Az ipar 4.0 az intelligens gyár (smart factory)

Az ipar 4.0 és az intelligens gyár (smart factory) fogalmak mögött hatalmas kihívás rejlik – erősíteni kell a versenyképességet, védeni az erőforrásokat, az energiahatékonyságot és lépést kell tartani a piac állandó változásaival, ill. az egyre jobban előtérbe kerülő egyénre szabott igényekkel. Szükségessé vált kiber-fizikai rendszerek valamint rugalmas és intelligens szoftveres megoldások bevezetése ahhoz, hogy teljesen egymással hálózati kapcsolatban álló, önmagukat szervező gyártórendszereket tudjunk létrehozni és ilyen módon az ipari gyártás jövőbeli életképességét is biztosítani tudjuk.

A mai termelőcégek jelenleg a negyedik ipari forradalomnak néznek elébe: az intelligens gyár felé vezető úton gépeket közös hálózatba fogó kiber-fizikai rendszerek (CPS) ill. rugalmas és intelligens szoftveres rendszerek fogják terelni őket. Kiber-fizikai rendszerek gépekbe és termékalkatrészekbe beágyazott rendszerek digitális hálózattal való összeköttetéséből jönnek létre. Képesek környezetükből önállóan adatokat gyűjteni és feldolgozni, majd az eredmények alapján környezetükre kihatni. Ha a CPS-ek IP-címmel is rendelkeznek, akár online is vezérelhetők. Érzékelőik, működtető szerveik és kisméretű beágyazott számítógépek segítségével a kiber-fizikai rendszerek önállóan vezénylik le a gyártást és a vállalat, a beszállító és a gyártó közötti határokat is átlépik.

Rugalmasabb gyártás

Az „intelligens gyárban“ (smart factory) számos üzemi folyamatot már valósidejű tempóban és az igényeknek megfelelően vezérelnek és hangolnak össze, akár nagy távolságokból is. Ez azt is jelenti, hogy az egyes folyamati lépéseket szabványosított modulokra kell bontani és aktiválhatóvá tenni. Robosztus hálózatokra van szükség, amelyek biztosítják a folyamat automatikus szabályzásához szükséges folyamatos adatcserét. Ebből kifolyólag szükségtelenné válik a központi folyamatirányítás ezért a CPS-nek köszönhetően akár a munkadarabok is közvetlenül átvehetnek részfeladatokat. Beágyazott rendszerek segítségével kiértékelik a környezeti adatokat és ezek alapján vezérlési parancsokat számíthatnak ki. Összességében ilyen módon a teljes gyártás rugalmasabbá válik. Ehhez még alkalmazási szempontból nyitottan megtervezett gépek is hozzájárulnak, amelyek képesek váltakozó sorrendben, különböző feladatokat elvégezni és különböző szerszámokkal dolgozni. Ennek megfelelően a folyamatirányítói szoftvernek és a megjelenítésnek is tükröznie kell ezt a fajta rugalmasságot. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy egy rugalmas gyártási folyamat kis darabszámokat is lehetővé tesz nagy átalakítási költségek nélkül. A munkadarab hívja meg a hozzátartozó megmunkálási módot és a gép választja ki a megfelelő szerszámot a munkához. A karbantartást is a gép rendezi önállóan, valamint a nyersanyagok és eszközök utánrendelése is automatikusan történik. Mivel az ipari robotok is idővel egyre könnyebbé és mozgékonyabbá válnak, kiléphetnek eddigi korlátaikon túl és sokszínűbb feladatokat is el fognak tudni végezni. Ugyanilyen rugalmasan fejlődhet az energiagazdálkodás is. A gépek képesek lesznek arra, hogy önállóan és automatikusan kezeljék és gazdaságosabbá tegyék saját energiafelhasználásukat.

