Flexibilní a produktivní – systémové výrobní systémy činí továrny připravené na budoucnost

Titulek Matrixproduktion

Jak mohou výrobci rychleji reagovat na globální krize, zvládat dodavatelské problémy a současně vyhovět individuálním přáním zákazníků? Na základě zadání od acatech zkoumali vědci z Fraunhofer, do jaké míry mohou cyberfyzické matrixové výrobní systémy pomoci podnikům překonat tyto výzvy.

Tolik flexibility bylo vzácně požadováno: krizové a válečné přerušení dodavatelských řetězců, krátkodobé zrušení nebo změny objednávek, trend k stále menším sériím a rostoucí individualizace produktů jsou dnes běžnou součástí života mnoha výrobních podniků. Zároveň musí podniky zvýšit svou produktivitu, aby mohly obstát v globální konkurenci. Nové, flexibilní výrobní koncepty mohou v tom pomoci. K tomuto závěru dospěly týmy výzkumníků z Fraunhofer-Institutu pro výrobu a automatizaci IPA a Fraunhofer-Institutu pro obráběcí stroje a tváření IWU. Fraunhofer IPA a IWU společně na základě zadání Německé akademie technických věd acatech vypracovaly expertízu o implementaci cyberfyzických matrixových výrobních systémů.

Termín matrix pochází původně z matematiky a popisuje obdélníkové uspořádání objektů v řadách a sloupcích. Výrobní technici chápou pod pojmem matrix šachovnicové uspořádání výrobních modulů: například sklad zboží, výrobní stroje a dopravní systémy pracují nezávisle na sobě. Současně jsou však cyberfyzicky propojené: v virtuálním prostoru existuje digitální dvojče, které mapuje výrobní procesy a výrobní moduly. Díky němu lze optimalizovat tok materiálu a vytížení strojů. Pomocí výsledků jsou pak řízeny skutečné – fyzické – moduly.

Matrixové výrobní systémy v praxi: Stane se výroba flexibilnější a zároveň produktivnější?

Cyberfyzické matrixové výrobní systémy jsou mezi odborníky považovány za klíč k výrobě, která je současně flexibilní i produktivní, což pomáhá podnikům zvýšit jejich odolnost a přežít i v turbulentních časech. »Cyberfyzické matrixové výrobní systémy představují odpověď na změny na trhu, jako jsou klesající počet kusů, rostoucí rozmanitost variant a špatná předvídatelnost potřeb zákazníků,« říká Thomas Bauernhansl, člen výzkumné rady platformy Industrie 4.0 a ředitel institutu Fraunhofer IPA.

Že se inženýrky a inženýři zvlášť zajímají o flexibilitu a produktivitu, má dobrý důvod. Tyto dvě velikosti jsou v současnosti v výrobě považovány za protikladné: klasická dílna, kde jsou díly, například plechy, postupně opracovávány různými nástroji, je málo automatizovaná, velmi flexibilní, ale alespoň při středních sériích neefektivní. Naopak vysoce automatizované linkové výrobní linky jsou díky rigidní vazbě vysoce produktivní, ale nepružné – například pokud chybí jeden díl, pás se zastaví.

Mohou cyberfyzické matrixové výrobní systémy učinit dílenskou výrobu produktivnější a linkovou výrobu pružnější? Aby na tuto otázku odpověděli, oslovily týmy Fraunhofer 28 firem, shromáždily a analyzovaly výsledky. »Naším cílem bylo zkoumat stav techniky a zjistit, do jaké míry jsou nové systémy již v praxi využívány a skutečně zvyšují flexibilitu a produktivitu,« vysvětluje Petra Foith-Förster, vedoucí studie z Fraunhofer IPA.

Větší podniky využívají matrixové výrobní systémy – Kompletní řešení pro malé a střední podniky chybí

»Především velké podniky, ale i větší střední firmy již využívají matrixové výrobní systémy,« uvádí Dr. Arvid Hellmich, který vedl studii na Fraunhofer IWU. Pioneři zavádění nových systémů jsou průmysl polovodičů, ale také větší výrobci automobilů nebo elektrospotřebičů, kteří používají modulární struktury, jež jsou digitálně optimalizované a řízené. »Byli jsme potěšeni, že technologie v mnoha podnicích, které matrixové výrobní systémy používají, již mají vysokou vyspělost,« zdůrazňuje vědec.

Pro hodnocení stupně vyspělosti cyberfyzických matrixových výrobních systémů vypracovali inženýrky a inženýři katalog kritérií. Patří sem například modulární uspořádání výrobních jednotek, stupeň implementace digitálního dvojčete, použití automatizovaných dopravních systémů a rekonfigurovatelnost procesu, která umožňuje rychlou přizpůsobení výroby měnícím se požadavkům trhu.

»Výsledkem expertízy je zjištění, že matrixové výrobní systémy umožňují ekonomickou výrobu při náročných tržních požadavcích a že je již částečně nebo úplně implementovalo několik podniků s různými výrobními procesy z různých odvětví,« shrnuje Hellmich.

Co zatím chybí, jsou komplete řešení na trhu: »Překvapilo nás, že sice jsou nabízená jednotlivá řešení pro matrixové výrobní systémy, ale chybí komplexní balíčky včetně technologie zařízení a automatizace procesů,« zdůrazňuje Foith-Förster. »Podniky, které již s novými modulárními systémy pracují, je vyvinuly samy. Malé a střední podniky, které si nemohou dovolit vlastní technologický vývoj, mají smůlu. Je třeba urychleně zlepšit propojení mezi dodavateli technologií a potenciálními zákazníky.«