Centrum Przemysłu 4.0 Politechniki Śląskiej

Centrum Testowania Technologii Przemysłu 4.0

Centrum Testowania Technologii Przemysłu 4.0 (CTTP4.0) jest przemysłowym układem pokazowym, zbudowanym przez firmę APA Group, który pozwala na prezentację procesu produkcyjnego, wykorzystującego technologie Przemysłu 4.0.
CTTP4.0 został udostępniony Politechnice Śląskiej i jest w gestii Centrum Przemysłu 4.0. Linia znajduje się w Centrum Nowych Technologii na 3 piętrze (Gliwice, ul. Konarskiego 22 B, bezpośrednio na wprost windy).

Centrum zostało zbudowane jako odpowiedź na zapotrzebowanie rynku i jest wynikiem kilkunastu lat doświadczenia firmy APA Group w realizacji projektów przemysłowych dotyczących automatyzacji, integracji systemów i szeroko pojętej cyfryzacji.

Stanowisko pokazowe pozwala na prezentację nowych technologii, ale przede wszystkim ukazuje możliwości ich wdrożenia i po testowaniu także pozwala na ukazanie zasadności ich implementacji. Głównymi elementami centrum są:

• linia produkcyjna złożona z komponentów pochodzących od kilkudziesięciu różnych dostawców wyposażenia przemysłowych linii produkcyjnych; linia została zaprojektowany przez inżynierów APA Group,
• platforma NAZCA 4.0, która jest aplikacją IIoT do zarządzania i optymalizacji automatyki w zakładzie produkcyjnym. Platforma została zaprojektowana i opracowana przez firmę APA Group.

Linia produkcyjna CTTP4.0 opracowana przez firmę APA Group pozwala na prezentację różnych aspektów procesu produkcyjnego, w tym także na ukazanie miejsca operatora w procesie, a także ukazanie współpracy operatora z robotem. Bardzo istotne jest to, że na stanowisku zaimplementowano technologie bezprzewodowego dostępu do danych. Uruchomienie i obserwacja procesu możliwa jest zarówno na miejscu w budynku CNT (Centrum Nowych Technologii PŚ), jak i przez Internet. Poprzez zastosowanie nowych technologii możliwe jest także prezentowanie i obserwowanie funkcji i praktycznych możliwości zastosowania metod z obszaru sztucznej inteligencji, a także Przemysłowego Internetu Rzeczy (IIoT), dużych zbiorów danych (Big Data), przetwarzania w chmurze (Cloud Computing), przetwarzania brzegowego (Edge Computing) oraz uczenia maszynowego (machine learning) w rzeczywistym zastosowaniu produkcyjnym. Cykl produkcyjny kończy się uzyskaniem raportu, w którym zawarte są kluczowe wskaźniki dotyczące m.in.: jakości, wydajności, kosztów oraz danych obrazujących zużycie energii i emisji CO2 (ślad węglowy). Parametry te pozwalają na precyzyjne oszacowanie jednostkowych kosztów wyrobów.

W aspekcie obecnych trendów przyspieszenia realizacji poszczególnych etapów procesu produkcyjnego, bardzo istotny jest sposób wizualizacji danych oraz informacji będących wynikiem analizy danych. Komunikaty prezentowane są na specjalnym ekranie, gdzie wyznaczane wartości pokazywane są na tle graficznym prezentującym elementy stacji, ułatwiając tym samym lokalizowanie źródła danych i informacji.

Ponadto, centrum połączone jest z platformą o nazwie NAZCA 4.0, która została także zaprojektowana i opracowana przez firmę APA Group. Platforma pozwala na gromadzenie dużych zbiorów danych, które po analizie stanowią podstawę do zastosowania procedur predykcyjnego wnioskowania diagnostycznego.

Celem budowy centrum było, oprócz możliwości prezentacji zastosowania nowych technologii, budowa jednego centrum zarządczego, umożliwiającego prezentację zastosowania procedur podejmowania decyzji i generowania raportów dotyczących między innymi optymalizacji produkcji, maksymalizowania zysków czy unikania przestojów i awarii. W tym celu zastosowano wiele protokołów komunikacyjnych łączących różne warstwy techniczne.

