Digitálne technológie
ako podpora
strategických rozhodnutí
Ing. Ladislav Patay, MEng., iQservices, s.r.o., [email protected]
Ing. Monika Uhrová, Fraunhofer IPA Slovakia, [email protected]
Modernizovať, rozširovať, optimalizovať a následne zavádzať
nové technológie sa už nedá s papierom a ceruzkou v ruke,
s tímom expertov, bez dostatočne presných vstupných informácií. Dôležitú úlohu pri projektovaní logistických a výrobných systémov zohráva i samotný priestor, do ktorého sa dané
technológie projektujú. Zo skúseností vieme, že pre efektívne
a bezchybné rozhodovanie nie je možné použiť len 2D layouty,
ktoré existujú a sú vo väčšine prípadov v mnohom nezhodné
s realitou, a ani makety strojov a zariadení. Ale akým spôsobom získať dáta, ktoré budú totožné s realitou?
sa poskladajú dajú dohromady obrázok, v tomto prípade 3D
model výrobnej haly. Zozbierané informácie obsahujú dáta tak
budov, ako i oceľových konštrukcií, potrubných a elektrických
Obr. 1. Špeciálny laserový snímač
Jednou z možností ako dostať realitu do počítača je technológia laserového skenovania, pomocou ktorej sa dá veľmi presne
zachytiť skutkový stav projektovaných priestorov. Takto pripravené informácie, sú nielen základom pre bezchybné rozmiestnenie technológií, ale i podkladom pre projekčné tímy, ktoré
do daných priestorov plánujú potrubné a elektrické rozvody,
odsávanie a klimatizáciu, ako i pre statické prepočty oceľových
konštrukcií.
Použitie technológie laserového skenovania výrazne znižuje
riziko chýb pri projektovaní z dôvodu správnych skutkových
informácií, podporuje tak správne rozhodovanie.
1. krok 3D Laserové skenovanie
Laserové skenovanie je pokroková technológia, pomocou ktorej vieme rýchlym a presným spôsobom zamerať existujúci
stav prostredia okolo nás. V spojení s priemyselnou výrobou
nám prináša veľmi efektívny nástroj v podobe digitalizácie výrobných hál a zariadení. Samotný princíp laserového merania
spočíva v špeciálnom laserovom snímači, ktorý dokáže zamerať priestor okolo seba s niekoľko milimetrovou presnosťou.
Za krátky čas vieme zamerať niekoľko miliónov bodov. Výstupom merania je sken, tzv. mračno bodov (point cloud), čo je
v skutočnosti 3D fotografia snímaného priestoru či objektu,
kde každý jeden bod obsahuje aj priestorovú informáciu vo
forme XYZ súradníc. Na zameranie výrobnej haly je potrebné
urobiť merania z viacerých pozícií, aby sa dosiahlo zameranie
všetkých potrebných objektov. Jednotlivé skeny sa potom registrujú, čím vznikne jeden komplexný, navzájom prepojený
model. Celý model si môžeme predstaviť ako puzzle skladačku, kde jednotlivé diely skladačky predstavujú skeny, ktoré keď
Obr. 2. Vizualizácia pracoviska
Obr. 3. Mračno bodov (point cloud)
Obr. 4. Porovnanie mračna bodov s CAD modelom
rozvodov, strojov a zariadení. Takto nachystaný model je základom pre ďalšie spracovanie, ktorým je modelovanie, čiže
zmena mračien bodov na objektovo orientovaný CAD model.
Prínosy laserového skenovania:
• minimalizácia zberu dát až o 98 % oproti klasickým metódam merania
• vysoká efektivita merania (120.000 meraní za sekundu) pri
minimálnych nepresnostiach
• vysoká presnosť merania (2 mm)
• používaný typ lasera je oku neškodný
• meranie prebieha bez prerušenia výroby a za plnej pre­
vádzky
• zvýšenie bezpečnosti
2. krok Modelovanie
Obr. 5. CAD model výrobnej haly
Obr. 6. 2D návrh rozmiestnenia výrobnej dispozície
CAD modelovanie je proces, pri ktorom sa zamerané dáta z laserových skenerov, t.j. mračná bodov, transformujú do CAD
rozhrania. Pri tomto procese sa tvorí logická štruktúra 3D modelu, ktorý obsahuje objekty budov, konštrukcií, strojov, zariadení, potrubí, či ostatných objektov. Vznikne tak reálny trojrozmerný CAD model, ktorý je podkladom pri rekonštrukčných
prácach, pri plánovaní a rozvrhovaní výroby, ako i pri simulácii
výrobných procesov.
Tvorba objektových knižníc je jedným z výstupov samotného
CAD modelovania. Virtuálny model môžeme rozdeliť na pevné
objekty, ako sú budovy, konštrukcie, potrubia, ktoré nám tvoria tzv. obmedzenia, či prekážky pri plánovaní. Ostatné objekty, ktoré sa dajú hýbať, zaradíme do knižníc. Objektové knižnice obsahujú elementy ako sú stroje, zariadenia, technologické
palety, prípadne výrobky.
Transformované dáta z mračna bodov sú spracované do CAD
podľa požiadaviek zákazníka, ktorý ďalej pracuje s reálnymi výkresmi vo svojom softvérovom balíku.
