Zwinna automatyzacja

Z tego artykułu dowiesz się:

  • czym jest zwinna automatyzacja,
  • w jaki sposób odpowiada na potrzeby dzisiejszych firm produkcyjnych,
  • jak budować systemy zgodnie z koncepcją zwinnej automatyzacji.

W automatyce przemysłowej, podobnie jak chyba w każdej dziedzinie życia, co jakiś czas pojawiają się nowe koncepcje, które zwykle nazywane są w atrakcyjny sposób i obiecują wielką zmianę. Po Przemyśle 4.0 przyszła pora na Zwinną Automatyzację, o której jest coraz głośniej w branżowych mediach oraz w dyskusjach specjalistów. Temat wzbudza wielkie zainteresowanie i spore nadzieje, ale z drugiej strony zdarzają się też głosy, że to kolejna marketingowa moda, wykreowana nie wiadomo po co. Jaka jest prawda? Czym jest Agile Automation?

„Agile” znaczy dosłownie „zręczny”, „zwinny”, „zwrotny”. Przymiotnik ten po raz pierwszy pojawił się jako określenie specjalistyczne w branży IT, gdy w 2001 roku powstał „Manifest Agile”, czyli opracowany przez grupę amerykańskich programistów manifest zwinnego wytwarzania oprogramowania. Dokument ten dał początek bardzo dziś popularnej metodologii zwinnego zarządzania projektami informatycznymi.

Czym jest zwinność?

Manifest Agile formułował kilka pryncypiów, charakteryzujących podejście zwinne, takich, jak np. to, że ludzie są ważniejsi niż procesy i narzędzia, a reagowanie na zmiany i zadowolenie klienta jest istotniejsze niż realizacja planu. Koncepcja ta odnosiła się początkowo do zarządzania projektami informatycznymi, ale z biegiem lat zaczęto ją adaptować również w zupełnie innych branżach. Dziś stała się ona tak popularna, że można mówić o zwinności już nie tylko jako o metodologii dla menedżerów projektów, ale wręcz o pewnym sposobie myślenia i rozumienia procesów w ogóle.

Zwinność oznacza taki sposób organizacji działań i procesów, którego fundamentami są:

  • koncentrowanie się na potrzebach i oczekiwaniach odbiorcy,
  • szybkie reagowanie na zmiany tych potrzeb, ale również na wszelkie inne zmieniające się okoliczności,
  • nieustanne monitorowanie jakości i (w miarę możliwości) systematyczne jej zwiększanie,
  • nieustanne monitorowanie kosztów i (w miarę możliwości) systematyczne ich obniżanie,
  • ciągłe doskonalenie procesów i narzędzi, najczęściej metodą małych, krokowych zmian.
Rys. 1. Filary zwinności. Źródło: ASTOR.

Dlaczego trzeba być zwinnym?

Zastosowanie takiego podejścia ma swoje bardzo poważne uzasadnienie, jest nim jego skuteczność. Dzisiejsze realia gospodarcze i rynkowe wymuszają działania, które pozwolą firmom utrzymać się i rozwijać w środowisku konkurencyjnym tak bardzo, jak nigdy wcześniej. Dzięki podejściu zwinnemu nieustannie koncentrujemy się na zaspokajaniu potrzeb klientów, jednoczesnym dbając o zachowanie najwyższej jakości produktów i usług oraz minimalizowanie kosztów. A przede wszystkim potrafimy znacznie szybciej niż kiedykolwiek reagować na zmiany rynkowe. Możemy szybko dostosowywać narzędzia, negocjować nowe umowy z dostawcami i kooperantami, przeprojektować produkty czy wdrożyć produkowanie nowych.

Przeciwieństwem słowa „zwinny” może być na przykład „ociężały”. Żadna firma dziś nie może sobie pozwolić na to, by być „ociężałą”.

Automatyka staje się zwinna

Trudno przekładać realia branży IT na automatykę przemysłową „jeden do jednego”. W pewnym uproszczeniu można jednak powiedzieć, że klasyczna automatyzacja miała wiele wspólnego z tradycyjnym modelem zarządzania projektami, zwanym metodą kaskadową lub wodospadową (ang. waterfall). W takim podejściu mocny nacisk kładzie się na planowanie, procedury i standardy, a każdy kolejny etap działań (np. wdrażania systemu sterowania) wymaga ukończenia etapu poprzedniego.

Rys. 2. Kaskadowy model zarządzania projektem. Źródło: ASTOR.

