05.06.2024
Továreň na učenie
To je to, čo predstavuje Global Production Learning Factory v laboratóriu výrobných technológií Inštitútu výrobného inžinierstva (wbk) na Technologickom inštitúte v Karlsruhe (KIT). Nie je len miestom vzdelávania pre študentov, ale spája aj vedu a priemysel a je východiskom pre inovatívnu spoluprácu.
Josip Kopčič dobre pozná región Karlsruhe. Dôvod: už takmer 10 rokov sa stará o túto oblasť ako obchodný zástupca spoločnosti Balluff. Okrem toho sa vyzná aj v laboratóriu výrobných technológií na Ústave výrobného inžinierstva (wbk) Technologického inštitútu v Karlsruhe (KIT). Práve tu sa nachádza Global Production Learning Factory, demonštračné a vzdelávacie prostredie pre nové technológie a procesy v kontexte výroby. Kopcic podporuje tím Learning Factory svojimi technickými znalosťami, ako porotca na každoročnom hackathone a poskytovaním automatizačných riešení Balluff.
Východisko pre inovatívnu spoluprácu
Inštitút wbk pre výrobné technológie má dlhú históriu. Založil ho v roku 1952 profesor Dr. Walter Schmidt a jeho vývoj odráža technologický a priemyselný pokrok posledných desaťročí. Ako súčasť Technologického inštitútu v Karlsruhe (KIT) si stanovil za cieľ aplikačne orientovaný výskum nových výrobných postupov a vývoj nových technológií. Je rozdelená do troch hlavných oblastí výskumu: "Výrobné systémy", "Stroje, systémy a automatizácia procesov" a "Výrobné a materiálové technológie". Keď sa u nás v roku 2015 zastavil Josip Kopčič s komunikačným štandardom IO-Link pre flexibilnejšiu a efektívnejšiu výrobu vo svojej batožine, bol to východiskový bod inovatívnej spolupráce.
Študenti si môžu vyskúšať komplexné výrobné systémy prostredníctvom učiacej sa továrne a zbierať údaje pre svoju výskumnú prácu.
Prepojenie teórie a praxe
Gisela Lanza, vedúca Inštitútu pre výrobné systémy na wbk, vysvetľuje základnú myšlienku učiacej sa továrne takto: "Študenti by mali mať miesto, kde môžu svoje teoretické otázky o výrobných technológiách budúcnosti uplatniť v praxi a skúmať ich - takpovediac továreň na učenie." Spoločne s ďalšími spoločnosťami z priemyslu sa wbk a Balluff rozhodli premeniť tieto myšlienky na skutočnosť.
"Spočiatku bola továreň na učenie stacionárnym výrobným systémom pozostávajúcim z rôznych staníc," vysvetľuje Magnus Kandler, ktorý bol na palube už ako študent, keď boli vyvinuté a uvedené do prevádzky prvé školenia a pracovné stanice. Kandler v tom čase študoval priemyselné inžinierstvo v Karlsruhe a pomáhal pri zriaďovaní učebnej továrne. "O to viac ma teší, že teraz môžem v projekte pokračovať, rozvíjať ho a formovať ako výskumný asistent," hovorí Kandler, ktorého súčasná práca sa zameriava na plánovanie výrobných systémov a digitálne riadenie výrobnej haly.
Uplatnenie nových foriem výroby
Globálna výrobná vzdelávacia továreň neotvára svoje dvere len študentom. Wbk ponúka aj školenia alebo prednášky pre firmy a iné organizácie. "Tu máme možnosť zvyšovať povedomie o nových trendoch vo výrobe a dať firmám možnosť vyskúšať si na vlastnej koži nové technológie alebo prístupy, ako je prediktívna údržba, obehové hospodárstvo alebo spolupráca človeka a stroja," hovorí Kandler.
Modulárny, mobilný a sebestačný
"Aby to bolo možné, musí byť učiaca sa továreň najmodernejšia," vysvetľuje Alexander Geiser, ktorý je zodpovedný za hardvér učiacej sa továrne. "V inštitúte neustále hľadáme spôsoby, ako vo vzdelávacej továrni využívať nové technológie. Koniec koncov, je to aj naša vlajková loď nielen pre výučbu a ďalšie vzdelávanie, ale aj ako platforma pre firmy, ktoré tu môžu prezentovať svoje inovatívne riešenia."
Počas pandémie sa inštitút spoliehal na online výučbu. Tím využil tento čas na revíziu zastaranej koncepcie. Spolu s Balluffom a ďalšími partnermi vznikli nápady na ďalší rozvoj učebnej továrne: mala by byť modulárna, mobilná a sebestačná. Okrem toho zohráva dôležitú úlohu bezproblémová sledovateľnosť jednotlivých výrobkov prostredníctvom produktového pasu a téma obehového hospodárstva.
Pracovné stanice pozostávajú z rovnakej základnej konštrukcie, na ktorú sa potom montujú jednotlivé stroje potrebné na daný výrobný krok. Nová architektúra výrazne skrátila čas potrebný na prestavbu linky.
