Od starego zakładu do inteligentnej fabryki

 

Firma Nestlé zaplanowała optymalizację kosztów i nakładów pracy zgodnie z wymogami koncepcji 4.0 w swoim zakładzie w Osthofen (Niemcy). W tym celu wdrożyła pilotażowy projekt oparty na dostarczonym przez B&R rozwiązaniu Orange Box. Spełnia ono wymagania związane z transformacją i pomaga starym zakładom postawić ogromny krok naprzód na drodze ku efektywności inteligentych fabryk.

W ramach działalności firmy Nestlé co roku powstaje nowy zakład, jak np. ten w Schwerin (Niemcy), gdzie produkcja ruszyła w 2014 r. Obecnie wytwarza się tam setki milionów kapsułek kawy rocznie. Zakład bazuje na najnowszej technologii, dzięki czemu wytwarzana tam kawa spełnia najwyższe standardy jakości. „Dzisiejsze, budowane od podstaw zakłady rzeczywiście wyposażone są w urządzenia o wysoce zaawansowanej technologii, jednak nie osiągnęły one jeszcze poziomu standaryzacji przewidzianego w koncepcji Industry 4.0" – zauważa menadżer techniczny ds. systemów produkcyjnych, Ralf Hagen.

Łatwość przyłączania cechą inteligentnych fabryk

Obok budowanych co roku nowch i wydajnych zakładów Nestlé ma też 430 starych, które wymagają zmian. „Również te zakłady powinny być w stanie osiągnąć konkurencyjny poziom wydajności" – mówi Hagen. „A to oznacza ich optymalizację zgodnie z wymaganiami koncepcji lndustry 4.0. Niektóre z maszyn w tych zakładach zostały wprowadzone do eksploatacji 50 lat temu. W tych czasach infrastruktura sieciowa była czymś zupełnie innym niż to, co wyobrażamy sobie, myśląc o inteligentnych fabrykach" – wyjaśnia. „W nowym zakładzie mamy do czynienie z jednolitym systemem komunikacji, który w czasie rzeczywistym przesyła dane do systemu planowania zasobów przedsiębiorstwa".

Opisując obecną sytuację w istniejących zakładach, Hagen wyjaśnia: „W wielu przypadkach nadal pobieramy dane z maszyn sposobem ręcznym. Są tam wszystkie rodzaje interfejsów komunikacyjnych, a nie wszystkie z nich są zaprojektowane tak, aby zaspokajać nasze aktualne wymagania. Czasami dane, których potrzebujemy do zadań takich, jak monitorowanie stanu maszyn już tam są – po prostu nie korzystamy z nich."

Poprawa wskaźników OEE  i inne wyzwania

Firma Nestlé zwróciła się ze swoim problemem do kilku dostawców automatyki, w tym również do B&R. Karl-Heinz Mayer, kierujący biurem technicznym B&R w Bad Homburg (Niemcy), znalazł wiele możliwości zastosowania inteligentnej automatyki w celu stworzenia warunków do optymalnego wykorzystania istniejących zasobów. Jego zdaniem, gdy chodzi o zmniejszanie kosztów produkcji, najlepszym miernikiem, jakim możemy się posłużyć jest ogólna efektywność wyposażenia (overall equipment effectiveness, OEE). „Poprawa wskaźnika OEE można obniżyć koszty produkcji o 10-20%" – zapewnia Mayer.

Kierownictwo Nestlé dostrzega potrzebę zmian. „Aby poprawić nasze wskaźniki OEE, musimy znacznie zmniejszyć częstotliwość nieplanowanych przestojów" – twierdzi Hagen. „Musimy mieć dostęp w czasie rzeczywistym do cyfrowych danych produkcyjnych ze wszystkich naszych linii. Dotyczy to nie tylko nowszych, w pełni zintegrowanych systemów, ale także starszych, mniej zautomatyzowanych linii. Ważne jest również posiadanie bezpośredniego lub pośredniego połączenia z systemem planowania zasobów przedsiębiorstwa (ERP). Ponadto rozwiązanie musi odpowiadać standardom bezpieczeństwa firmy Nestlé."

Zarząd firmy szukał czegoś, co przypomina zasadę korzystania z urządzeń dotykowych firmy Apple: zobacz– dotknij – pracuj. Poza tym powinno to służyć jako skuteczne rozwiązanie przejściowe na okres trzech do pięciu lat, dopóki nie znajdzie się optymalne rozwiązanie oparte na technologii chmury. Inne wyzwania wynikają z faktu, że poszczególne zakłady korzystają z różnych generacji systemów sterowania różnych producentów. Różnią się one ponadto poziomem dostępnej w zakładzie wiedzy specjalistycznej na temat automatyzacji.

Rozwiązanie – Orange Box

Firma B&R po uwzględnieniu wymagań Nestlé  zaproponowała rozwiązanie Orange Box, obejmujące sprzęt działający na zasadzie Scalability+ i oprogramowanie bazujące na technologii mapp. „Orange Box stanowi optymalne połączenie naszego modułowego sprzętu i oprogramowania, dostosowane dokładnie do wymagań klienta" – zapewnia Mayer. „Układ sterowania, HMI i technologia mapp połączyły się, aby stworzyć doskonałą platformę dla produkcji odpowiadającej wymogom koncepcji Industry 4.0. Klienci mogą wybrać jedną z dwóch opcji łączenia swoich maszyn i urządzeń. Mogą korzystać z sygnałów I/O połączonych do zewnętrznych sterowników lub odbierać dane bezpośrednio z zastosowaniem protokołu ISO on TCP lub TCP/IP."

