Aktuální vydání

celé číslo

04

2024

Průmyslové roboty a automatizace výrobních a montážních linek

celé číslo

Interaktivní využití smíšené reality při navrhování rozvržení továren

Továrny budoucnosti musí splňovat mnohé požadavky, mj. musí mít schopnost rychle se přizpůsobit novým výrobním procesům, vystačit s omezenou plochou a nemít přitom velké provozní náklady. Smíšená realita může poskytnout účinnou podporu při navrhování rozvržení továren, které tyto požadavky splňují. Výzkumníci z Fraunhoferova institutu pro výrobní technologie a automatizaci IPA vyvinuli prostřednictvím svého softwaru HoloLayouts aplikaci, v níž může několik lidí interaktivně spolupracovat na návrhu rozvržení výrobních zařízení s efektivním využitím daného prostoru. Proces plánování výrobní linky tak lze vyloženě „zažít“ ve virtuálním prostředí, do kterého jsou promítány změny prováděné v reálném čase.

 

K navrhování výrobních systémů a továren se v současné době většinou využívá výpočetní technika. Nevýhodou tohoto přístupu je obtížné zapojení výrobních zaměstnanců do procesu, protože s příslušným softwarem obvykle dokáže pracovat jen odborník. Nezbytnou součástí vytváření správných dispozic a scénářů jsou však podněty od zaměstnanců z výroby. Výrobní procesy se také rychle vyvíjejí a vyžadují přestavbu a rozšíření hal. Příkladem oblasti, v níž se procesy v důsledku inovací produktů a výrobních technologií rychle mění, je výroba baterií. Tyto problémy vedly výzkumníky Fraunhoferova ústavu IPA k vývoji aplikace pro plánování rozvržení továren se smíšenou realitou (MR – Mixed Reality). Software HoloLayouts vznikl jako součást projektu DigiBattPro4.0 (financovaného německým spolkovým ministerstvem školství a výzkumu BMBF – Bundesministerum für Bildung und Forschung), jehož cílem je dosáhnout plné digitální transformace ve výrobě bateriových článků.

 

Smíšená realita – jeden svět nestačí

„Výroba baterií je náročná vzhledem ke specifickým požadavkům technologických postupů, jako jsou čisté prostory a suché prostory obvykle nevelkých rozměrů. Výrobní inovace budou vyžadovat flexibilní možnosti navrhování rozvržení strojů a technologických celků, protože továrny budoucnosti budou muset být všestranné,“ přiblížil Christian Kaucher, výzkumník z Fraunhofer IPA. „S HoloLayouts reagujeme na tuto potřebu a umožňujeme navrhovat prostorově efektivní a flexibilní rozvržení, které se dokáže rychle přizpůsobit novým produktům a výrobním technologiím.“ Společně s kolegy Güntherem Riexingerem a Markusem Sasalovicim a s pomocí vývojového prostředí Unity se Kaucherovi podařilo využít nejdůležitější výhodu nástroje smíšené reality: dovoluje několika lidem vzájemně komunikovat v procesu plánování rozvržení továrny, tedy něco, co není s využitím běžných počítačových 3D plánovacích nástrojů dosažitelné. Na rozdíl od virtuální reality (VR) neexistuje žádná překážka mezi zaměstnanci a prostředím – vedle virtuálních modelů jsou stále schopni vidět skutečné prostředí a mohou komunikovat s ostatními lidmi, kteří se na procesu navrhování podílejí.

 

Ladění a ověřování funkčnosti

Kombinace softwaru HoloLayouts a hardwaru Microsoft HoloLens 2 umožnila ověřit funkčnost navrženého uspořádání a dále je ladit a upravovat. Náhlavní souprava se smíšenou realitou promítá virtuální plánovací prostředí přímo do zorného pole uživatelů. Uživatelé pak mohou zvedat předměty, přesouvat je, pohybovat se v prostředí, měnit měřítko a umísťovat jednotlivé objekty, jako jsou stroje nebo nástroje. K dispozici je také katalog pro přidávání nových objektů. Je též možné upravit např. vzdálenosti mezi objekty a šířky uliček. V miniaturizovaném režimu mohou uživatelé začít tím, že navrhnou několik možností rozvržení. Rozvržení se poté zobrazí v původní velikosti v měřítku 1 : 1. „To umožňuje včas identifikovat chyby v rozvržení, protože to zaměstnancům poskytuje realistický pohled na to, jak bude prostředí továrny vypadat,“ vysvětlil Ch. Kaucher a poukázal na výhody dvou měřítek pohledu. Zaměstnanci rovněž mohou pracovat jako tým v obou režimech i na rozvrženích společně. Sdílenou relaci lze spustit buď ve stejném prostoru (režim co-located), nebo na více místech (režim remote). Režim co-located zobrazuje model všem účastníkům přesně ve stejném bodě prostoru, což jim usnadňuje diskusi o konkrétních aspektech rozvržení. Intuitivní ovládání aplikace znamená, že i zaměstnanci bez zkušeností se smíšenou realitou se mohou zúčastnit procesu navrhování rozvržení výrobních zařízení.

 

První test HoloLayouts v projektu pro firmu Varta

Software HoloLayouts se již osvědčil v praxi v projektu DigiBattPro4.0. Aplikace smíšené reality byla použita k plánování nové výrobní oblasti obsahující dvě výstupní stanice surovin pro velké vaky a několik periferních zařízení, jako jsou prachové filtry. Rozvržení bylo navrženo ve spolupráci se společností VARTA Consumer Batteries GmbH & Co. KGaA. Zaměstnanci ocenili, jak aplikace usnadnila intuitivně porozumět procesu plánování rozvržení výrobních zařízení v prostoru.

Software HoloLayouts byl také použit v Centru pro digitalizovanou výrobu baterio­vých článků k návrhu montážní linky pro montáž lithium-iontových bateriových článků. Výroba bateriových článků typu 21700 zahrnuje procesy výroby elektrodových pásů, sestavování článků a montáž dalších komponent. Fraunhoferův ústav IPA navrhl výrobní linku pro sestavování článků. „V rámci toho úkolu jsme byli schopni využít HoloLayouts, což nám umožnilo vytvářet a testovat rozvržení, která velmi efektivně využívají omezený dostupný prostor,“ doplnil Ch. Kaucher.

[Tisková zpráva Fraunhofer IPA, leden 2023.]

(Grafika: Frauhofer IPA/Rainer Bez)

 

Jiří Hloska

 

Obr. 1. Plánování rozvržení výrobních zařízení pomocí softwaru HoloLayouts s využitím minimalizovaného layoutu

Obr. 2. Pozorování modelu s využitím HoloLayouts

Obr. 3. Model rukavicového boxu – kontejneru, který je hermeticky uzavřený vzhledem k okolnímu prostředí a je plynotěsný (zobrazený v HoloLayouts)