Aktuální vydání

celé číslo

11

2021

Monitorování stavu zařízení, diagnostika, řízení údržby

Snímače a systémy řízení polohy a pohybu (motion control)

celé číslo

Vyhlídky automatizace v automobilovém průmyslu

Česká republika má ve výrobě automobilů dlouhou tradici. Od devadesátých let dvacátého století prodělal tento obor bouřlivé změny. Silnou pozici má nyní u nás zejména výroba osobních vozů různých značek, protože Česká republika se stala lákavým místem, kam své výrobní provozy přesouvají zahraniční automobilky. Firmy, které dodávají řídicí a automatizační techniku na tento velmi proměnlivý trh, musí bedlivě sledovat, jaké požadavky budou na jejich řešení kladeny v budoucnosti. Odpověď by mohla dát studie Integrierte Technologie-Roadmap Automation 2015+, kterou vypracoval německý Institut pro studie budoucnosti a vyhodnocování techniky (IZT ) na objednávku německého sdružení elektrotechnického a elektronického průmyslu ZVEI. V článku jsou předloženy závěry, které uvádí tato studie v oddílu věnovaném automobilovému průmyslu.
 

Automobilky v pohybu

Výrobci automobilů se dnes musí vyrovnat s mnoha změnami na trhu. Tradiční odbytiště stagnují, zatímco nové trhy vykazují značný růst. Výrobci čelí také vnějším vlivům, jako jsou tenčící se zásoby surovin a zpřísňování zákonů na ochranu životního prostředí a vypouštění emisí. Ostrá konkurence nutí výrobce snižovat náklady na výrobu součástí a montáž při zachování vysoké kvality. Tyto tlaky vedou k tomu, že automobilky přesouvají mnohé výrobní operace s velkými požadavky na mzdy, jako je výroba součástí a konečná montáž, ze západní do východní Evropy a do Asie (viz vložený článek Střední a východní Evropa – nový Detroit).
 

Změny v organizaci i obchodování

Očekává se, že automobilky budou stále více činností přesouvat na subdodavatele. Vedle hotových výrobků budou subdodavatelsky řešeny další operace, jako je organizace a řízení dodavatelských řetězců, náběh výroby apod. Výrobci automobilů tak postupně přejímají roli integrátorů, kteří dokážou efektivně řídit sítě dodavatelů.
 
Spolupráce mezi výrobci a dodavateli často přerůstá ve strategické partnerství, v jehož rámci se subdodavatelé podílejí i na vývoji automobilů. To však klade velké požadavky na vývoj produktů podporovaný počítačem. Ten je nutný i proto, že vlastní vývojová střediska automobilek jsou rozptýlena po světě.
 
Podniky také budují obchodní modely pro celý životní cyklus automobilu. Nevyrábějí pouze vozidla, ale zajišťují i produkci náhradních dílů, poskytují informace potřebné při opravách. Starají se o hustou servisní síť, aby byl zákazník v péči poprodejních služeb. Tím se do popředí dostávají řetězce tvorby hodnot , které nenabízejí jen produkt, ale poskytují kompletní řešení rozšířená o balíčky služeb.
 

Inovace, inovace

Automobilový průmysl je charakteristický velmi častými inovacemi. Velké počty vyrobených kusů současně s rostoucími požadavky na kvalitu a inovace způsobují, že je ve výrobních podnicích vázán velký kapitál. Aby odbyt neklesal, je důležité dávat na trh v co nejkratších časových odstupech nové modely, které jsou co nejvíce inovovány a individuálně přizpůsobeny. Rostou požadavky zákazníků na komfort, bezpečnost a řešení přizpůsobená jejich potřebám. Proto se prodává stále více různých modelů a variant vozidel. Aby je mohly automobilky co nejefektivněji nabízet, fungují výrobní závody stavebnicovým způsobem s výrobními síťově propojenými moduly. U komunikačního propojení není tak důležitá technická realizace jako garantovaná dostupnost a kvalita informace. Mechanické a hydraulické systémy jsou při stavbě vozidel stále více nahrazovány elektrotechnickými, elektronickými a softwarovými řešeními. Software přestává být součástí každého dodávané dílu, a stává se samostatným komerčně prodávaným produktem.
 