3. krok Projektovanie výrobných systémov vzhľadom
na reálne obmedzenia
Pri nepresných a nedostatočných informáciách, chybných 2D
layoutoch vznikajú pri plánovaní alebo projektovaní výrobných
i logistických systémov zbytočné náklady na odstránenie chýb
projektovania. Vďaka konceptu digitalizácie získava zákazník
jedinečný nástroj, ktorým eliminuje tieto nedostatky a prináša
i množstvo finančných, časových a iných úspor.
Pri projektovaní alebo i pri samotnom strategickom rozhodovaní, kde bude umiestnená aká výroba, ako bude vyzerať výrobný systém a areál podniku v budúcnosti, je veľmi dôležité
zohľadniť niekoľko krokov:
Rozdiel medzi projektovým 2D a 3D modelom je zjavný a nesporný i z obr. 6 a obr. 7.
• Strategické zámery spoločnosti – kde a v čom chceme rásť,
aké nové technológie budeme využívať do budúcna, kde
budú naše silné stránky.
Výsledným výstupom okrem výkresovej dokumentácie je aj
samotná vizualizácia pracovísk. Celému procesu vizualizácie
predchádzalo samotné skenovanie, kde sa zozbierali údaje
potrebné na zakreslenie budovy výrobnej haly a čiastočne exteriéru. Išlo hlavne o podlahy, steny, okná, dvere, dostupné inžinierske siete, nosné oceľové konštrukcie a podvesné žeriavy.
V druhom kroku prebiehalo samotné modelovanie technológie a obslužných zariadení.
• Aké máme k dispozícii súčasné kapacity, aké sú naše úzke
miesta a ako ich budeme riadiť.
• Následne zjednotiť požiadavky na strojné technológie
s technológom spoločnosti a zároveň dodávateľom strojných zariadení (ak sa bude jednať i o nové technológie), a to
hlavne z pohľadu predpokladaných cyklových časov a požadovaných výrobných zmenových objemov, zároveň z pohľadu dostupného priestoru, zjednotenia veľkosti budúcich
strojných zariadení a ich usporiadania – vstup, výstup, rozmery požadovanej plochy, robotizácia pracovísk a podobne.
• Po realizácii predchádzajúcich krokov je možné vygenerovať niekoľko možných hrubých variant ako budú umiestnené výrobné technológie, prípadne ako bude vyzerať areál
spoločnosti (v 2D, 3D).
• Detailné rozkreslenie a animácia navrhovaných konceptov.
Obr. 7. 3D návrh rozmiestnenia výrobnej dispozície
Obr. 8. Zakreslenie materiálových tokov
Obr. 9. Ukážka pridanej hodnoty 3D modelu
4. krok Vizualizácia konečného riešenia
3D model je veľmi nápomocným nástrojom pri dôležitých rozhodovaniach projektantov technológií a pomocou takého modelu vieme dopredu odstrániť možné kolízne stavy ešte pred
samotnou implementáciou zariadení, čo šetrí čas i peniaze.
Prínosy a odstránenie rizík
Pri nepresných a nedostatočných informáciách, chybných 2D
layoutoch vznikajú pri plánovaní zbytočné náklady na odstránenie chýb projektovania. Vďaka konceptu digitalizácie získava
zákazník jedinečný nástroj, ktorým eliminuje tieto nedostatky
a prináša i množstvo finančných, časových a iných úspor.
• Redukcia nákladov pre prácu v teréne až o 98 %.
• Optimalizácia plánovania odstránením zdĺhavého zberu
dát.
• Zvýšenie kvality vďaka minimálnemu množstvu zmien
v plánovaní a dokumentácii.
• Zvýšenie bezpečnosti – až o 90 % menej prác vo výškach.
• Efektívna rekonštrukcia – až 98 % menej nepredvídaných
zvarov potrubí a konštrukcií.
• Skvalitnenie údržby, operácií a návrhov vďaka jednoduchému prístupu ku kompletným a aktuálnym informáciám.
• Zníženie času potrebného pre plánovanie a konštruovanie
až o 20 % vďaka eliminácii nepresností.
• Meranie za plnej prevádzky alebo v nutných prípadoch pri
minimálnom obmedzení prevádzky.
• Napomáhanie pri riešení problémov vrámci tímov, pochopenie procesov a „lay-out“ problémov, lepšie a rýchlejšie
rozhodovanie pri rôznych typoch problémov.
• Test bezpečnosti pred inštalovaním nových zariadení.
• Presné podklady pre rekonštrukčné a konštrukčné práce
– generovanie 2D výkresov, animácií, rezov atď.
• Digitálny podnik „v počítači“ – možnosť skúmať a analyzovať procesy na počítačovom modeli, rýchle a efektívne
stavanie simulačných modelov, 3D simulácia vo virtuálnej
realite.
• Podporný nástroj v rôznych oblastiach priemyslového inžinierstva – ergonomika, projektovanie výrobných systémov,
projektovanie logistických systémov, analýza merania práce, podpora vývoja nových produktov a ich uvádzania na
trh a pod.
Dnes, v čase digitalizácie na každom kroku, si musíme uvedomiť, že presnosť, dostupnosť a rýchlosť úplných informácií
môže byť do budúcna nielen úsporou pre nás, ale v konečnom
dôsledku sa môže stať našou konkurenčnou výhodou. Ak bude
spoločnosť rýchlejšia napríklad pri vývoji nových výrobkov,
s nižšími nákladmi, môže to byť pre nás oveľa efektívnejšie ako
keď dokážeme vyrábať lacnejšie oproti konkurencii.
Download

Digitálne technológie ako podpora strategických