Aktuální vydání

celé číslo

10

2017

Systémy pro řízení výroby, PLM, SCADA

celé číslo

Na kontrolu kvality výroby s rozmyslem Na kontrolu kvality výroby s rozmyslem

Kontrola kvality výroby je obor, v němž je společnost DEIMOS jako doma. Dodává totiž na zakázku výrobní linky, jednoúčelové stroje i samostatné stanice automatické kontroly kvality. Ředitel společnosti DEIMOS Vladislav Němec a vedoucí oddělení realizace Miloslav Rolenc se podělili o své rozsáhlé zkušenosti, které získali ze zakázek především pro firmy z oblasti automobilového průmyslu. Dotkli se i toho, kam se bude obor kontroly kvality vyvíjet v budoucnosti. 

Jaké typy stanic pro automatickou kontrolu kvality dodává firma DEIMOS?

Němec: Víceméně libovolné, podle požadavku zákazníka. Obecně je zařízení pro automatickou kontrolu kvality buď součástí dodávané linky, většinou v několika různých bodech procesu, nebo dodáváme pouze tester. Ten se buď vestaví do stávající výrobní linky, nebo funguje jako samostatná stanice. Nejtypičtější je kontrolní stanice ověřující kompletní parametry na konci výrobního procesu, takzvaný end-of-line tester.

Rolenc: Zakázky dostáváme hlavně z oblasti automotive, od přímých dodavatelů velkých automobilek. Automobilový průmysl je poměrně striktně vázán legislativou a všechny kroky výrobního procesu se tam velmi přísně kontrolují.  

Proč se v automobilkách tak přísně dbá na kvalitu výroby?

Němec: Počátek tak striktního sledování kvality je v 70. letech minulého století, kdy se přišlo s koncepcí zero defects, ZD*) – tedy bezporuchové výroby, kdy se vše má vyrobit správně na první pokus. Na zmetek se tedy nemá přijít až po závěrečném měření, ale zmetky by neměly vůbec vznikat. Jeden z mála oborů, kde se koncepce ZD zachovala dodneška, je automobilový průmysl. Řídí se jí 80 až 90 % našich zákazníků. V jiných oborech se zákazníci smíří s tím, že se výrobky třídí na konci, že tedy napoprvé nevzniká perfektní produkt.  

Výrobky do automobilů se tedy nekontrolují až na konci výrobní linky, ale jde o preventivní kontrolu?

Němec: Snahou je za každou cenu zabránit tomu, aby se udělala chyba v průběhu výroby. V důsledku toho se kontroluje téměř všechno. Kontroly kvality se často „perou“ s taktem stroje a výrobní kapacitou, protože kontrola může být časově velmi náročná a nákladná. Automatizace výroby bez kontroly kvality je vlastně laciná disciplína. Co tu cenu výrazně zvyšuje, je kontrola kvality.  

Jak vznikne bezchybný, kvalitní výrobek?

Rolenc: Pro kvalitní výrobek je úplně nejdůležitější správně navržený výrobní proces. Špatným postupem těžko vznikne dobrý výrobek. Četné kontroly mají zabránit lidským chybám. Aby se nestalo, že se pro stroj připraví třeba špatné šrouby, které jsou sice kvalitně vyrobené, ale jsou pro jiný typ výrobku. Takže nejprve se kontrolují vstupní komponenty. Zákazník potom spolu s námi definuje nejčastější vady, na ty se následně navrhnou kontroly (např. špatně vyříznutý závit, špatná drážka apod.).  

Jaké kontroly se provádějí v průběhu výroby?

Rolenc: Na konci každého mezikroku se zkontroluje, že proběhl správně – a že například nedošlo k poškození manipulací a montáží. Zvlášť důležité je zkontrolovat, zda se správně provedly všechny výrobní kroky předtím, než se do výrobku namontuje nějaká nákladná a těžko demontovatelná komponenta, velmi často zatavený nebo lepený plošný spoj a tak podobně. Je pochopitelně ekonomičtější vyhodit nebo opravit vadný polotovar bez drahého dílu, který není možné po demontáži použít znovu v dobrém výrobku. Průběžná kontrola je nutná také v případě, kdy v celkové sestavě jednotlivé díly již nejsou pro kontrolu dostupné, protože zkrátka na jednotlivé díly dovnitř není vidět. 

