Internet of Things – rewolucja w zarządzaniu produkcją

Wokół Internet of Things jest mnóstwo szumu. Mówi się o inteligentnych domach, samochodach i systemach, które będą monitorować naszą kondycję i zdrowie, ale to zastosowanie w produkcji może pociągnąć za sobą prawdziwą rewolucję – wyjaśnia Charles Walker, Forcam UK. – Wielu z tych, którzy przyjęli ten system wcześniej, osiąga wzrost produktywności rzędu 20 procent i więcej. Komunikacja między maszynami (ang. Machine-to-Machine (M2M)) zapewni brytyjskim producentom większą konkurencyjność i innowacyjność, czyli cele, które są niezbędne dla sukcesu gospodarczego – zauważa Walker.
FORCAM jest dostawcą innowacyjnych technologii monitorujących i optymalizujących wydajność procesów produkcyjnych. Firma zapewnia profilowane rozwiązania m.in. dla przemysłu z sektorów: samochodowego, lotniczego, medycznego i naftowego. Obecnie ponad 50 tys. maszyn i urządzeń jest połączonych w sieć dzięki zaawansowanemu systemowi realizacji produkcji (MES) Factory Framework firmy Forcam.
Jedną z pierwszych brytyjskich spółek, które doceniły wartość rozwiązania Factory Framework, była Weir Minerals – jej fabryka w Todmorden zanotowała 12-procentowy wzrost produkcji w pierwszej połowie roku. Wyniki polepszają się z roku na rok: w chwili obecnej spółka planuje wykorzystać technologię Forcam w szerszym zakresie zarówno w oddziałach w Wielkiej Brytanii, jak i za granicą. Producent specjalistycznych podzespołów dla przemysłu lotniczego i kosmonautycznego, Hyde Group, również uzyskał znaczną poprawę procesów produkcyjnych dzięki wdrożeniu oprogramowania Factory Framwork. Natomiast zajmująca się produkcją samochodów firma Jaguar Land Rover (JLR) dokonała oceny systemu i przyjęła rozwiązanie Forcam we wszystkich swoich zakładach w Wielkiej Brytanii i za granicą, dołączając tym samym do innych przedstawicieli branży motoryzacyjnej, takich jak Audi, BMW czy Daimler.
Forcam był pionierem technologii Smart Factory w Niemczech. Franz Gruber –założyciel i prezes, były kierownik w spółce SAP zajmującej się planowaniem zasobów przedsiębiorstwa, wyjaśnia: –To rozwiązanie nie jest wyłącznie narzędziem do zarządzania; to również system i filozofia, które cała spółka – pracownicy, kierownicy i dyrektorzy – wykorzystają do zbudowania przedsiębiorstw bardziej konkurencyjnych, produktywnych i zyskownych. Biorąc pod uwagę trudne wyzwania ze strony krajów rozwijających się, odgrywa to zasadniczą rolę w rentowności fabryk w zaawansowanej gospodarce.
Ostatnia innowacja Factory Framework – Release 5, pracuje w czasie rzeczywistym, gromadząc i prezentując menedżerom, kierownikom i technikom w zakładach pracy istotne informacje według kontekstu i ich roli w procesie zarządzania. Ta wersja Factory Framework obejmuje duże zasoby danych, wykorzystując kompleksowe przetwarzanie zdarzeń, technologię przetwarzania danych „in Memory” oraz „Cloud computing”. Niemiecki rząd potwierdził techniczne i handlowe znaczenie tego rozwiązania w produkcji i przedstawił inicjatywę zachęcającą przemysł do integracji procesów w zakładzie pracy w celu osiągnięcia wyższej skuteczności i konkurencyjności – Przemysł 4.0.
Przedsiębiorstwa, które zanotowały początkowy skok wydajności i poprawę jakości, nadal korzystają z systemu w ramach swoich programów ciągłego doskonalenia, aby z roku na rok uzyskiwać jeszcze wyższą wartość produktywności. To nie jedyne zalety. Wydajność i jakość produktów również ulegają poprawie, ponieważ bardziej restrykcyjne kontrole przekładają się na szybsze rozwiązywanie problemów. Ograniczeniu podlegają innowacje i cykle rozwoju nowych produktów, a produkcja małych partii i produktów na zamówienie staje się opłacalna. Łączenie łańcuchów dostaw w sieci w dużych spółkach prowadzi do lepszej integracji pomiędzy zakładami należącymi do spółki a zewnętrznymi dostawcami, nawet gdy znajdują się na różnych kontynentach.
Internet rzeczy oznacza dużo więcej niż zamawianie jedzenia przez lodówkę, czy sterowanie ogrzewaniem za pomocą smartfona. To prawdziwa rewolucja w produkcji, która niesie ogromne korzyści dla tych, którzy do niej dołączą – dodaje Charles Walker.

