Průmysl 4.0 – kdysi a dnes

4. Integrace inženýrských činností v Průmyslu 4.0

Časopis ELEKTRO ve svých print+online verzích zahájil v roce 2016 vydávání osmidílného seriálu Průmysl 4.0. Autor Ing. Jiří Holoubek tehdy v každém z dílů pojednal o platformě z určitého úhlu pohledu. Jak čas běžel a vývoj techniky šel kupředu, nastaly výrazné změny v průmyslové praxi a pokročil také koncept Průmysl 4.0. To vše motivovalo redakci, aby autora Ing. Jiřího Holoubka požádala vrátit se k již zveřejněným myšlenkám, posoudit je dnešníma očima a doplnit aktualizačními poznámkami a glosami.

Pro odlišení od původního textu z roku 2016 jsou poznámky a glosy z roku 2020 a 2021 uvedeny zeleným písmem.

(2016) Do procesu vlastní průmyslové výroby, v jehož rámci vykonávají jednotlivé dílčí subsystémy velké množství autonomních činností a operací, musejí být integrovány i činnosti inženýrské. Přestože se některé z těchto činností na fyzické výrobě přímo nepodílejí, jsou pro ni důležité. Tyto inženýrské činnosti a procesy probíhají už v etapách hluboko předvýrobních při formulaci prvních představ o budoucím výrobku, přes specifikaci základních parametrů a první návrhy technického řešení spojené s vývojářskými činnostmi, konstrukčními návrhy a projektováním, a to jak vlastního výrobku, tak i technologického zařízení, na kterém bude výroba probíhat. V rámci etap výrobních pokračují inženýrské procesy týkající se například parametrizace výrobních zařízení, optimalizace materiálových toků, pohybu postupně dokončovaného výrobku, mezioperačního testování a závěrečné verifikace shody fyzického provedení se zadáním – objednávkou. Po ukončení výroby se inženýrské procesy soustřeďují mimo jiné na sběr dat (díky internetu věcí, lidí a služeb) souvisejících s provozováním produktu, jeho servisem a dalšími službami, ale i na optimální logistiku, popřípadě skladování i na nakládání s produktem po ukončení jeho životnosti.

Je tedy zřejmé, že inženýrské procesy a činnosti probíhají podél celého životního cyklu výrobku a jsou typickým příkladem tzv. horizontální průmyslové integrace. Uvědomíme-li si jeden z nejdůležitějších atributů koncepce Průmysl 4.0, a sice že veškeré procesy probíhají v rámci nepřetržité komunikace v reálném čase (jestliže nám to dovoluje infrastruktura), mohou takto integrované inženýrské činnosti a procesy velmi pozitivně ovlivňovat nejen produktivitu práce a podílet se na snižování výrobních nákladů, ale i výrazně zkrátit inovační cyklus produktu a optimalizovat servisní lhůty jak výrobních zařízení, tak i výrobků či sestav z výrobků vytvořených. Další, velmi pozitivní efekt správně integrovaných inženýrských činností je tzv. kustomizace hromadné průmyslové výroby, při níž je možné při minimálním navýšení nákladů respektovat individuální zadání odběratelů a v rámci kontinuálně probíhající hromadné výroby personalizovat jak výrobky, tak i služby. Právě flexibilita a variabilita produktů hromadně vyráběných bude další nespornou konkurenční výhodou těch, kteří budou Průmysl 4.0 jakožto hlavní firemní strategii akceptovat.

(2021) A zde se opět setkáváme s pojmem „digitální dvojče“, který byl již zmiňován ve spojení s virtuálním modelováním a simulacemi v rámci kyber-fyzického prostoru.

Digitální dvojče produktu daleko těsněji propojuje inženýrské činnosti v jednotlivých fázích hodnototvorného řetězce a může jejich průběh pozitivně ovlivnit, zejména z hlediska časového. Právě rychlá reakce na momentální požadavky trhu, které jsou neprodleně reflektovány v předvýrobních etapách ať už nového nebo inovovaného produktu, může být rozhodující konkurenční výhodou.

(2016) Pokusme se nyní soustředit na některé inženýrské činnosti probíhající v rámci předvýrobních etap a ukázat na některé příklady, s kterými se už nyní můžeme setkat a které s koncepcí Průmysl 4.0 velmi dobře korelují. Jedním z typických představitelů inženýrských činností je projektování a konstrukce. Vývoj programového vybavení pro tyto inženýrské činnosti jak ve strojně-technologických odvětvích, energetice, elektrotechnice a elektronice, ale i ve stavebnictví, zaznamenal v posledních letech mimořádný rozmach. Současné programové nástroje umožňují vytvářet všechny stupně dokumentace od úvodních studií až po detailní výrobní nebo realizační dokumentaci v jednom grafickém prostředí. Automatická kontrola a eliminace chyb projektanta či konstruktéra je samozřejmostí.

(2021) Rozvoj digitálních technologií v předvýrobních etapách průmyslové produkce zásadním způsobem mění chápání pojmu „dokumentace“. A to jak z hlediska obsahu, tak i zejména její formy. Nejsou žádnou výjimkou firmy, které již několik let pracují výhradně s „bezpapírovou“ dokumentací. Ukazuje se, že tento způsob zpracování, ale hlavně používání dokumentace ve výrobních procesech, vyhovuje zaměstnancům všech kvalifikačních stupňů a vyžaduje od nich pouze minimální rozšíření jejich digitálních dovedností. Je potěšitelné, že v drtivá většina firem zvládá vzdělávání kmenových zaměstnanců směřující k posílení jejich digitální gramotnosti sama ve vlastních prostorách a prostřednictvím vlastních specialistů.

