Digitalizace hodnotového řetězce a Průmysl 4.0

Návrh a plánování jednotlivých fází není nic nového, ale jejich digitalizace přináší možnosti ještě před několika lety těžko představitelné. Návrhářské a konstruktérské nástroje umožňují vytvářet návrhy výrobků od prvního nápadu přes technický koncept a konstrukční detaily pouze v počítači bez nutnosti pracovat s tužkou a papírem. Od hotových konstrukčních podkladů je však ještě dlouhá cesta k samotné výrobě. Ta se musí technologicky připravit, plánovat podle aktuální poptávky na trhu, ale současně je potřeba ponechat rezervu na případné zvýšení kapacity. Stejně tak je nutné počítat s možnými budoucími změnami výrobků, ať už se týkají užitných vlastností nebo vzhledu. Příprava výroby zahrnuje návrh jednotlivých výrobních operací, výběr strojů, které budou operace provádět, a samozřejmě jejich návaznost a další technologické souvislosti. Následně je možné výrobní stroje instalovat ve výrobní hale, zprovoznit je a testovat samotnou výrobu. Občas se zjistí, že některé operace je nutné upravit, což znamená vrátit se v návrhovém postupu o několik kroků zpět a příslušný přípravek nebo umístění stroje změnit. Může však nastat i situace, kdy je nutné změnit tvar výrobku, pokud se ukáže, že náklady na výrobu takto navrženého výrobku jsou příliš vysoké. Tím se celý proces přípravy výroby výrazně zpomalí. Během náběhu výroby se prověří poslední souvislosti a může začít sériová výroba. Vyrobené díly jsou na základě objednávek expedovány k prodejcům, případně umístěny v meziskladech.

Popsaný postup představuje tradiční výrobu, zaměřenou na velké série, kde se jednotlivé vyrobené kusy od sebe příliš neliší. Například automobilky však již řadu let nabízejí množství variant, které si zákazník může vybrat a do jisté míry kombinovat, aby mu vyrobené auto co nejvíce vyhovovalo, a to vše při zachování velkého objemu výroby. Výroba tedy musí být plánovaná s ohledem na tuto variabilitu a potřebné součásti musí být k dispozici v okamžiku, kdy je konkrétní vůz v příslušném výrobním kroku. Je možné a vlastně i běžné, že vozy, které se pohybují za sebou na výrobní lince, se liší v řadě prvků.

Tradiční postup se rozšiřuje o sledování chování výrobku i během jeho používání koncovým uživatelem. Pokud bychom se drželi příkladu automobilů, každý vůz sleduje své provozní parametry, vyhodnocuje je a provádí diagnostiku, která je k dispozici buď přímo řidiči, nebo v podrobnější podobě servisnímu technikovi. Ještě zřetelnější je diagnostika výrobku u typicky elektronických zařízení jako například mobilní telefony, kde navíc přichází v úvahu také analýza chování uživatele, která může vést k vylepšení určitých funkcí, automatické aktualizace systému opravující chyby nebo přinášející nové funkce apod.

Flexibilní výroba a digitalizace

Flexibilita je jedním z klíčových pojmů Průmyslu 4.0 a digitalizace tvorby hodnotového řetězce je jedním z hlavních prostředků k dosažení flexibility. Pokud se znovu vrátíme do fáze návrhu výrobku a přípravy technologického postupu pro jeho výrobu, dosáhneme výrazné časové úspory, když můžeme simulovat nejen jednotlivé fáze výroby, ale také chování samotného výrobku pro různé parametry tvaru nebo materiálu. Výše popsaný příklad změny určitých parametrů výrobku tedy můžeme provést v simulaci, což výrazně zkrátí a hlavně zlevní celý proces přípravy výroby, protože samotná fyzickou instalace a zprovoznění se provádějí až v případě, kdy je v simulaci ověřeno, že výrobek má požadované vlastnosti a že je možné ho vyrobit za stanovených okolností. Je zřejmé, že celý proces zavedení změny do výroby je výrazně kratší. Pracuje se zde totiž s tzv. „digitálním dvojčetem“, což je digitální reprezentace skutečného výrobku, výrobního stroje, pracovního postupu a dalších komponent, které vystupují v hodnotovém řetězci výrobku.