Zastosowanie potencjału Big Data w zakładach – kolejna rewolucja przemysłowa
W Niemczech mówi się na to Przemysł 4.0; w Stanach zjawisko to jest znane jako Internet Przemysłowy. Bez względu na nazwę, łączenie działań operacyjnych zakładu pracy w Sieci, czyli zastosowanie Internetu Rzeczy na poziomie zakładu, będzie odgrywać ważną rolę. Charles Walker, odpowiedzialny za rozwój działalności Forcam na obszarze Zjednoczonego Królestwa, przedstawia integrację pomiędzy maszynami (M2M).

Produkcja i dobrobyt
Produkcja jest niezmiernie ważna dla postępu i ciągłego dobrobytu. Nasza gospodarka i jakość życia poszczególnych osób zależą od dostępności towarów o wysokiej jakości i przystępnej cenie. W Europie można zaobserwować trzy etapy procesu industrializacji: mechanizacja w XVI wieku, elektryfikacja na początku XX wieku i automatyzacja w drugiej połowie XX wieku.
Istnieje wiele przykładów zastosowania technologii komputerowej w procesach produkcji: sterowanie urządzeń za pomocą systemów CNC lub PLC umożliwia powtarzalność procesu bez wad, system CAD/CAM ułatwia proces projektowania i przełożenie go na produkcję, autodiagnostyka maszyn gwarantuje wczesne ostrzeganie o ewentualnych awariach oraz systemy planowania zasobów przedsiębiorstwa (ERP) dla zarządzania operacjami w całej firmie. Niemniej jednak kompletne i w pełni usieciowione zastosowanie komputerów do monitorowania, analizy i zarządzania operacjami w zakładzie pracy to względnie świeże zagadnienie.
Franz Gruber, założyciel Forcam, pełnił funkcję kierowniczą w firmie SAP i był specjalistą od ERP, gdy zdał sobie sprawę, że oprogramowanie pozwalające na zarządzanie pracą menedżerską ERP nie odpowiada na problemy zakładu produkcji. Gromadzenie danych w zakładzie i ich analiza w czasie rzeczywistym w celu wykrycia i usunięcia niedociągnięć stanowiły klucz do wyższej wydajności zakładu i pozwoliły na przesyłanie istotnych danych do systemu ERP w czasie rzeczywistym. Ta koncepcja skomputeryzowanego systemu realizacji produkcji (MES) nazywana jest również Smart Factory (Inteligentna Fabryka).

Gospodarcze kwestie globalizacji
Rozwinięte gospodarki muszą sprostać narastającym wyzwaniom płynącym z przenoszenia technologii produkcji do krajów rozwijających się, oferujących niższe koszty wykonawcze. Przekłada się to na nieustającą presję, by produkować za granicą po niższych kosztach, gdy tylko dany proces będzie rozwinięty i łatwy do odtworzenia. Większość ekonomistów uważa, że biorąc udział w tym wyścigu poniesiemy porażkę, ponieważ nigdy nie zdołamy zrównoważyć przewagi konkurencyjnej gospodarek rozwijających się samymi cięciami pensji i kosztów.
W związku z tym zachowanie produkcji zależy głównie od utrzymania klastrów technologicznych za pomocą innowacji i inwestycji, tak aby dostarczać nowe produkty do fabryk o wysokiej produktywności i konkurencyjnej zdolności wytwarzania produktów z wartością dodaną.
Brytyjska produkcja od dawna boryka się z problemem niskiej produktywności. Nauka i technologia na światowym poziomie niestety bardzo powoli przekładają się na nowe i innowacyjne produkty. Różnica w wydajności mogła się dodatkowo pogłębić w wyniku obecnego kryzysu. Po stratach wykwalifikowanych pracowników w wyniku zwolnień podczas ostatnich kryzysów przedsiębiorstwa wyciągnęły wnioski i w obliczu obecnej recesji zatrzymują swój personel w oczekiwaniu na poprawę, co znacznie ogranicza brytyjską produktywność.