Vyžadují zákazníci možnost opravovat vadné kusy?

Němec: Poslední dobou je snahou nevyhazovat vadné kusy, ale pokusit se je rozebrat a složit správně znovu. Co nejméně odpadu není jenom ekonomické, ale i ekologické hledisko. Mnohdy je to ale docela oříšek. V momentě, kdy je díl jednou zaznamenaný jako vadný, linka ho neakceptuje a poměrně usilovně se brání vpuštění takové součásti do procesu. Na to je nutné myslet při přípravě řídicího softwaru. Opět to poněkud zesložiťuje celý stroj, nicméně v současné době jde již o standardní požadavek. 

Kdo vlastně určuje, jaké kontroly mají být v průběhu výroby provedeny?

Němec: Naším zákazníkem je dodavatel dílů do automobilu. Ten dostane většinou od automobilky definované testovací parametry výrobků. Podle nich se automobilka rozhodne, zda je dodávaný výrobek správný (a zda ho tedy použije v automobilu). Dejme tomu u kompresoru do klimatizace definuje maximální proudový odběr, hlučnost, vibrace, mezní tlaky a další parametry. V konstrukční kanceláři našeho zákazníka navrhnou kompresor se zadanými parametry a nám do zadání na montážní linku kompresoru uvedou požadavky na tyto parametry výrobku. Naším úkolem je potom zajistit dodržení parametrů buď procesně, nebo cílenou kontrolou.

Rolenc: Většinou dostáváme buď prototyp, nebo 3D model výrobku a výše zmíněné parametry. Parametry, které se mají kontrolovat v mezikrocích nebo jen tam, kde je to implicitně dáno montážním procesem, definujeme my. Výsledky všech testů a kontrol se pochopitelně ukládají do databáze, aby bylo možné je vždy ověřit a zpětně dohledat.  

Jak se vyvíjí obor kontroly kvality výroby?

Němec: V poslední době stále narůstá podíl výpočetní techniky ve výrobě. V linkách, které dnes dodáváme, je často tak výkonný počítač, s jakým se dříve stříhaly filmy, takže není problém, aby zpracoval další a další kontroly. Dříve se montáž výrobků kontrolovala podle toho, zda se kroky vykonaly ve správném čase se správnými parametry. Postupem času to přestalo stačit a místo dřívějších jednoduchých kontrol nyní nahráváme zvuk, měříme vibrace laserem, pořizujeme fotografie z mnoha různých stran a ukládáme je. To vše se analyzuje, ukládá na disky, tiskne do reportů.

Rolenc: U zákazníků jsou velmi oblíbené kamery a zpracování obrazu metodami na hraně umělé inteligence. V průběhu procesu se měří rozměry pomocí 3D skenerů na desetiny milimetru nebo i přesněji. Roste i počet samostatných kontrolních stanic. Na lince nyní může být i polovina ze všech kontrolních pracovišť. Kontroly ale mají smysl jen tehdy, je-li jednoznačné, který výsledek je správný a který špatný. Určit, která kontrola má, nebo nemá smysl, není vždy úplně jednoduché, obzvlášť v nadšení ze všech různých možností moderních senzorů.

Němec: Například se nám stalo, že zákazník hodně stál o to, aby nahrával zvuk při roztočení motoru ve výrobku. Vznikaly poměrně dlouhé zvukové záznamy. Přitom se za celou životnost stroje vůbec nepodařilo najít korelaci mezi markery ve zvuku a vadami tohoto konkrétního výrobku – jednoduše přijít na to, který zvuk indikuje správný a který špatný výrobek. Takže z té spousty nahrávek není žádný závěr. Na jiné lince jsme proměřovali vibrace na motoru pomocí laserových senzorů. Ovšem najít korelaci mezi vibracemi a konkrétními vadami motoru, které je možné zjistit i jinak, bylo na úrovni výzkumné práce. 

Zdá se, že obor kontroly kvality se nyní bouřlivě rozvíjí. Mají kontroly kvality nějaká omezení?