Centrum Testowania Technologii Przemysłu 4.0 firmy APA Group pozwala na realizację następujących rodzajów zadań i funkcji:

1. Zdalny dostęp do danych i wyników analiz, w tym bieżących statystyk, wskaźników jakości czy alarmów z procesu produkcyjnego. Informacje te są dostępne w sieci produkcyjnej i mogą być wybrane także z dowolnego miejsca poza CTTP4.0. Dla większej przejrzystości, wszelkiego rodzaju komunikaty prezentowane są na tle schematu graficznego stacji, ułatwiając tym samym lokalizowanie wystąpienia anomalii.
2. Zastosowanie aplikacji mobilnej, która pozwala na monitorowanie wybranych parametrów produkcji, generowanie dziennika alarmów czy analizowanie obrazu z poszczególnych kamer. Jest to możliwe z poziomu aplikacji mobilnej. Analogicznie do systemu zainstalowanego stacjonarnie w strukturze centrum, w przypadku wykrycia awarii aplikacja mobilna generuje stosowne powiadomienia.
3. Zastosowanie i demonstrowanie predykcyjnego podejścia do utrzymania ruchu (ang. Predictive maintenance). Podejście to polega na zapobieganiu awariom obiektów technicznych poprzez analizę ich parametrów (np. pobór prądu, temperatura, prędkość pracy, pozycjonowanie) w celu identyfikacji anomalii i predykcję stanów, zanim wystąpią. W przypadku CTTP4.0 możliwe jest testowanie różnych algorytmów, reprezentowanych przez odpowiednie wymienne moduły, których działanie oparte jest na określonych technologiach przetwarzania i analizy danych. Moduły te pozwalają na monitorowanie stanu urządzeń fizycznych, będących elementami centrum, a przez to optymalizowanie okresów serwisowych i pozyskanie informacji o nieprawidłowościach w czasie rzeczywistym.
4. Rejestrowanie sygnałów, w tym sygnałów które zawierają wartości parametrów procesu, ale także sygnałów, które nie są często rejestrowane i brane pod uwagę. Przykładem są sygnały odzwierciedlające warunki otoczenia obiektu, np. temperatura, wilgotność, a także sygnały resztkowe, będące ubocznym efektem działania obiektów, w tym drgania napędów. Uwzględnienie tych sygnałów jest także używane do zadań związanych z optymalizacją jakości i czasu wytwarzania. Istotnym aspektem tej funkcjonalności jest możliwość takiego zaplanowania rejestracji, która pozwoli na rejestrację parametrów związanych z samym obiektem oraz kontekstu jego działania i otoczenia.
5. Wyznaczanie KPI (ang. key performance indicator), kluczowych wskaźników wydajności. System pozwala na wyświetlanie współczynnika efektywności stacji i poszczególnych urządzeń, obliczonego na podstawie zleceń produkcyjnych i rzeczywistego czasu realizacji zlecenia. Uwzględnione zostają postoje planowane i nieplanowane, a także towarzyszące temu parametry i anomalie występujące w układach składających się centrum. Operatorowi centrum udostępniany jest procentowy wskaźnik OEE produkcji. Jest on automatycznie porównywany dla różnych okresów realizacji procesu. W przypadku tym nie jest konieczne analizowanie parametrów technicznych. Istotnym elementem tej funkcjonalności jest możliwość dodania procedur wspomagania wyboru optymalnego KPI.
6. Telemetria mediów pozwala na gromadzenie w jednym centralnej bazie danych pochodzących z rejestracji za pomocą układów pomiarowych, w tym układów przeznaczonych do obserwacji mediów (zużycie energii elektrycznej, sprężonego powietrza). Wyniki analizy zgromadzonych danych prezentowane są w odniesieniu do kosztów eksploatacyjnych, co pozwala na określenie kosztu produkcji pojedynczego elementu. Możliwa jest także kontrola zapotrzebowania na moc maksymalną i optymalizacja zamówienia na media.
7. Raporty zmianowe i długoterminowe generowane są automatycznie i są przesyłane do zdefiniowanych grup odbiorców po określonym przedziale czasu, prezentując również trendy długoterminowe. Informacje dostosowane są do konkretnych grup odbiorców, z uwzględnieniem określonych grup pracowników, w tym managerów, planistów, logistyków, księgowych czy służb utrzymania ruchu. Udostępnianie tych informacji może być związane z określeniem kontekstu użytkownika.
8. Produkcja seryjna zindywidualizowana pokazana jest za pomocą zaplanowanego sposobu zamawiania wyrobów. Zamawianie możliwe jest z poziomu aplikacji dostępnej na stronach internetowych. Istotne jest to, że zleceniodawca informowany jest na bieżąco o statusie realizacji zamówienia, z możliwością dostępu online (obraz z kamer, parametry instalacji) w trakcie automatycznego wytwarzania zamówionego wyrobu, który jest następnie wysyłany do zleceniodawcy wraz z raportem podsumowującym realizację zamówienia (czas trwania, koszt wytworzenie, zużyte powietrze, energia elektryczna itp.).
9. Stanowisko pozwala na testowanie wpływu zakłóceń na realizację procesu produkcyjnego oraz możliwość implementacji podejść z zakresu diagnostyki odpornej na uszkodzenia. Możliwe jest wprowadzanie zakłóceń w działaniu np. poprzez przełączenie sprawnego obwodu zasilania sprężonym powietrzem na obwód uszkodzony. Badaniom podlega nie tylko identyfikacja i lokalizacja uszkodzenia, ale także prędkość automatycznego diagnozowania usterki, skuteczność informowania służb utrzymania ruchu, a także wpływ usterki na parametry produkcji i jakość wytwarzanego detalu.
10. Stanowisko zbudowane jest z elementów różnych producentów, co pozwala na pokazanie sposobów integracji oraz współdziałania różnych systemów i standardów. Przede wszystkim ukazane jest gromadzenie i archiwizowanie w jednej bazie parametrów działania urządzeń różnych producentów. Pozwala to także na ukazanie zarządzania bardzo zróżnicowanym parkiem maszynowym. Możliwe jest przeprowadzanie badania wpływu poszczególnych urządzeń na siebie, a także poszukiwania korelacji pomiędzy poszczególnymi parametrami.