Modelowanie procesu produkcji – systemy cyberfizyczne
W wywiadzie dla amerykańskiego magazynu samochodowego Franz Gruber wyjaśnił: – Kluczowym elementem Przemysłu 4.0 jest stworzenie systemu cyberfizycznego. Jest to mapa procesu produkcji w czasie rzeczywistym w przestrzeni wirtualnej, przypominającej „cyberlustro”. Wymaga to technologii gromadzenia i przetwarzania danych In Memory w czasie rzeczywistym. Dzięki takim obiektywnym danym można jasno zidentyfikować nieefektywne gospodarowanie, a także uzyskać przejrzystość w działaniu zakładu. Można wirtualnie analizować produkcję i optymalizować ją w czasie rzeczywistym.
Przyjrzyjmy się praktycznym korzyściom. Monitorowanie produkcji nie jest już procesem pociągającym za sobą przeglądanie potencjalnie niepełnych lub niedokładnych rejestrów dotyczących produkcji w poprzednim dniu lub tygodniu w celu wyciągnięcia wniosków i poprawy. Monitorowanie w czasie rzeczywistym oznacza, że informacja zwrotna jest natychmiastowa, co przekłada się na przejrzystość – kierownicy mogą zobaczyć, gdzie pojawiają się problemy, takie jak przestoje w pracy urządzeń, braki materiałów, czy nieefektywne gospodarowanie. Natychmiastowość informacji zwrotnej pozwala na szybką interwencję w celu poprawy słabszych wyników.
Zastosujmy to w nowoczesnym zakładzie maszynowym. Typowy zakład może być wyposażony w liczne obrabiarki wielooperacyjne, które obracają się, drążą, wiercą, strugają, piłują i wykonują liczne czynności jedna za drugą. Obiekt z dwunastoma maszynami może stanowić wydatek rzędu kilku milionów funtów. Uzyskanie zwrotu z takiej inwestycji zależy przede wszystkim od utrzymania ciągłości pracy, tak by w pełni wykorzystać sprzęt i siłę roboczą. Przy pełnej przejrzystości operacyjnej menadżerowie mogą nie tylko eliminować wady, ale także odkryć nowe możliwości – np. zmieścić w harmonogramie zamówienie na niewielką partię, gdy zakład jest tymczasowo wolny pomiędzy większymi zamówieniami.
Zasięg korzyści operacyjnych wykracza poza sam zakład. Informacje o wynikach w czasie rzeczywistym pozwalają stworzyć niezwykle sprawny i zdolny do przystosowania proces produkcyjny. Elastyczna produkcja, gdzie dana maszyna może wyprodukować wiele produktów, łatwo i szybko przechodząc z jednego na drugi, staje się gospodarczą rzeczywistością dzięki bardziej swobodnemu przepływowi informacji i poleceń.
Poprzednie normy, takie jak standardowe objętości i produkcja partiami odchodzą do lamusa, ponieważ obecnie wyprodukowanie partii składającej się z jednej sztuki jest realne. System Smart Factory łatwiej przyjmuje innowacje i prototypy. Opłacalne staje się również wytwarzanie produktów na indywidualne zamówienie. Dodatkowo technologia ta promuje tanią produkcję – maksymalizowanie zwrotu z inwestycji dzięki pełniejszemu wykorzystaniu środków trwałych. Rozwiązanie Smart Factory jest kompatybilne z programami just-in-time, dostarczającymi na czas to, co jest potrzebne, by zminimalizować kapitał zamrożony w procesie i łańcuch dostaw.

Przykłady zastosowania technologii Smart Factory
Można by pomyśleć, że główne korzyści płynące z sieciowania zakładu mogą odnosić tradycyjne zakłady, gdzie przeważają czynności wykonywane ręcznie. To po części prawda, ale rozwiązanie Smart Factory przynosi pożytek nawet tam, gdzie stopień automatyzacji jest wysoki. Dobrym przykładem jest przemysł motoryzacyjny.
Jak stwierdził Franz Gruber: – Modelowym przykładem jest dla mnie Audi. Ten producent samochodów pokazał, w jaki sposób połączenie technologii Przemysłu 4.0 i optymalnego zastosowania zasad organizacji produkcji umożliwiło osiągnięcie wzrostu produktywności prasowni o 20 procent w okresie 12 miesięcy. Nawet na obszarach wysoce zautomatyzowanej produkcji części produktywność wzrosła w ciągu roku o dziesięć procent.
Innym przykładem z rynku części motoryzacyjnych jest firma MSR Technologies, produkująca różne komponenty dla dużych firm samochodowych, w tym części do turbosprężarek doładowujących dla lidera rynku, spółki BorgWarner. W ramach projektu menedżer zdołał zwiększyć produktywność zakładu w danym obszarze o 25 procent. Projekt wykazał przy tym bardzo szybki wzrost z inwestycji z powodu procesu produkcyjnego, w którym zużycie energii spadło o dziesięć procent.
Brytyjska firma Weir Minerals, zajmująca się produkcją wysokowydajnego sprzętu do pompowania dla przemysłu górniczego, ropy naftowej i gazu, miała podobne doświadczenie w swojej fabryce w Todmorden. Po zainstalowaniu w zakładzie sieci maszyn zarejestrowano zwiększenie produkcyjności o 12 procent w ciągu pierwszych sześciu miesięcy. Dalsze ulepszenia spowodowały, że spółka poszerzyła działanie systemu na odlewnię i planuje jego zastosowanie w całym oddziale i w zakładach zagranicznych.