Požadavky na automatizaci

Výroba automobilů je sice již nyní do značné míry automatizována, existuje zde však stále ještě velký prostor pro vývoj automatizačních řešení, zejména s ohledem na globalizaci konkurenčního prostředí, změny v řetězcích tvorby hodnot, nové požadavky na lepší efektivitu nákladů a na pružnost ve výrobě a také s ohledem na rostoucí požadavky na individuální řešení vozidel. Poptávku po nových automatizačních řešeních ve výrobě automobilů vyvolávají požadavky na:
  • bezpečnost a kvalitu,
  • pružnost, mobilitu a snadnou obsluhu,
  • standardizaci.

Bezpečnost a kvalita

Pro uspokojení požadavků na bezpečnost a kvalitu ve výrobě automobilů jsou důležitá tato řešení:
  • pokročilé inteligentní systémy řízení bezpečnosti práce (safety management),
  • zabezpečení informačních a výrobních systémů (security management),
  • systémy pro sledování stavu a hlídání kvality (RFID k identifikaci a stanovení polohy vozidel, jejich součástí, strojů apod.),
  • velmi přesné senzory a systémy strojového vidění.

Pružnost, mobilita a snadná obsluha

Výrobní zařízení budoucnosti se budou vyznačovat rychlou konfigurací a pružným zavedením. Důležitá bude schopnost snadno začlenit zařízení, včetně mobilních součástí, do prostorově rozptýlených struktur. Výrobní zařízení budou oproti těm dnešním o dost složitější, přesto je nezbytné, aby byla velmi přátelská k uživatelům. Při projektování velmi pružných a mobilních výrobních zařízení budou hrát ústřední roli tato řešení:
  • komplexní simulační systémy a obzvláště virtuální uvádění výrobních procesů,
  • systémy inteligentních softwarových agentů pro rychlé změny konfigurace apod.,
  • řešení plug-and-play,
  • bezdrátové prostředky s velkým zabezpečením pro integraci.
Metody založené na inteligentních softwarových agentech umožní integraci mobilních i stacionárních komponent umístěných v širokém prostoru.
 

Standardizace

Standardizace je důležitá pro vertikální integraci subsystémů – komunikační propojení sahající od provozní roviny až po řídicí rovinu – a také pro implementaci integrovaných simulačním modelů i pro realizaci samoučících systémů pro dálkovou diagnostiku a dálkovou údržbu. Pro zavedení těchto postupů je důležitý vývoj:
  • jednotných rozhraní pro subsystémy,
  • standardizovaných datových modelů pro komponenty, moduly a zařízení,
  • jednotných diagnostických nástrojů a programovacích prostředí.

Tržní potenciál

ZVEI provedla mezi 70 odborníky průzkum, aby zjistila, které nástroje jsou v automobilovém průmyslu nejpřínosnější a mají největší tržní potenciál. Průzkum ukázal, že největší tržní potenciál mají nástroje a metody uvedené v tab. 1. Softwarové agentní systémy byly v průzkumu hodnoceny jako metoda, která by byla v automobilkách velmi užitečná, ale dosud nemá velký tržní potenciál, protože není zralá pro využití v praxi a vyžaduje další vývoj.
 

