05.06.2024
Továrna na učení
To je to, co představuje Global Production Learning Factory v laboratoři výrobních technologií Institutu výrobního inženýrství (wbk) Technologického institutu v Karlsruhe (KIT). Je nejen místem výuky pro studenty, ale také spojuje vědu a průmysl a je výchozím bodem pro inovativní spolupráci.
Josip Kopčič zná dobře region Karlsruhe. Důvodem je, že se o tuto oblast stará jako obchodní zástupce společnosti Balluff již téměř 10 let. Zná také prostředí laboratoře výrobních technologií na Institutu výrobního inženýrství (wbk) Technologického institutu v Karlsruhe (KIT). Zde se nachází Global Production Learning Factory, demonstrační a výukové prostředí pro nové technologie a procesy v kontextu výroby. Kopcic podporuje tým Learning Factory svými technickými znalostmi, jako porotce na každoročním hackathonu a poskytováním automatizačních řešení Balluff.
Východisko pro inovativní spolupráci
Institut wbk pro výrobní technologie má dlouhou historii. Byl založen v roce 1952 profesorem Dr. Walterem Schmidtem a jeho vývoj odráží technologický a průmyslový pokrok posledních desetiletí. Jako součást Technologického institutu v Karlsruhe (KIT) si stanovil za cíl aplikačně orientovaný výzkum nových výrobních postupů a vývoj nových technologií. Je rozdělena do tří hlavních výzkumných oblastí: "Výrobní systémy", "Stroje, systémy a automatizace procesů" a "Výrobní a materiálové technologie". Když se v roce 2015 u nás zastavil Josip Kopcic s komunikačním standardem IO-Link pro flexibilnější a efektivnější výrobu ve svém zavazadle, byl to výchozí bod pro inovativní spolupráci.
Studenti si mohou vyzkoušet komplexní výrobní systémy prostřednictvím učící se továrny a sbírat data pro svou výzkumnou práci.
Propojení teorie a praxe
Gisela Lanza, vedoucí Institutu pro výrobní systémy na wbk, vysvětluje základní myšlenku učící se továrny následovně: "Studenti by měli mít k dispozici místo, kde mohou své teoretické otázky o výrobních technologiích budoucnosti uplatnit v praxi a kde je mohou zkoumat - takříkajíc továrnu na učení." Společně s dalšími společnostmi z průmyslu se wbk a Balluff pustily do realizace těchto myšlenek.
"Zpočátku byla učící se továrna stacionárním výrobním systémem sestávajícím z různých stanic," vysvětluje Magnus Kandler, který byl na palubě již jako student, když byly vyvinuty a uvedeny do provozu první vzdělávací kurzy a pracovní stanice. Kandler v té době studoval průmyslové inženýrství v Karlsruhe a pomáhal se zřízením učební továrny. "O to víc mě těší, že nyní mohu v projektu pokračovat, rozvíjet ho a utvářet jako výzkumný asistent," říká Kandler, jehož současná práce se zaměřuje na plánování výrobních systémů a digitální řízení dílny.
Aplikace nových forem výroby
Global Production Learning Factory neotevírá své dveře pouze studentům. Wbk nabízí také vzdělávací kurzy nebo přednášky pro firmy a další organizace. "Zde máme příležitost zvýšit povědomí o nových trendech ve výrobě a dát firmám možnost vyzkoušet si na vlastní kůži nové technologie nebo přístupy, jako je prediktivní údržba, oběhové hospodářství nebo spolupráce člověka a stroje," říká Kandler.
Modulární, mobilní a soběstačné
"Aby to bylo možné, musí být učící se továrna nejmodernější," vysvětluje Alexander Geiser, který je zodpovědný za hardware učící se továrny. "V institutu neustále hledáme způsoby, jak ve vzdělávací továrně využít nové technologie. Koneckonců je to také naše vlajková loď nejen pro výuku a další vzdělávání, ale také jako platforma pro firmy, které zde mohou prezentovat svá inovativní řešení."
Během pandemie se institut spoléhal na online výuku. Tým využil tento čas k revizi zastaralé koncepce. Společně s Balluffem a dalšími partnery vznikly nápady na další rozvoj učební továrny: měla by být modulární, mobilní a soběstačná. Kromě toho hraje důležitou roli bezproblémová sledovatelnost jednotlivých výrobků prostřednictvím produktového pasu a téma oběhového hospodářství.
Pracovní stanice se skládají ze stejné základní konstrukce, na kterou se pak montují jednotlivé stroje potřebné pro daný výrobní krok. Nová architektura výrazně zkrátila dobu potřebnou k přestavbě linky.