Dzięki technologii mapp, specjaliści z B&R mogli ściśle dostosować się do wymagań klienta. „Technologia mapp pozwala korzystać z wielu standardowych funkcji od razu po zamontowaniu urządzenia" – wyjaśnia Mayer. „Obliczanie wskaźnika OEE, zarządzanie użytkownikami, PackML, akwizycja danych – wszystkie te funkcje są dostępne jako gotowe komponenty mapp, które można zainstalować równie łatwo, jak aplikację na smartfonie." Jest kilka zasadniczych różnic pomiędzy koncepcją mapp, a konwencjonalnym podejściem opartym na blokach funkcyjnych. „Komponenty mapp są interaktywne – mogą być połączone ze sobą i wymieniać dane automatycznie" – mówi Mayer. Jako przykład, podaje sposób, w jaki komponent mapp Energy ocenia dane dotyczące zużycia energii, które uzyskuje od innych komponentów mapp.

Czym jest Scalability+?

Rozwiązania B&R są oparte na precyzyjnym wyborze jednorodnych produktów, które obejmują wszystkie dziedziny automatyki. Czy będzie to pojedyncza maszyna, zintegrowana linia produkcyjna, czy cała fabryka – rozwiązania są wdrażane za pomocą tego samego uniwersalnego narzędzia oprogramowania, jakim jest: Automation Studio. Łącząc w spójną całość zintegrowaną automatykę, pakiety oprogramowania i technologię maszyny, firma B&R otwiera nową epokę w dziedzinie automatyzacji maszyn.

Komponenty mapp są włączane bez problemu w środowisko programistyczne B&R Automation Studio. Można je łatwo konfigurować, przy tym zwalniają inżyniera z konieczności programowania każdego szczegółu. Innym ważnym aspektem technologii mapp jest rozwiązanie interfejsu mapp View. „Inżynierowie automatycy mają wszystkie narzędzia potrzebne do tworzenia potężnych i intuicyjnie prostych w obsłudze interfejsów (HMI). Nie muszą korzystać bezpośrednio z technologii HTML5, CSS, czy JavaScript" – wyjaśnia Mayer. Oparty całkowicie na standardach sieciowych, HMI od B&R zapewnia optymalny podgląd dowolnego urządzenia.

Można również łatwo przyłączać urządzenia sterujące innych producentów do aplikacji HMI za pomocą standardu OPC UA. „Proponując obsługę z asystą menu i konfigurację zamiast programowania, zdołaliśmy spełnić jeden z głównych wymogów Nestlé: instalacja przeprowadzana przez pracowników niebędących specjalistami" – podkreśla Mayer. „Zapewniliśmy im również możliwość centralnego zarządzania ich oprogramowaniem – przeprowadzania instalacji, sporządzania kopii zapasowych i aktualizacji poprzez sieć lub za pomocą złącza USB." Komunikacja może odbywać się różnymi kanałami, np. sieciami LAN lub WLAN. Jeśli chodzi o protokoły, rozwiązanie opiera się na takich standardach jak OPC UA i ISO on TCP.

Zakład pilotażowy w Osthofen

Pierwsza pilotażowa aplikacja Orange Box jest wdrażana w zakładzie Nestlé w Osthofen (Niemcy). Trzystu pracowników zakładu wytwarza suplementy diety w płynie, oferowane przez Nestlé Health Science osobom o specjalnych potrzebach żywieniowych. „Dzięki pełnej skalowalności oprogramowania i sprzętu, Orange Box może zgodnie współdziałać z każdą maszyną i linią produkcyjną w naszym zakładzie" – twierdzi Hagen. „A jeśli chodzi o możliwość przyłączania, to stosowanie otwartych standardów umożliwia elastyczne przyłączanie systemów sterowania procesami: zarówno systemu sterowania procesami APROL firmy B&R, jak i rozwiązań innych firm, a także systemów MES w rodzaju systemu Wonderware stosowanego w naszym zakładzie." Co ważne, instalacja Orange Box nie wymaga żadnych modyfikacji oprogramowania w istniejących maszynach.

„System jest na tyle przystępny, że nie wymaga wzywania eksperta. W trakcie każdej operacji użytkownik prowadzony jest przez intuicyjnie proste menu" – podkreśla Hagen. Surowe dane z urządzenia mogą być gromadzone lokalnie w formie cyfrowej. Zabezpieczenia można zaimplementować jako rozwiązanie autonomiczne lub za pośrednictwem protokołów dostarczanych przez standardowe systemy informatyczne. „Przy stosunkowo małych nakładach, Orange Box zapewnia nam natychmiastowy wgląd w dane i umożliwia wprowadzanie ukierunkowanych usprawnień – bardzo skutecznych i opartych na dobrym rozeznaniu sytuacji. Jest również w wyjątkowym stopniu modułowy, dzięki czemu możemy łatwo, w dowolnym momencie dostosować go lub rozbudować. To wszystko, czego szukaliśmy" – podsumowuje Hagen.

Przygotował: Inge Hübner, VDE VERLAG GMBH, www.digital-factory-journal.de

 

Ralf Hagen

Menadżer techniczny ds. systemów produkcyjnych, Nestlé

„Orange Box pozwolił nam natychmiast uzyskać przejrzysty obraz naszych danych produkcyjnych. System jest modułowy i można go dostosować w dowolnym momencie. To jest właśnie to, czego szukaliśmy"

 

 

Oparta o technologię mapp automatyzacja fabryki w wykonaniu B&R

Orange Box zapewnia pełną swobodę w wyborze platformy sprzętowej.

Orange Box firmy B&R to idealna platforma realizacji produkcji w koncepcji Industry 4.0.