresní prostor“. Čím více jsou inteligentní objekty vzájemně propojeny, tím více internetových adres je potřeba k jejich nezaměnitelnému přiřazení.
Širokopásmové sítě
Chytré továrny generují, odesílají, přijímají a zpracovávají obrovské množství dat, což musí probíhat rychle, jinak není možné pracovat v reálném čase. To vyžaduje, aby širokopásmové sítě zajišťovaly dostatečně rychlé datové přenosy, udržovaly nízké doby zpoždění a zajišťovaly bezpečný provoz.
Důležité
WLAN a mobilní komunikace
Jednoduše řečeno, interně je ve firmě samozřejmě vyžadována silná WLAN, ale mimo společnost musí být brány v potaz také sítě mobilních telefonů (příklad: kamion, který automaticky informuje pomocí mobilního telefonu přijímající továrnu o dopravní zácpě a tím zpoždění dodávky zdrojů).
Komunikace mezi stroji – tzv. machine-to-machine komunikace (M2M) – inteligentní stroje
Dalším technologickým stavebním kamenem jsou interakční stroje, které si automatiky vyměňují informace s ostatními stroji a výrobky. Komunikují údaje o materiále, informace o objednávce, současný stav a opatření údržby. Také sbírají data o stavu svého systému, v podstatě „jak se jim daří“. Probíhající procesy tak mohou být analyzovány a (znovu) kontrolovány v reálném čase.
Rozhraní člověk-stroj (anglicky Human-Machine-Interfaces, zkráceně HMI)
Interakce člověka, stroje a produktu (poznámka: ve skutečných chytrých továrnách musí být všichni tři inteligentní) je obzvláště vzrušující. Zatímco vysoce mobilní zařízení jako jsou tablety a chytré telefony již nabízejí přímou integraci člověka do sítě a komunikaci chytré továrny, je ještě stále v této oblasti dost prostoru pro výzkum.
Vysoce moderní, alternativní metodou je izolované použití brýlí rozšířené reality (angl. augmented reality – AR), které poskytují zaměstnancům ve výrobním prostředí dodatečné virtuální informace.
Řídící systémy výroby – výrobní informační systémy (angl. Manufacturing Execution Systems – MES)
Tyto systémy již byly zmíněny výše v operačních řídících systémech a jsou používány pro správu zdrojů (provozní zdroje, personální a dodací části) a pro komplexní zaznamenávání výrobních dat (provozní, strojní a personální údaje).
Takové systémy řízení kontroly již existují velmi dlouho, ale ještě nejsou plně propojeny. Jakmile budou schopny výměny informací v reálném čase s výrobními závody, logistickými systémy a produkty, chytrá továrna bude schopna využít svůj plný potenciál.
Analýza velkých dat
Pokud všechno a všichni generují, zpracovávají a odesílají data v reálném čase, pak je samozřejmě výsledkem vytvoření obrovského množství dat – ty musejí být řádně zpracovány správnou IT infrastrukturou a IT vybavením. Další analýza také vyžaduje vysokou výpočetní kapacitu.
Správa a analýza velkých dat jsou již nabízeny na trhu se standartním řešením nebo jsou prováděny jako integrovaná cloudová řešení, nicméně požadavky na ně stále narůstají.
Cloud computing a úložný prostor
Cloud computing označuje externí využití výpočetní síly a úložného prostoru, které jsou dostupné prostřednictvím internetu nebo intranetu. Vzhledem k vysokým nárokům na výkon dat není zavedení „cloudu“ do výrobního prostředí špatným nápadem. To umožňuje centrálně spravovat a koordinovat všechny aplikace a data. Dříve používaná interní serverová řešení již nemohou splňovat požadavky na zpracování velkých dat a požadavky inteligentní továrny na analýzu, plánování, řízení a optimalizaci v reálném čase.
Důležité
A co lidé?
V předchozí kapitole jsme se dozvěděli, že výroba by měla z velké části fungovat bez lidí, ale teď jsou zase lidé do výroby zapojeni prostřednictvím rozšířené reality – takže, co teď?
No, i když by měla být chytrá továrna v zásadě zcela samostatná a automatizovat výrobní proces, lidská bytost je stále její součástí jen ne na místě výroby, ale při další optimalizaci a kontrole výrobních systémů. Koordinuje při tom například rozhraní s jinými systémy nebo výrobními prostředími. Důležitá je zde také rozšířená realita jako koncept, umožňuje virtuální zásah bez fyzického kontaktu.
Chytrá továrna také potřebuje zobecněné standardy a normy. Je naprosto nezbytný společný sémantický základ (tj. kompatibilní programovací jazyky a univerzální výrobní jazyk). Standardizace výrobních operací v chytrých továrnách může předcházet tomu, aby si systémy, které by měly mezi sebou komunikovat, nakonec navzájem nerozuměly kvůli technologickým rozdílům.
