05.06.2024
Fabryka nauki
To właśnie oznacza Global Production Learning Factory w laboratorium technologii produkcji Instytutu Inżynierii Produkcji (wbk) w Karlsruhe Institute of Technology (KIT). Jest to nie tylko miejsce nauki dla studentów, ale także łączy naukę z przemysłem i jest punktem wyjścia dla innowacyjnej współpracy.
Josip Kopcic dobrze zna region Karlsruhe. Powód: od prawie 10 lat opiekuje się tym obszarem dla firmy Balluff jako przedstawiciel handlowy. Zna się również na laboratorium technologii produkcji Instytutu Inżynierii Produkcji (wbk) w Karlsruhe Institute of Technology (KIT). To właśnie tam znajduje się Global Production Learning Factory, środowisko demonstracyjne i edukacyjne dla nowych technologii i procesów w kontekście produkcji. Kopcic wspiera zespół Learning Factory swoją wiedzą techniczną, jako sędzia podczas corocznego hackathonu i dostarczając rozwiązania automatyzacji Balluff.
Punkt wyjścia dla innowacyjnej współpracy
Instytut Technologii Produkcji wbk ma długą historię. Założony w 1952 roku przez profesora dr Waltera Schmidta, jego rozwój odzwierciedla postęp technologiczny i przemysłowy ostatnich dziesięcioleci. Jako część Karlsruhe Institute of Technology (KIT), postawił sobie za cel zorientowane na zastosowania badania nad nowymi technikami produkcji i rozwojem nowych technologii. Jest on podzielony na trzy główne obszary badawcze: "Systemy produkcyjne", "Maszyny, systemy i automatyzacja procesów" oraz "Produkcja i technologia materiałowa". Kiedy Josip Kopcic wpadł w 2015 roku ze standardem komunikacji IO-Link dla bardziej elastycznej i wydajnej produkcji w swoim bagażu, był to punkt wyjścia do innowacyjnej współpracy.
Studenci mogą doświadczać złożonych systemów produkcyjnych za pośrednictwem fabryki edukacyjnej i zbierać dane do swoich prac badawczych.
Łączenie teorii z praktyką
Gisela Lanza, dyrektor Instytutu Systemów Produkcyjnych wbk, wyjaśnia podstawową ideę stojącą za Fabryką Nauki w następujący sposób: "Studenci powinni mieć miejsce, w którym mogą zastosować w praktyce i badać swoje teoretyczne pytania dotyczące technologii produkcji przyszłości - fabrykę do nauki, że tak powiem". Wraz z innymi firmami z branży, wbk i Balluff zaczęły przekształcać te pomysły w rzeczywistość.
"Początkowo fabryka nauki była stacjonarnym systemem produkcyjnym składającym się z różnych stacji", wyjaśnia Magnus Kandler, który był już na pokładzie jako student, gdy pierwsze kursy szkoleniowe i stacje robocze zostały opracowane i uruchomione. W tym czasie Kandler studiował inżynierię przemysłową w Karlsruhe i pomagał w tworzeniu fabryki szkoleniowej. "Tym bardziej satysfakcjonujące jest kontynuowanie, rozwijanie i kształtowanie projektu jako asystent naukowy" - mówi Kandler, którego obecna praca koncentruje się na planowaniu systemów produkcyjnych i cyfrowym zarządzaniu halą produkcyjną.
Zastosowanie nowych form produkcji
Global Production Learning Factory otwiera swoje drzwi nie tylko dla studentów. Wbk oferuje również kursy szkoleniowe lub wykłady dla firm i innych organizacji. "Tutaj mamy okazję podnieść świadomość na temat nowych trendów w produkcji i dać firmom szansę doświadczenia nowych technologii lub podejść, takich jak konserwacja predykcyjna, gospodarka o obiegu zamkniętym lub współpraca człowieka z maszyną" - mówi Kandler.
Modułowe, mobilne i samowystarczalne
"Aby było to możliwe, fabryka nauki musi być najnowocześniejsza", wyjaśnia Alexander Geiser, który jest odpowiedzialny za sprzęt fabryki nauki. "W instytucie zawsze szukamy sposobów na wykorzystanie nowych technologii w Learning Factory. W końcu jest to również nasz okręt flagowy nie tylko do nauczania i dalszej edukacji, ale także jako platforma dla firm do prezentowania swoich innowacyjnych rozwiązań".
Podczas pandemii instytut polegał na nauczaniu online. Zespół wykorzystał ten czas na zmianę przestarzałej koncepcji. Wspólnie z Balluff i innymi partnerami opracowano pomysły na dalszy rozwój fabryki nauki: powinna być modułowa, mobilna i samowystarczalna. Ponadto ważną rolę odgrywa płynna identyfikowalność poszczególnych produktów za pomocą paszportu produktu oraz temat gospodarki o obiegu zamkniętym.
Stacje robocze składają się z tej samej podstawowej struktury, na której następnie montowane są poszczególne maszyny wymagane na danym etapie produkcji. Nowa architektura znacznie skróciła czas potrzebny na przezbrojenie linii.