Wdrożenie zaczyna się od dogłębnego projektowania i opracowywania koncepcji. Gdy ta jest gotowa, rozpoczyna się przygotowanie środowiska (np. fabryki) do wdrożenia. W kolejnym etapie system jest budowany, programowane są aplikacje. Później przychodzi pora na testy, a na końcu – mówiąc językiem branży budowlanej – wieszamy „wiechę” i oddajemy system do użytku. Podlega on oczywiście gwarancji, więc usterki i błędy są usuwane, ale generalnie działa tak, jak został zaprojektowany. Gdybyśmy nagle pomyśleli, że powinien działać inaczej, trzeba uruchamiać nowy projekt, będący modernizacją poprzedniego.

Rys. 3. Zwinne zarządzanie projektem. Źródło: ASTOR.

Podejście zwinne to całkowicie odmienna koncepcja. W tym przypadku projekt rozbijany jest na małe etapy, w których właściwie niemal wszystko jest elastyczne. Kluczowa jest jakość wdrożenia i uzyskane rezultaty, a metody i narzędzia można zmieniać, dostosowując je do potrzeb. Elastyczne są terminy, specyfikacje, zakresy funkcjonalne, nawet budżet. Słowem, projekt realizujemy zwinnie.

Zwinna produkcja

To jednak nie wszystko. W przypadku systemów automatyki nie chodzi tylko o zwinne ich wdrażanie. Zwinność może być też cechą samego systemu! Jak to należy rozumieć? Po prostu system automatyki (sterowania, zarządzania produkcją) może być zaprojektowany tak, aby spełniać opisywane wyżej kryteria zwinności, a więc:

  • ułatwiać błyskawiczne reagowanie na zmieniające się potrzeby,
  • dawać możliwość szybkiej zmiany projektów produktów lub ich receptur,
  • umożliwiać bezproblemowe realizowanie niestandardowych zleceń,
  • pozwalać na doskonalenie procesu poprzez ułatwienie dokonywania poprawek i reagowania na dostrzeżone problemy,
  • ułatwiać serwisowanie urządzeń i natychmiastowe reagowanie na awarie, np. dzięki możliwości szybkiego przeorganizowania linii i elastycznego konfigurowania marszrut technologicznych.

Zwinność na wielu poziomach

Warto również zauważyć, że możemy mówić o zwinności na różnych poziomach produkcji. Idee Agile Automation czy Agile Manufacturing mogą być stosowane na poziomie systemu zarządzania przedsiębiorstwem (ERP), na poziomie systemu zarządzania produkcją, na poziomie linii czy gniazda produkcyjnego, ale także nawet na poziomie pojedynczej maszyny – która też może być albo „zwinna”, albo „ociężała”. Zwinną będzie maszyna łatwa w przezbrojeniu, umożliwiająca szybkie konfigurowanie aplikacji sterującej i serwisowanie. Z kolei taka, której rekonfiguracja lub serwisowanie wymagałyby długotrwałego zatrzymania całej produkcji, z całą pewnością będzie ciężką kulą u nogi naszego procesu produkcyjnego.

Rys. 4. Stanowisko do intralogistyki, źródło: ASTOR

Tak więc zwinna musi być cała architektura procesu, ale także wszystkie maszyny i urządzenia, które go realizują. Przykładami urządzeń, doskonale spełniających wymogi epoki Agile Automation, są nowoczesne roboty przemysłowe oraz autonomiczne roboty transportowe. Urządzenia te same z siebie zapewniają dużą elastyczność, a obecnie coraz większe zastosowanie znajdują w nich informatyczne technologie sztucznej inteligencji (A.I.) i uczenia maszynowego. System, w którym oprogramowanie A.I. przeprogramowuje robota w locie, bez udziału człowieka i bez zatrzymywania produkcji, jeszcze kilka lat temu zostałby zaliczony do kategorii science-fiction. Dziś, w epoce IoRT (Internet of Robotic Things), takie rzeczy stały się możliwe. Podobnie, jak zastosowanie systemów wizyjnych do wspierania zwinnego przezbrajania maszyn.

Jak budować systemy zgodnie z koncepcją zwinnej automatyzacji?

Wiemy już, że chcemy wdrożyć ideę zwinnej produkcji i automatyzacji. Jak to zrobić? To oczywiście temat – rzeka, zwróćmy tu jednak uwagę na kilka ważnych aspektów.

Po pierwsze, warto budować systemy w oparciu o publiczne i popularne standardy. Daje to nie tylko większą elastyczność w zakresie wyboru konkretnych urządzeń, ale ułatwia reagowanie na zmiany w trakcie działania systemu. Zmianą taką może być awaria (ułatwiona wtedy staje się np. wymiana komponentu), ale również konieczność rozbudowy gniazda produkcyjnego i dodanie mu nowych możliwości lub zwiększenie jego wydajności. W takim przypadku, jeżeli stosujemy standardowe rozwiązania, również łatwiej jest wymienić komponent na bardziej rozbudowany lub wydajniejszy.

