PRZEMYSŁ 4.0 - gotowe rozwiązania automatyzujące produkcję

Dariusz Wódz
14 czerwiec 2021
Kategoria:

Celem rozwoju przemysłu, jest dążenie do doskonałej produkcji, rozumianej jako zwiększanie produktywności, przy minimalizowaniu ekonomicznych nakładów, z poprawą jakości wyrobów i ich czasu wytworzenia. Promowana obecnie metodologia Przemysłu 4.0, opiera się na łączeniu możliwości, jakie dają nam nowe funkcje technologiczne obrabiarek, w połączeniu z nowymi technologiami informatycznymi. Sprowadza się to do szybkości przepływu konkretnych informacji w obje strony, tj. do maszyny jak impulsu od obrabiarki. Pozwala nam to na lepsze wykorzystanie zasobów i zdolności przeróbczych posiadanych maszyn i w ogóle posiadanych zasobów, oraz, co zdecydowanie ważne dla kadry kierowniczej, umożliwia szybkie podejmowanie decyzji na podstawie maksymalnie dużej ilości otrzymanych w ten sposób danych i to danych pewnych, a nie szacowanych, czy prognozowanych.

 

Pragnę na początek zwrócić uwagę na rozbieżność tendencji Przemysłu 4.0. z dotychczas najbardziej znanym i popularnym systemem zarządzania lean management. Obrazowo, przy chudym zarządzaniu mamy minimalizować koszty, dążąc do dostarczenia klientowi wymaganego produktu po stosunkowo niskiej cenie. W Przemyśle 4.0., mamy wykorzystać wszelkie możliwości i dane, jakie posiadamy dzięki technologiom cyfrowym, sprzężonym ze strumieniem przepływu produkcji, dzięki czemu, możemy dać klientowi produkt czy usługę jakiej oczekuje, zarówno pod względem terminu jak i jakości, jak również po cenie możliwie najniżej. Cenę bowiem kształtować będzie wykorzystanie zasobów, czy określając to bardziej popularnym stwierdzeniem, ograniczenie marnotrawstwa. To właśnie w podejściu jaki charakteryzuje w Przemysł 4.0, wartości jakości i ceny, możemy osiągnąć dzięki najlepszemu wykorzystaniu możliwości produkcyjnych, co minimalizuje straty związane z ze zdolnością produkcji, dzięki lepszemu wykorzystaniu zdolności produkcyjnych. W przemyśle 4.0 mamy wykorzystać, a przez to rozłożyć koszty na większą ilość wyrobów, gdy w lean manufakturing, szukamy bezpośrednich strat.

Wyobraźmy sobie najprostszą sytuację inwestora, który inwestując w obrabiarki, zapewnia i utrzymuje produkcję jedynie na jednej zmianie, 8 godzin dziennie, 5 dni w tygodniu. Zresztą jak pokazują badania, tak właśnie się dzieje w przypadku połowy możliwości produkcyjnych obróbki metali w Polsce. Pomijając bieżące koszty wytworzenia, cena za jaką nabył inwestor obrabiarkę, rozkłada się na 160 godzin pracy w miesiącu. Jeśli zatem, obrabiarki obciążone będą przez 470godzin w tygodniu, jak to wynika z produkcji 3-zmianowej, cena maszyny będzie 3-krotnie niższa w wycenie usługi obróbki.

Biorąc pod uwagę jedynie możliwości ciągłości produkcji, często ograniczonej zasobami kadrowymi, warto zastanowić się nad możliwościami, jakie daje automatyzacja produkcji, oraz możliwości nienadzorowanej bezpośrednio produkcji, a wykonywanej właśnie dzięki automatyzującym konstrukcjom oferowanym przez producenta obrabiarek HAAS.

Świadomość takiego podejścia do automatyzacji i informatyzacji produkcji, obserwujemy już od roku 2014. Charakteryzuje się ono coraz większym zainteresowaniem i zaangażowaniem w rozwój obszaru nazywany Przemysłem 4.0. Tym określeniem obejmuje się cel do jakiego w nowożytna produkcja dąży, a jej rozwój w przedsiębiorstwach produkcyjnych, ma na celu wzrost konkurencyjności, osiągany dzięki wdrażaniu zaawansowanych procesów produkcyjnych, wykorzystujących możliwości cyfrowe, umożliwiających najlepsze dopasowane do potrzeb zamawiających. Przez wzrost konkurencyjności rozumie się przy tym, zarówno zwiększenie produktywności, w tym też wydajności, jakości i niezawodności, jak i szybkie oraz dopasowane do potrzeb klientów wymagania, zarówno pod względem terminowości jak i pozostałych określonych synonimów jakości. Określana bowiem mianem Przemysł 4.0 czwarta rewolucja przemysłowa, łączy możliwości zbierania, przechowywania, przetwarzania i udostępniania danych w procesie produkcyjnym. System cybernetyczny analizuje na bieżąco dane o operacjach, gromadzi je i porównuje, oraz przesyła do centralnego serwera czy chmury, gdzie są one porównywane z wzorcowymi. Pozwala to, na dostosowanie parametrów celem zoptymalizowania operacji obróbki skrawaniem.