Obecnie fabryka szkoleniowa składa się z dziesięciu mobilnych stacji roboczych, z których każda wyposażona jest w technologię bezprzewodową, siłowniki elektryczne i baterie zapewniające mobilną i samowystarczalną pracę. Wszystkie stacje mają taką samą konstrukcję i mogą być wyposażone w różne narzędzia, maszyny lub roboty w zależności od wymagań procesu produkcyjnego.
Dziesięć nowych stacji uzupełniają dwa roboty przemysłowe, robot współpracujący i trzy prasy pneumatyczne. Ta modułowość pozwala na mapowanie szerokiej gamy scenariuszy przemysłowych w celu zapewnienia uczestnikom jak największej możliwości dostosowania do własnych celów biznesowych. "Skupiliśmy się na wysokiej elastyczności, krótkich czasach przezbrajania i prostym uruchomieniu" - mówi Geiser, opisując cel.
Stacje są zaprojektowane w taki sposób, że ludzie są prowadzeni przez proces produkcji. "Przepis" na etap produkcji jest przechowywany w systemie, część jest identyfikowana, a wyświetlacze lub sygnały świetlne pokazują dokładnie, co należy zrobić. Zmniejsza to podatność na błędy i koszty szkolenia.
Wartościowe impulsy
Z biegiem czasu w fabryce szkoleniowej zainstalowano ponad 120 pojedynczych komponentów firmy Balluff, od bezprzewodowych masterów IO-Link, przez głowice RFID do odczytu i zapisu do rozpoznawania poszczególnych części, po czujniki monitorowania stanu (BCM), które oprócz danych procesowych mierzą dane środowiskowe, takie jak wibracje, temperatura lub wilgotność.
"Na początku skupialiśmy się głównie na tematach identyfikowalności i paszportów produktów", mówi Geiser. "Dzięki dialogowi z Josipem Kopcicem z Balluff, monitorowanie stanu również stało się bardziej istotne. Naprawdę doceniamy tę wymianę i impuls".
"Postęp nigdy się nie zatrzymuje" - mówi Kopcic, wyjaśniając swoją motywację. "Dlatego w Balluff zawsze staramy się znaleźć nowe rozwiązania i przełożyć trendy na praktyczne produkty. Mamy również tę motywację dzięki Learning Factory".
Dane zebrane przez BCM można wykorzystać na przykład do wykrywania anomalii podczas procesu produkcyjnego i wyciągania wniosków na temat stanu systemu. Wynika z tego wiele podejść do opracowywania nowych rozwiązań w dziedzinie konserwacji predykcyjnej, na przykład z wykorzystaniem sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego. Idealna podstawa dla studentów do wypróbowania różnych podejść.
Przechodzenie przez ruchy dla genialnego pomysłu
Zaangażowanie firmy Balluff nie ogranicza się jednak tylko do sprzętu. Specjalista w dziedzinie czujników i automatyki wspiera również coroczny hackathon. Około 30 studentów spędza 30 godzin pracując nad kilkoma przypadkami w fabryce nauki. Powstałe pomysły są prezentowane i oceniane przez jury złożone z ekspertów z dziedziny praktyki i nauki w oparciu o różne kryteria, takie jak skuteczność, oryginalność i dojrzałość lub leżący u podstaw model biznesowy i potencjał rynkowy.
Zwycięski zespół otrzymuje nagrodę w wysokości ponad 1500 euro. "Każdy daje z siebie wszystko podczas hackathonu. W pomieszczeniu czuć motywację i pasję. To fascynujące widzieć, jak zespoły opracowują nowe rozwiązania w tak krótkim czasie" - mówi Kopcic, który jest również członkiem jury.
Magnus Kandler (po lewej) i Alexander Geiser (po prawej) są pracownikami akademickimi i doktorantami wbk. Pan Kandler jest częścią grupy planowania systemów produkcyjnych i bada cyfrowe zarządzanie halą produkcyjną. Prowadzi szkolenia dla firm w ramach Learning Factory i jest odpowiedzialny za modele biznesowe. Alexander Geiser pracuje w grupie ds. zapewnienia jakości i jest zaangażowany w regenerację komponentów ogniw paliwowych w kontekście e-mobilności.
Sytuacja korzystna dla obu stron
"Badania w fabryce szkoleniowej, kursy szkoleniowe i hackathon są dla nas wizytówką" - mówi Kandler. "Kiedy wchodzisz do naszej hali, mobilne stacje robocze są jedną z pierwszych rzeczy, które widzisz. Promuje to również dialog z partnerami, studentami i firmami". Dla Balluffa i wbk zaangażowanie jest sytuacją korzystną dla obu stron: "Studenci mają kontakt z naszymi rozwiązaniami. Wielu z nich po ukończeniu studiów zakłada własne firmy lub znajduje swoje miejsce w przemyśle. Niektórzy z nich pamiętają o nas. Zaowocowało to już licznymi projektami" - mówi z zadowoleniem Kopcic.