Vállalati feladatkörök szorosabb összefonódása

A tervezés és irányítás moduljai részben felhőalapúvá fognak válni és át fogják alakítani az eddig ismert automatizálási piramis hierarchiáját. Az automatizált szintnek egyre több igazgatási és elemzési feladat fog jutni, a gyártástervezés pedig már az ERP rendszerben meg fog kezdődni. A rugalmas reagáláshoz a vállalat vezérelt szintjének is komplex számítási feladatokat kell ellátnia. A folyamat a rendelésektől a tervezésen és a gyártáson át egészen a logisztikáig és az erőforrás-gazdálkodásig terjed majd. Megerősödik és felgyorsul a szintek összefonódásának trendje és átlépi a vállalatok határait is. Viszont eközben a folyamatokat állandó jelleggel össze kell majd hangolni egymással.

Az intelligens gyár körüli kihívások

Az intelligens gyár megvalósításához szükség lesz egységesített interfészekre és nyelvekre, közös adathalmazokra és a résztvevők egyenrangú adathozzáférésére. Ehhez hozzátartozik az is, hogy a programoknak a hardver típusától függetlenül kell működniük és különböző forrásból származó adatokat kell kezelniük, feldolgozniuk valamint újra a legkülönbözőbb formátumokban kibocsájtaniuk. Csak ilyen módon lehetséges a vállalatok számára az intelligens gyár által megszült lehetőségek kiaknázása és a rohamosan növekvő rugalmasságból és a vele egy időben csökkenő gyártási költségekből való profit kovácsolása.

Az új lehetőségek hatékony kihasználása

Az intelligens gyár feltételei már részben megvalósultak vagy pedig éppen megvalósulóban vannak. Ez azt jelenti, hogy már az új gépek és szoftverek beszerzésekor, új kapcsolati rendszerek talpra állításakor és professzionális szolgáltatások megvásárlásakor is az új munkamódszereket kell szem előtt tartani. Nem az a lényeg, hogy ki fog elsőként intelligens gyárban termelni. A lényeg az új lehetőségek hatékony kiaknázása. Ide a következő szempontok tartoznak:

• Célzott felkészülés a rugalmas gyártásra – szélsőséges esetben akár egyes darabszámban is,
• hajlandóság beszállítók és megrendelők még erősebb bevonására a belső folyamatokba és az információk megosztására, akár automatizált módon is,
• új gépek IPv6 protokollra és a munkadarabokkal történő kommunikációra való felkészítése,
• igényekre szabható és ergonomikus tervezői, vezérlői, megjelenítő és elemző szoftverek alkalmazása,
• vállalati határokat áthidaló biztonságos hálózati kommunikáció.

Az ember mint sikertényező

Új gondolkodásmódra is szükség van. A témában aktívan résztvevőknek új koncepciókkal kell megismerkedniük. Ahhoz, hogy az új kiterjedt hálózat működjön, a felelős vezetőknek és a dolgozóknak is át kell látniuk a módszer hasznosságát és el kell fogadniuk azt. Az intelligens gyár csak akkor válik sikertörténetté, ha létrejön a teljes vállalaton belüli és az egyes szakterületek közötti együttműködés. A váltást nem forradalomként, hanem inkább evolúciós folyamatként kell megélni. A gépek és berendezések üzemideje hosszú, a vállalatok sem mondanak le szívesen már működő koncepciókról és a mérnökök valamint a gépkezelők is ragaszkodnak a jól bevált módszerekhez. Az egyre növekvő komplexitás azonban kerékkötője az ipari környezet fejlődésének. Az Internet of Things és a smart factory közelfogadottsága érdekében a vállalatoknak nem csupán műszaki előírásokon és a megvalósításon kell törni a fejüket, hanem munkatársaikat is – főleg a mérnököket, automatizálási szakembereket, üzemmérnököket és számítás-technikusaikat – kell felkarolniuk és megfelelőbb, jobb munkaeszközökkel is el kell őket látniuk. Ezért a jövőben – még az eddiginél is jobban – olyan szoftverek mellett kell letenni a voksot, amelyek gyors elemzésre képesek, jól áttekinthetők és egyszerűen és biztonságosan kezelhetők. Attól függetlenül, hogy milyen előrehaladás van a műszaki technológiában, az ember marad a döntő tényező. Hiszen ő az, aki helyesen és gyorsan kell, hogy felfogja a helyzetet és neki kell korrekt döntést hoznia és helyesen reagálnia is. Ezért olyan személyzetre van szükség, amely képes alkalmazkodni a gyors változásokhoz, tudását állandóan bővíti és nyitott az új technológiák irányába.

