Cyfrowa produkcja – od czego zacząć projektowanie?

Jakie podejście do projektowania produktu i procesu powinni przyjąć producenci, którzy chcą przejść na produkcję cyfrową?

Wyobraź sobie, że jesteś producentem, który chce opracować nowy produkt. Będzie to wymagało inwestycji w nową linię produkcyjną. Znasz korzyści płynące z cyfryzacji i chcesz użyć bardziej zaawansowanych technologii. Od czego zaczniesz?

Jeśli tworzysz nowy produkt i potrzebujesz nowej linii produkcyjnej, pamiętaj, że to projekt produktu determinuje projekt procesu - nie na odwrót. Prace nad obiema kwestiami warto prowadzić równolegle, aby skrócić czas wprowadzania produktu na rynek w warunkach produkcji cyfrowej.

Na czym to polega?

Wszyscy partnerzy uczestniczący w projekcie - konstruktorzy maszyn i linii, inżynierowie OT i IT, specjaliści ds. automatyzacji i integracji - muszą wiedzieć, co próbujesz osiągnąć dzięki produktowi, jakie funkcje powinien on zawierać oraz jakie czynniki napędzają jego rozwój. Tylko wtedy mogą polecić właściwe rozwiązanie.

Konieczne będzie również określenie wszystkich procesów niezbędnych do wyprodukowania tego produktu i rozbicie ich na serię pojedynczych kroków. Warto traktować to jako zadanie wielowarstwowe - uwzględniając zarówno procesy cybernetyczne, jak i fizyczne. Zastanów się, jakie połączenia będą potrzebne między poszczególnymi etapami produkcji oraz jakie dane są kluczowe dla śledzenia, kontroli jakości i monitorowania w fabryce. Dzięki temu partnerzy zaangażowani w projekt lepiej zrozumieją, w jaki sposób maszyny powinny być ze sobą połączone, aby osiągnąć oczekiwane rezultaty.

Wirtualna wizualizacja

Gdy wymagania są jasno określone, można stworzyć cyfrowego bliźniaka układu fabryki. Ta wirtualna replika symuluje proces produkcji, umożliwiając producentom eliminację ryzyka projektowego, unikanie kosztownych błędów oraz znaczne skrócenie czasu budowy i testowania.

Jest to szczególnie korzystne w automatyce, gdzie liczą się szybkość i niezawodność. Dzięki cyfrowym bliźniakom błędy można korygować w wirtualnym środowisku, co przekłada się na oszczędność czasu i kosztów w rzeczywistej produkcji

Jak pogodzić sprzeczne wymagania

Etap ten obejmuje testowanie iteracyjne. Czasami konieczne są modyfikacje produktu, aby zapewnić wydajną produkcję. Na przykład kreatywnie ukształtowany pojemnik na napoje może wymagać przeprojektowania w celu zapewnienia płynnego transportu na linii.

Proces cyfrowy umożliwia szybkie dostosowanie i testowanie, przyspieszając podejmowanie decyzji i poprawiając rentowność produktu.

Współpraca to konieczność

Aby uwzględnić zmiany w projekcie produktu i zoptymalizować efektywność linii, konieczne może być zmodyfikowanie nie tylko produktu, ale także procesu.

Dostawca usług IT może mieć możliwość wprowadzania zmian na poziomie cyfrowym, ale niekoniecznie będzie wiedział, czy da się to zrobić w rzeczywistym środowisku produkcyjnym. Z pomocą przychodzą partnerzy w zakresie automatyki i technologii OT — udostępniając dane i wskazówki, które pozwolą zrozumieć, jak w praktyce będzie zachowywał się system.

Za przykład może posłużyć chwytak na stanowisku robota. Lżejszy chwytak zużywa mniej energii i jest tańszy, ale może ustępować cięższemu chwytakowi pod względem wytrzymałości i precyzji. Partnerzy uczestniczący w realizacji projektu powinni mieć możliwość wspólnego przetestowania w środowisku wirtualnym różnych parametrów wpływających na wydajność. Umożliwi im to zoptymalizowanie projektu, zapobiegnie kosztownym błędom i przyspieszy wprowadzenie produktu na rynek.

Bliźniak jest na całe życie

Po cyfrowej weryfikacji produktu i procesu eksperci OT i konstruktorzy maszyn wdrażają je w rzeczywistym świecie. Jednak cyfrowy bliźniak jest nadal przydatny na tym etapie:

• Odzwierciedla swój fizyczny odpowiednik w czasie rzeczywistym.
• Umożliwia producentom testowanie nowych materiałów, składników lub narzędzi w bezpiecznym środowisku cyfrowym.
• Wspomaga konserwację predykcyjną i zarządzanie energią.

Dzięki ciągłemu monitorowaniu producenci aktywnie optymalizują działania, zamiast reagować na awarie.

Projekty greenfield i brownfield

Cyfryzacja jest prostsza w projektach automatyzacji w środowisku, gdzie nowe obiekty można projektować od podstaw. Umożliwia to pełną optymalizację pod kątem robotyki i AI.

Automatyzacja brownfield - modernizacja istniejących obiektów - wymaga zrównoważenia korzyści płynących z nowoczesnej automatyzacji ze złożonością integracji starszych systemów. Często oznacza to modernizację lub modyfikację istniejącej infrastruktury.

W projektach brownfield niezbędny jest zaufany ekosystem partnerów. Użytkownicy sprzętu mogą nie w pełni zrozumieć możliwości swoich maszyn, dlatego integratorzy systemów i eksperci ds. automatyzacji muszą ocenić, jakie modyfikacje są konieczne.

Dotrzymywanie kroku trendom

Cyfrowe podejście do projektowania produktu i procesu jest zgodne z kluczowymi trendami kształtującymi nowoczesną produkcję:

1. „Projektuj w dowolnym miejscu i buduj w każdym miejscu”
• Przedsiębiorstwa prowadzące działalność w wielu krajach coraz częściej standaryzują metody w zakresie inżynierii i projektowania.
• Cyfrowe bliźniaki pozwalają wiernie powielać procesy produkcyjne w zakładach na całym świecie.
• Współdzielenie danych zapewnia efektywność, jakość i niezmienność w poszczególnych krajach.
2. Tworzenie mechatroniki
• Mechatronika łączy inżynierię mechaniczną i elektroniczną na etapie projektowania produktu i procesu.
• Ma kluczowe znaczenie m.in. w branży motoryzacyjnej (np. w zaawansowanych systemach wspomagania kierowcy), w której istotna jest interakcja elementów mechanicznych i elektronicznych.
• Modelowanie cyfrowe usprawnia prace nad skomplikowanymi projektami i pozwala z powodzeniem integrować komponenty elektryczne, mechaniczne i programowe.

Metody projektowania i wytwarzania inteligentnych produktów są złożone i wymagają multidyscyplinarnego podejścia w celu pomyślnej integracji komponentów elektrycznych, mechanicznych i programowych. Modelowanie cyfrowe to najlepszy sposób na usprawnienie procesu projektowania i uniknięcie problemów z integracją w tym szybko rozwijającym się obszarze.