Přečtěte si:  Pozvánka na konferenci Moderní technologie v elektrické dopravě na e-SALON

Výroba rozváděčů z pohledu „Industry 4.0“

1.10.2014 Které části výroby jsou vhodné pro implementaci myšlenek a koncepce Industry 4.0? A jaká odvětví mají již dnes v této oblasti výsledky? Tyto otázky budou v příštích letech stále více diskutovány. Výroba řídicích a distribučních rozváděčů, kde je dnes stále ještě velký podíl výroby unikátních kusů a ruční práce, se nemusí jevit jako ideální příklad pro Industry 4.0. Avšak standardizace, jednotná správa dat v rámci celého end-to-end procesu od návrhu až po realizaci a nově také zavedení automatizace do této výroby budou mít značný vliv i na toto odvětví.

Vize Industry 4.0 je již tři roky velmi diskutovaným tématem ve výrobním sektoru, a to zejména v oblasti automatizace. K základním myšlenkám Industry 4.0 – tento pojem označuje čtvrtou průmyslovou revoluci – patří sbližování reálného a virtuálního světa. Na základě „Internetu věcí“ má vzniknout inteligentní továrna, v níž takzvané Cyber Physical Production Systems – CPPS (Kyberfyzické výrobní systémy – pozn. red.) umožňují velmi flexibilní výrobu. Hlavní myšlenkou je, že za pomoci sebe-optimalizace a sebe-diagnostiky, jakož i autonomně rozhodující CPPS se zefektivní výroba i její okolní procesy, jako jsou nákup a logistika. Zároveň se očekává, že koncept Industry 4.0 umožní v rámci sériové výroby jednoduše provádět také zákaznické úpravy produktů. V ideálním případě je každý produkt v procesu výroby vybaven například čipem RFID nebo čárovým kódem obsahujícím všechny informacemi potřebné pro jeho dokončení.

Pravděpodobně nejdále je dnes v přeměně vize v realitu automobilový průmysl, kde navzdory sériové výrobě nesjedou z výrobního pásu prakticky dvě stejná vozidla a všechny části výrobního procesu jsou navzájem velmi dobře propojeny. Ani tady však zatím nebyl koncept Industry 4.0 plně realizován. Data na RFID čipu nebo čárovém kódu už totiž nejsou synchronizovaná s původní databází. Takže pokud v průběhu výroby dojde k aktualizaci dat v databázi, vznikne zde jakési narušení jejich konzistence, protože na RFID čipu či čárovém kódu zůstávají data původní.

Výroba rozváděčů podle Industry 4.0?

Mnoho výrobců rozváděčů si klade otázku, jakým způsobem se mohou myšlenky Industry 4.0 uplatnit i v jejich oboru. Jedno je jasné, celkový dopad tohoto konceptu na inženýring a výrobní a montážní postupy při výrobě rozváděčů bude značný. Podoba nízkonapěťových rozváděčů je již dnes standardizována a založena na modulárním systému, jaký nabízí např. společnost Rittal. Přesto musí být každý rozváděč přesně uzpůsoben příslušným potřebám a podmínkám aplikace, a musí tedy být navržen a vyroben individuálně.

Nejprve je nutné zvážit, zdali má příslušná výroba všechny předpoklady potřebné pro implementaci postupů v souladu s Industry 4.0. Nejdůležitějšími aspekty jsou virtualizace kompletního inženýrského procesu a vzájemná integrace všech částí procesu od vývoje produktu až po samotnou výrobu. Toto vyžaduje ucelený model produktových dat (ekonomických, technických, elektrických a mechanických), jakož i plynulý tok dat generovaných na počátku procesu.

Celý inženýrský proces při výrobě nízkonapěťových rozváděčů začíná definicí požadavků a následným návrhem rozvodu proudu. Virtualizace je v tomto dílčím kroku již několik let běžnou praxí. Návrh mechanických částí, např. u stroje, provádí konstruktér předem a i v této oblasti je dnes virtualizace za použití nativních 3D dat běžnou praxí. Například společnost Rittal poskytuje bezplatně veškerá produktová data ve formě M-CAD a kompatibilní prostřednictvím platformy firmy Cadenas.