Proces produkcyjny uruchomiony na linii produkcyjnej CTTP4.0 polega na wytworzeniu wyrobu spawanego o kształcie otwartej kostki (pojemnik o prostokątnych bokach). Wielkość pojemnika jest wybierana przez użytkownika z katalogu trzech dostępnych gabarytów. Podczas realizacji procesu kostka składana jest z elementów składowych w zależności od zdefiniowanego zamówienia użytkownika. Zarówno elementy składowe produkowanego wyrobu, jak i gotowy produkt, transportowane są w specjalnym pojemniku transportowym. Linia produkcyjna zbudowana jest z następujących grup elementów:

• roboty
  • robot nr 1 (Kuka) do przenoszenia elementów produktu spawanego i gotowego wyrobu (wyposażony w (1) chwytak)
  • robot nr 2 (Fanuc) (wyposażony w (2) chwytak, (2) przyssawkę, (3) fajkę spawalniczą),
• przenośniki:
  • rolkowe – oznaczone numerami 1 do 14
    • linia A – przenośniki nr 1,2,3,4 (4 x Eaton)
    • linia B – 5,6,7,8 (4 x MoviMOT)
    • linia C – 9,10,11,12 (3 x MoviMOT)
    • linia D – 13,14 (1 x MOVIDRIVE, 1 x Sinamics)
  • portal liniowy wyposażony w uchwyt do podnoszenia pojemnika transportowego
• stoły:
  • stół wejściowy,
  • stół obrotowy,
  • stół spawalniczy
• elementy zabezpieczenia:
  • brama stacji logistycznej
  • brama celi spawalniczej
• spawarka
• elementy pomocnicze:
  • docisk – urządzenie zapewniające prawidłowe zestawienie elementów spawanych; urządzenie zlokalizowane jest na stole spawalniczym
  • element chłodzący – urządzenie generujące podmuch zimnego powietrza na element poddany procesowi spawania; urządzenie zlokalizowane jest na stole spawalniczym
  • ekran komunikacyjny służący do wyboru wyrobu spawanego o określonych gabarytach i rozpoczęcia procesu, a także zatwierdzania odbioru gotowego wyrobu.

Osobą odpowiedzialną za CTTP4.0 jest dr hab. inż. Andrzej Loska, prof. PŚ
kontakt: Andrzej.Loska@polsl.pl

Serdecznie zapraszamy
do zapoznania się z możliwościami
unikalnej linii produkcyjnej!