Němec: Jde o to, aby kontroly úplně neparalyzovaly výrobu. Možnost cokoliv měřit, nahrávat, kontrolovat a ukládat je svůdná – takže si o to zákazník rád řekne. Je možné uchopit kompresor robotem a otáčet jím před HD kamerou, ovšem je také nutné ho dostatečně rychle vyrobit. Takže dnes už nejde o to, zda jsme schopni něco zkontrolovat, ale o to, jak sestavit řetěz kontrol tak, aby pokryl všechny nutné parametry a přitom výroba běžela dostatečně rychle. 

Sofistikovaná zařízení pro kontrolu kvality jsou docela nákladná. Jste schopni zákazníkovi říct, že je některé kroky možné provést daleko efektivněji a třeba s nižšími náklady?

Němec: Primární cíl je společný: dosáhnout provozních parametrů. Efektivně – tedy s racionálním poměrem ceny k výkonu. Pokročilé senzory jsou jedny z nejdražších součástí, které pro naše stroje nakupujeme, většinou v zahraničí. Jejich cena je dost vysoká, protože někteří dodavatelé na ně mají faktický monopol a příliš se nesnaží přizpůsobovat ceníky. Největším zaklínadlem jsou dnes kamery, ovšem jejich dodavatelé často ne­upozorní na jejich omezení, třeba na hraniční světelné podmínky, nutný kontrast, rozlišovací schopnost... Některé problémy jsou pouze úsměvné a snadno řešitelné – například nám „oslepl“ kamerový systém poté, co byl stroj umístěn do prosklené haly a obsluhován operátory ve svítivě bílých antistatických kombinézách. Na oblečení našich kolegů převažuje šedá, při testech v naší hale bylo tedy vše v pořádku. Odražené světlo pronikalo dovnitř místem pro odebírání výrobků. Ale to je úloha víceméně řešitelná. Situace, kdy zákazník požaduje kamerou kontrolovat přítomnost černého těsnění pod matným černým šroubem na dně černé krabice, je již složitější. Víra ve schopnosti techniky je někdy přehnaná.

Navíc kamery lze v nadpoloviční většině případů nahradit jednoduchým čidlem dotyku nebo jiným přístupem. Hloubku vrtaného otvoru je většinou snazší ověřit odpruženou tyčkou než laserovým dálkoměrem. Ověřený mechanický postup také většinou skýtá menší prostor pro chybu. Nezvyšuje výrazně komplexitu stroje.

Rolenc: A navíc se speciální zařízení často chovají jako černé skříňky. Komunikujeme s nimi přes nastavené rozhraní, ale nevíme, co se děje uvnitř. Často kvůli nim musíte mít i kvalifikovanější obsluhu. Ohnutou odpruženou tyčku snadno opraví mechanik, na stávkující kamerový systém ale potřebujete proškoleného odborníka. A čím více je na lince takových systémů, tím nákladnější je obsluha a servis.  

Kontroly kvality je tedy třeba navrhovat s rozmyslem. Na jaké argumenty slyší zákazníci?

Rolenc: Zákazníci slyší na magické slovo takt. Jakmile zjistí, že vyhodnocení zabere několik vteřin, je ochotnější vyřešit kontrolu mechanickým způsobem, který trvá půl vteřiny. Snažíme se postavit linku tak, aby byla co nejlevnější na údržbu, na provozování, na uvádění do provozu a také na změny v případě, že se výrobek upraví.

Jsou však úlohy, kde jsou kamery nenahraditelné. Třeba kontrola nanášení pájecí pasty. Dříve nebylo možné automaticky zkontrolovat, zda je pasta dostatečně nanesena, a nyní je to pro kamerový systém poměrně triviální úloha.

Co je rozhodující pro to, abyste získali zakázku na linku nebo stroj od dodavatele do automobilového průmyslu?

Němec: Prvním kritériem je čas realizace. Na zakázky není moc času. V automobilovém průmyslu se totiž v současnosti obnovuje výrobní zařízení velmi rychle. Celý obor zrychlil v době hospodářské krize v letech 2008 až 2009. Automobilky hledaly cesty, jak zachovat odbyt, a tedy udržet produkci. A tak začaly s častějším uváděním nových modelů. Nyní se jednou za rok a půl představí nový facelift a každé tři čtyři roky nový model. V novém modelu je velký podíl nových dílů, který vyžaduje nové výrobní zařízení. Zatímco linka na stáčení piva nebo plnění jogurtů může být v provozu desítky let a mění se pouze etikety, v automobilovém sektoru potřebujete každé dva roky nové stroje. Proto je čas realizace pro zákazníka prvním parametrem, podle kterého se rozhoduje. Typicky je na postavení linky devět až deset měsíců. 