Hét lépésben az intelligens gyár felé

Interdiszciplináris megközelítés: Az egyik legnagyobb kihívás nem műszaki, hanem szervezési természetű. A vállalatoknak vállalati célkitűzésekért felelős személyeket kell leültetni egy asztalhoz azokkal, akik tudják, hogy műszakilag mi valósítható meg. Ehhez több szakterületet egyesítő csapatra van szükség termelési (ide tartozik az automatizálás is), számítástechnikai, marketing, eladás valamint ellátási lánc menedzselési területről.

Közös nyelv: Internet of Things (tárgyak internete), kiber-fizikai rendszerek, PLC-k, információs áradat, ergonómia, üzleti folyamatok, bekerülési és üzemeltetési költség, befektetés-arányos megtérülés, befektetési ciklusok… Fenn áll annak a veszélye, hogy babilóni zűrzavarba torkollik a vállalati kommunikáció, még mielőtt megkezdődik az eszmecsere. Ezért tanácsos a tényleges feladatra koncentrálni és a műszaki vagy üzleti zsargontól búcsút venni.

Üzleti célok definíciója: A technika szerelmesei hajlamosak arra, hogy elkalandozzanak a műszakilag megvalósíthat témák vagy a még nem megvalósítható, de talán majd megvalósíthatóvá váló témák irányába. Pedig a technológia voltaképpen eszköz a vállalati célkitűzések eléréséhez. Az eszmecsere jó irányba való tereléséhez hasznos lehet a következő kérdésekre keresni a választ: Megnyerhetők-e új ügyfélkörök, ha képesek leszünk rugalmasabban termelni? Mely költségek (energia, nyersanyag, stb.) tekinthetők kockázati tényezőnek az üzleti modell szempontjából? Mit kell a gyártástechnológiánknak teljesítenie ahhoz, hogy az ügyfeleink elégedettebbé és hűségesebbé váljanak? Hogyan tudunk a jövőben kitűnni a piaci versenytárak közül?

Az ideális állapot meghatározása: Amint definiáltuk, hogy egy vállalat milyen üzleti célokat szeretne elérni, kidolgozhatóvá válik az is, hogy hogyan festene az ideális állapot: Energia-önellátó gyár? Egyéni gyártás akár egyes darabszámban is? Rövidebb ciklusok a termék megtervezésétől a kiszállításig?

Költség-hasznossági megközelítés/befektetési terv: Ha az üzleti célokat meghatároztuk, nekiállhatunk a befektetési költség– a kockázat figyelembe vételével együtt – és a várható haszontöbblet megbecsülésének.

Technológia megválasztás költség-hasznossági alapokon: Az üzleti célok és a befektetési költségvetés ismeretében most már kielemezhetjük, hogy a jelenlegi létező technológiával mennyire tudjuk megközelíteni az ideális állapotot. Ezen kívül az is körvonalazódik, hogy milyen műszaki felszereltség hiányzik még a következő lépések megtételéhez.

Megvalósítás és folyamatos optimalizálás: Ez az a lépés, ahol a vállalat visszatér a megszokott rutinhoz és most már az eddig definiált műszaki intézkedések végrehajtásával és beiktatásával valamint folyamatos optimalizálásával foglalkozik – és amint ezzel elkészült visszatérhet az első lépéshez.

A dolgok állása – Mi lehetséges ma?

Még rengeteg kutatási és fejlesztési munka áll előttünk, amíg a teljesen digitalizált gyártás állapotát elérjük. Az érzékelők és működtető szervek internetes hálózatba illesztése a mai technológia elé még olyan megoldatlan akadályokat gördít, amik a valósidejű biztos üzemelést érintik, ami viszont ipari kontextusban elengedhetetlen. Ennek ellenére olyan elképzelések, mit a tárgyak internete (IoT) már nem számítanak csupán a jövő zenéjének. Hibrid architektúrák segítségével a vállalatok már most kiaknázhatnak olyan lehetőségeket, amik az erőforrás-takarékosság, hatékonyság és rugalmasság területét segítik a gyártásban. Amíg a hálózati infrastruktúra és a protokollok nem tesznek lehetővé valósidejű folyamatokat az interneten keresztül, addig a vállalatok elosztott és központi intelligenciákat fognak egymással kombinálni.

