Komputerowa symulacja procesów produkcyjnych to sposób na zwiększenie efektywności zakładu, ograniczenie kosztów, a nawet… wygranie przetargu i wzrost motywacji u pracowników. Przekonują o tym przedstawiciele dwóch koncernów zajmujących się produkcją maszyn i samochodów.
Rosnące zapotrzebowanie rynku na różnorodne towary wymusza na producentach coraz szybsze dostawy coraz bardziej złożonych i trudniejszych do wykonania produktów. Przekłada się to bezpośrednio na wymagania biznesowe, które skłaniają wytwórców maszyn produkcyjnych oraz samych producentów gotowych wyrobów do poszukiwania nowych i bardziej efektywnych rozwiązań technologicznych.
Paradoksalnie, w czasach gorszej koniunktury rośnie presja na wzrost konkurencyjności, która może okazać się kluczem do przetrwania w trudnych warunkach. Oprogramowanie wspierające zarządzanie cyklem życia produktu (ang. PLM ? Product Lifecycle Management) może być narzędziem znacznie ułatwiającym spełnienie tych wymagań.
Firma Symax Systemtechnik Sondermachinenbaum odczuła opisywaną sytuację na własnej skórze. Zatrudnia ponad 100 pracowników. Zajmuje się projektowaniem oraz produkcją maszyn i systemów automatyzujących produkcję oraz procesy montażu poszczególnych podzespołów finalnego produktu.
Symax ma siedzibę w Niemczech, ale oferowane przez nią wyroby można znaleźć na całym świecie: w Europie, Stanach Zjednoczonych, Japonii, Chinach, a nawet Meksyku. W latach 2004 oraz 2005 Ministerstwo Gospodarki Bawarii umieściło Symax na liście ?Bavarian Top 50? za zaangażowanie w rozwój technologiczny oraz biznesowy regionu. Około 40% projektów realizowanych przez firmę dotyczy robotów.
? Ponieważ rośnie stopień komplikacji realizowanych przez nas procesów, coraz częściej już w fazie planowania zadawane jest nam pytanie, czy robot będzie poprawnie pracował w danych warunkach eksploatacyjnych ? mówi Robert Lehner, dyrektor Symax. ? Potrzebowaliśmy więc dość prostego narzędzia, które umożliwiałoby przeprowadzenie symulacji całego procesu produkcji nowego produktu. Istotne było również rozpatrzenie możliwości ewentualnego zwiększenia mocy produkcyjnych.
Problem Symaksu rozwiązany został poprzez pakiety oprogramowania stworzone przez Siemensa: Tecnomatrix Process Designer oraz Process Simulate.
Process Designer jest narzędziem opartym na technologii eMServer (rozproszonej architekturze wielowarstwowej wspierającej różnorodne środowiska związane z procesami produkcyjnymi oraz IT). Process Simulate jest z kolei środowiskiem umożliwiającym symulacje zachowań kinematyki obiektów ruchomych, w szczególności robotów. Przy użyciu tego narzędzia mogą również być przeprowadzone badania nad ergonomiką proponowanego rozwiązania.
Korzyści z zastosowania programów symulacyjnych przez Symax to:
- możliwość wizualizacji pracy robota w przestrzeni trójwymiarowej,
- wstępna informacja o wykonalności proponowanego rozwiązania,
- filmy przedstawiające symulację pracy urządzeń, zamiast ?suchych? rysunków,
- programowanie urządzeń i ich sterowanie w trybie offline wraz z oceną wyników tych prac.
Korzyści w fazie planowania
Process Simulate, podobnie jak Process Designer, wykorzystuje technologię eMServer. Obydwa pakiety mogą więc korzystać z tych samych zestawów danych. Interfejsy użytkownika odpowiadają standardom wyznaczonym przez system Microsoft Windows, tzn. zawierają znajome z Windows ikony, zakładki oraz sposoby nawigacji. Wszystkie dane mogą więc być z łatwością eksportowane do zewnętrznych programów. I tak na przykład w Symax, Process Simulate połączony jest z bazą danych Oracle, która zarządza wszystkimi parametrami dotyczącymi zastosowanych komponentów. Aby przygotować odpowiednią symulację, ruch robota jest programowany przy użyciu sekwencji kinematycznych zaimportowanych z bazy danych. W Symaksie wykonuje się to przy użyciu pakietu Process Simulate ? Robotics. Narzędzie to współdzieli dane z Process Simulate.
Następnie importowane są plany rozmieszczenia urządzeń na terenie zakładu oraz trójwymiarowe modele produktów oraz robotów. Utworzenie bibliotek zawierających wszystkie modele oraz sekwencje ruchów zajmuje sporo czasu. Jednakże raz sparametryzowane i zaprogramowane mogą być wielokrotnie użyte oraz modyfikowane w zależności od potrzeb.
