Cyfrowy bliźniak: szukanie efektywności w procesie projektowania i wytwarzania produktu

Realizacja produktu to zapewne najważniejsza część procesu projektowania i wytwarzania. W jej wyniku realny produkt, fizyczne odzwierciedlenie własności intelektualnej, z idei staje się rzeczywistością. Co więcej, bez dobrze zaplanowanego procesu projektowania i wytwarzania produktu – skoordynowanego do wspólnej pracy w celu zapewnienia niezakłóconego przebiegu montażu w całej fabryce – pomysł pozostanie jedynie pięknym rysunkiem lub czymś nie do końca spełniającym pierwotne zamierzenia. Przez lata sposób projektowania produktów i planowania ich wytwarzania pozostawał mniej więcej podobny – był kompletny i obarczony wewnętrznymi błędami, mogącymi zwiększać koszty i opóźniać rozwój. W duchu innowacyjności, niezbędnym każdemu producentowi do przetrwania, Siemens przyjrzał się temu procesowi pod kątem potencjalnych usprawnień.

Designing the digital twin of the production system

Niezwykła koordynacja
Odwiedzający nowoczesną fabrykę mogą zaobserwować niesamowitą koordynację ludzi, części, materiałów, robotów i maszyn – pracujących z dokładnością co do minuty lub nawet sekundy, by zrealizować harmonogram. Wygląda to niewiarygodnie.

Natomiast to co dzieje się za kulisami, tzn. sposób w jaki produkty są projektowane i przekazywane do produkcji, nadal opiera się na starych procesach. Nie chodzi tu o to, by kogokolwiek krytykować. Wspaniały projekt to duże osiągnięcie. Może być to niezwykle złożone zadanie, wymagające w niektórych przypadkach milionów części oraz tysięcy pracowników i partnerów, a często też koordynacji działań w różnych krajach. Co więcej, na kluczowych rynkach takich jak elektronika (szybsze procesory, miniaturyzacja), motoryzacja (ekologia i emisje) czy lotnictwo (ekologia i trend w kierunku maszyn kompozytowych), istnieje nieustanne dążenie do doskonalenia, co oznacza, że nowe projekty muszą być realizowane szybciej. Biorąc pod uwagę tę złożoność, zrozumiała staje się niechęć do wykraczania poza wypróbowane i przetestowane procesy rozwojowe. Klienci informują nas jednak o powszechnych problemach w całym łańcuchu rozwojowo-produkcyjnym, oraz o tym, że pewne obszary mogą powodować kosztowne opóźnienia.

Digital Twin - Motoman2

Powszechne wyzwania
Jednym z najważniejszy problemów, jakie dostrzegamy, jest to, że zespół projektowy korzysta z innych systemów niż ich koledzy z produkcji. W praktyce oznacza to, że projektanci przekazują swoje dzieło ludziom z produkcji, którzy starają się stworzyć na jego podstawie plan procesów przy wykorzystaniu oprogramowania, do którego są przyzwyczajeni. W tym dość powszechnym scenariuszu informacje mogą utracić synchronizację, przez co każdy będzie miał problem ze zorientowaniem się, co się dzieje. Zwiększa to potencjał wystąpienia błędu.

Regularne problemy napotykamy też w projektowaniu rozkładu hali produkcyjnej. Wynikają one często z faktu, że rozkład tworzy się na podstawie dwuwymiarowych rzutów i papierowych planów, których tworzenie wymaga czasu i wysiłku. Chociaż stanową one podstawowy element procesu, to pozostają stosunkowo nieelastyczne. Często obserwujemy, że zmiany wprowadzane w rozkładzie hali nie znajdują odzwierciedlenia w planach. Może to stwarzać problemy, szczególnie na szybko rozwijających się rynkach, takich jak elektronika użytkowa, gdzie systemy produkcyjne muszą być stale rozbudowywane i modernizowane. Dlaczego? Ponieważ dwuwymiarowe plany nie są inteligentne i nie wchodzą w skład systemu. Wytwórcy nie wiedzą dokładnie, co jest w danej chwili produkowane, dlatego trudno jest im podejmować mądre decyzje i szybkie działania.

Kończąc temat przejdźmy do etapu przebiegu produkcji, który zazwyczaj przechodzi w etap walidacji procesu. Tutaj również zauważamy potencjalnie istotną barierę dla wydajności. Chodzi o to, że producenci zazwyczaj czekają, aż dany sprzęt zostanie wykonany, zanim sprawdzą, jak się on sprawuje. Jeśli nie działa tak dobrze, jak tego oczekiwano, jest za późno, by szukać alternatywnego rozwiązania. Nasze doświadczenie wskazuje, że każde zakłócenie tego procesu może powodować poważne opóźnienia.

