„Oportunități enorme, multe dintre acestea ne sunt încă complet necunoscute”

Martin Schleef: Imaginați-vă un utilaj sau un sistem de utilaje interconectate care execută în mod repetat sarcini specifice la viteze mari. Pe scurt, automatizarea industrială se referă la controlul acestor utilaje, adică la cum să le porniți, să le opriți în timpul producției sau să le îmbunătățiți. Cel mai relevant standard de referință aici este așa-numita eficiență globală a echipamentelor (OEE). Această măsură reflectă utilizarea echipamentului în raport cu timpul de producție și convertește disponibilitatea, performanța și nivelurile de calitate în rapoarte ușor de vizualizat. La Fraunhofer IPA, investigăm modul în care OEE poate fi îmbunătățit prin utilizarea tehnologiei senzorilor, inteligenței artificiale și a altor tehnologii.

Matthias Eick: După părerea mea, obiectivul automatizării industriale este de a automatiza procesele cu o mare precizie de repetabilitate și de a elimina necesitatea implicării umane. Astfel de procese nu mai sunt domeniul exclusiv al atelierului: există multe alte domenii care beneficiază, de asemenea, de progresele în automatizare. Există în prezent pe piață o abundență de instrumente tehnice mai mici, mai puternice și mai ușor de utilizat.

Steffen Quadt: Termenul nu mai este exclusiv pentru producție. Agricultura este, de asemenea, o ramură industrială. În opinia mea, scopul principal al automatizării industriale este de a îmbunătăți productivitatea. Acest lucru poate fi realizat prin tehnologie, dar și prin metode și abordări noi. Aceeași tehnologie poate genera rezultate complet diferite, în funcție de modul în care este implementată.

Frank Sangel: Pe lângă îmbunătățirea productivității, automatizarea se referă și la a-i elibera pe oameni de sarcini monotone și obositoare, ceea ce îmbunătățește siguranța proceselor.

Schleef: Așa este. Facem distincție între diferiți factori care determină automatizarea, cum ar fi calitatea sub forma preciziei de repetare, de exemplu, sau ergonomia și disponibilitatea personalului.

Eick: Automatizarea nu înseamnă doar îmbunătățirea productivității proceselor, ci și optimizarea utilizării resurselor. Utilajele din industriile de prelucrare, de exemplu, pot planifica și utiliza materialele mult mai eficient cu ajutorul modelor computerizate.

Quadt: Noi privim tehnologia de automatizare atât dintr-o perspectivă verticală, cât și dintr-o perspectivă orizontală. Perspectiva verticală este cunoscută sub numele de piramida automatizării, care este împărțită în diferite niveluri: la baza piramidei, pe așa-numitul nivel de componentă, se află utilajele și senzorii; deasupra lor sunt nivelul de control, tehnologia de management al producției și nivelul de planificare a întreprinderii. Scopul este de a automatiza întotdeauna într-un mod structurat, de la bază către vârf. Această abordare oferă o vedere schematică a automatizării. Există, de asemenea, perspectiva orizontală, denumită ciclul de viață al produsului. Aceasta începe cu definiția cerințelor în faza de dezvoltare, adică cu mult înainte de a începe fabricarea. Mai mult, continuă până când există un succesor sau produsul este retras de la producție și include furnizarea de piese de schimb. Perspectiva orizontală devine din ce în ce mai relevantă în contextul unor probleme precum sustenabilitatea, eficiența energetică și utilizarea resurselor.

Eick: Este aproape imposibil pentru cei mai mulți utilizatori să vadă lucrurile într-un mod atât de cuprinzător. În practică, este mai probabil ca să fie „Vreau să produc un anumit produs, așa că trebuie să-mi adaptez procesele în consecință.”

Quadt: Și din acest motiv, evoluția tehnologiei de automatizare este departe de a fi încheiată. Inteligența artificială și algoritmii predictivi vor fi utilizați mult mai mult în viitor pentru a analiza și optimiza operațiunile. Perspectiva bidimensională pe care o avem acum se va extinde probabil în mai multe dimensiuni.

Eick: Securitatea IT este domeniul care se schimbă cel mai rapid în automatizarea industrială. Companiile nu pot trata acest subiect ca pe ceva punctual. În schimb, trebuie să fie mereu atente și au nevoie de ajutor din exterior pentru a face acest lucru.

Quadt: Este adevarat. Securitatea cibernetică necesită o mulțime de persoane foarte calificate și competente. Dar odată ce aceasta este implementată, automatizarea deschide oportunități enorme, dintre care multe ne sunt încă complet necunoscute. Există conexiuni pe care nu le vedem încă din cauza complexității lor. Algoritmii avansați și învățarea automată ne pun în situația de a înțelege mai bine complexitatea și de a recunoaște modele care anterior erau necunoscute.