V súčasnosti sa školiaca továreň skladá z desiatich mobilných pracovných staníc, z ktorých každá je vybavená bezdrôtovou technológiou, elektrickými pohonmi a batériami na zabezpečenie mobilnej a sebestačnej prevádzky. Všetky stanice majú rovnaký dizajn a môžu byť vybavené rôznymi nástrojmi, strojmi alebo robotmi v závislosti od požiadaviek výrobného procesu.
Desať nových staníc dopĺňajú dva priemyselné roboty, kolaboratívny robot a tri pneumatické lisy. Táto modularita umožňuje mapovať širokú škálu priemyselných scenárov s cieľom poskytnúť účastníkom čo najväčšiu možnosť prispôsobenia pre ich vlastné podnikateľské účely. "Dôraz sme kládli na vysokú flexibilitu, krátke časy výmeny a jednoduché uvedenie do prevádzky," opisuje cieľ Geiser.
Stanice sú navrhnuté tak, aby ľudí viedli výrobným procesom. "Recept" na výrobný krok je uložený v systéme, diel je identifikovaný a displeje alebo svetelné signály ukazujú, čo presne treba urobiť. Tým sa znižuje náchylnosť na chyby a náklady na školenie.
Hodnotné impulzy
V priebehu času bolo v školiacom závode nainštalovaných viac ako 120 jednotlivých komponentov od spoločnosti Balluff, od bezdrôtových nadradených zariadení IO-Link, cez čítacie a zapisovacie hlavy RFID na rozpoznávanie jednotlivých dielov až po senzory na monitorovanie stavu (BCM), ktoré okrem procesných údajov merajú aj údaje o prostredí, ako sú vibrácie, teplota alebo vlhkosť.
"Na začiatku sme sa zamerali predovšetkým na témy sledovateľnosti a pasov výrobkov," hovorí Geiser. "Prostredníctvom dialógu s Josipom Kopčicom zo spoločnosti Balluff sa do popredia dostalo aj monitorovanie stavu. Veľmi si ceníme túto výmenu a podnety."
"Pokrok sa nikdy nezastaví," vysvetľuje svoju motiváciu Kopcic. "Preto sa v spoločnosti Balluff stále snažíme nachádzať nové riešenia a pretvárať trendy do prakticky využiteľných produktov. Túto motiváciu máme aj v prípade učiacej sa továrne."
Údaje zozbierané systémom BCM možno použiť napríklad na odhalenie anomálií počas výrobného procesu a vyvodenie záverov o stave systému. Výsledkom je mnoho prístupov na vývoj nových riešení v oblasti prediktívnej údržby, napríklad s využitím umelej inteligencie a strojového učenia. Ideálny základ pre študentov, ktorí si môžu vyskúšať rôzne prístupy.
Prechádzanie postupmi pre geniálny nápad
Zapojenie spoločnosti Balluff sa však neobmedzuje len na hardvér. Špecialista na senzory a automatizáciu podporuje aj každoročný hackathon. Približne 30 študentov strávi 30 hodín prácou na niekoľkých prípadoch v učiacej sa továrni. Výsledné nápady prezentuje a hodnotí porota zložená z odborníkov z praxe a vedy na základe rôznych kritérií, ako je efektívnosť, originalita a vyspelosť alebo základný obchodný model a trhový potenciál.
Víťazný tím získa peknú cenu vo výške viac ako 1500 eur. "Na hackathone každý vydá zo seba to najlepšie. V miestnosti je cítiť motiváciu a vášeň. Je fascinujúce sledovať, ako tímy vyvíjajú nové riešenia v takom krátkom čase," hovorí Kopčič, ktorý je zároveň členom poroty.
Magnus Kandler (vľavo) a Alexander Geiser (vpravo) sú akademickí pracovníci a doktorandi na wbk. pán Kandler je súčasťou skupiny plánovania výrobných systémov a skúma digitálne riadenie výrobných hál. Vedie školenia pre firmy v rámci Learning Factory a je zodpovedný za obchodné modely. Alexander Geiser pracuje v skupine zabezpečenia kvality a zaoberá sa repasovaním komponentov palivových článkov v kontexte e-mobility.
Situácia výhodná pre obe strany
"Výskum v továrni na vzdelávanie, vzdelávacie kurzy a hackathon sú pre nás vlajkovou loďou," hovorí Kandler. "Keď prídete do našej haly, mobilné pracoviská sú jednou z prvých vecí, ktoré vidíte. To zároveň podporuje dialóg s partnermi, študentmi a firmami." Pre Balluff a wbk je zapojenie obojstranne výhodné: "Študenti prichádzajú do kontaktu s našimi riešeniami. Mnohí z nich si po skončení štúdia založia vlastné spoločnosti alebo si nájdu svoje miesto v priemysle. Niektorí z nich si potom spomenú na nás. Výsledkom je už množstvo projektov," hovorí spokojne Kopcic.