Są jeszcze dwa inne obszary na końcu łańcucha produkcji, w których klienci dostrzegają problemy: przepustowość i realizacja produkcji.

Ze względu na złożoność współczesnych hal produkcyjnych, a także częsty brak koordynacji pomiędzy różnymi rodzajami oprogramowania i systemami planistycznymi, dostrzeżenie obszarów lub komórek produkcji powodujących opóźnienia na linii może być trudne. Jeśli chodzi o ostatni element układanki – realizację produkcji – to klienci informują, że często mają problem z pomiarem wyników oraz sprawdzeniem, czy wyniki procesu są zgodne z zakładanymi w planie. Tu także problemem jest złożoność, a wyzwania wiążą się z przekazywaniem informacji z hali produkcyjnej z powrotem do zespołów zajmujących się projektowaniem produktów, inżynierią i wytwarzaniem.

Digital Twin analyzed for manufacturability

Co można zrobić? Poniżej prezentuję naszą centralną ideę, wokół której można zgrupować wszystkie kluczowe etapy procesu produkcyjnego, a następnie je usprawnić: Digital Twin.

Digital Twin (cyfrowy bliźniak)
Digital Twin to cyfrowa kopia, którą modeluje się w taki sposób, by zachowywała się realistycznie. Nie będziemy zagłębiać się tu w szczegóły dotyczące naszych produktów. Chodzi o to, że zbudowaliśmy narzędzia zarządzania cyklem życia projektu (PLN) w taki sposób, by stworzyć kompletną cyfrową bazę do modelowania kopii Digital Twin, by realistycznie oddawały one procesy projektowania i montażu wyrobu – od początku do końca. Co to oznacza? Wykorzystując te same etapy, które omówiliśmy powyżej, podkreślamy kilka kluczowych umiejętności, które naszym zdaniem są najcenniejsze w tej metodzie.

-Projektowanie: korzystając z oprogramowania NX (oraz innych systemów CAD), możemy stworzyć model naszego produktu – i otworzyć go w systemie Teamcenter jako model 3D JT. Oprogramowanie to może stworzyć dosłownie tysiące wirtualnych wersji produktu, tak jak gdyby go zbudować fizycznie, w czasie kilku sekund. Sprawdza ono, czy występują jakiekolwiek konflikty, wykorzystując w tym celu techniki big data, opisy produktu, wytwarzania i informacji (PMI) (określające tolerancję produktu oraz komponenty), a także podstawowy opis procesu produkcyjnego. Wypróbowaliśmy tę metodę przy projektowaniu jednego z naszych własnych produktów elektronicznych. Udało nam się natychmiast zauważyć, że śruby konektora i odpowiadające im otwory konektora wyjścia wideo nie są spasowane. Błąd ten mógłby doprowadzić do pojawienia się roszczeń gwarancyjnych, ponieważ konektor odłączałby się od obwodu na skutek wady produkcyjnej. Identyfikacja problemów projektowych na tak wczesnym etapie może zaoszczędzić sporo czasu i pieniędzy – w trakcie procesu produkcyjnego i poza nim.

-Planowanie procesów: Kopie Digital Twin mogą usprawniać współpracę zespołów projektowych i produkcyjnych, by lepiej zaplanować to, co należy wykonać, w jaki sposób należy to zrobić, jakie są potrzebne zasoby, oraz gdzie należy to wykonać. Spójrzmy na przykład aktualizacji montażu. Dzięki naszym narzędziom twój zespół planistyczny może wykorzystywać nowy wykaz materiałowy, by wprowadzić nowe etapy do modelu 3D dla bieżącego procesu. Można modelować każdy system produkcyjny w dowolnym miejscu – np. zespół w Paryżu może planować produkcję fabryki w Rio. Dla nowych procesów dostępne są szacunkowe przedziały czasowe, dzięki czemu zespół może sprawdzić, czy przebieg pracy umożliwia osiągnięcie średnich celów jednostkowych. W przeciwnym razie zmodyfikowane lub nowe komórki można przesunąć w dół lub górę procesu, a następnie przeprowadzić ponowną symulację, aż do zapewnienia realizacji celów produkcyjnych. Zmodyfikowany plan może zostać szybko zatwierdzony, ponieważ jest dostępny dla wszystkich interesariuszy. Jeśli w trakcie procesu ujawnione zostaną jakieś problemy, to zespoły projektowy i planistyczny mogą wspólnie je rozwiązać.