Jedną z ważniejszych zatem możliwości nowoczesnych obrabiarek, przede wszystkim obrabiarek CNC, jest możliwość automatycznego pobierania i odbierania danych, a więc ich zdolność do łączenia z siecią cyfrową, czy to wewnętrzną czy to internetową, jest zdolność do komunikowania się by umożliwić podejmowanie właściwych decyzji. Łączność ta, pozwala na przesyłanie danych do centralnego serwera lub chmury.

Wzorcowym przykładem takich możliwości, osiąganym dzięki nowoczesnemu wyposażeniu są nowe obrabiarki CNC produkowane przez firmę HAAS, które posiadają zdolność łączenia się z siecią informatyczną, zarówno przez WiFi, internet czy też Ethernetem. Łączność, pozwala z kolei na przekazywanie danych dotyczących procesów obróbczych, coraz szerzej definowanych. Zatem wszystkie nowe maszyny HAAS mają możliwość bezpośredniego przesyłania informacji, do właściwej centrali przetwarzania danych, a przez to bieżącego informowania o realizacji założonych operacji procesu obróbki. Ta zdolność, bezpośrednio generuje efekty zwiększenia produktywności, oszczędności czasu i energii. Pozwala także na produkcję nie nadzorowaną, lub dozorowaną czasowo. Zdolność ta umożliwia nie tylko odbieranie podstawowych danych o obrabiarce, jak jej stan techniczny, dane serwisowe, ale również umożliwia przesyłanie bezpośrednio plików dotyczących produkowanych wyrobów.

Warto też zwrócić uwagę, iż firma HAAS, dla swoich obrabiarek opracowała własne rozwiązanie informatyczne, umożliwiające mobilny monitoring obrabiarek: HaasConnect, w który wyposażane są wszystkie obecnie produkowane maszyny CNC. Jest to mobilna aplikacja, umożliwiająca stały i bieżący monitoring urządzeń, śledzenie ich stanu, także technicznego, pojawiających się alarmów, stanu sterowania ręcznego, uruchomianiu czy zatrzymaniu programu, czy innych zdarzeń występujących podczas procesu produkcyjnego obróbki metali. Natychmiastowa informacja przesyłana w wiadomości e-mail, oraz powiadomieniu PUSH (niewielkie notyfikacje o otrzymanych wiadomościach). Jest to niezwykle pomocne w przypadku chociażby nienadzorowanej obróbki, ale też daje doskonały obraz, np. technologom, o wszelkich wprowadzanych poprawkach przez operatora, a dla kadry kierowniczej o wszelkich zdarzeniach.

Uzupełnieniem aplikacji HaasConnect jest przygotowany w celu monitorowania maszyn w czasie rzeczywistym jest portal MyHaas. Jest on niezwykle pomocny dla zarządzania flotą obróbczą, jakim jest posiadany przez konkretnego przedsiębiorcę park maszynowy HAAS'a. Pozwala nie tylko on-line gromadzić wszelkie informacje związane ze stanem maszyn, szczegółowymi informacjami ich dotyczącymi, jak numery seryjne, data produkcji, okresu gwarancji, planowanymi przeglądami, konkretnymi wycenami, interesujących nas konfiguracji maszyn, zamawianych części. Ale pozwala też na planowy dozór posiadanych zasobów obróbczych.