Schleef: Nivelul de automatizare tinde să fie mai ridicat în marile companii decât în cele mici și mijlocii. Dar neinvestirea în automatizare va devein, în cele din urmă, o problemă, de exemplu, când productivitatea suferă și o companie își pierde avantajul competitiv. Văd un potențial uriaș aici pentru robotică: posibilitățile de aplicare explodează pur și simplu, iar roboții devin mai ieftini și mai ușor de utilizat. Cei mai mulți oameni nu realizează cât de simplu este să programezi un robot. Iar prin „învățarea prin imitație”, roboții își învață singuri multe lucruri.

Quadt: Primul obstacol cu care se confruntă multe companii este costul ridicat. Aceste costuri sunt inevitabile, dar se amortizează rapid, deoarece operatorii doresc să maximizeze utilizarea utilajelor. Cel mai bun utilaj nu este neapărat cel optimizat pentru a efectua rapid și eficient o singură sarcină. Un utilaj care este suficient de flexibil pentru a realiza mai multe sarcini ar putea fi mai potrivit.

Schleef: Este foarte adevărat. Chiar și marii producători, de exemplu, cei din industria auto, investesc din ce în ce mai mult în concepte inovatoare în loc de linii de asamblare foarte specializate. Unul dintre aceste concepte este așa-numita producție în matrice, în care produsele urmează căi flexibile între celulele de producție, permițând o mai bună gestionare a diverselor variante. Această abordare este, de asemenea, interesantă pentru întreprinderile mici și mijlocii care produc cantități reduse.

Eick: Flexibilitatea Industriei 4.0 – unde dimensiunile loturilor de numai 1 unitate sunt viabile din punct de vedere economic – vine, inevitabil, cu un compromis asupra eficienței. Întreprinderile mici și mijlocii nu trebuie să reproiecteze întreaga linie de producție dintr-o dată. În schimb, pot începe cu o soluție izolată, cu tehnologie de acționare descentralizată, sau pot înlocui sisteme sau componente individuale. Aceasta le permite să se familiarizeze treptat cu procesul de automatizare.

Schleef: Multe companii habar nu au cum să-și optimizeze flota de utilaje peste nivelul de automatizare existent – fie prin digitalizare suplimentară, prin înregistrarea extinsă a datelor de măsurare și calitate, sau prin utilizarea inteligenței artificiale. Dar dacă o fac, se deschid noi oportunități, chiar și pentru sistemele considerate deja a funcționa la capacitate maximă. Există programe de sprijin guvernamental, cum ar fi așa-numitele Quick Checks, pe care companiile le pot folosi pentru a-și analiza și evalua fabricile în decursul a câteva zile.

Sangel: Timpul și costul conectării și cablării tehnologiei de automatizare erau imense, ceea ce descuraja mulți constructori de utilaje. Însă, în prezent, totul este acum preconfigurat și asamblat, ceea ce face procesul mult mai ușor.

Berger: Asta cred și eu. Aici, în Germania, de exemplu, depindem de imigrație, așa că ar trebui să facem mai mult pentru a integra forța de muncă străină calificată. Avem multe de recuperat în acest sens.

Eick: Dar lipsa de competențe nu este o situație specifică Germaniei. De asemenea, întâmpinăm din ce în ce mai multe dificultăți în a recruta persoane potrivite pentru diverse locuri de muncă în alte țări, de exemplu, în Europa de Est.

Quadt: Automatizarea mai are un alt avantaj major: elimină necesitatea ca oamenii să facă o muncă obositoare, monotonă sau periculoasă pe care nimeni nu mai vrea sau nu mai are voie să o facă. Ar trebui să valorificăm celelalte puncte forte ale oamenilor, de exemplu flexibilitatea lor. Ca societate, este responsabilitatea noastră să încurajăm calificările și dezvoltarea profesională, mai degrabă decât să păstrăm locuri de muncă și activități învechite. Prosperitatea noastră în Europa Centrală nu depinde de materiile prime, ci de tehnologii și de capacitatea noastră de a le dezvolta și exploata.