Rys. 5. Przykładowy schemat połączenia sterownika PLC Astraada One, modułów IO oraz serwonapędów Astraada SRV przez sieć EtherCAT. Źródło: ASTOR.

Drugim ważnym aspektem jest wymiana danych w systemie i dostęp do nich. Tak, dostęp do informacji oraz ich przepływ również może być zwinny. System elastycznie zaprojektowany będzie maksymalnie ułatwiał pozyskiwanie informacji, nie będzie stawiał sztucznych ograniczeń i będzie łatwy w rozbudowie o nowe elementy. Łatwość przepływu informacji bezpośrednio przekłada na szybkość podejmowania decyzji i możliwość przeprowadzania szybkich zmian.

Trzecim aspektem są kompetencje pracowników. Koncepcja Agile Automation niejako wymusza koncentrowanie się na zdobywaniu kluczowych dla tego podejścia kompetencji. Zwinna produkcja wymaga także ściślejszej współpracy pomiędzy poszczególnym zespołami i specjalistami, a więc inżynierami, projektantami, marketingiem czy działem sprzedaży. Wszyscy oni powinni rozumieć ideę Agile Manufacturing i podzielać ten sposób myślenia.

Zwinna automatyzacja a Przemysł 4.0

Idea Przemysłu 4.0 na dobre zadomowiła się już wśród inżynierów i automatyków. Można więc zadać pytanie, jak koncepcje zwinnej automatyzacji mają się do tej idei? Spróbujmy odpowiedzieć na to pytanie, patrząc przez pryzmat sześciu zasad Przemysłu 4.0.

Rys. 6. Sześć filarów Przemysłu 4.0. Źródło: ASTOR.

Pierwszą cechą jest Interoperacyjność, która dotyczy automatyzacji przepływu informacji pomiędzy procesami biznesowymi, systemami informatycznymi i ludźmi. Taka automatyzacja musi być fundamentalną cechą Agile Manufacturing. Kilkakrotnie powyżej wspominaliśmy, jak ważne jest nie tylko zapewnienie sprawnej wymiany danych, ale także by komunikacja była elastyczna, otwarta na zmiany. Aby to osiągnąć, wszystkie elementy systemu muszą charakteryzować się jak największą otwartością i konfigurowalnością komunikacji, a także łatwością integrowania się (łączenia) z innymi elementami. Sprzyja temu stosowanie właściwych standardów sieciowych i komunikacyjnych oraz właściwe projektowanie aplikacji.

Warto tu wspomnieć o idei Edge Computing, czyli koncepcji zmierzającej do tego, by dane były zbierane i przetwarzania jak najbliżej źródła, z którego pochodzą. W praktyce oznacza to, że często są one przechowywane, przetwarzane, a nierzadko też analizowane bezpośrednio w urządzeniach pracujących na produkcji: sterownikach, kontrolerach czy komputerach przemysłowych.

Rys. 7. Przykładowa architektura dla technologii Edge Computing z wykorzystaniem środowiska InTouch Edge HMI jako IIoT Gateway. Źródło: ASTOR

Drugą cechą Przemysłu 4.0 jest Wirtualizacja. Polega ona na tworzeniu cyfrowych modeli rzeczywistych obiektów, takich jak maszyny, gniazda produkcyjne czy urządzenia transportowe – i wykorzystywaniu ich do symulowania pracy tych obiektów. Taka funkcjonalność może stanowić znaczące wsparcie dla zwinnego wytwarzania. Dzięki wirtualizacji możliwe jest wszechstronne symulowanie całych procesów, co w ogromnym stopniu ułatwia właściwe projektowanie linii produkcyjnych, weryfikowanie ich wydajności oraz prototypowanie nowych produktów. Dodatkową korzyścią jest możliwość wykorzystania symulacji do szkolenia nowych pracowników. Wirtualizacja jest bardzo często wykorzystywana do symulowania stanowisk zrobotyzowanych, co pozwala szybko i tanio zweryfikować np. poprawność zaprojektowania cel spawalniczych.

