Jak robotyzacja wpływa na wydajność i KPI produkcji

Presja kosztowa, brak rąk do pracy i konieczność utrzymania najwyższej jakości to wyzwania współczesnego przemysłu. W tej rzeczywistości robotyzacja staje się narzędziem budowania przewagi konkurencyjnej dla każdego świadomego przedsiębiorstwa, od małych firm usługowych po wielkie zakłady. Jednak, aby faktycznie przynosiła korzyści biznesowe, musimy podejść do niej strategicznie, łącząc technologię z pracą człowieka.

Robotyzacja jest źródłem przewagi, ponieważ gwarantuje ogromną elastyczność. Zrobotyzowaną linię produkcyjną można szybko dostosować do zmieniających się potrzeb rynku zwłaszcza po zintegrowaniu jej z systemami wizyjnymi czy AI. Kiedy jednak roboty zostaną już skalibrowane do konkretnych zadań, elastyczność zamieniają na jej przeciwieństwo: doskonałą powtarzalność. Robot dojeżdża do punktu z identyczną precyzją za każdym razem, co pozwala na realizację jakościowych detali w seriach. Na styku elastyczności i doskonałej powtarzalności pojawiają się najważniejsze korzyści z wykorzystania robotów w przemyśle, które można opisać konkretnymi wskaźnikami.

Wpływ na wydajność: Koniec z pracą „na oko”

Robotyzacja zmienia tempo i przewidywalność produkcji w następujących obszarach procesowych:

Zwiększenie tempa i praca 24/7

Roboty pracują szybciej niż operatorzy, skracając czas cyklu i zwiększając przepustowość linii bez konieczności zwiększania zatrudnienia. Mogą też pracować bez przerw nawet w godzinach nocnych.

Redukcja błędów i najwyższa jakość

Człowiek kontroluje proces z wykorzystaniem wzroku, co nie zawsze gwarantuje precyzyjną ocenę sytuacji. Niektóre roboty mają wprawdzie systemy wizyjne, które ułatwiają im pracę z różnymi detalami, ale najczęściej ich precyzja wynika z dokładnego odtwarzania sekwencji działań, co sprawia, że nie oceniają „na oko”, a jakość jest stała i wysoka. To kluczowy parametr dla menedżera produkcji, bo sprawia, że klient nie odchodzi do konkurencji.

Stabilizacja procesu

Maszyna nie czuje zmęczenia i pracuje tak samo o każdej porze dnia, przez co produkcja w trybie ciągłym utrzymuje najwyższe parametry. Ponieważ proces wytwarzania jest najczęściej wieloetapowy, obniżenie wydajności na jednym z kroków powoduje pojawienie się wąskiego gardła i spowolnienie wszystkich kolejnych sekwencji, nawet jeśli potencjalnie te mogą być realizowane „na pełnych obrotach”. Robotyzacja pozwala więc ustabilizować cały proces przez wyrównanie wszystkich jego części.

Lepsze wykorzystanie ludzi

Robotyzacja w powszechnym odczuciu często kojarzona jest z redukcją etatów. To jednak nie zawsze dobre skojarzenie, zwłaszcza wobec obecnych trendów demograficznych: starzejącego się społeczeństwa i braku chętnych do pracy w produkcji. W takich warunkach robotyzacja jest często sposobem na utrzymanie płynności produkcji, ale też na zapewnienie pracownikom zaangażowania w czynności nierutynowe i bardziej satysfakcjonujące.

Kluczowe KPI produkcyjne a robotyzacja

Te usprawniania procesowe bezpośrednio przekładają się na wskaźniki o nieco większym znaczeniu biznesowym. Są to jakość, wolumen oraz marża. Można je dodatkowo rozpisać w ramach konkretnych KPI:

• Ogólna efektywność maszyn (Overall Equipment Effectiveness: OEE): Robotyzacja poprawia każdy z trzech składników tego wskaźnika: dostępność (mniej przestojów), wydajność (krótszy cykl) oraz jakość (mniej braków).
  
• Wskaźnik braków (Scrap Rate): Dzięki precyzji minimalizujemy odpady materiałowe. W dobie drogiej stali czy tworzyw, każda zaoszczędzona tona surowca to czysty zysk.
  
• Dostawa na czas (On-Time Delivery; OTD): Stabilność procesu przekłada się na terminowość realizacji zamówień, co buduje zaufanie partnerów, a także klientów końcowych.
  