Prowadzone symulacje umożliwiają inżynierom szybką i łatwą ocenę tego, czy przestrzeń przeznaczona na proces jest wystarczająca z punktu widzenia zakładanego rozwiązania. Dodatkowo, mogą oni niemalże w czasie rzeczywistym określić, czy proces może być bezpiecznie prowadzony przy założonych trajektoriach ruchu oraz interwałach czasowych. Dzięki symulacjom można również szybko sprawdzić, czy roboty ingerują w przestrzenie robocze innych urządzeń oraz wykryć potencjalne kolizje.
Standardowo, grupa inżynierów uruchamia symulacje dla różnych scenariuszy i konfiguracji pracy zakładu lub jego części. Na przykład w jednym przypadku stosują dla tego samego zadania trzy większe roboty, a w innym cztery mniejsze. Dzięki takiemu podejściu pracownicy firmy Symax mogą już w fazie planowania ocenić: charakter procesów montażu, pracę robotów, obciążenie narzędzi oraz innych urządzeń. Co więcej, mogą w prosty i bezpieczny sposób zsynchronizować pracę wielu robotów.
Zdobyta wiedza umożliwia optymalne wykorzystanie posiadanego wyposażenia. Poza tym daje pewność, że projektowany proces będzie przebiegał perfekcyjnie ? nawet przed pierwszym jego rozruchem. Zauważone na tym etapie usterki i niedociągnięcia mogą być szybko przekazane do działów planowania produkcji, co znacząco redukuje koszty zmian oraz wprowadzonych poprawek.
Zaproś klienta na film…
Współpraca robota z człowiekiem to jeden z przykładowych problemów, w jakim symulacja odgrywa istotną rolę, a z jakim zetknął się Symax. Nowe przepisy dotyczące takich zagadnień zostały niedawno uchwalone w Niemczech. I to właśnie Symax uzyskał pierwsze zlecenie na projekt i wykonanie linii produkcyjnej zgodnej z regulacjami. Wykorzystał w tym celu pakiety symulacyjne.
Projektanci Symaksu opracowali symulację, która bardzo dokładnie odzwierciedlała proces produkcyjny. W pierwszej kolejności robot automatycznie podaje element z taśmy przenośnika do pracownika, który wykonuje jego montaż. Pracownik może kontrolować ruchy robota przy użyciu joysticka. Aby w 100% zapewnić bezpieczeństwo człowieka, niezbędne było bardzo dokładne przedstawienie opisu ruchów robota. Dzięki zastosowaniu symulacji komputerowych Symax wykazał, że robot powinien w strefie niebezpiecznej poruszać się wolniej, niż poza nią. Co więcej, symulacja pracy człowieka, jego pola widzenia oraz postawy w czasie wykonywania poszczególnych czynności umożliwiłaanalizę wpływu czynników ergonomicznych na cały proces.
Podczas rozmów z potencjalnymi klientami przedstawiciele Symaksu mogą przedstawić wyniki symulacji w postaci filmów (w formacie .avi) dla różnych scenariuszy i konfiguracji danej linii produkcyjnej. Przygotowany w ten sposób film może być zaprezentowany w czasie rzeczywistym lub w zwolnionym tempie ? na przykład krok po kroku. Możliwość obrotu widoku kamery o 360° umożliwia spojrzenie na proces z różnych punktów widzenia. Narzędzia przybliżające pozwalają na ogląd całości lub tylko wybranych szczegółów. Animowana wizualizacja ułatwia prezentację podstawowych założeń dotyczących wybranego rozwiązania w zaledwie kilka minut. Bez potrzeby analizy skomplikowanych rysunków technicznych. Dzięki krótkiej sekwencji wideo, trwającej trzy lub cztery minuty, inżynierowie z Symax mogą przedstawić w pełni zautomatyzowany proces montażu uszczelek do karoserii samochodowych lub montaż osi kół na linii produkcyjnej.
? Dzięki symulacji komputerowej, która pokazuje, że proponowane przez nas rozwiązanie rzeczywiście działa, nasze szanse na wygranie przetargu znacząco rosną ? podkreśla Christian Ruhland, menadżer bawarskiej firmy. ? Najczęściej przedstawiamy złożone linie składające się z wielu urządzeń. Zazwyczaj nasi klienci ani konkurenci nie rozpatrują tak skomplikowanych rozwiązań. Pokazując klientom trójwymiarowe symulacje, mamy okazję ze szczegółami pokazać, nad czym pracowaliśmy.
Firma Symax współpracuje również z Wydziałem Produkcji i Automatyki Przemysłowej Politechniki w Regenburgu (Niemcy). Pomaga studentom w opanowaniu tajników symulacji 3D. Zastosowanie takich narzędzi daje im możliwość rozpatrzenia rozwiązań, na które w innym przypadku nie zwróciliby uwagi.