Digital Twin and process optimization

-Rozkład: jeśli chodzi o rozkład hali produkcyjnej, to zalecamy stworzenie kopii Digital Twin – ze wszystkimi szczegółami dotyczącymi mechaniki, automatyki i zasobów – oraz trwałe związanie jej z ekosystemem projektowania i wytwarzania produktu. Wykorzystując połączenie narzędzi PLM, możesz po prostu przeciągać i upuszczać komórki, sprzęt i ludzi na miejsca na linii produkcyjnej, a następnie symulować jej działanie. Jest to bardzo prosty, ale jednocześnie bardzo efektywny sposób na projektowanie hali produkcyjnej i wprowadzanie zmian. Dlatego jeśli produkt ulegnie zmianie i pojawi się potrzeba zastosowania nowego robota, inżynierowie od symulacji mogą sprawdzić, czy np. rozmiar robota nie będzie miał negatywnego wpływu na któryś z przenośników. Inżynier zajmujący się rozkładem może następnie dokonać modyfikacji i wysłać wniosek o zmianę, zawiadamiając dział zakupów o potrzebie nabycia nowego urządzenia. Co więcej, w przypadku konieczności wprowadzenia zmian można przeprowadzić analizę oddziaływania, by uniknąć błędów i poinformować dostawców, których zmiany te mogą dotyczyć.

-Walidacja procesu: kopię Digital Twin można wykorzystywać do cyfrowej walidacji procesu montażu. Inteligentne modelowanie z wykorzystaniem analizy ilościowej może dokonać przeglądu czynników ludzkich związanych z konstrukcją i przedstawić zalecenia dotyczące takich kwestii jak pozycja w czasie pracy, dzięki czemu można zapobiec zmęczeniu lub zranieniu pracownika. Raport ten można wykorzystać w materiałach szkoleniowych wideo oraz wytycznych odnośnie procesów dla personelu.

Digital Twin and process validation

– Optymalizacja przepustowości: kopię Digital Twin można też wykorzystać do statystycznej symulacji i oceny planowanego systemu produkcyjnego. Jest ona w stanie oszacować, czy należy wykorzystać ludzi, roboty czy ich kombinację. Możliwa jest też symulacja wszystkich przebiegów pracy – włącznie z analizą ilości energii wykorzystywanej przez urządzenia produkcyjne – by jak najbardziej zoptymalizować proces. Analiza może wykazać, ile części będzie wytwarzanych przez każdy proces, a ty będziesz miał pewność realizacji harmonogramów jeszcze zanim stworzysz fizyczną linię.

Digital Twin process plan

-Realizacja produkcji: dzięki Digital Twin możesz poprawić realizację produkcji poprzez zlikwidowanie rozdźwięku pomiędzy światem realnym a wirtualnym. Instrukcje produkcyjne przekazywane są bezpośrednio do działu projektowego, gdzie operatorzy mogą je przeglądać wraz z odpowiednimi materiałami wideo. Operatorzy mogą przekazywać informacje z powrotem z hali produkcyjnej (np. na temat luki pomiędzy dwiema śrubami w panelu), podczas gdy inne automatyczne systemy mogą równolegle zbierać dane nt. wyników. Informacje te można wykorzystać do wykrywania ewentualnych różnic pomiędzy projektem a rzeczywistym wyrobem, oraz identyfikacji i usuwania ewentualnych problemów.

DigitalTwin-manufacturing execution

Nowy sposób pracy
Korzystanie z kopii Digital Twin, która dokładnie odzwierciedla fizyczny produkt, może pomóc w szybszej identyfikacji problemów, a przez to przyspieszyć produkcję i zredukować koszty w całym łańcuchu produkcyjnym. Masz też wiedzę, czy projekt może zostać zrealizowany. Plan jest zawsze aktualny i zsynchronizowany, strategie działają, a produkcja przebiega zgodnie z oczekiwaniami. Digital Twin pomaga również sprawdzić, jak nowe technologie będą zachowywać się na liniach produkcyjnych, bez narażania się na ryzyko ich zakupu i instalacji, zanim będzie coś wiadomo na temat efektów ich działania. Produkcja przemysłowa, chociaż jest jednym z najbardziej zaawansowanych sektorów na świecie, od długiego czasu wykorzystuje sprawdzone, ale przestarzałe metody planowania produktów i linii produkcyjnych. Nadszedł czas na wprowadzenie ducha innowacji, który gwarantuje skuteczność projektowania, a także planowania i realizacji procesów; nadszedł czas, by spróbować czegoś nowego.

DigitalTwin-closetheloop

źródło: http://www.teamlewis.com/pl

Leave a Reply

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.

Back to Top