Co dalšího hraje roli v rozhodování o zakázce?

Němec: Zákazník musí být přesvědčený o tom, že zakázku v předepsaném čase skutečně zvládneme. Velmi bedlivě se posuzuje každý dodavatel. Zákazníka zajímá, jak vyrábíte, kde vyrábíte, jak vypadá vaše projektové řízení, komunikace, interní procesy. Realizační schopnost se doloží jednak referencemi a jednak tím, jak sestavíme nabídku, předložíme projektové plány a v nich ukážeme cestu, jak projekt řešit. Stroje a linky jsou prototypy, v těch rozsáhlejších se většinou řeší nějaký problém, který je nový, unikátní.  

Patří cena mezi důležitá kritéria při rozhodování, která firma zakázku získá?

Němec: Cena je samozřejmě velmi důležitá. Nikdo stroj nekoupí dvakrát dráž, než za kolik ho nabídne konkurent. Na zlevňování se tlačí i shora v celém řetězci. Automobilka si potřebuje vytvořit cenový prostor. Protože i když jsou nyní auta vybavena daleko lépe než dřív a počet dílů se vzhledem k požadavkům na komfort a bezpečnost zdvoj- až ztrojnásobil, nejsou pětkrát dražší než před deseti lety. 

Jak probíhá zakázka na výrobní linku, stroj nebo kontrolní pracoviště pro výrobce do automobilového průmyslu?

Rolenc: Nejprve vytvoříme koncept řešení a podle něj 3D model požadované linky nebo stroje. Nad ním si se zákazníkem ověřujeme, že mu zvolený koncept vyhovuje a odpovídá všem požadavkům. Z 3D modelu vzniká výkresová dokumentace, kusovníky a další podklady. Podle dokumentace nakoupíme komponenty, vyrobíme speciální díly a sestavíme stroj.

Němec: K oživení a testování používáme vzorky dodané zákazníkem. Finální výrobky se téměř vždy nějak liší od původních modelů nebo prototypů, se kterými jsme pracovali. Doplní se šroub, mírně se změní tvar, použije se jiný materiál. S tím vším je nutné počítat. Proto přibližně stejnou dobu, která je třeba na montáž stroje, věnujeme jeho ladění, testování a úpravám. Následně stroj uvedeme do provozu a před odvozem testujeme u nás. Funkční zařízení se poté rozebere na menší funkční celky a odveze k zákazníkovi. Tady opět často dochází ke změnám oproti původnímu plánu. Po několika kolech testů za účasti našeho zákazníka i automobilky proškolíme obsluhu i údržbu, finalizujeme dokumentaci a zařízení přechází do provozu. Tím pro nás zakázka „víceméně“ končí. 

Vracíte se k zákazníkovi i poté, co je stroj nebo linka v provozu?

Němec: Ano, jestliže zákazník chce stroj nebo linku rozšířit, přidat funkcionalitu, zaměnit díl nebo něco podobného. Míváme se zákazníky dlouholetá partnerství, pro každého z nich obvykle řešíme desítky projektů, takže lze vlastně říct, že od něj spíš vůbec neodcházíme, než že bychom se vraceli. 

Při kontrole kvality vzniká velké množství dat. Zpracování a analýzy dat jsou ještě náročnější, je-li vyžadována vysledovatelnost (traceabilita) výrobků. Jak přistupuje k práci s daty společnost DEIMOS?

Němec: Pro automobilky je traceabilita povinná, z důvodu bezpečnosti legislativně zakotvená. Svolávací akce při zjištění nějaké skryté vady série dílů vychází právě z těchto dat. Dnes je možné dohledat konkrétní šroub v každém automobilu.

V naší firmě máme zvláštní tým pro práci s daty. Dříve byl dost striktně oddělen systém řízení výroby od sběru dat. Nyní se sběr dat prolíná řízením výroby. S daty už nepracuje jen oddělení kvality zákazníka, stroje komunikují mezi sebou. Komunikace probíhá elektronicky napřímo, palety jsou osazené tagy RFID nebo čárovým kódem. V důsledku je potom možné například zabránit vpuštění konkrétní série dílů (nebo výrobků obsahujících tyto díly) kamkoliv do výrobního procesu v továrně.