• Średni czas bezawaryjnej pracy i średni czas do wystąpienia pierwszej awarii (Mean Time Before Failure; MTBF i Mean Timie To Repair; MTTR): Robotyzacja linii produkcyjnej oznacza też dostęp do nowoczesnej diagnostyki, która pozwala na bieżąco śledzić pracę maszyn, a często ma także element predykcjny. Dzięki niej można szybciej wykrywać problemy i skracać czas napraw.
  
• Marża: wszystkie powyższe wskaźniki mają wymiar finansowy. Prowadzą do obniżenia niepotrzebnych kosztów wynikających z nieefektywności, przestojów czy nadmiarowego zużycia surowców. Jednocześnie gwarancja jakości pozwala utrzymać stosunkowo wysoką cenę produktów końcowych i pozycję konkurencyjną firmy. To sprawia, że pojawia się przestrzeń na większe marże, a tym samym dodatkowy zysk dla całej organizacji.

W procesie robotyzacji zawsze rysuje się trójkąt: jakość, czas, pieniądze (marża). To są nadrzędne wskaźniki sukcesu.

Strategia wdrożenia: typoszeregi i metoda krokowa

Pewnym wyzwaniem jest produkcja niskoseryjna. Ze względu na potrzebę personalizacji, coraz częściej artykułowaną przez klientów, produkcja wymaga krótkich serii. Często słyszę, że przy 20 sztukach robot się nie opłaca. Rozwiązaniem, które rekomenduję, jest wykorzystanie tzw. typoszeregów, a więc rozwiązań modułowych pozwalających na ograniczoną modyfikację podstawowego wzoru. Kluczowe jest znalezienie punktów wspólnych dla różnych produktów, co pozwala uniknąć kosztownych przezbrojeń. Taką taktykę z powodzeniem stosuje np. branża meblarska – korpus mebla jest stały, a jego produkcja jest powtarzalna. Klient personalizuje tylko fronty. Podobnie jest w branży automotive. Różne modele samochodów powstają na platformach, komponentach wspólnych dla gamy modelowej. Zastosowanie tego podejścia sprawia, że nawet w niewielkich zakładach i przy pewnym otwarciu na personalizację produktów, robotyzacja może mieć sens.

Od czego zacząć?

Inwestycja w robotyzację wymaga wyjścia ze strefy komfortu i zmiany nastawienia. Ponieważ jednak w biznesie ogranicza nas nie tylko wyobraźnia, ale i budżety, dlatego zamiast „skoku na głęboką wodę”, doradzam metodę krokową:

• Warto mieć w głowie wizję punktu końcowego.
• Dobrze jest zacząć od modułu, który najszybciej przyniesie zwrot (ROI wynosi zazwyczaj od 1 do 3 lat).
• Należy weryfikować założenia i stopniowo rozbudowywać linię.

Robotyzacja a Przemysł 4.0: Sieć naczyń połączonych

Robotyzacja to fundament inteligentnych fabryk. Promowane obecnie tzw.ciemne fabryki (ang. dark factories) mogą działać tylko dzięki modułowości czy typoszeregom. Jeśli 80% komponentów jest powtarzalnych, możemy zgasić światło i pozwolić maszynom pracować. Pamiętajmy jednak, że technologia nie może skutecznie funkcjonować bez człowieka. Ciemne fabryki będą się sprawdzać, jeśli człowiek będzie je projektował w sposób przemyślany i systematycznie nadzorował.  

Podsumowanie

Robotyzacja to nie tylko maszyny, to narzędzia w rękach ludzi, którzy stale dążą do ulepszania procesów. Poprawa KPI takich jak OEE czy Scrap Rate to naturalny efekt uboczny mądrego planowania. Jeśli będziemy wdrażać te rozwiązania świadomie, budując produkcję w oparciu o uniwersalne platformy (jak robią to producenci samochodów czy mebli), będziemy nie tylko efektywni, ale i odporni na kryzysy rynkowe.

Jakie korzyści przynosi zastosowanie cyfrowych kopii robotów czy zrobotyzowanych procesów

Fabryki rozwijające się zgodnie z zasadami Przemysłu 4.0 potrzebują coraz szybszego projektowania i implementowania zrobotyzowanych procesów przemysłowych takich jak spawanie, frezowanie, lakierowanie czy malowanie. W Polsce wciąż wiele zakładów oferuje tego typu usługi w trybie krótkoseryjnym, co oznacza, że muszą często przeprogramowywać roboty, by te mogły wykonywać nowe zadania.

Z pomocą przedsiębiorcom może przyjść technologia cyfrowych bliźniaków, a więc wirtualnych kopii realnych maszyn, realizujących realne zadania. Ich wykorzystanie na wielu poziomach usprawnia funkcjonowanie zakładu przemysłowego oraz, co ważne, umożliwia też szybkie przezbrajanie zrobotyzowanych linii produkcyjnych i dostosowywanie się do potrzeb rynku. 