Návrh elektrorozvodů dnes probíhá prakticky výlučně pomocí výkonných CAE systémů. Pro maximální efektivnost následných procesů je rozhodující, aby se data generovaná při návrhu elektrorozvodů dala dále využívat. Například při využití softwaru Eplan Electric P8 lze po návrhu přístrojů vytvořit pomocí systému Eplan Pro Panel virtuální 3D prototyp celého zařízení. Potřebná data pro rozváděčovou skříň, příslušenství a instalované přístroje pocházejí z portálu Eplan Data Portal, který aktuálně nabízí cca 370 000 datových záznamů položek a přístrojů od více než 57 nejznámějších výrobců.

Obr. 1 Plánování elektroinstalace v systému Eplan Electric P8 a Eplan Pro Panel je základem pro udržení konzistentních dat v rámci kompletního inženýrského procesu.

Vedle technických dat jsou k dispozici i 3D grafická data nutná k vytvoření virtuálního modelu. Uživatelé portálu již brzy získají informace o kompletním produktovém portfoliu firmy Rittal – včetně příslušných obchodních dat pro integraci do ERP systémů a pro zapojení oddělení nákupu a logistiky do celkového procesu.

Obr. 2 Rychlé a efektivní projektování vyžaduje standardizovaná data. Eplan Data Portal nabízí data k 370 000 komponentám od 57 výrobců.

Od návrhu k výrobě

Přestože v oblasti výroby rozváděčů stále ještě převládá velký podíl manuálních činností, nemusí to znamenat, že by principy Industry 4.0 v této oblasti nebyly realizovatelné. Například firma Kiesling Maschinentechnik nabízí široké portfolio strojů, jako jsou centra pro obrábění rozváděčových dílů, pro úpravu délky nosných lišt a kabelových kanálů a pro osazování nosných lišt, které umožňují automatizaci mnoha kroků při výrobě rozváděčů. Důležitým stavebním kamenem na cestě k automatizaci výroby rozváděčů je i robotizované centrum Averex, které automatizuje proces propojování jednotlivých komponent na montážní desce. Ve všech strojích Kiesling lze přímo využít data ze softwarů Eplan a z virtuálního 3D modelu bez nutnosti jakékoliv konverze. V tomto případě hraje plynulý tok dat obzvlášť důležitou roli.

Obr. 3 Robotické centrum Averex je dalším krokem k automatizaci celého procesu propojování komponent instalovaných na montážní desce rozváděče.

Principy Industry 4.0 lze přijmout bez ohledu na to, zda je při montáži využíváno automatizačních prostředků či manuální práce. Důležitým cílem je „bezpapírová“ výroba. Industry 4.0 totiž neznamená, že z výroby zmizí lidský faktor. Některé dnes ještě typické pracovní postupy by se však značně změnily. Například by už pracovník nesestavoval komponenty pro výrobní zakázku pomocí tištěného kusovníku. Jakmile se totiž nějaký seznam vytiskne, nelze jej automaticky aktualizovat, a data se tak mohou snadno stát nekonzistentními. V ideálním případě by se nákup, logistika a materiálového hospodářství měly sladit tak, aby byly vždy k dispozici ty komponenty, které jsou právě potřeba. Zároveň musí mít všechny části výrobního procesu kdykoliv přístup k aktuálním datům. Aby však bylo možné poskytnout vždy aktuální verzi dat, jsou pro jejich ukládání a přenos zapotřebí vysoce disponibilní datové sítě.

Z pohledu uživatele

Často se stává, že dodavatel vidí celý proces výroby rozváděče pouze ze svého úhlu pohledu, aniž by vzal v úvahu pohled uživatele. Při výrobě rozváděčů například osoba zodpovědná za elektro-projekci může vidět celý proces pouze z pohledu elektrotechnického. Na celkovém procesu spojeném s výrobou rozváděče se však podílí i další oddělení. Jedná se například o mechanickou konstrukci a výrobu, včetně opracování a montáže. I zde musí být data snadno dostupná, například pro NC obrábění, plus informace potřebné pro propojování jednotlivých komponent, informace k montáži a kusovníky. Stejně tak důležitá je návaznost na provozně ekonomické procesy v rámci podniku. Oblasti, jako nákup, kalkulace, příprava zakázky a logistika, potřebují rovněž data, která jsou zase úzce propojena s jinými procesy.