COPA-DATA technológiák az intelligens gyár számára

A zenon egy sokoldalúan alkalmazható ipari automatizálási szoftver. Részei: a zenon Analyzer óriási adatmennyiségek (ún. big data) elemzését szolgálja, a zenon Supervisor független SCADA rendszer, zenon Operator HMI rendszer és a zenon Logic, amely egy integrált IEC 61131-3 szabványra épülő szoft PLC rendszer. A zenon számos olyan funkciót és technológiát nyújt, amely egymással hálózatban működő gyártási rendszereket és egy áthatóan függőleges integrációt tesz lehetővé, ezáltal áttekinthetőséget és értékteremtési láncot eredményezve:

• Konnektivitás: Gyártótól független kapcsolatképesség heterogén termelési részlegek integrálásához.
• Beágyazott eszközök intelligenciája a PC-től egészen a felhőig: Straton és zenon Logic IEC 61131-3 konform fejlesztőkörnyezettel és runtime-mal. Mikrokontrolleren, PC-n és felhőben is futtatható.
• M2M kommunikáció: A COPA-DATA nagyteljesítményű „straton binding“ protokolljával horizontális gépközi kommunikáció is létrehozható.
• Rugalmas architektúrák: A straton, zenon Logic, zenon és Batch Control komponensek segítségével igény szerinti rugalmasan alakítható architektúrák építhetők fel.
• Felhőalapú integráció: Az adatok közös elérhetőségéért valamint bonyolult számítási műveleteket igénylő alkalmazásokhoz.
• Biztonság: Beépített biztonsági technológiák és koncepciók, amelyek megfelelnek a hálózatba integrált gyártás kihívásainak.

zenon specialista Magyarországon

A német felső-frankföldi Prozesstechnik Kropf GmbH – márkanevén KROPF Solutions – nem csupán Németországban, hanem Csehországban és Magyarországon is saját leányvállalattal van jelen. A cég a COPA-DATA „zenon” felügyeleti és SCADA szoftverét születése első pillanatától kíséri sőt, a szoftver rendszeres és intenzív alkalmazásából adódóan szaktudásával is hozzájárul a szoftver fejlesztéséhez. Számos újítás a zenon-ban a KROPF Solutions innovációjából származik.

A magyar Prozesstechnik Kropf Hungaria Kft. tevékenységének oroszlánrészét a győri AUDI Hungária Motor Kft. kapuin belül végzi. A legfontosabb magyar referencia az AUDI HM új energiaközpontjának irányítórendszere, az új lakkozó üzem és karosszériagyár épületautomatizálása, valamint a szállítási lánc bekötése a SAP ill. a GLOBAL ENGINE motor-anyagmozgató rendszerbe. A német anyacég szorosan működik együtt a magyar telephellyel, a szaktudás és tapasztalatcsere folyamatos.

A KROPF Solutions alapítója és tulajdonosa, Werner Kropf hitvallása szerint, a cég egy „zenon ház” és teljes meggyőződésével áll a termék mögött, abban a biztos tudatban, hogy ügyfelei jól választottak. Ez a cég kapta meg elsőként a ritka és patinás COPA-DATA Expert Partner minősítést is.

Főbb adatok:
Prozesstechnik Kropf GmbH
Alapítás: 1995, Oberkotzau (Németország)
Munkatársak száma: ~ 50 fő
Külföldi telephelyek: Cheb (Csehország), Győrszentiván
Legfőbb tevékenységek: automatizálás, PLC programozás, folyamatautomatizálás, megjelenítőrendszerek, felügyeleti rendszerek, épületautomatizálás
Iparágak: Autóipar, élelmiszeripar, csomagolóipar, gépipar, fogyasztási cikkek
Megoldások: Energia-adatmenedzsment, gyártásfelügyelet, anyagmozgatás, termelési adatok rögzítése, termelési és energiaadatok bekötése SAP rendszerbe.
COPA-DATA tanúsítvány: Expert Partner (legmagasabb szint)

www.kropf-solutions.com