Chyby a omyly při automatizaci výrobních linek vyjdou vždy hodně draho. Přes veškerou snahu a testování se ale některé nepřesnosti odhalí až ve chvíli, kdy se linka v hale smontuje a začne se oživovat. Ideálním stavem proto je, aby inženýři a programátoři uměli „vyhmátnout“ problémy dříve, než se začne linka stavět. Pomoci jim k tomu může virtuální model budoucí výrobní linky – takzvané digitální dvojče, v němž linku odladí a virtuálně zprovozní, než se k zákazníkovi na montáž vůbec vydají.
Jedním z průkopníků digitálních dvojčat v Česku je firma Blumenbecker Prag. Tento významný dodavatel automatizace nejen pro mladoboleslavskou automobilku Škoda Auto získal v roce 2020 historicky první Cenu za Průmysl 4.0, kterou uděluje Svaz průmyslu a dopravy ČR. Firma uspěla s projektem eRobot, který pomocí virtuálního 3D modelu zrychlí instalaci robotické výrobní linky, zefektivní její fungování a sníží také náklady na energie pro práci robotů.
„Při plánování, výrobě a dodání linky dokážeme ušetřit několik dnů, ale u některých projektů potenciálně i čtyři až pět týdnů. Pokud projekt v průměru trvá 25 až 30 týdnů, jde o výraznou úsporu času. Množství práce, kterou musíme udělat, ale zůstává stejné,“ říká jeden z jednatelů Blumenbecker Prag Jiří Neumann. Podle něj jsou digitální dvojčata stále přesnější:„Dřívější systémy uměly odhadnout rychlost linky s přesností 70 %, dnes to umíme s přesností 95 až 98 %. Odchylka virtuálního světa od toho skutečného je už velmi malá.“
Testbed navržený podle praxe
Nic ale není úplně stoprocentní. Virtuálně odzkoušený model stále není možné „pouze“ nahrát do robotů, případně řídicího systému reálné linky a spustit provoz. Nejčastější problémy, které musí integrátor řešit jsou např. nerovnost podlahy, výrobní nepřesnosti přípravků, montážní nepřesnosti, což je nutné zkalibrovat s virtuálním modelem. Další úpravy lze očekávat u technologických procesů, jako je např. svařování či obrábění, kdy teprve až po prvních vyrobených reálných kusech lze objektivně měnit parametry procesu, dráhy robotů či rychlost.
Blumenbecker Prag začal s projektem eRobot před třemi lety, když ve své nové hale v Bezděčíně nedaleko Mladé Boleslavi postavil takzvaný test bed. Firma do něj pořídila tři značky průmyslových robotů, které jako integrátor nejvíce používá: Kuka, Fanuc a ABB. Jako řídicí systém u všech využívá Simatic S7 od firmy Siemens. V Bezděčíně, kromě několika dalších robotů sloužících primárně ke školením zákazníků, je umístěný ještě čtvrtý robot, který pomocí 3D senzorů a kamer vybírá nahodile umístěné a neorientované polotovary z beden. Na zkušební lince jsou také dopravníky, otočné stoly nebo polohovací přípravky. Linka zahrnuje manipulační procesy či technologie svařování, lemování či broušení. V podstatě je tedy totožná s běžnými linkami tak, jak je známe z výrobních firem.
Největším přínosem projektu je vytvoření nového softwarového „pluginu“ pro software Process Simulate od Siemensu. Ten Blumenbecker vyvinul ve spolupráci s Českým institutem informatiky, robotiky a kybernetiky (CIIRC) na pražské ČVUT. „Dosud takový optimalizační software neexistoval. Vše se zkoušelo ručně. Jenže není v silách člověka vyzkoušet desítky různých variant. Naopak náš software propočítá desítky až stovky variant a vybere během pár minut tu nejlepší,“ vysvětlil Neumann.
Při testech se u různých projektů ukázalo, že algoritmus dokáže v průměru ušetřit 9 % času na taktu linky, tedy až jednotky vteřin. To se může zdát velmi málo, avšak u rozsáhlých robotických linek se může jednat o zvýšení produktivity v řádu několika stovek tisíc až milionů korun. Závisí samozřejmě na typu výroby. Každá ušetřená vteřina taktu se u výrobních linek počítá podobně jako každé ušetřené kilo v letectví. U spotřeby energie robotů je úspora až 10 %. Úspora elektřiny je pak od doby, kdy se s projektem začalo, ještě zajímavější, protože její cena se od té doby výrazně zvýšila a stále roste.
Software zrychlí roboty
Optimalizační software Blumenbeckeru pomáhá především tam, kde je na pracovišti více robotů. Například když k jednomu svařovacímu přípravku mají přístup tři nebo čtyři roboty. Software potom vyřeší tento uzel. Takových uzlů může být ve výrobní lince několik za sebou. Pokud se zrychlí každý z nich, zrychlí se i celá linka. „Bavíme se o desetinách vteřiny, o které můžeme jeden pohyb robota zkrátit. Abyste zrychlili linku o dvě sekundy, musíte urychlit a optimalizovat větší množství pohybů,“ říká Neumann.
S odborníky z brněnské Fakulty strojního inženýrství VUT zase Blumenbecker Prag řešil softwarové části projektu a kalibraci virtuálního modelu s reálnou výrobní linkou na bázi laserového měřicího systému. Nejde o první spolupráci s Vysokým učením technickým. V roce 2016 představila firma na mnichovském veletrhu Automatica společné řešení takzvaného bin-pickingu, což je technologie, díky níž roboti umí z beden a kontejnerů automaticky odebírat nahodile umístěné komponenty.
Digitální dvojče pomůže obchodníkům
Digitální dvojče je počítačový model zařízení (může jít o stroj nebo celou linku), Umožňuje firmě efektivněji plánovat výrobu a zkoušet věci, které za normálního provozu linky nejdou. Pomáhá také údržbě při plánování pravidelných oprav.
Virtuální 3D model, jímž se Blumenbecker Prag s výzkumníky z Prahy a Brna zabýval, jde ale ještě o krok dál. „Do budoucna nám to umožní, abychom při obchodním jednání zákazníkovi ukázali pohybující se linku, kterou si ještě ani neobjednal. I když ještě ne se všemi detaily. Prostě si vytáhneme data o přístrojích, které v lince budou, a snadno mu předběžný návrh uděláme na místě. Čím více projektů s digitálními dvojčaty budeme dělat, tím větší knihovnu těchto dat budeme mít k dispozici,“ vysvětluje Neumann. Hlavně majitelům
a manažerům menších a středně velkých firem, které nyní milionové investice do robotizace zvažují, to může psychologicky zcela jistě hodně pomoci.
Firma očekává, že oceněné řešení v příštích letech přispěje k růstu jejích tržeb, které se blíží k 600 milionům korun. Blumenbecker Prag patří v Česku k předním integrátorům robotů značky Kuka. Jeho hlavní zákazníci jsou z automobilového průmyslu a strojírenství. V poslední době se firmě daří získávat zakázky také při automatizaci skladů a třídicích linek na letištích. Česká pobočka založená v roce 1995 je součástí německé rodinné firmy Blumenbecker Group.
Příběh je součástí publikace Digitální transformace firem a zavádění průmyslu 4.0 - Inspirativní příklady dobré praxe, která vznikla v rámci projektu „Rozvoj národního, odvětvového a regionálního sociálního dialogu v ČR“, reg. č. CZ.03.1.52/0.0/0.0/18_094/0010509 a byla financována z Evropského sociálního fondu prostřednictvím Operačního programu Zaměstnanost a státníhorozpočtu ČR.