Dalším důležitým aspektem z pohledu uživatele rozváděče je nová norma ČSN EN 61439, která bude od 1. listopadu 2014 platit pro všechny nové nízkonapěťové rozváděče. Tato norma stanoví pro výrobce rozváděčů mnohem rozsáhlejší dokumentační povinnosti než doposud. Požadavky na dokumentaci lze jednoduše a spolehlivě splnit jen tehdy, pokud jsou konsistentně k dispozici veškerá data o rozváděči. Standardizace systémů ve výrobě rozváděčů tomu výrazně napomáhá.

Obr. 4 Uvedení rozváděče do provozu předchází inženýrský proces, který zahrnuje mnoho jednotlivých kroků.

Na cestě k výrobě budoucnosti

I když bude trvat ještě několik let, než se podaří vizi Industry 4.0 v mnoha oblastech výroby realizovat, některé myšlenky jsou již dnes skutečností. Ve výrobě rozváděčů je hlavní pozornost upřena na optimalizaci celkového procesu. Základním předpokladem je zde ucelený model produktových dat a jejich tok od návrhu přes výrobu až po uvedení do provozu. V rámci skupiny Friedhelm Loh Group nabízí společnosti Eplan, Rittal a Kiesling Maschinentechnik zákazníkovi již dnes velmi pokročilá řešení. Velkou výhodou je optimální koordinace společností v rámci jedné skupiny, z níž těží právě uživatelé z oblasti výroby rozváděčů.

Na cestě k realizaci Industry 4.0 nás však čeká ještě mnoho překážek. Právě integrace inženýrských řešení do stávajících IT infrastruktur, jako například zapojení ERP systémů, zatím často není uspokojivě vyřešena. Úkolem budoucnosti je jistě i standardizace rozhraní a procesů mezi jednotlivými obory zasahujícími do výroby rozváděčů. Konzistence a dostupnost dat hraje v rámci Industry 4.0 rozhodující roli. Informace by měly být každému účastníkovi procesu přístupné přesně v okamžiku, kdy jsou zapotřebí. Jen takto bude zajištěno, že na základě nejaktuálnějších dat dojde k optimálnímu rozhodnutí o dalším kroku v rámci výrobního procesu.

V rámci celé skupiny Friedhelm Loh Group lze již několik let pozorovat jasný trend v oblasti vývoje softwaru. Poskytování dat, vývoj návrhového softwaru pro nejrůznější obory a integrace různých procesů hraje důležitou roli nejen v rámci celé skupiny FLG, je zároveň i jasným signálem, že FLG je připravena aktivně se podílet na utváření budoucnosti výroby ve smyslu myšlenek Industry 4.0. Cenným předpokladem pro budoucí řešení „Digital Factory“ je know-how z oblasti integrace inženýrských řešení do existující IT infrastruktury softwarové firmy Cideon, která je od roku 2013 součástí skupiny Friedhelm Loh Group, v kombinaci se znalostmi procesu Eplan a znalostmi z oboru strojírenství dalších členů skupiny FLG. Jen takto může být položen pevný základ na cestě k Industry 4.0.

Společnost Rittal přináší svým zákazníkům stále něco nového. Promyšlený koncept „Rittal – The System.“ poskytuje řešení v oblasti rozváděčů, rozvodů proudu, chlazení a IT infrastruktury, včetně softwaru a služeb, napříč všemi sektory průmyslu. Celosvětovou dostupnost nabízených produktů a řešení zajišťuje více jak 10 000 zaměstnanců, 11 výrobních závodů a 64 dceřiných společností.

Objednejte si nový Katalog Rittal 2014/2015 s ucelenou systémovou nabídkou pro průmysl a IT. Objevte všechny dimenze Rittal – The System.

Rittal

Foto: Rittal

Více na www.rittal.cz

Copyright © 2012 – 2024 Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services