Sangel: De exemplu, există producători de utilaje de turnare prin injecție, care folosesc acum servomotoare în loc de sisteme hidraulice pentru a menține uneltele. Marele avantaj al acestui lucru este că servomotorul consumă energie doar atunci când este în mișcare, în timp ce un sistem hidraulic necesită putere constant. Producătorii mari folosesc adesea zeci de astfel de utilaje, iar potențialul de economisire a energiei este enorm. Există studii care arată că înlocuirea sistemelor pneumatice și hidraulice cu tehnologia de automatizare electrică reduce consumul de energie cu zece procente. Producerea aerului comprimat este foarte intensă din punct de vedere energetic, pe lângă toate scurgerile. În plus, servoacționările mici sunt considerabil mai ușor de automatizat decât cilindrii cu aer comprimat.

Eick: Când vine vorba de cabluri, cele hibride sunt o modalitate inteligentă de a economisi resurse. Puterea și datele sunt combinate într-un singur cablu. Astfel, este necesar doar un cablu în loc de două, ceea ce reduce materialele de fabricație. În plus, există multe alte componente, cum ar fi lanțurile portcablu și cuplajele, care pot fi dimensionate mai mici și mai eficient. În acest fel, contribuim la un mediu mai ecologic prin produsele noastre.

Quadt: Utilajele și componentele cu o durată de viață lungă contribuie, de asemenea, la sustenabilitate. De exemplu, o cutie de viteze poate fi folosită timp de mai multe decenii. În schimb, echipamentele electronice tind să devină depășite mai rapid. Prin urmare, obiectivul trebuie să fie dezvoltarea unor strategii pentru prelungirea duratei de viață, de exemplu, prin actualizarea sau modernizarea dispozitivelor, în locul înlocuirii acestora.

Sangel: Și asta ne aduce la subiectul modernizărilor, care reprezintă, de asemenea, un pas către o sustenabilitate mai bună. În construcția de utilaje, de exemplu, merită modernizate utilajele vechi, deoarece părțile mecanice încă mai au o durată lungă de viață. Când tehnologia de automatizare este înlocuită, rezultatul este adesea un utilaj mult mai eficient, la o fracțiune din costul unuia nou.

Quadt: Trebuie să dezvoltăm în viitor tehnologii de automatizare care să sprijine o economie circulară. Materiile prime, precum magneții și pământurile rare, sunt scumpe. Unele dintre ele sunt foarte greu de obținut, iar altele se găsesc doar în zone de criză. Prin urmare, devine din ce în ce mai important să ne gândim la procese precum demontarea și reciclarea acestor materiale încă din faza de proiectare a unui nou produs.

Berger: Întreținerea predictivă, adică mentenanța utilajelor și echipamentelor prin monitorizarea stării și analiza datelor, este un subiect important. Teoretic, acest lucru poate fi realizat deja, dar în practică nu se întâmplă, adesea din motive simple: de exemplu, pentru că datele de măsurare relevante nu au fost definite. Uneori, apar dificultăți în pregătirea datelor. Sau pot exista probleme în definirea criteriilor de evaluare, un proces foarte complex care trebuie realizat pentru fiecare aplicație în parte.

Quadt: Există atât de multe cauzalități legate de utilaje și echipamente, dintre care unele nu le cunoaștem încă. Singura modalitate de a progresa este să creăm o cultură a măsurării și să înregistrăm cât mai mulți parametri măsurabili posibil. Algoritmii inteligenți vor putea determina ulterior care dintre aceștia sunt relevanți. Trebuie să le explicăm clar clienților: avem o idee, dar nu și soluția! Trebuie să lucrăm împreună pentru a o găsi. Multe companii sunt conștiente de monitorizarea stării și mentenanța predictivă, dar adesea lipsește o componentă esențială.

Schleef: Numeroasele posibilități de automatizare în atelierele de asamblare nu ar trebui să fie ignorate. Aici, multe sarcini sunt încă efectuate manual, iar cobotii ar putea prelua aceste activități. Activitățile din domeniul meșteșugului, cum ar fi cele din industria construcțiilor, experimentează, de asemenea, o automatizare masivă. Un alt trend sunt uneltele digitale, precum ochelarii de date și ochelarii HoloLens, care, printre altele, sprijină de la distanță angajații în timpul punerii în funcțiune sau întreținerii, oferindu-le informații și instrucțiuni.

Quadt: În orice caz, oamenii și utilajele se apropie și sunt mai bine conectate între ele. Întreținerea într-un mediu semi-virtual este un exemplu în acest sens. Multe activități pot fi efectuate mai rapid, mai eficient și cu mai puține erori. Proiectarea virtuală a utilajelor și echipamentelor există deja, de exemplu, dar în viitor va fi posibilă și punerea lor în funcțiune în mod virtual. Posibilitățile de optimizare sunt descoperite chiar înainte ca echipamentele să fie construite fizic. Sunt convins că dezvoltarea automatizării industriale este încă la început.