Cyfryzacja systemów produkcyjnych: Jak stać się inteligentnym, unikając zagrożeń?

Tematy cyfryzacji / IIoT systemów produkcyjnych są wszechobecne w ogólnych mediach informacyjnych, a także w mediach specjalistycznych. W procesie tym pojawia się coraz więcej nowych słów kluczowych. Firmy takie jak Amazon i Uber są często przywoływane jako przykłady, pokazujące całemu światu, w jaki sposób strategie cyfryzacji mogą być wykorzystywane do osiągnięcia sukcesu gospodarczego poprzez konsekwentną cyfryzację handlu internetowego i logistyki (Amazon) lub poprzez cyfrowe wykorzystanie istniejących zasobów (Uber). W związku z tym producenci OEM dóbr kapitałowych również zadają sobie pytanie: Czy możemy osiągnąć podobnie szybki sukces dzięki cyfryzacji, a jeśli tak, to w jaki sposób? 

 Przede wszystkim należy zawęzić temat cyfryzacji / IIoT dla systemów produkcyjnych. Rozważymy możliwe etapy cyfryzacji w typowym cyklu życia maszyny (VDMA), a dokładniej tylko te środki, które odnoszą się do produktów, usług lub innych świadczeń, które mogą być oferowane użytkownikowi końcowemu. Nie będziemy rozważać całkowicie nowych technologii i modeli biznesowych, które są technicznie możliwe, ale obecnie nie mają ram prawnych (takich jak na przykład zamówienia i płatności między maszynami). Z góry należy wspomnieć o jednym podstawowym aspekcie. Niektórzy eksperci kwestionują, czy cyfryzacja i technologie IIoT w inżynierii mechanicznej i zakładowej mają w ogóle potencjał do wprowadzenia fundamentalnych, a nawet przełomowych zmian w istniejących modelach biznesowych. Jak komentuje w tym kontekście autor, anioł biznesu i były CTO IBM, dr Gunter Dueck: "Kiedy nadejdzie potop, proszę budować statki, a nie tamy (...). Czy budujemy statki, aby wypłynąć na kontynent cyfrowej przyszłości? Oznacza to, że szukamy cyfrowych innowacji, które ukształtują naszą nową erę". 

Jako producent OEM systemów produkcyjnych ważne jest, aby zidentyfikować najważniejszych graczy w dziedzinie cyfryzacji / IIoT w branży - i rozważyć ich rolę, możliwości i interesy (patrz także Raport o stanie VDI/VDE [9]): 

Co więcej, cyfryzacja w dziedzinie dóbr kapitałowych nie może być postrzegana jako odizolowany trend, ale musi być osadzona w kluczowych obecnych trendach. Najważniejsze z nich to:

• Przemysł 4.0 / produkcja przemysłowa pojedynczych produktów - Użytkownicy końcowi oczekują coraz większej zmienności systemów produkcyjnych: musi istnieć możliwość wytwarzania jak najszerszej gamy produktów w małych i średnich ilościach przy użyciu tego samego systemu.

• Zakłady produkcyjne muszą być skalowalne i oferować opcje opłacalnej późniejszej rozbudowy istniejących systemów pod względem wydajności i produkcji.

• Spadające marże OEM na nowych instalacjach w połączeniu z wysokimi oczekiwaniami użytkowników końcowych w zakresie konserwacji i serwisu sprawiają, że ekspansja modeli biznesowych opartych na LCC (LCC = Life Cycle Costs) z nowymi koncepcjami biznesowymi (w tym konserwacja, serwis, usługi modernizacyjne, np. "Predictive Maintenance") staje się coraz bardziej opłacalna również dla producentów OEM, a tym samym bardziej znacząca.

• Oczekiwania użytkowników dotyczące interoperacyjności modułów i podsystemów maszyn stale rosną; maszyny i moduły maszyn od różnych dostawców powinny być jak najłatwiejsze do połączenia w jedną linię produkcyjną. Skutkuje to większą porównywalnością i ostrzejszą konkurencją dla producentów OEM. Wszystkie te wymagania można bardzo efektywnie pogodzić w budowie maszyn i instalacji, zarówno pod względem technicznym, jak i ekonomicznym, tylko wtedy, gdy systemy produkcyjne są konsekwentnie modułowe, skalowalne na różnych etapach rozbudowy, a w ostatecznym przypadku również sieciowe. Tylko dzięki modułowym maszynom sieciowym można odnieść sukces ekonomiczny w dłuższej perspektywie - więcej szczegółów opisano w artykule HARTING na temat modularyzacji: "Jak granularna może być technologia produkcji?"