Jak wspomniano powyżej, Przemysł 4.0, to nie tylko produktywność, ale również zapewnienie jakości, a więc wytworzenie we właściwym czasie, właściwych, tzn zgodnych z projektem i oczekiwaniami zamawiającego części. Jeśli dzięki aplikacjom HAAS o których mowa, otrzymujemy bieżącą informację o zdążeniach na konkretnych maszynach, to zrozumiałe jest oczekiwanie inwestora do zdolności i informowania o wymaganych zgodnościach i toleranciach wymiarowych. Uważam że niesamowicie przydatnymi możliwościami wyposażył HAAS swoje obrabiarki, a to w system bezprzewodowych pomiarów sondą, nazwany WIPS. Jest to działający intuicyjnie system definiowania korekcji roboczych ustawień narzędzi, a także, wykonywanie w czasie rzeczywistym obróbki, kontroli wymiarów części czy uszkodzenia i zużycia narzędzi. Dzięki tej rozbudowanej funkcji, obróbka jest stale monitorowana pod kątem zgodności procesu obróbki z wymaganiami projektu, nie tylko ze względu na wymiar części, ale też ze względu na stały monitoring narzędzia skrawającego. System WIPS ułatwia pobieranie danych służących kontroli procesów, wymiarów, temperatury, czasu, oraz automatyzację procesu konfiguracji. Jest to doskonałe ułatwienie definiowania okresu użycia konkretnego narzędzia, unikania błędów zarówno poprzez przedwczesne zakończenie użytkowania narzędzia, ale też błędów niedotrzymania wymagań pola tolerancji wymiarowych, obróbki zużytym narzędziem. Unikamy zatem złomowania czy regeneracji dobrych narzędzi, unikamy niedokładności wymiarowych obróbki niedokładnym zużytym narzędziem, oraz unikamy niedokładności wymiarowych wykonywanej części. Do niedawna to operator kwalifikował narzędzia pod względem przydatności do dalszego wykorzystania, co nie zawsze było uzasadnione ekonomicznie, mimo weryfikacji zarówno wymiaru części jak i narzędzia, czy parametrów obróbki. Informacje te możemy również śledzić dzięki wspomnianej aplikacji HAASConnect.

Opisane powyżej przykłady, doskonale uzasadniają stwierdzenie, że to firma HAAS dzięki własnym systemom bezprzewodowych pomiarów sondą do frezarek i tokarek WIPS i WIPS-L (Wireless Intuitive Probing System), wyznacza kierunki i standardy zintegrowanych bezprzewodowych systemów sond pomiarowych.

Dzięki temu, w przypadku frezarek HAAS, niezwykle prosto i szybko można określić współrzędne korekcji, dokonać korekcji długości narzędzia, oraz wykonać inspekcję w trakcie procesu dla części oraz dla usterki narzędzia. Podobnie zresztą w przypadku tokarek HAAS, system bezprzewodowych pomiarów sondą WIPS-L, montowaną na głowicy i optycznym interfejsem, pozwala na proste bieżące kontrolowanie jakości wymiarowej obróbki i narzędzia. Punktem wyjściowym, dla zachowania najlepszego łańcucha wymiarowego obróbki, jest „automatyczny nastawiacz wstępny noży”. Pozwala na zwiększenie dokładności oraz korelację ustawień, z jednoczesną oszczędnością czasu czynności nawet do połowy.

Zgodnie z tym co było już powiedziane w poprzednich opracowaniach, obecnie istnieje możliwość znacznego zautomatyzowania poszczególnych czynności obróbki mechanicznej oferowanych przez producenta obrabiarek CNC HAAS, a przede wszystkim, znacznej automatyzacji czynności pomocniczych i przygotowawczych. Firma HAAS dysponuje fabrycznymi rozwiązaniami, których zastosowanie gwarantuje osiąganie najlepszych efektów dokładności czy szybkości, a przede wszystkim ograniczenie przestojów, czy nawet ich wyeliminowanie.

Największymi problemami procesów obróbki części maszyn, są przede wszystkim błędy operatora, uszkodzenia narzędzia, też często wywołane błędem obsługi, uszkodzenia elementów obrabianych, kolizje, czy też problemy z systemem. Wszystkie zaplanowane czynności, programowanie, konserwacja nie będąc częścią procesu skrawaniem, nie stanowią o opóźnieniach czy błędach procesów. Statystyki wskazują, że za najdłuższy czas postoju maszyn obróbczych, odpowiada czynnik ludzki.

Dlatego też, jak wykazano powyżej, wszystkie proponowane rozwiązania umożliwiające zautomatyzowanie produkcji, dzięki wprowadzanym konstrukcjom sterowanym cyfrowo, w znacznej mierze pozwalają na zoptymalizowanie procesu produkcyjnego. W dobie rynku pracownika, możliwości zautomatyzowania produkcji nabierają jeszcze większego znaczenia. Ale bezdyskusyjny jest fakt, otrzymania powtarzalnego produktu, możliwego do odtworzenia w przyszłości, albo możliwego do modyfikacji, bez zbędnych kosztów. Dlatego też, koncepcja Przemysłu 4.0 kładzie nacisk na zbieranie cyfrowych danych, Internet oraz przechowywanie danych w chmurze. Elementy te stanowią jednak tylko część rozwiązania. Zebrane dane muszą zostać ostatecznie poddane analizie, a na jej podstawie tworzy się model fizyczny lub mapę, które definiują dany proces.

Dariusz Wódz

Tech-Konsulting Sp. z o.o.

(dla ABPLANALP Sp. z o.o.)

 

Źródła:

- dane techniczne producentów: HAAS;

- www.abplanalp.pl

- Przemysł 4.0


Przeczytaj także

4 minuty czytania

Jednoczyć siły i sumować możliwości firm obróbki stali

Dariusz Wódz
Kategoria: