Inteligentná fabrika je ambiciózny cieľ každého veľkovýrobcu a malacký závod IKEA Industry Flatline je už len krok od jeho naplnenia. „Výrobné procesy máme plne digitalizované a automatizované. Zostáva nám posledný proces – balenie. Ak úspešne dokončíme jeho robotizáciu, dosiahneme svoj cieľ: prvá ľudská ruka, ktorá sa dotkne nášho nábytku, bude ruka zákazníka“, hovorí projektový manažér Anton Dvořák.
Úrovňou digitalizácie a automatizácie výroby sa malacký závod Flatline radí k technologickej špičke nábytkárskej výroby nielen v Európe, ale aj vo svete.
Prakticky nová fabrika
Všetko sa začalo v roku 2012, keď došlo k úplnej prestavbe závodu. Súvisela so zmenou výrobného sortimentu – v Malackách prešli z výroby kuchynského nábytku s laminovanou DTD na kúpeľňový nábytok a nábytkové predné plochy s vysokolesklými fóliami. „V rámci prestavby závodu sme nainštalovali 197 kamiónov nových technológií. Zároveň sme vybudovali novú výrobnú infraštruktúru, šlo vlastne o novú fabriku. To nám poskytlo jedinečnú príležitosť postaviť výrobné procesy v intenciách konceptu priemyslu 4.0“, spomína A. Dvořák.
„Všetky zlepšenia, ktoré robíme, aby sme úspešne obstáli na vysoko konkurenčnom trhu, sú v súlade s konceptom priemyslu 4.0.“ Anton Dvořák, projektový manažér.
Zadanie nerátalo len s rozsiahlou výmenou technologických zariadení. Posunulo sa o kus ďalej: cieľom bolo automatizovať veľkosériovú výrobu tak, aby každý výrobok zodpovedal individuálnym požiadavkám zákazníka. Nasadenie digitálnych technológií malo zároveň závodu zabezpečiť dlhodobú ziskovosť a konkurencieschopnosť. Výnimočné je, že koncept automatizácie vytvoril priamo v Malackách domáci investičný tím, ktorý využil vlastné know-how i skúsenosti z ostatných závodov IKEA.
Virtuálne zrkadlo
Od roku 2013 sú výrobné linky plne automatizované a o ich logistiku sa stará automatizovaný logistický systém s digitalizovaných zberom a riadením dát. V digitálnom prostredí je tak vytvorená akýsi zrkadlová virtuálna fabrika. Funguje to zdanlivo jednoducho.
Podľa plánovanej úlohy si výrobná linka vyžiada od logistického systému potrebné dielce – „paletu“. Systém automaticky vyhľadá jej pozíciu a dopraví k linke. Po ukončení operácií linka odovzdá „paletu“ logistickému systému spolu s akousi virtuálnou „obálkou“ s digitálnymi údajmi. Ide o množstvo, sériu, rozmer, dodávateľa, technologické, kvalitatívne a výrobné údaje. V digitálnom prostredí je množstvo údajov prakticky neobmedzené. Odtiaľ automaticky putuje „paleta“ k ďalšej linke... Tento proces pokračuje v celej mape výrobných procesov až po finalizáciu. Na konci vzniká nielen fyzický výrobok, ale aj jeho virtuálny obraz v podobe digitálnych dát o jeho výrobe.
„Digitálnym generovaním a zberom dát je tiež vybavený celý reťazec subdodávateľov, participujúcich na produkte. Od koncového zákazníka, ktorý si kúpil náš výrobok, sa tak môžeme dostať spätne až do lesa, kde stromy vyrástli“, pripomína A. Dvořák.
Štyri druhy dát
Kompabilitu všetkých zariadení koordinoval autor konceptu digitalizácie a zberu dát Peter Marcely: „Pri zadávaní liniek dostali dodávatelia informáciu o preferovaných riadiacich systémoch i charakter dát, ktoré potrebujeme. Vedeli teda, aké snímače a meracie zariadenia majú nasadiť do konštrukcie.“
V Malackách sa rozhodli dáta využiť nielen pri riadení výroby, ale aj na zvýšenie jej kvality a produktivity. S každým dielcom sa cez celú výrobu nesie séria údajov, ktoré presne identifikujú, za akých podmienok bol vyrobený. Dátová architektúra sa skladá z niekoľkých vzájomne prepojených celkov: výrobných, technologických, ekonomických dát a dát pre riadenie kvality.
„V rámci výrobných dát sledujeme, čo a v akom množstve sme vyrobili, koľko materiálu a času sme spotrebovali. Majster výroby na obrazovke vidí, ktorá linka aký dielec vyrába, kedy s výrobou začala, kedy má byť dokončená, ako dlho obsluha linku nastavovala a zároveň má informáciu, ako stojí s plnením plánu“, vysvetľuje P. Marcely. Dáta hovoria o spotrebe materiálu a energie, časovom využití linky, posuvných rýchlostiach, prestávkach či prestojoch, teda aj o hodnote OEE (Overall Equipment Effectiveness) zariadení. Po doplnení režijných a mzdových nákladov a odpisov sú základom pre ekonomické kalkulácie.
„Čas nám potvrdil význam riadenia kvality pomocou pokrokových informačných technológií v procesoch výroby nábytku.“ Peter Marcely, autor konceptu digitalizácie a zberu dát.