Dnes se školicí závod skládá z deseti mobilních pracovních stanic, z nichž každá je vybavena bezdrátovou technologií, elektrickými pohony a bateriemi, které zajišťují mobilní a soběstačný provoz. Všechny stanice mají stejnou konstrukci a mohou být vybaveny různými nástroji, stroji nebo roboty v závislosti na požadavcích výrobního procesu.
Deset nových stanic doplňují dva průmyslové roboty, kolaborativní robot a tři pneumatické lisy. Tato modularita umožňuje zmapovat širokou škálu průmyslových scénářů, aby účastníkům poskytla co největší možnost přizpůsobení pro jejich vlastní podnikatelské účely. "Důraz byl kladen na vysokou flexibilitu, krátkou dobu výměny a jednoduché uvedení do provozu," popisuje cíl Geiser.
Stanice jsou navrženy tak, aby lidé byli vedeni výrobním procesem. V systému je uložen "recept" na výrobní krok, díl je identifikován a displeje nebo světelné signály ukazují, co přesně je třeba udělat. Tím se snižuje náchylnost k chybám a náklady na školení.
Ceněné impulsy
V průběhu času bylo ve školicím závodě nainstalováno více než 120 jednotlivých komponent od společnosti Balluff, od bezdrátových masterů IO-Link přes čtecí a zapisovací hlavy RFID pro rozpoznávání jednotlivých dílů až po senzory pro sledování stavu (BCM), které kromě procesních dat měří i údaje o prostředí, jako jsou vibrace, teplota nebo vlhkost.
"Na začátku jsme se zaměřili především na témata sledovatelnosti a pasportů výrobků," říká Geiser. "Díky dialogu s Josipem Kopcicem ze společnosti Balluff se do popředí zájmu dostalo také sledování stavu. Této výměny a podnětů si velmi ceníme."
"Pokrok se nikdy nezastaví," vysvětluje Kopcic svou motivaci. "Proto se ve společnosti Balluff stále snažíme hledat nová řešení a převádět trendy do prakticky použitelných produktů. Tuto motivaci máme i v případě učící se továrny."
Data shromážděná pomocí BCM lze využít například k odhalení anomálií během výrobního procesu a vyvození závěrů o stavu systému. Z toho vyplývá mnoho přístupů k vývoji nových řešení v oblasti prediktivní údržby, například s využitím umělé inteligence a strojového učení. Ideální základ pro studenty, kteří si mohou vyzkoušet různé přístupy.
Projít si cestu ke skvělému nápadu
Zapojení společnosti Balluff se však neomezuje pouze na hardware. Specialista na senzory a automatizaci podporuje také každoroční hackathon. Přibližně 30 studentů stráví 30 hodin prací na několika případech v učící se továrně. Výsledné nápady jsou prezentovány a hodnoceny porotou složenou z odborníků z praxe a vědy na základě různých kritérií, jako je efektivita, originalita a vyspělost nebo základní obchodní model a tržní potenciál.
Vítězný tým získá slušnou odměnu ve výši více než 1500 eur. "Na hackathonu ze sebe všichni vydávají to nejlepší. V místnosti je cítit motivace a nadšení. Je fascinující sledovat, jak týmy vyvíjejí nová řešení v tak krátkém čase," říká Kopcic, který je zároveň členem poroty.
Magnus Kandler (vlevo) a Alexander Geiser (vpravo) jsou akademičtí pracovníci a doktorandi wbk. pan Kandler je součástí skupiny plánování výrobních systémů a zabývá se výzkumem digitálního řízení výrobních hal. Pořádá školení pro firmy v rámci Learning Factory a je zodpovědný za obchodní modely. Alexander Geiser pracuje ve skupině pro zajištění kvality a zabývá se repasováním komponent palivových článků v kontextu e-mobility.
Situace výhodná pro obě strany
"Výzkum ve vzdělávací továrně, vzdělávací kurzy a hackathon jsou pro nás vlajkovou lodí," říká Kandler. "Když přijdete do naší haly, mobilní pracoviště jsou jednou z prvních věcí, které uvidíte. To také podporuje dialog s partnery, studenty a firmami." Pro Balluffa a wbk je zapojení oboustranně výhodné: "Studenti přicházejí do kontaktu s našimi řešeními. Mnozí z nich si po ukončení studia založí vlastní firmy nebo najdou své místo v průmyslu. Někteří z nich si pak na nás vzpomenou. Výsledkem je již řada projektů," říká spokojeně Kopcic.