Artykuł pod redakcją Marcina Stachury, doktoranta w Instytucie Automatyki
i Robotyki Politechniki Warszawskiej
SEAT dostrzega wymierne korzyści z symulacji
Symulacja jest ważnym elementem rozwoju cyfrowych procesów produkcyjnych. Przy czym zasadniczym celem tego rozwoju jest skrócenie czasu projektowania i instalacji nowych linii produkcyjnych. Producenci, dostawcy urządzeń wymaganych w procesach montażu oraz integratorzy systemów mogą uzyskać wymierne korzyści, dzięki zastosowaniu nowoczesnych metod cyfrowego wspomagania produkcji. Mimo że SEAT ma swoje przedstawicielstwa w ponad 70 krajach, w świecie producentów pojazdów samochodowych jest postrzegana jako stosunkowo mała firma.
? Jeśli chodzi o produkcję nowych samochodów, czas reakcji i terminy dostaw są dla nas ważniejsze niż dla większych koncernów, więc musimy działać szybko ? tłumaczy Manfredo Keuthe, menadżer koncernu. ? Udaje nam się to dzięki zastosowaniu symulacji komputerowych, które istotnie skracają czas projektowania nowych linii produkcyjnych.
Hiszpański producent samochodów podjął decyzję o przyspieszeniu komputeryzacji swoich procesów produkcyjnych w 2004 roku. Zarząd podjął więc decyzję o rozpoczęciu niezbędnych prac wraz z budową nowego modelu samochodu ? Leona. Do realizacji tego zadania wybrane zostało oprogramowanie PLM firmy Siemens ? Tecnomatrix. Pakiet Process Designer wykorzystywany jest jako narzędzie służące do zarządzania całym projektem oraz wykonywania odpowiednich analiz, czyli de facto jako platforma projektu oraz jego baza danych. Oczywiście SEAT wykorzystuje również oprogramowanie symulacyjne.
? W wielu korporacjach działających w branży samochodowej wykorzystywane są narzędzia wspierające produkcję, ale tylkow wybranych częściach procesów ? zaznacza Keuthe. ? My rozpoczęliśmy ich implementację jako kompleksowego systemu zarządzania planowaniem produkcji. Biorąc pod uwagę przemysł motoryzacyjny, jest to dość wyjątkowe podejście, dużo rozleglejsze niż projekty realizowane przez innych producentów. W naszej firmie wykorzystujemy nowoczesne narzędzia IT, ale tylko wtedy, kiedy przynoszą wymierne korzyści. Nie możemy pozwolić sobie na luksus zakupu nowoczesnych rozwiązań, które nie wnoszą do naszej firmy nic nowego.
Wspomniane przez Manfredo Keuthe korzyści to m.in.:
- możliwość eliminacji pierwszych faz prototypowania nowych pojazdów przy użyciu ich fizycznych modeli,
- znaczna redukcja kosztów poniesionych w kolejnych fazach prototypowania,
- szybszy dostęp do niezbędnych informacji,
- większa motywacja do pracy wśród zatrudnionego personelu.
Keuthe podkreśla również, że bardzo istotnym czynnikiem przy wyborze odpowiednich narzędzi była pewność, że są ?tak standardowe i przetestowane, jak to tylko możliwe?. Zaznacza on również, że w wielu dużych koncernach motoryzacyjnych nie bierze się takich zagadnień pod uwagę ze względu na duże zasoby finansowe, które pozwalają na zlecenie stworzenia pakietów specjalnie na potrzeby danej firmy.
? My niestety nie mamy takich możliwości, więc zdani jesteśmy na pakiety zapewniające możliwie dużą elastyczność konfiguracji oraz współpracę z innymi narzędziami IT ? mówi przedstawiciel SETA-a. ? Takie narzędzia dają nam możliwość połączenia elastyczności nowoczesnych systemów automatyki oraz doświadczenia firm, które mają wiedzę o tym, co jest tak naprawdę potrzebne w przemyśle.
Obecnie realizowany projekt jest wynikiem współpracy SEAT-a, Siemensa oraz konsultantów firmy Gedas, która zajmuje się implementacją oprogramowania PLM. Keuthe podkreśla również fakt, jak dużą zachętą i motywacją dla pracowników są sukcesy odnoszone przez SEAT-a.
? Udaje nam się mobilizować naszych ludzi poprzez dostarczanie im nowoczesnych i bardzo wydajnych narzędzi pracy ? przekonuje rozmówca Control Engineering. ? Z początku nasi pracownicy byli nieufni wobec nowych rozwiązań. Kiedy jednak uświadomili sobie, jakie korzyści mogą odnieść dzięki nim, ich entuzjazm można dostrzec gołym okiem.