Klíčová řešení pro budoucnost

Představa o budoucnosti uvedená v rámečku Digitální továrna roku 2020 může být uvedena v život, pouze budou-li vyvinuta klíčová řešení (obr. 1). Nejprve musí být pomocí vhodných senzorů zaznamenány všechny relevantní parametry dosavadních technologických postupů ve výrobním závodě a následně převedeny do digitálního tvaru. Všechny příslušné subsystémy (ERP apod.) i hardwarové komponenty musí být prostřednictvím standardizovaných rozhraní integrovány, aby bylo možné vytvořit rozsáhlý a kompletní simulační model. Různé komponenty podniku musí být dosažitelné s využitím výkonných a (v ideálním případě) bezdrátových identifikačních a lokalizačních systémů. Musí být zajištěn centrální sběr a vyhodnocování dat a ovladatelnost softwaru, který tyto funkce zajišťuje.
(ev)
 
Obr. 1. Klíčová řešení pro realizaci „digitální továrny roku 2020“
 
Tab. 1. Objem výroby automobilů ve střední a východní Evropě
Tab. 2. Nástroje a metody se značným tržním potenciálem v automobilovém průmyslu
 

Střední a východní Evropa – nový Detroit?

Zajímavé odhady uveřejnila v únoru 2007 agentura PricewaterHouseCoopers. Podle ní se má do roku 2011 přesunout do střední a východní Evropy produkce automobilů za 6 mld. USD. Velké investice přitahují podle tohoto průzkumu především Česká republika, Maďarsko, Polsko, Rumunsko, Slovensko a Slovinsko. Tím si tento region vysloužil přezdívku „nový Detroit". Oblast láká investory hlavně nízkými mzdami. Podle Federation of European Employer činily v roce 2007 průměrné mzdy v zemích střední a východní Evropy pouze 16 až 37 % průměrné mzdy v Německu. Ačkoliv mzdy a sociální pojištění v tomto regionu stále rostou, bude trvat ještě roky, než se vyrovnají německým. Například při průměrném růstu mezd na Slovensku o 4 % a v Německu o 1 % dojde k vyrovnání za 70 let. Svou roli hrají také investiční pobídky jednotlivých zemí, které poskytují daňové úlevy velkým investorům. Značný vliv má podpora EU v podobě strukturálních fondů určených pro
tyto rozvíjející se ekonomiky.
 
Objem výroby ve střední a východní Evropě ukazuje tab. 1. Automobilka Hyundai spustí v Nošovicích výrobu v září 2008, sériová výroba má začít na jaře 2009. Kromě toho automobilka Ford přesouvá v současné době výrobu nenákladných vozů Ka ze Španělska do polské továrny na výrobu vozů Fiat a podniky General Motors, Renault-Nissan, Cherry a Tata se zajímají o přesun své výroby do výrobního závodu v jižním Rumunsku.
 

Digitální továrna roku 2020

Ve výrobních odvětvích a především při výrobě automobilů se okolo roku 2020 prosadí koncepce digitální továrny s komplexní simulací a trojrozměrnou vizualizací všech relevantních technologických procesů a komplexním systémem pro plánování, realizaci, řízení a optimalizaci. Výkonné počítače budou simulovat reálný výrobní proces ještě před jeho spuštěním a také vývoj produktů a výstavbu továrních budov, stejně jako celou produkci (včetně servisu, poruch apod.) a vlastní logistické dodavatelské řetězce – od dodavatele až po koncové zákazníky.
 
Koncepce digitální továrny bude urychlovat a optimalizovat rozvoj výroby a rozvržení výrobních procesů. Ale nejen to – v simulačních modelech bude zachycena také kompletní reálná výroba se všemi příslušnými fyzikálními veličinami (tlak, teplota atd.). Dodavatelé budou prodávat senzory a příslušná rozhraní potřebná pro simulaci v reálném čase. Na komplexních simulačních modelech budou úzce spolupracovat podniky na automatizaci i dodavatelé softwaru.
 
Díky vertikální integraci bude probíhat komunikace od provozní a řídicí úrovně po úroveň vedení podniku a prostřednictvím síťového propojení simulačních modelů s vlastní továrnou bude mít vedení podniku přístup až na úroveň procesů. Výrobu si bude možné „prožít“ a vyzkoušet všemi smysly. Simulační prostředí budou dosahovat „reálné“ složitosti. Přenosové brýle, helmy a rukavice umožní vizuální, hmatové i čichové vjemy. Uvnitř virtuálního světa bude možná i interakce mezi lidmi.