Cyfrowy bliźniak to stanowisko wirtualne odwzorowujące rzeczywisty obiekt. Daje to możliwość stworzenia modelu 3D zarówno maszyny, jak i obrabianego przez nią detalu, ale też symulowania samego procesu. Można to zrealizować dzięki wykorzystaniu skanera lub/ oraz poprzez ręczne wprowadzenie do systemu parametrów obu obiektów oraz określenie, jakiego rodzaju zadania mają być wykonywane. Dzięki temu można symulować procesy obróbki i obserwować je w postaci animacji na ekranie komputera.

Co daje cyfrowy bliźniak?

Zacznijmy od pierwszej grupy. Na etapie projektowania, gdy pojawia się pomysł na to, jak zrealizować np. obróbkę danego detalu, wykorzystanie cyfrowego bliźniaka daje następujące korzyści:

Cyfrowy bliźniak w robotyzacji

Druga grupa korzyści wynikających z zastosowania cyfrowego bliźniaka w robotyzacji koncentruje się wokół optymalizacji procesów, a te korzyści to:

Możliwość usprawniania pracy realnego systemu, dzięki symulacjom modyfikacji, dokonanych na cyfrowym bliźniaku	Możliwość zbierania i analizowania danych na temat pracy realnego systemu
Jeśli technolog ustali, że jakaś część procesu jest nieefektywna, może na cyfrowym bliźniaku przeprowadzić szereg symulacji, które pokażą, jakiego rodzaju usprawnienia procesu przynoszą najlepsze rezultaty. Dopiero w następnym kroku zmodyfikuje oprogramowanie robota, by te zmiany wprowadzić w życie.	Technolog, na podstawie tych danych, jest w stanie zmodyfikować pracę robota, by była bardziej efektywna.

Jakie wyzwania niesie wykorzystanie cyfrowego bliźniaka?

Stworzenie relacji pomiędzy obiektem a bliźniakiem

Cyfrowy bliźniak tym lepiej spełnia swoją funkcję, im lepiej odwzorowuje rzeczywiste obiekty i procesy. Wyzwaniem jest więc zarówno stworzenie modelu 3D maszyn oraz symulacji procesu, jak i stałe kalibrowanie go. Pomagają w tym między innymi rozwiązania takie jak TouchSensing, które pozwalają szybko ustalić położenie np. obrabianego detalu w realnym środowisku i uaktualnić jego odwzorowanie w cyfrowym bliźniaku. 

Szkolenie operatora cyfrowego bliźniaka

Cyfrowy bliźniak, mimo sporej autonomii, potrzebuje operatora. Kluczowym wyzwaniem jest przeszkolenie do jego obsługi osoby, która ma bardzo dużą znajomość procesu. Tylko wtedy poszczególne etapy zostaną należycie odwzorowane, a wnioski dotyczące optymalizacji przyniosą pozytywne skutki.

Stworzenie autonomicznych cyfrowych bliźniaków

Dzięki rozwojowi sztucznej inteligencji i systemów uczenia maszynowego, wiele funkcji cyfrowych bliźniaków się automatyzuje. Wyzwaniem dla zakładów korzystających z tej technologii jest takie zaprojektowanie procesów, by częściowo lub całkowicie mogły być kontrolowane przez cyfrowego bliźniaka, bez udziału człowieka.

Dla kogo jest cyfrowy bliźniak procesów zrobotyzowanych?

To rozwiązanie jest przede wszystkim dla firm, które podążają za trendami Przemysłu 4.0, które są świadome nowych wyzwań. Istnieją duże przedsiębiorstwa, które korzystają z tego typu rozwiązań, ale też niewielkie zakłady produkcyjne. Fabryki zajmujące się produkcją niskoseryjną z pewnością skorzystają na wdrożeniu. Ponieważ jednak współcześnie wszystkie przedsiębiorstwa mierzą się ze zmiennością rynku, dlatego coraz ważniejsze staje się wykorzystywanie narzędzi pozwalających szybko dostosować się do tych zmiennych potrzeb. Cyfrowy bliźniak to jedno z najważniejszych rozwiązań tego typu.

Whitepaper „Cyfrowy bliźniak 4.0. Jak budować cyfrowe bazy wiedzy w przemyśle”

Dowiedz się więcej o cyfrowym bliźniaku w nowej publikacji „Cyfrowy bliźniak 4.0. Jak budować cyfrowe bazy wiedzy w przemyśle.„