Rys 8. Oprogramowanie Kawasaki K-Virtual, umożliwiające wirtualizację stanowisk zrobotyzowanych. Źródło: Kawasaki Robotics

Cecha numer 3 to Decentralizacja. To właściwie kwintesencja zwinnej automatyzacji: odchodzimy od tworzenia sekwencyjnych linii produkcyjnych, w których niemal zawsze występują wąskie gardła (mogą nimi być np. kluczowe maszyny albo urządzenia transportowe). Alternatywą są zdecentralizowane gniazda produkcyjne, które potrafią elastycznie dostosować się do bieżących potrzeb. Dążymy do tego, by gniazda były jak najbardziej uniwersalne, tzn. były zdolne do wykonania jak największej liczby różnych operacji. Ponadto muszą być one wyposażone w możliwość sprawnej wymiany informacji z innymi gniazdami oraz z systemem nadrzędnym. Dzięki inteligentnemu systemowi pojazdów AGV również położenie gniazd może być łatwo zmienione bez wpływu na sprawny transport surowców i produktów.

Rys. 9. Automatyzacja transportu palet za pomocą robotów mobilnych w firmie ICM, źródło: ICM – https://scm.dk/icm-effektiviserer-lagerlogistikken-med-mobile-robotter

Kolejna cecha to Zdolności Zarządcze w Czasie Rzeczywistym (Real-Time). Oznacza ona, że proces gromadzenia i przetwarzania danych z maszyn i urządzeń jest zautomatyzowany w taki sposób, aby wszystkie niezbędne informacje były zawsze dostępne w czasie rzeczywistym, w nadrzędnym oprogramowaniu przemysłowym. Dzięki tej automatyzacji z jednej strony zagwarantowana jest bezbłędność zebranych danych, a z drugiej strony możliwe jest podejmowanie na ich podstawie natychmiastowych decyzji. Jak łatwo zauważyć, jest to wręcz niezbędne do wdrożenia koncepcji Agile Manufacturing.

Piąta cecha Przemysłu 4.0 to Orientacja na usługi. Pozornie nie ma to wiele wspólnego ze zwinną automatyzacją, ale łatwo dostrzeżemy, że jest to owoc tego samego sposobu myślenia – koncentracji na kliencie i jego potrzebach. Orientacja na usługi oznacza, że nie tylko dostarczamy klientowi produkt, ale zapewniamy mu coraz lepsze wsparcie, dostęp do wiedzy i serwis.

Natomiast ostatnia, szósta cecha Przemysłu 4.0 – Modułowość – odnosi się bezpośrednio do tej samej potrzeby, która jest fundamentem Agile Automation, czyli do konieczności szybkiego reagowania na zmieniające się okoliczności i oczekiwania rynkowe. Przez „modułowość” rozumiemy z jednej strony budowanie inteligentnych, modułowych fabryk, które mogą być łatwo rozbudowywane lub nawet przenoszone w razie potrzeby. Z drugiej strony pojęcie to dotyczy maszyn i urządzeń w ramiach linii i gniazd produkcyjnych – ich modułowość umożliwia szybkie przeprojektowanie systemu wytwarzania i dostosowanie się do nowej sytuacji. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu inteligentnych, modułowych komponentów automatyki.

Rys. 10. Przykładowa architektura systemu opartego na modułowym kontrolerze PACSystems RSTi-EP. Źródło: ASTOR

Zwinne procesy na zmienne czasy

Jak widać, koncepcje zwinnej automatyzacji i Przemysłu 4.0 w dużym stopniu nakładają się na siebie. Mamy tu do czynienia z dwoma ujęciami tej samej rzeczywistości. Aby dostosować się do wymogów narzucanych przez dynamicznie zmieniające się realia rynkowe (i umieć szybko na te zmiany reagować), zakłady produkcyjne muszą działać w sposób zwinny. Aby działać w ten sposób – muszą skutecznie adaptować charakterystyczne dla Przemysłu 4.0 innowacje technologiczne. To właśnie dzięki nim zwinne systemy automatyki, maszyny i procesy są bardzo dobrze przygotowane na zmienne czasy.

Zachęcamy także do udziału w naszym wydarzeniu ASTOR TOUR 2022.

Czy ten artykuł był dla Ciebie przydatny?

Średnia ocena artykułu: 5 / 5. Ilość ocen: 6

Ten artykuł nie był jeszcze oceniony.

Mateusz Pierzchała
Mateusz PierzchałaUmysł humanistyczno-artystyczno-ścisły, a nawet inżynier automatyk. Przez 15 lat pracował w firmie ASTOR, działając na wielu frontach. Wieloletni redaktor naczelny Biuletynu Automatyki. Dużo pisze – od tekstów specjalistycznych aż po felietony i piosenki. Lubi wystąpienia publiczne i PowerPointa. Prezes Instytutu Karola Wojtyły. Jako trener i logoterapeuta pomaga w odkrywaniu sensu. Propaguje wiedzę na temat zespołu Aspergera, pomaga dorosłym autystykom oraz rodzicom dzieci z ZA.

Opublikuj

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.

Czytaj więcej