Příklad
Právní výzvy v chytré továrně
Rychlý technologický výzkum také přináší právní výzvy a některé z nich ještě nebyly zcela vyřešeny. Ukážeme si problém na příkladě:
Dodavatel obdrží od společnosti objednávku. Společnost zpracovává plastelínu na zábavná zvířátka a poté je prodává hračkářstvím. Společnost používá Smart Factory, což znamená že je automaticky propojena jak s dodavatelem (surová modelovací hmota), tak i se zákazníky (hračkářství). Objednávka však byla odeslána, protože systém nesprávně zpracoval požadavek zákazníka a je mnohem vyšší, než může společnost zpracovat nebo uskladnit. Společnost samozřejmě nechce platit přebytek, prodejci hraček stejně nepotřebují takové obrovské množství plastelíny a dodavatel je naštvaný, protože vyráběl modelovací hmotu zdarma.
Na čí straně je vina? Kdo by měl zaplatit za chybu, kterou způsobil systém, který zahrnoval všechny tři strany? Zákon v tomto případě ještě není dostatečně jasně vyložen.
Kromě toho vyvstávají otázky ohledně ochrany údajů, dodržování předpisů a utajení v rámci partnerství, jelikož během výměny veškerých dat je vše současně odhaleno. Například to, které z poskytnutých údajů může dodavatel použít? Za jakým účelem? I v tomto případě je ještě nutno vyvinout potřebné koncepty.
Zapamatujte si
Smart Factory vyžaduje určité technické a provozní předpoklady pro to, aby mohla uskutečnit vyžadovanou výměnu informací a dat v reálném čase.
Základními technickými stavebními kameny jsou:
Kyber-fyzikální systémy
Big data a Cloud computing
Širokopásmové připojení a dostatečný adresní prostor
Rozhraní člověk-stroj
Integrace operačních systémů řízení výroby
Člověk již není součástí výroby, ale pouze kontroluje a optimalizuje výrobní procesy.
Chytré továrny však musí být také posuzovány v právním rámci, v tomto případě mohou pomoci normy a směrnice.
Chytrá továrna je poměrně moderní záležitostí. Aby mohla fungovat, vyžaduje pár základních provozních a technických požadavků. V této části se dozvíte, co chytrá továrna rozhodně potřebuje. Uvidíte, že je toho poměrně dost.
Důležité
Výměna dat
Požadavky na chytrou továrnu začínají se samotnou výměnou dat. Smart Factory si vyměňuje velké množství informací. Tato výměna informací musí probíhat podle následujících základních pravidel:
Výměna informací funguje oběma směry (odesílání i přijímání informací).
Informace jsou vyměňovány vertikálně napříč různými odděleními (např. správa zákaznických objednávek, továrna, produkt) a horizontálně (ze stroje A na stroj B v továrně).
Protože cílem je zaznamenávat důležitá procesní data ve výrobě v reálném čase, musí být do výměny dat integrovány operační řídicí systémy. Tyto operační kontrolní systémy jsou koncepty, které pomáhají řídit, monitorovat a kontrolovat společnosti ve výrobním sektoru. Musejí zahrnovat následující:
Zde jsou plánovány, kontrolovány a spravovány zdroje, jako je materiálové a provozní vybavení, ale také personál, kapitál a obecné informační technologie.
Týká se kontroly a monitorování produkce v reálném čase (v němčině také označováno jako systém řízení výroby).
Koncept, který se zabývá životním cyklem (od návrhu, konstrukce a výroby po prodej, použití a likvidaci) a správou informací získaných v procesu.
Řízení a zlepšování dodavatelského řetězce, tj. dodání a příjem výrobního a servisního zboží.
Technologické základní stavební kameny a předpoklady jsou samozřejmě také nezbytné pro to, aby Smart Factory fungovala v reálném čase. Některé z nejdůležitějších jsou již vyvinuty a používány. Jedná se o velmi obecné komponenty, jako jsou senzory (“snímací prvky”, které mohou detekovat fyzikální nebo chemické vlastnosti jejich prostředí) a akční členy (komponenty, které provádějí mechanické pohyby při elektrickém ovládání). Zde je důležité zmínit moderní automatizované výrobní techniky, jako je robotika a 3D tisk, ale také různé provozní IT aplikace, např. pro řízení a kontrolu výroby. Již je také technicky možné propojení prostřednictvím širokopásmového internetu a řízení pomocí cloudových systémů (externí servery, které poskytují výpočetní výkon).