Dôležitou oblasťou je riadenie kvality. Ide o údaje o počte vyrobených dielcov a koľko z nich bolo vyradených pre chyby. Meranie kvality podporujú aj technologické dáta o fyzikálnych hodnotách – tlakoch a teplotách pri výrobe, ale aj teplotách a vlhkosti v halách. K nich sa pridávajú informácie o spotrebe doskových materiálov, fóliách a lepidlách. Zo všetkých dát sa zároveň vytvárajú rôzne štatistiky, ktoré popisujú trendy vo výrobných, technologických i ekonomických procesoch.
Špička technológií
Projekt automatizácie a digitalizácie splnil všetky čakávania. „Procesy vieme lepšie merať a optimalizovať. Kontrolujeme náklady a máme štatistické dáta pre zlepšovanie kvality a efektivity. V prípade problémov sa môžeme vrátiť do histórie a nájsť parameter, ktorý zapríčinil chybu, aby sme sa jej v budúcnosti vyvarovali. Na základe dát lepšie plánujeme, rýchlejšie a kvalitnejšie sa rozhodujeme,“ hodnotí technologický manažér Michal Bocán. Aj P. Marcely je spokojný: „Čas nám potvrdil význam riadenia kvality pomocou pokrokových informačných technológií v procesoch výroby nábytku.“
„Na základe dát lepšie plánujeme, rýchlejšie a kvalitnejšie sa rozhodujeme.“ Michal Bocán, technologický manažér.
Výber technológií a ich dodávateľov bol mimoriadne dôležitý. Základným kritériom bola komplexnosť dodávky, teda hardvéru aj softvéru. „Tendre sme robili s firmami, o ktorých sme vedeli, že majú kompetenciu pre takýto náročný projekt. Jednak svojou veľkosťou a tradíciou, ale aj vlastným softvérovým oddelením, schopným vytvárať aplikácie pre naše potreby“, dopĺňa A. Dvořák.
Takmer tri štvrtiny technológií nesie značku Siemens. Výrobné linky riadia systémy Simatic S7-300 a 400 a technológie Siemens sa starajú aj o výmenu dát pre OPC komunikáciu riadiacich systémov, zariadení a aplikácií. Pre riadenie výroby a kvality je dôležitý systém SCADA WinCC, ktorý slúži ako platforma pre integráciu dát. Každému oprávnenému užívateľovi zobrazuje na jednej z päťdesiatich webových stránok informácie, ktoré potrebuje. Týkajú sa výroby, technológie, plánovania, kvality i údržby.
Robot v baliarni
„S fabrikou nemôžete stáť, buď sa zlepšujete alebo vás čaká krach. Inteligentná továreň je koncept, smer, ktorým sme sa vydali. Všetky zlepšenia, ktoré musíme robiť, aby ste prežili na trhu, sú v súlade s týmto konceptom“, vysvetľuje A. Dvořák.
Ďalším krokom bude optická detekcia defektov na nábytkových dielcoch. Sofistikované systémy by mali odhaliť definované neštandardné stavy – defekty. Napríklad prítomnosť alebo neprítomnosť vŕtania, výron lepidla, defekty na povrchu či na hranách dielcov a podobne. Vyvinúť systém na spracovanie obrazu nie je jednoduché, pretože si musí poradiť s vysokolesklými dielcami, ktoré sú navyše prekryté ochrannou plastovou fóliou.
Ešte tvrdší oriešok je však posledný proces – balenie. Z Malaciek expedujú kompletné balenia do obchodov IKEA v podobe ako ich pozná každý zákazník. O komponentov vyrobených priamo v Malackách okrem vlastných dielcov do nich vkladajú rôzne skrutky, úchytky, kovania, lišty, výstuhy a výplne. „Proces balenia je síce digitalizovaný, ale manipulácia s dielcami sa zatiaľ robí ručne. Ak napríklad treba do balíka vložiť dvadsať prvkov, potom pri baliacej linke musí stáť dvadsať kolegov. Máme ambíciu tento monotónny proces robotizovať“, hovorí A. Dvořák.
Robot v baliarni sa nezaobíde bez prvkov inteligencie. Musí mať „oči“, schopné predmet lokalizovať v nedefinovanej polohe, prepočítať jeho polohu, ako aj korekcie pre všetkých 6+1 osí a odovzdať ich robotovi. Snímanie, výpočty a odovzdanie dát musí zvládnuť za 1 500 milisekundy. Predmety sú pritom veľké od pár centimetrov až po 2,4 metra.
Robot zároveň musí vedieť manipulovať s predmetmi s geometricky stabilnými a definovanými tvarmi, ale aj s prvkami amorfných tvarov, napríklad igelitovými vreckami či rôzne ohnutými drobnými prvkami. Musí byť schopný poukladať ich s presnosťou plus mínus dvoch milimetrov do presne definovaného cieľa – pohybujúcej sa škatule. Jeden cyklus balenia by mal pritom zvládnuť do šesť sekúnd.
„Momentálne pripravujeme pilotný projekt a ak sa podarí, automatizácia reťazca výrobných procesov sa uzavrie. Prakticky celá fabrika bude plne automatizovaná“, uzatvára Ing. Dvořák.
„Výnimočný koncept automatizácie vytvoril priamo v Malackách domáci investičný tím“
O špičkových riešeniach pre priemyselnú digitalizáciu sa dozviete viac na CEIT & TREND konferencii Smart Industry, ktorá bude 16. a 17. októbra v Žiline (konferencie.etrend.sk).
Nabudúce si prečítajte, ako digitalizácia vytvára nové obchodné modely v dodávkach stlačeného vzduchu vo firme Air Consulting.
Odborná spolupráca