Pod flexibilitou si však můžeme také představit možnost měnit rozložení a vzájemnou vazbu výrobních strojů, ale hlavně možnost vyrábět nebo zpracovávat díly, se kterými se původně při návrhu cílového výrobku nepočítalo. Stroje na výrobní lince by se navzájem „dohodly“, jaké operace mohou provádět, s jakými výrobky mohou pracovat, jak spolu mohou komunikovat apod. Zde se znovu vracíme k digitálnímu dvojčeti: pokud by se „dohodla“ digitální dvojčata strojů, výrobu by bylo možné simulovat a ověřit, že proběhne podle předpokladu. Stejně tak by podle potřeby bylo možné vytvořit nový přípravek pro uchycení výrobku nebo zařadit do výrobní sekvence nový stroj, který by vzniknul tak, aby doplnil možnosti stávajících strojů. V této fázi lze také optimalizovat parametry výroby s ohledem na kapacitu strojů, místní příslušnost, spotřebu energie, požadovanou dobu dodání apod. Fyzické stroje potom převezmou parametry a postupy vyjednané a naplánované pro digitální dvojčata a vyrobí požadovaný výrobek, jak nejlépe to je možné.  Vznikají tím zcela nové možnosti, jak reagovat na měnící se poptávku zákazníků.

Interakce se zákazníkem

Typicky zákazník vstupuje do životního cyklu výrobku při jeho výběru, volbě variant výrobku a jeho objednání. Pokud výrobek není skladem, čeká zákazník na dokončení jeho výroby a poté jej začíná používat. V konceptu Průmysl 4.0 je však zákazník do životního cyklu výrobku zapojen mnohem více. Užší interakce začíná už při konfiguraci výrobku dle potřeb zákazníka, což je důsledkem flexibilní výroby a výrazně většího množství variant produktu, které flexibilní výroba nabízí. Zákazník může být zapojen dokonce i tak, že některé součásti produktu si navrhne sám. Díky simulaci se ověří, že výroba je proveditelná, a zákazník může objednávku dokončit.

Díky digitalizaci může zákazník sledovat i průběžnou rozpracovanost výrobku, pokud se data o průběhu výroby sbírají do databáze a přes uživatelské rozhraní ve vhodné podobě a vhodném rozsahu dostanou až k zákazníkovi. Dokonce je možné zákazníka do průběhu výroby zapojit i takovým způsobem, že by mohl změnit svou volbu konfigurace, dokud daná vlastnost výrobku ještě nebyla vyrobena. Díky průběžné optimalizaci by výroba mohl přeskupovat jednotlivé zakázky či dílčí zakázky podle toho, jestli se zákazník rozhodne ke změně konfigurace. Kritériem samozřejmě zůstává kontrola výrobních nákladů a jejich udržování na rozumné hodnotě, která zaručuje požadovanou ziskovost.

Data z průběhu výroby lze využít i v dalších fázích životního cyklu výrobku, tedy během jeho aktivního života, kdy jej konečný uživatel využívá. V kombinaci s daty o používání, fungování jednotlivých komponent a působení různých okolních vlivů lze budovat komplexní diagnostické modely, které umožní předcházet výpadkům, vylepšovat technické funkce či funkce interakce se zákazníkem.

Digitalizací ve výrobě a Průmyslem 4.0 se zabývá řada firem, ať už se jedná o globální společnosti nebo malé či střední firmy, mnohdy vzešlé z akademického prostředí, které nabídkou svých služeb doplňují nabídku velkých společností. Příkladem takové malé firmy je například společnost Factorio Solutions, která nabízí své služby v oblasti simulace výrobních robotických linek, v jejich optimalizaci a propojení s dalšími externími systémy jako například počítačové vidění, průmyslové řídicí systémy a další. Jak nám řekl Ondřej Fiala, jednatel společnosti, Factorio Solutions vidí budoucnost v sofistikovaných multioborových řešeních, které přispějí k usnadnění monotónní práce a tím i k vyšší efektivitě a příjemnějšímu pracovnímu prostředí. Digitalizace výroby, její přípravy a rozvoj konceptu digitálního dvojčete je cestou vedoucí k tomuto cíli.