Jiné systémy a komponenty, jako je např. rozšířená realita, kde je vnímaná realita „rozšířena“ informacemi z počítače (např. Google Glass), jsou však stále ještě v plenkách. Následující tabulka uvádí stručný přehled požadovaných základních technologických stavebních kamenů chytré továrny:
Exkurz
Průmysl a továrny v transformaci
Pokud definujeme Smart Factory jako součást Průmyslu 4.0, jasně vyplývá, že musel existovat Průmysl 1.0, 2.0, 3.0.
Zatímco první a druhé stádium industrializace vedlo k zavedení mechanických výrobních zařízení a masové výroby, Průmysl 3.0 byl již o automatizaci, užití IT a elektroniky, nicméně bez toho, aniž by tyto komponenty mezi sebou v reálném čase komunikovaly a vzájemně se ovlivňovaly.
Jak již bylo zmíněno, některé z nezbytných technologií se již používají jako další vývoj těchto průmyslových předchůdců, ale jiné se ještě musejí od základu vyvinout. Existují také vlivy z ne-průmyslových oblastí. „Internet věcí“ zde hraje významnou roli a je již všeobecněji známější v soukromém sektoru, než je např. propojení domácích spotřebičů (např. mobil automaticky rozpozná, že přicházíte domů a automaticky v bytě rozsvítí světla, současně kávovar začne připravovat espresso a televize zapne zprávy).
Průmysl 4.0 musí dovést technologie internetu věcí na průmyslovou úroveň a uvést je do ekonomicky výhodného rámce. To je jediný způsob, jak může skutečně nová a čtvrtá „průmyslová revoluce“ uspět.
Samozřejmě, na první pohled je mnoho z těchto technologií poněkud neprůhledných, pokud jde o jejich význam a funkci. Ty nejdůležitější budou proto následně detailněji vysvětleny:
Kybernetické fyzikální systémy (anglicky cyber physical systems, zkráceně CPS)
V první řadě, CPS jsou technickým základním kamenem každé inteligentní továrny. Jsou známé také jako vestavěné systémy, což se vztahuje na jakékoli elektronické a informačně technologické vybavení objektů ve výrobním prostředí. Mohou to být:
To je to, co dělá předmět „chytrým“ – jinými slovy inteligentním. Příklady takovýchto chytrých objektů ve výrobním prostředí jsou nářadí nebo inteligentní kontejnery. Takový kontejner lze identifikovat prostřednictvím čárového kódu a může poskytnout informace o své pozici a obsahu pomocí senzorů a mikrokontrolérů.
IPv6 – mnoho a mnoho internetových adres
Dalším základem pro rozvoj Smart Factory je nový internetový protokolu. Tento protokol může zajistit dostatečně velký tzv. „adresní prostor“. Čím více jsou inteligentní objekty vzájemně propojeny, tím více internetových adres je potřeba k jejich nezaměnitelnému přiřazení.
Širokopásmové sítě
Chytré továrny generují, odesílají, přijímají a zpracovávají obrovské množství dat, což musí probíhat rychle, jinak není možné pracovat v reálném čase. To vyžaduje, aby širokopásmové sítě zajišťovaly dostatečně rychlé datové přenosy, udržovaly nízké doby zpoždění a zajišťovaly bezpečný provoz.
Důležité
WLAN a mobilní komunikace
Jednoduše řečeno, interně je ve firmě samozřejmě vyžadována silná WLAN, ale mimo společnost musí být brány v potaz také sítě mobilních telefonů (příklad: kamion, který automaticky informuje pomocí mobilního telefonu přijímající továrnu o dopravní zácpě a tím zpoždění dodávky zdrojů).
Komunikace mezi stroji – tzv. machine-to-machine komunikace (M2M) – inteligentní stroje
Dalším technologickým stavebním kamenem jsou interakční stroje, které si automatiky vyměňují informace s ostatními stroji a výrobky. Komunikují údaje o materiále, informace o objednávce, současný stav a opatření údržby. Také sbírají data o stavu svého systému, v podstatě „jak se jim daří“. Probíhající procesy tak mohou být analyzovány a (znovu) kontrolovány v reálném čase.
Rozhraní člověk-stroj (anglicky Human-Machine-Interfaces, zkráceně HMI)
Interakce člověka, stroje a produktu (poznámka: ve skutečných chytrých továrnách musí být všichni tři inteligentní) je obzvláště vzrušující. Zatímco vysoce mobilní zařízení jako jsou tablety a chytré telefony již nabízejí přímou integraci člověka do sítě a komunikaci chytré továrny, je ještě stále v této oblasti dost prostoru pro výzkum.
Vysoce moderní, alternativní metodou je izolované použití brýlí rozšířené reality (angl. augmented reality – AR), které poskytují zaměstnancům ve výrobním prostředí dodatečné virtuální informace.
