Ewolucja produkcji: od tradycyjnych systemów do adaptacyjnych modeli cyfrowych

Systemy produkcyjne i logistyczne przechodzą obecnie przez rewolucyjne zmiany, zyskując nowe cechy i funkcjonalności. Produkcję zaczynamy ostatecznie postrzegać jako system holoniczny. Maszyny, roboty i produkty stają się inteligentne, a zaawansowane technologie informacyjno-komunikacyjne stają się centralnymi układami nerwowymi przyszłej produkcji. Sztuczna inteligencja w niedalekiej przyszłości przejmie wiele funkcji kierowniczych i decyzyjnych w produkcji. Systemy produkcyjne będą mogły uczyć się ze swojej poprzedniej eksploatacji.

Wirtualizacja procesów przyniesie masową implementację czujników w produkcji, co umożliwi zbieranie dużych ilości danych, tworzenie z nich informacji, ich dalsze przetwarzanie i wykorzystanie do tworzenia i zastosowania nowej wiedzy.

Nowe środowisko produkcyjne będzie utrzymywać i zarządzać swoim wirtualnym obrazem za pomocą technologii Internetu Rzeczy i chmury obliczeniowej. Bez inteligentnej i adaptacyjnej produkcji oraz logistyki firmy nie będą w stanie efektywnie działać w konkurencyjnym środowisku globalnych rynków.

Systemy produkcyjne i logistyczne przyszłości muszą być przede wszystkim adaptacyjne, zdolne dostosowywać się autonomicznie, aktywnie i szybko do nagłych i nieoczekiwanych zmian, które występują w ich otoczeniu i przekraczają granice pierwotnie zdefiniowanych funkcji systemu. Taki system musi więc mieć zdolność do zmiany nie tylko swojej struktury, ale także swoich funkcji i zdolności. Podstawowymi cechami adaptacyjnych systemów produkcyjnych i logistycznych przyszłości są:

• dostosowywalność – elastyczność ograniczona do rodziny elementów lub produktów,

• skalowalność – zdolność łatwej modyfikacji pojemności systemu produkcyjnego i logistycznego poprzez dodanie lub usunięcie zasobów lub zmianę rekonfigurowalnych elementów systemu,

• konwersyjność – zdolność łatwej transformacji funkcjonalności istniejących systemów, maszyn i systemów sterowania w celu spełnienia nowych wymagań produkcyjnych,

• modularność – integracja funkcji operacyjnych w jednostki, które mogą być manipulowane między alternatywnymi schematami produkcyjnymi i logistycznymi dla osiągnięcia optymalnych wyników,

• integracja – zdolność szybkiego i precyzyjnego integrowania modułów za pomocą różnych interfejsów mechanicznych, informacyjnych i sterujących, umożliwiających integrację i komunikację,

• diagnostyka – zdolność automatycznego rozpoznawania aktualnego stanu systemu i jego sterowania w celu wykrywania i diagnozowania korzeniowych przyczyn awarii urządzeń lub produktu i szybkiej korekty problemów operacyjnych.

Na te zmiany, wynikające z czwartej rewolucji przemysłowej i dążenia do budowania inteligentnych fabryk, muszą reagować również inżynieria przemysłowa, projektowanie technologiczne, planowanie, zarządzanie i optymalizacja procesów produkcyjnych i logistycznych.

Projektowanie, zarządzanie i optymalizacja systemów produkcyjnych przyszłości nie będą możliwe bez wykorzystania zaawansowanych technologii. Przyszłe systemy produkcyjne muszą posiadać zupełnie nowe cechy, takie jak:

• samoorganizacja
• rekonfigurowalność
• autonomia
• samooptymalizacja
• samoreplikacja oraz
• zdolność do nauki i autonomicznej pracy z tworzeniem i wykorzystywaniem wiedzy

Projektowanie systemów produkcyjnych związane jest z wykorzystaniem szerokiego zakresu nowoczesnych technologii. Obecnie są one znane jako zaawansowane inżynieria przemysłowa (tzw. Advanced Industrial Engineering). Systemy produkcyjne są obecnie projektowane w rzeczywistości wirtualnej, a standardowym elementem takich systemów stała się symulacja komputerowa, coraz częściej wykorzystywane są również metody sztucznej inteligencji.

Nasza firma od dawna pracuje nad zadaniami i projektami skoncentrowanymi na implementacji metod i podejść zaawansowanej inżynierii przemysłowej do koncepcji czwartej rewolucji przemysłowej. Z tego powodu stworzyliśmy system Twiserion, który pozwala nie tylko planować procesy produkcyjne i logistyczne, monitorować i następnie zarządzać produkcją i logistyką, ale także inteligentnie zarządzać systemami robotycznymi AGV przy wykonywaniu różnorodnych czynności logistycznych.