Zastosowanie bez względu na wielkość zakładu
Nowa technologia jest często postrzegana jako zastrzeżona dla wielkich spółek, a koszt jej wprowadzenia jako stanowiący przeszkodę dla mniejszych jednostek. Z doświadczenia wiemy, że jest inaczej. Dzięki lepszemu wykorzystaniu aktywów trwałych możliwy jest względnie krótki okres amortyzacji. Nie tylko wpływa to korzystnie na zwrot z inwestycji, ale także w przypadkach, gdy aktywa były wcześniej uważane za w pełni wykorzystane, może ograniczyć bezpośredni nacisk na nakłady inwestycyjne w celu zwiększenia wydajności.
Niewielkie warsztaty mechaniczne mogą skorzystać z tego systemu do uzyskania przewagi konkurencyjnej.  Z kolei większe organizacje mogą użyć systemu zarówno do swoich działań, jak i do zintegrowania partnerów z łańcucha dostaw w celu przepływu przez system informacji o zdolności produkcyjnej i zamówieniach oraz synchronizacji zamówień elementów i materiałów.
W przypadku międzynarodowych spółek istnieje także możliwość zastosowania tego systemu w kilku krajach jednocześnie, by porównać zakłady i wprowadzić normy na podstawie najlepszych praktyk. Jak wyjaśnia Franz Gruber: – Jeden z głównych celów projektowych ostatnich wersji oprogramowania można podsumować jako koncepcję 1-10-5-4, czyli jeden centralny dział planowania, dziesięć zakładów w pięciu krajach, komunikujących się w czterech językach. W chwili obecnej duży dostawca części samochodowych wprowadza taki system, który ma ostatecznie obejmować 1200 maszyn w dziewięciu zakładach usytuowanych w obu Amerykach, Europie i Azji.

Napędzanie zmian i innowacji
Sektory lotniczy, samochodowy i kolejowy są wprawdzie zdominowane przez głównych producentów, ale przy tym wspierane przez infrastrukturę obejmującą setki mniejszych spółek dostarczających materiały, podsystemy i komponenty. W tej hierarchii komunikacja pomiędzy spółkami jest przekazywana w obu kierunkach poprzez kilka poziomów łańcucha dostaw. Jest to powolny, wynikowy i powtarzający się proces. Stanowi to przeszkodę dla badań, innowacji technicznych i produkcji, więc, co nieuniknione, programy rozwojowe są długie, powolne i kosztowne.
Co się stanie po zastosowaniu technologii Smart Factory? Gdy cały łańcuch dostaw jest połączony w sieć i komunikacja odbywa się w obu kierunkach, system staje się bardziej czuły, elastyczny, zdolny do adaptacji, wprowadzania innowacji i reagowania na potrzeby użytkowników końcowych. W takim środowisku czas cyklu rozwojowego i koszty zmniejszają się, produktywność ulega poprawie, a cały sektor korzysta z poprawy efektywności na każdym poziomie.

Wniosek
Można to nazywać rewolucją, zmianą paradygmatu, radykalną zmianą. Bez względu na nazewnictwo oczywistym jest, że produkcja wchodzi w nowy etap, który będzie inny niż to, co znaliśmy do tej pory. Będą wygrani i przegrani. Jak w każdym innym etapie rewolucji przemysłowej, największe zyski prawdopodobnie zgarną ci, którzy jako pierwsi zaufają i przyjmą zmiany, dojrzą możliwości i korzyści płynące z nowej technologii.

O autorach:
Charles Walker
Charles Walker jest z wykształcenia inżynierem mechanikiem i inżynierem produkcji. Pracował wcześniej między innymi dla DLoG System i Unigraphics na stanowiskach związanych z przedsprzedażą oraz jako inżynier ds. aplikacji w firmie Applicon. Ukończył Uniwersytet w Salford.
Franz Eduard Gruber
Franz jest z wykształcenia inżynierem przemysłowym oraz przewodniczącym i prezesem Forcam, spółki założonej w 2001 roku. Pracował wcześniej jako specjalista ds. ERP w SAP, gdzie wraz z dyrektorem generalnym zajmował się projektami specjalnymi, oraz w IBM Germany, gdzie specjalizował się w produkcji wspomaganej komputerowo (CIM).

Authors

Related posts

Góra
English