Řídící systémy výroby – výrobní informační systémy (angl. Manufacturing Execution Systems – MES)
Tyto systémy již byly zmíněny výše v operačních řídících systémech a jsou používány pro správu zdrojů (provozní zdroje, personální a dodací části) a pro komplexní zaznamenávání výrobních dat (provozní, strojní a personální údaje).
Takové systémy řízení kontroly již existují velmi dlouho, ale ještě nejsou plně propojeny. Jakmile budou schopny výměny informací v reálném čase s výrobními závody, logistickými systémy a produkty, chytrá továrna bude schopna využít svůj plný potenciál.
Analýza velkých dat
Pokud všechno a všichni generují, zpracovávají a odesílají data v reálném čase, pak je samozřejmě výsledkem vytvoření obrovského množství dat – ty musejí být řádně zpracovány správnou IT infrastrukturou a IT vybavením. Další analýza také vyžaduje vysokou výpočetní kapacitu.
Správa a analýza velkých dat jsou již nabízeny na trhu se standartním řešením nebo jsou prováděny jako integrovaná cloudová řešení, nicméně požadavky na ně stále narůstají.
Cloud computing a úložný prostor
Cloud computing označuje externí využití výpočetní síly a úložného prostoru, které jsou dostupné prostřednictvím internetu nebo intranetu. Vzhledem k vysokým nárokům na výkon dat není zavedení „cloudu“ do výrobního prostředí špatným nápadem. To umožňuje centrálně spravovat a koordinovat všechny aplikace a data. Dříve používaná interní serverová řešení již nemohou splňovat požadavky na zpracování velkých dat a požadavky inteligentní továrny na analýzu, plánování, řízení a optimalizaci v reálném čase.
Důležité
A co lidé?
V předchozí kapitole jsme se dozvěděli, že výroba by měla z velké části fungovat bez lidí, ale teď jsou zase lidé do výroby zapojeni prostřednictvím rozšířené reality – takže, co teď?
No, i když by měla být chytrá továrna v zásadě zcela samostatná a automatizovat výrobní proces, lidská bytost je stále její součástí jen ne na místě výroby, ale při další optimalizaci a kontrole výrobních systémů. Koordinuje při tom například rozhraní s jinými systémy nebo výrobními prostředími. Důležitá je zde také rozšířená realita jako koncept, umožňuje virtuální zásah bez fyzického kontaktu.
Chytrá továrna také potřebuje zobecněné standardy a normy. Je naprosto nezbytný společný sémantický základ (tj. kompatibilní programovací jazyky a univerzální výrobní jazyk). Standardizace výrobních operací v chytrých továrnách může předcházet tomu, aby si systémy, které by měly mezi sebou komunikovat, nakonec navzájem nerozuměly kvůli technologickým rozdílům.
Příklad
Právní výzvy v chytré továrně
Rychlý technologický výzkum také přináší právní výzvy a některé z nich ještě nebyly zcela vyřešeny. Ukážeme si problém na příkladě:
Dodavatel obdrží od společnosti objednávku. Společnost zpracovává plastelínu na zábavná zvířátka a poté je prodává hračkářstvím. Společnost používá Smart Factory, což znamená že je automaticky propojena jak s dodavatelem (surová modelovací hmota), tak i se zákazníky (hračkářství). Objednávka však byla odeslána, protože systém nesprávně zpracoval požadavek zákazníka a je mnohem vyšší, než může společnost zpracovat nebo uskladnit. Společnost samozřejmě nechce platit přebytek, prodejci hraček stejně nepotřebují takové obrovské množství plastelíny a dodavatel je naštvaný, protože vyráběl modelovací hmotu zdarma.
Na čí straně je vina? Kdo by měl zaplatit za chybu, kterou způsobil systém, který zahrnoval všechny tři strany? Zákon v tomto případě ještě není dostatečně jasně vyložen.
Kromě toho vyvstávají otázky ohledně ochrany údajů, dodržování předpisů a utajení v rámci partnerství, jelikož během výměny veškerých dat je vše současně odhaleno. Například to, které z poskytnutých údajů může dodavatel použít? Za jakým účelem? I v tomto případě je ještě nutno vyvinout potřebné koncepty.
Zapamatujte si
Smart Factory vyžaduje určité technické a provozní předpoklady pro to, aby mohla uskutečnit vyžadovanou výměnu informací a dat v reálném čase.
Základními technickými stavebními kameny jsou:
Člověk již není součástí výroby, ale pouze kontroluje a optimalizuje výrobní procesy.
Chytré továrny však musí být také posuzovány v právním rámci, v tomto případě mohou pomoci normy a směrnice.
-
Add a note