(2016) Navázání technicko-obchodních specifikací na standardizované číselníky výrobců či dodavatelů materiálu nebo polotovarů je již opět velmi rozšířené.

(2021) Jedním z trendů využívajících pokročilé digitální technologie je tvorba tzv. firemních datových jezer, jakožto prostoru pro uchování firemního know-how i v době, kdy se firmy stále více otevírají svému digitálnímu okolí. Například při využívání nových obchodních modelů typu různých platforem nebo digitálních tržišť. Datová jezera jsou velmi důležitým prostředkem péče o firemní znalostní bázi, na jejíž tvorbě se podílejí jednak konkrétní zaměstnanci firmy, jednak díky samoučícím se algoritmům i jistá forma firemní umělé inteligence. Datová jezera jsou ve velké míře významným zdrojem dat pro eliminaci neshod a chyb v technických a technologických oblastech, ale také například odhalování anomálií v oblasti firemních financí. Mezi konkrétní dobré praxe v elektrotechnice patří například automatické kontroly při projektování kabelových tras od vlastního dimenzování průřezů a jištění až po způsoby uložení.

(2016) Někteří výrobci a dodavatelé takovýchto programových vybavení disponují i další digitální podporou navazujících činností, jako například rozdělení konkrétních operací jednotlivým autonomně pracujícím výrobním zařízením nebo jejich sestavám, případně celým výrobním linkám i s tím, že specifikují veškeré požadavky na výrobní zařízení z hlediska prováděných operací, jejich kapacity (navrhují například paralelní zdvojení některých částí výrobních linek), požadované přesnosti, ale i flexibility a variability. Tvorba této digitální podpory není doménou pouze IT specialistů, ale celých týmů sestávajících z technologů, materiálových odborníků a současně také expertů na řízení průmyslové výroby.

(2021) Roste počet firem, které při vlastní výrobě žádnou formu grafické dokumentace, ať už papírovou nebo bezpapírovou, nevyužívají a jejich technologická zařízení pracují, ale také například mění svoje parametry na základě datové komunikace se svým digitálním okolím. Tedy například také s oním digitálním dvojčetem produktu, které je vytvořeno konstruktérem či projektantem. V těchto případech slouží grafický výstup v jakékoliv formě pouze pro informaci operátorům ve výrobě nebo uživatelům produktu po jeho expedici, ale pro vlastní výrobní proces není nutný.

(2016) Tím se díky digitálnímu návrhu produktu dostáváme velmi často k návrhu výrobního zařízení, které je možné rozšířit a optimalizovat pro výrobu dalších podobných produktů stejné hmotnostní či rozměrové kategorie. Pro takto navržené výrobní zařízení je možné opět pomocí digitální podpory stanovit energetickou náročnost výroby a navrhnout optimální napájecí systém, včetně diverzifikace napájecích zdrojů. V minulé kapitole jsme se zabývali virtualizací a simulací všech procesů, které jsou pro Průmysl 4.0 charakteristické. Zde je její další příklad. Digitální prostředí nám díky projektu či konstrukci konkrétního fyzického výrobku umožňuje virtuálně postavit celé výrobní zařízení a simulovat jeho provozní stavy při výrobě tohoto konkrétního nebo jemu podobných produktů. Už při této simulaci může dojít k virtuálnímu uvedení do provozu, další optimalizaci dispozičního uspořádání s ohledem na materiálový tok, a to všechno ještě před vlastním fyzickým sestavením.

(2021) Viz již zmiňované produktové a technologické pojetí digitálního dvojčete

(2016) Jestliže je simulační model sestaven správně (a to je opět úkolem celého odborného týmu, nikoliv jen specialistů IT), je možné už v předvýrobních etapách podstatně ovlivnit náklady při fyzické realizaci výrobního zařízení a jeho uvedení do provozu

Přehled kapitol seriálu

1. Realita, s kterou je nutné počítat původně vyšlo v ELEKTRO, 2016, č. 2, s. 39
glosovaná verze vyšla v ELEKTRO č. 1, s. 32 

2. Kyberneticko-fyzické systémy a s tím související vznik velkých dat původně vyšlo v ELEKTRO, 2016, č. 3, s. 84
glosovaná verze vyšla v ELEKTRO č. 2, s. 58 

3. Virtualizace – propojení fyzického a virtuálního světa původně vyšlo 7. 4. 2016 v ELEKTRO 2016, č. 4, s. 43
glosovaná verze vyšla v ELEKTRO č. 3, s. 38 

4. Integrace inženýrských činností v Průmyslu 4.0 původně vyšlo 10. 5. 2016 v ELEKTRO 2016, č. 5, s. 51

5. Integrace inženýrských činností v Průmyslu 4.0 – část výrobní a provozní původně vyšlo 1. 6. 2016 v ELEKTRO 2016, č. 6, s. 51

6. Zdroje energie původně vyšlo 30. 8. 2016 v ELEKTRO 2016, č. 8-9, s. 42

7. Průmysl 4.0 a elektřina původně vyšlo 7. 11. 2016 v ELEKTRO 2016, č. 11, s. 52 

8. Digitální zralost firem a jejich produktů původně vyšlo 7. 12. 2016 v ELEKTRO 2016, č. 12, s. 46 

Průmysl 4.0 – kdysi a dnes - 3. Virtualizace – propojení fyzického a virtuálního světa