IMG 6138Imperatívy súčasnej priemyselnej výroby, podmienené rastúcou konkurenciou a tlakom na znižovanie spotreby pri výrobe, sú zvyšovanie produktivity, efektivity výroby, znižovanie energetickej a surovinovej náročnosti, optimalizácia logistických trás, inteligentná infraštruktúra a využívanie nových digitálnych technológií. Reakciou na tieto potreby je koncept štvrtej priemyselnej revolúcie, ktorý vo svojej úplnosti predstavuje spoločenskú zmenu spôsobenú prepojovaním fyzického, virtuálneho a sociálneho sveta.


Súčasťou realizácie princípov Industry 4.0 sú výrobné zariadenia, ktoré predstavujú produkčné systémy s vysokým stupňom automatizácie a digitalizácie. Takéto produkčné systémy je prostredníctvom internetu vecí a internetu služieb možné integrovať do kyberneticko – fyzikálnych komplexov označovaných ako inteligentné továrne (Smart Factories).
Dodávatelia výrobných zariadení musia pružne reagovať na aktuálne potreby priemyselnej výroby a ponúkať systémy všestranne zodpovedajúce princípom 4. priemyselnej revolúcie. Špecifikom automobilového priemyslu je výroba v malých sériách, resp. i kusovo, bez zvyšovania nákladov na výrobu, a teda aj ceny. Aby výrobné zariadenia mohli vyhovieť tejto požiadavke, musia mať schopnosť rýchlej rekonfigurácie, čiže prestavenia na nový výrobný program. Nutným predpokladom rekonfigurovateľnosti výrobného systému je jeho modulárna štruktúra.
Ďalšou významnou charakteristikou výrobných systémov epochy štvrtej priemyselnej revolúcie je implementácia funkcionalít minimalizujúcich výskyt porúch a neplánovaných prestojov. Na tento účel slúži monitorovanie prevádzkových stavov zariadenia a analýza veličín charakterizujúcich tieto stavy, ktorých cieľom je optimalizácia prevádzkových parametrov a vytvorenie systému proaktívnej údržby na základe metód umelej inteligencie a expertných systémov. Na minimalizáciu výskytu havarijných stavov a výpadkov výrobných zariadení sa vytvárajú systémy komplexnej integrácie dát s hierarchickým prístupom pre rôzne kategórie používateľov a interaktívne tréningové moduly s využitím rozšírenej a virtuálnej reality, ktoré prezentujú optimálne postupy prevádzky a údržby zariadenia užívateľský prívetivou formou.

Pilotná aplikácia v ložiskovom priemysle
Priemyselné spoločnosti MATADOR Industries, a. s., a VIPO, a. s., si v rámci spolupráce so Strojníckou fakultou Žilinskej univerzity dali za cieľ aplikovať princípy inteligentnej výroby v pilotnom výrobnom systéme pre ložiskový priemysel. Návrh systému predstavuje model komplexnej výrobnej linky s verifikovanou funkcionalitou jednotlivých modulov, pričom rozhodujúce časti linky sa rozpracujú do podoby fyzických prototypov. Tento zámer bol spracovaný ako návrh výskumno-vývojového projektu a získal podporu z Ministerstvo školstva, vedy, výskumu a športu Slovenskej republiky v rámci Stimulov pre výskum a vývoj.
V rámci realizácie projektu vyvinuli výskumní pracovníci Strojníckej fakulty Žilinskej univerzity unikátny počítačom podporovaný systém na analýzu a optimalizáciu modularity a rekonfigurovateľnosti výrobných systémov. Tento systém umožňuje generovať rôzne varianty zoskupenia výrobných modulov a optimalizovať konfiguráciu výrobného systému ako celku. V prípade ložísk systém umožní v predstihu vybrať z dávky čakajúcich modelov ten typ, ktorý bude vyžadovať minimálnu, v niektorých prípadoch žiadnu odstávku celej produkčnej linky. Optimalizačná funkcionalita výberu konfigurácie výrobného systému umožňuje nastaviť sled výroby jednotlivých typov ložísk s minimálnym časom na prestavenie linky. Systém je tiež integrovaný s nástrojmi na údržbu a správu variantov výrobného systému.
Systém proaktívnej údržby výrobného zariadenia umožní autonómne získavanie, prenos a analýzu informácií generovaných senzormi, komponentmi zariadenia i samotnými výrobkami v integrácii s informačnými a komunikačnými technológiami na báze internetu vecí a služieb. Základnými prvkami systému proaktívnej údržby budú komplexný stavový monitoring zariadenia, analytické a predikčné nástroje na analýzu a interpretáciu dát získaných stavovým monitoringom využívajúce algoritmy na detekciu signálov, významných korelácií a dátových profilov a dátových klastrov a nástroje na generovanie prediktívnych modelov s využitím metód umelej inteligencie. Takto integrovaný systém bude schopný predvídať výskyt poruchových stavov a automaticky sa konfigurovať na optimálnu výkonnosť.
Nadstavbou výrobného systému bude interaktívny a intuitívny systém podpory prevádzky a údržby umožňujúci online prístup k technickej dokumentácii a výkon adekvátneho operátorského, resp. servisného zásahu prostredníctvom digitálneho 3D modelu zariadenia s využitím prostriedkov rozšírenej a virtuálnej reality. Prostriedky rozšírenej a virtuálnej reality budú predstavovať základ i pre tréningové modely určené na nadobudnutie teoretických a praktických vedomostí a zručností súvisiacich s používaním výrobného systému.
Nástroje na optimalizáciu modularity a rekonfigurovateľnosti výrobných systémov a na proaktívnu údržbu výrobných zariadení sa uplatnia pri zostavení komplexného virtuálneho modelu linky na výrobu valivých ložísk, ktorý bude predstavovať digitálne dvojča reálneho výrobného zariadenia. Okrem mechanických komponentov výrobnej linky bude virtuálny model linky obsahovať aj riadiace algoritmy jednotlivých blokov, čo umožní testovanie a optimalizáciu virtuálneho modelu v prostredí virtuálnej reality a tiež simuláciu jej inštalácie a uvedenia do prevádzky v podmienkach konkrétneho výrobného závodu.
Riešenie projektu sa zavŕši zostavením fyzických prototypov modulov vŕtania otvorov ložiskových krúžkov a finálnej montáže valčekových krúžkov. Tieto prototypy sa podrobia testovaniu funkcionality a na základe týchto testov sa bude optimalizovať ich konštrukčné riešenie.

D80 4519 smaller

Spolupráca akademického a podnikateľského sektora
Vývoj komplexného virtuálneho modelu linky na výrobu valivých ložísk a prototypov modulov vŕtania otvorov ložiskových krúžkov a finálnej montáže valčekových krúžkov bude realizovať akciová spoločnosť MATADOR Industries.
Projekt sa realizuje v spolupráci akademického a podnikateľského sektora a predstavuje významný príspevok k transferu poznatkov do priemyselnej praxe. Výstupy riešenia projektu výrazne posilnia postavenie oboch partnerov z priemyselnej sféry ako dodávateľov výrobných zariadení zodpovedajúcich súčasným potrebám priemyslu a ich konkurenčnú schopnosť. Aplikácia výstupov projektu prispeje k realizácii originálneho slovenského know-how vo výrobe sofistikovaných produktov a podporí udržanie a vznik kvalifikovaných pracovných miest.

TEXT/FOTO Martin Adamka