Ponieważ sukces ekonomiczny cyfryzacji w branży budowy maszyn może się znacznie różnić w zależności od segmentu i zależy między innymi od ukierunkowania firmy i modeli biznesowych, nie będziemy tutaj przedstawiać żadnych zaleceń.
Aby odpowiedzieć na te pytania, należy zapoznać się z aktualnymi badaniami: np. "Industry 4.0 Barometer / Summary 2019" MHP [9] lub "Market Study Industrial Communication / Industry 4.0" VDMA / M. Rothhöft [10].

W oparciu o doświadczenia klientów HARTING w różnych podsegmentach inżynierii mechanicznej i w różnych krajach, istnieją trzy aspekty, którymi należy się zająć w pierwszej kolejności:

1. Funkcje i istniejące elementy oprogramowania początkowego systemu muszą być traktowane priorytetowo:

• Kluczowe funkcje, które odzwierciedlają podstawowe kompetencje OEM;

• Podstawowe funkcje, które mają zastosowanie w całym systemie, ale nie odnoszą się do podstawowej wiedzy specjalistycznej;

• Funkcje dodatkowe lub pomocnicze, które mają drugorzędne znaczenie dla producenta OEM i użytkownika końcowego i są zwykle kupowane jako podsystemy;

2. Następnie należy zebrać wiedzę ekspercką użytkowników końcowych (klientów) i własnych ekspertów na temat możliwych projektów cyfryzacji i dać pierwszeństwo funkcjom i elementom oprogramowania o wysokim priorytecie. Jeśli to możliwe, należy zatem porównać te dane z wiedzą konkurencji i wykorzystać je do opracowania listy wymagań. Struktura musi być modułowa i jak najbardziej szczegółowa, skupiając się na priorytetowych funkcjach i powiązanym oprogramowaniu.

3. Następnym krokiem jest ocena możliwości cyfryzacji poszczególnych modułów funkcyjnych. Na tym etapie zaleca się zaangażowanie wszystkich Państwa ekspertów OEM w całym łańcuchu usług - rozwój i projektowanie, planowanie projektu i sprzedaż, produkcja i montaż, dokumentacja, serwis i usługi posprzedażowe. Ponadto można uzyskać oceny od zewnętrznych specjalistów, a wszelkie specyfikacje lub standardy, które zostały już opracowane, mogą służyć jako szablon (np. z umati). Proszę zapamiętać zdanie: "Zdecydowanie pozostaniemy producentami maszyn i nie staniemy się firmą programistyczną"

• Sprzeczność między różnorodnymi indywidualnymi wymaganiami klientów dotyczącymi maszyn a ekonomiczną koniecznością utrzymania niewielkiej liczby wymaganych modułów/procesów (zwłaszcza w przypadku kluczowych funkcji). Producenci OEM już dziś rozwiązują ten problem poprzez konsekwentne "rozbijanie" swoich systemów na logiczne jednostki i modularyzację. Aby działać ekonomicznie w tym obszarze cyfryzacji, należy wziąć pod uwagę następujące kwestie.

• Jak najwięcej istniejących danych technologicznych i związanych z maszynami powinno być wykorzystywanych i agregowanych na "najniższym" poziomie modułowym w kontekście przyszłych projektów cyfryzacji, tj. należy wykorzystywać istniejące źródła, dane oraz modele maszyn i procesów, które są już dostępne. Szczególną uwagę należy zwrócić na wcześniej niewykorzystywaną lub niedostatecznie wykorzystywaną "inteligencję" komponentów automatyki, takich jak napędy, czujniki stanu maszyny lub procesu itp.

• Na wszystkich wyższych poziomach (edge i wyżej) należy skupić się na fizycznych interfejsach ze standardami, które są tak otwarte i przyszłościowe, jak to tylko możliwe, a także na najnowszym oprogramowaniu i protokołach komunikacyjnych.