V principu se od centrálního řízení výroby přechází k paradigmatu multiagentního systému. Což je vlastně základ koncepce průmyslu 4.0. 

Data mohou po analýze napovědět výrobcům mnoho zajímavého o jejich podniku. Jak vidíte tyto možnosti v budoucnu?

Němec: Pravděpodobně jsme již blízko zlomu, kdy se z ohromného množství dat, které se získává při kontrole kvality, začnou smysluplně vyvozovat informace, které nejsou „viditelné na první pohled“. Začnou se více využívat mechanismy umělé inteligence. Současný internet věcí je vlastně taková továrna rozprostřená ve větší ploše s menšími zařízeními. Je škoda stejný mechanismus nevyužívat i v oboru, který má k technice nejblíže.

Uložené záznamy výrobních operací můžeme spojovat, obohatit o další data, například o teplotě či o tom, kdo byl na směně, jaké bylo počasí apod. Tak získáme nové užitečné informace. Třeba o tom, že se za určitých konkrétních podmínek hromadí odchylky v tolerancích, které jsou sice ještě ve shodě, ale jejich trend je negativní.

V současnosti dokážeme leccos zpětně dohledat, v budoucnu budeme predikovat. Již nyní dokáže průměrný CNC stroj zjistit, že se mu tupí nástroj a je třeba ho vyměnit, aby i nadále vyráběl přesně. Ale zatím stroje nedokážou vzájemně komunikovat a informace nejsou centrálně vyhodnocovány. Vše komplikuje i to, že dodavatelé jednotlivých zařízení řeší sběr dat odlišným způsobem. Současné standardy pro MES a další jsou spíše sérií doporučení. My se snažíme tuto úlohu zastřešit a sjednotit a komunikovat i s dalšími společnostmi tak, aby vznikl přijatelný standard na úrovni konkrétní referenční implementace.  

Jaké další trendy pozorujete v oboru průmyslové automatizace?

Němec: Velké IT firmy, které původně spolupracovaly zejména s finančním sektorem, se začínají zaměřovat na internet věcí a snaží se přiblížit k průmyslu – ať již prostřednictvím akvizice firem, nebo vlastního vývoje. Nezbývá než doufat, že budou respektovat specifika průmyslové výroby. V řadě oborů je považováno za normální, že počítač občas „spadne“. Tak ho vypneme a zapneme a ono se to srovná. Ve výrobě není možné přerušit provoz a sledovat nápis: „Nevypínejte počítač, probíhá aktualizace.“ 

Proč si myslíte, že se firmy zaměřené dosud spíše na kancelářský software začínají zaměřovat na průmysl?

Němec: Většina softwaru pro banky, finanční instituce a jiné organizace se stala komoditou. Hardwarovou infrastrukturu zase vytlačují cloudová řešení. Dříve se na zakázku stavěly i menší webové stránky, dnes je to záležitost online objednávky a konfigurace. Trh se nezmenšuje, pouze se mění struktura. IT firmy se naučily analyzovat data ze sociálních sítí, z platebních systémů bank, z velkých databází. Tyto analýzy nabývají na významu i v průmyslu, snad s výjimkou Facebooku.  

Rozmlouvala Eva Vaculíková.

Vladislav Němec, výkonný ředitel

Výkonným ředitelem je od roku 2015. Předtím řídil ve společnosti DEIMOS jako externista zavádění nových řídicích postupů. Jejich cílem bylo zvýšit kvalitu řízení a organizace projektů ve společnosti. Nové řídicí postupy jsou nezbytným krokem pro další růst společnosti.

Miloslav Rolenc, vedoucí realizace projektů

Ve společnosti pracuje od roku 2007. Nejprve řídil tým konstruktérů a nyní má na starosti celý realizační tým včetně projektových manažerů. Je zodpovědný za celý projekt –
od prvotní konzultace s klientem přes návrh unikátního konstrukčního řešení až po realizaci projektu a ladění detailů při dodávce stroje klientovi.

Obr. 1. Montáž automatického stroje v provozu firmy DEIMOS