System Twiserion w celu wsparcia koncepcji przedsiębiorstwa cyfrowego oferuje już obecnie wirtualne środowisko przeznaczone do projektowania, testowania i weryfikacji decyzji w poszczególnych fazach cyklu życia produktu. Jego podstawową premisą jest stworzenie kompleksowego połączenia danych o produktach, procesach i źródłach produkcyjnych do wspólnej bazy danych. Jednym z głównych elementów systemu Twiserion jest Design Manager.

Twiserion Design Manager: interaktywny system projektowania systemów produkcyjnych i logistycznych

Zespół badawczy w firmie Asseco CEIT opracował moduł oprogramowania o nazwie Twiserion Design Manager, który służy do projektowania systemów produkcyjnych i logistycznych. Narzędzie to umożliwia zespołowe planowanie systemów produkcyjnych i logistycznych za pomocą modeli 3D.

Pozwala na łatwą modyfikację i analizę koncepcji produkcyjnych, jednocześnie natychmiastowo wyświetlając ich skutki w czasie rzeczywistym. Ten innowacyjny sposób pozwala zespołom projektowym zmieniać układy produkcyjne za pomocą prostych gestów i natychmiast obserwować, jak te zmiany wpływają na system produkcyjny.

Twiserion Design Manager udziela odpowiedzi na pytania typu „Co się stanie, jeśli…?”. To narzędzie pozwala tworzyć kompleksowe modele systemów produkcyjnych, logistycznych i magazynowych z użyciem parametrycznych ustawień. Parametry te obejmują właściwości fizyczne, parametry produkcyjne i inne, na podstawie których system ocenia monitorowane wskaźniki. Twiserion Design Manager oferuje klientom w branży przemysłowej nie tylko znaczne oszczędności czasowe i finansowe.

Zwiększa efektywność procesu projektowania i planowania średnio o 30%, jednocześnie skrócić ogólny czas warsztatów o 25%. Twiserion Design Manager poprawia również procesy, przynosząc oszczędności w kosztach produkcyjnych i logistycznych średnio o 30%

Obecnie standardem projektowania systemów produkcyjnych i logistycznych jest tworzenie rozwiązań dyspozycyjnych w środowisku 3D, z użyciem parametrycznych modeli 3D maszyn, urządzeń i innych akcesoriów. Takie modele systemu produkcyjnego można łatwo i szybko modyfikować, porównywać i optymalizować.

Proces projektowania w 3D zazwyczaj rozpoczyna się od skanowania 3D lub innego sposobu cyfrowej transformacji przestrzeni produkcyjnych, środków produkcyjnych i innych elementów projektowanego systemu. Po uzyskaniu niezbędnych modeli zaczyna się projektować układ produkcyjny, umieszczając te obiekty w przestrzeni produkcyjnej. Twiserion Design Manager umożliwia interaktywne projektowanie z wykorzystaniem analiz statycznych. Zaprojektowany układ systemu produkcyjnego lub logistycznego jest następnie sprawdzany za pomocą dynamicznej symulacji.

Ostateczna wersja rozwiązania może być prezentowana z wykorzystaniem środków rzeczywistości wirtualnej lub rozszerzonej za pomocą funkcji Awatara. Koncepcja przedsiębiorstwa cyfrowego obejmuje jednak tylko jeden aspekt, a mianowicie cyfrową postać zakładu, która stanowi podstawę do następnej implementacji systemu fizycznego i wprowadzenia go do eksploatacji. System fizyczny wymaga jednak dodatkowego zarządzania i optymalizacji również w fazie rzeczywistej eksploatacji.

System produkcyjny i logistyczny to dynamiczny i otwarty system, który musi nieustannie zmieniać się i dostosowywać do zmian w środowisku wewnętrznym i zewnętrznym. Wymaga to połączenia danych systemu fizycznego z jego cyfrowym odpowiednikiem. To zagadnienie rozwiązuje koncepcja cyfrowego bliźniaka fabryki (tzw. Digital Twin).

Poprzez połączenie modelu danych stworzonego w oprogramowaniu Twiserion Design Manager z rzeczywistymi danymi zbieranymi przez system Twiserion Digital Manager i ich zarządzaniem, możemy stwierdzić, że system Twiserion w pełni wspiera koncepcję cyfrowego bliźniaka.