• Zbyt ambitne i niejasno zdefiniowane cele, w połączeniu z nadmiernymi oczekiwaniami dotyczącymi ekonomicznych skutków cyfryzacji, prowadzą do frustracji. Z jednej strony odpowiednie projekty są często przeciążone oczekiwaniami ze strony kierownictwa OEM, ale z drugiej strony nie mają wystarczających zasobów. Przy opracowywaniu, wdrażaniu i bieżącym wspieraniu projektów digitalizacyjnych zaleca się zatem, aby nie próbować osiągnąć wszystkiego naraz.

  Obowiązują raczej następujące zasady:

• Podprojekty powinny być definiowane moduł po module i koncentrować się na kluczowych funkcjach o wysokim priorytecie.

• Projekt interfejsów na poziomie fizycznym i na poziomie danych powinien być jak najnowocześniejszy jak tylko to możliwei otwarty na późniejsze aktualizacje i ulepszenia oprogramowania (zwłaszcza dla użytkowników końcowych).

• Uczestnicy powinni być podzieleni na interdyscyplinarne grupy projektowe , tak aby z jednej strony możliwa była ciągła dynamiczna wymiana informacji, a z drugiej strony dostęp do poziomu zarządzania OEM w celu korekty celów był możliwy w dowolnym momencie i w krótkim czasie.

Interfejsy odgrywają ważną rolę w modułowych, sieciowych systemach produkcyjnych: są "liniami życia, ścieżkami nerwowymi i synapsami" i tworzą niezbędną infrastrukturę dla przejść między modułami i maszynami, obszarem brzegowym, fabryką i innymi wyższymi poziomami. HARTING Technology Group dostarcza rozwiązania dla wszystkich interfejsów wymaganych w nowoczesnej i przyszłej technologii sterowania, napędów, HMI i komunikacji dla systemów produkcyjnych w celu wdrożenia i kontynuacji cyfryzacji w tym obszarze bez ograniczeń funkcjonalnych.

Referencje

1. M. Bode, F. Bünting, K. Geißdörfer, "Rechenbuch der Lebenszykluskosten" (Księga kalkulacji kosztów cyklu życia), VDMA Verlag, ISBN 978-3-8163-0617-7

2. G. Dueck, "Heute schon einen Prozess optimiert?" (Czy zoptymalizowali Państwo dziś proces?), 2020, Campus Verlag, ISBN 978-3-593-51084-2

3. Jürgen Dispan, Martin Schwarz-Kocher, "Digitalisierung im Maschinenbau" (Cyfryzacja w inżynierii mechanicznej), 2018, Fundacja Hansa Böcklera, Düsseldorf

4. Fundacja IMPULS, VDMA; Badanie "Digital-Vernetztes Denken in der Produktion" (Cyfrowe myślenie sieciowe w produkcji), listopad 2016 r., Karlsruhe

5. Wywiad z ekspertem ds. cyfryzacji dr Keglem

6. Commerzbank AG, Raport branżowy "Maschinenbau in Deutschland" (Inżynieria mechaniczna w Niemczech), 2019, Frankfurt nad Menem, Raport branżowy Commerzbank AG

7. Raport o stanie VDI/VDE "Digitale Chancen und Bedrohungen - Geschäftsmodelle für Industrie 4.0" (Cyfrowe szanse i zagrożenia - modele biznesowe dla Przemysłu 4.0), maj 2016 r

8. J. Dück "Jak ziarnista może być technologia produkcji?"

9. T. Huber, A. Henkel, MHP Management and IT Consulting Ltd. "Industrie 4 0 Barometer, Zusammenfassung 2019". "Industrie 4.0 Barometer, Zusammenfassung 2019" (Barometr Przemysłu 4.0, Podsumowanie 2019) Barometr Przemysłu 4.0, podsumowanie 2019 r

10. M. Rothhöft, VDMA "Marktstudie Industrielle Kommunikation / Industrie 4.0" (Badanie rynku komunikacji przemysłowej / Przemysł 4.0), Stowarzyszenie Automatyki Elektrycznej VDMA

11. VDW, umati