Digitální 3D modely v průmyslovém prostředí

Tags: 3D modely | Digitální | Jan Bezdíček | Návrhy | Optimalizace | Provoz | Rockwell Automation | Výroba

Po­mo­cí di­gi­tál­ních 3D mo­de­lů lze pře­dem ově­řit funkč­nost ná­vr­hu i za­ško­lit ob­slu­hu no­vých stro­jů, za­ří­ze­ní či do­kon­ce ce­lých vý­rob­ních kom­plexů. Pokud jsou tyto mo­de­ly ná­sled­ně udr­žo­vá­ny ak­tu­ál­ní, mohou být uži­teč­né i v re­ál­ném pro­vo­zu a pro po­tře­by údrž­by, po­pří­pa­dě po­slou­ží při další op­ti­ma­li­za­ci či ná­sled­ných úpra­vách. Mo­der­ní vý­rob­ní za­ří­ze­ní a au­to­ma­ti­zo­va­né pro­dukč­ní linky či pro­ce­sy před­sta­vu­jí velmi kom­plex­ní sys­témy se slo­ži­tým ná­vrhem, re­a­li­za­cí a sou­vi­se­jí­cím ří­ze­ním. Již po­čá­teč­ní návrh ta­ko­vých sys­té­mů vý­raz­ně usnadňují di­gi­tál­ní mo­de­ly.

Na těch lze pře­dem, v zá­vis­los­ti na míře po­drob­nos­tí mo­de­lu, si­mu­lo­vat fy­zic­ké roz­mís­tě­ní všech za­ří­ze­ní a tes­to­vat je­jich vzá­jem­nou in­ter­ak­ci i kom­plet­ní ří­ze­ní se všemi vstup­ní­mi a vý­stup­ní­mi roz­hra­ní­mi. S po­mo­cí po­drob­né­ho mo­de­lu se lze vy­hnout mnoha ri­zi­kům při ná­vr­hu no­vých i při ino­va­cích stá­va­jí­cích tech­no­lo­gií. Vhod­ně na­vr­že­ný model může rov­něž po­mo­ci ově­řit, že na­vr­ho­va­ná tech­no­lo­gie splní nutné před­pi­sy a na­ří­ze­ní sou­vi­se­jí­cí s bez­peč­nos­tí vý­ro­by.

Jak model vzni­ká

Po­dob­ně jako v pří­pa­dě ar­chi­tek­to­nic­kých ná­vrhů nebo de­sig­nů in­te­ri­é­rů vy­u­ží­vá i 3D mo­de­lo­vá­ní vý­rob­ních za­ří­ze­ní při­pra­ve­né mo­de­ly stro­jů a různé knihov­ny dal­ších prvků. Z praxe víme, že pro řadu vý­rob­ců se do­dáv­ka di­gi­tál­ních mo­de­lů k je­jich pro­duk­tům již dnes stává sa­mo­zřej­mos­tí. Tyto jed­not­li­vé kom­po­nen­ty lze pak v rámci vy­tvá­ře­né­ho mo­de­lu roz­mís­tit a vzá­jem­ně pro­po­jit stej­ným způ­so­bem, jakým budou poz­dě­ji in­ter­a­go­vat ve fy­zic­kém světě. Ta­ko­vý­to 3D model pak před­sta­vu­je di­gi­tál­ní dvoj­če re­ál­né­ho pro­ce­su a může být na­po­jen jak na si­mu­lo­va­ný, tak i re­ál­ný ří­di­cí sys­tém. Sou­čás­tí mo­de­lu mohou být do­kon­ce ovlá­da­cí prvky, na­pří­klad plně funkč­ní ope­rá­tor­ské pa­ne­ly.

Všech­ny sou­čás­ti mo­de­lu není ne­zbyt­ně nutné vy­tvá­řet se stej­nou úrov­ní de­tai­lů – dů­le­ži­té je za­mě­řit se na nej­dů­le­ži­těj­ší a nej­kri­tič­těj­ší části vý­rob­ní­ho pro­ce­su, kde může do­chá­zet k pro­blé­mům a/nebo které po­sky­tu­jí nej­vět­ší pro­stor pro op­ti­ma­li­za­ci. V pří­pa­dě, že do vy­tvá­ře­né­ho mo­de­lu po­tře­bu­je­me za­čle­nit i již exis­tu­jí­cí část tech­no­lo­gie (např. exis­tu­jí­cí vý­rob­ní za­ří­ze­ní, linku či pro­ces), pro kte­rou ne­má­me vhod­ný model, pak máme ně­ko­lik mož­nos­tí. Vedle vy­tvo­ře­ní je­jich kom­plet­ní­ho di­gi­tál­ní­ho dvoj­če­te je na­pří­klad možné ome­zit se jen na jed­no­du­chou apro­xi­ma­ci v po­do­bě sig­na­li­za­ce stavů stro­je či za­ří­ze­ní.

Si­mu­la­ce vý­ro­by a za­ško­le­ní ob­slu­hy

Kromě již zmiňova­né­ho vy­u­ži­tí dy­na­mic­ké­ho 3D mo­de­lu pro účely ná­vr­hu sys­té­mu lze model, pokud je do­sta­teč­ně věrný, vy­u­žít i ke zrych­le­ní ne­zbyt­né­ho za­ško­le­ní ob­slu­hy no­vé­ho vý­rob­ní­ho za­ří­ze­ní, se kte­rou lze začít mno­hem dříve, než je tech­no­lo­gie fy­zic­ky in­sta­lo­vá­na. Na di­gi­tál­ním mo­de­lu lze navíc si­mu­lo­vat nejen běžný pro­voz, ale rov­něž na­vo­dit i různé jiné stavy a scé­ná­ře, např. po­ru­chy. Po­dob­ně jako pi­lo­ti do­prav­ních le­ta­del může mít tedy i per­so­nál ob­slu­hu­jí­cí vý­rob­ní linku za sebou mnoho hodin prak­tic­ké­ho vý­cvi­ku na si­mu­lá­to­ru, ještě před­tím, než je mu umož­ně­no začít ovlá­dat sku­teč­nou tech­no­lo­gii.

Di­gi­tál­ní model a re­ál­ný pro­voz

Role di­gi­tál­ní­ho mo­de­lu ne­mu­sí skon­čit s uve­de­ním vý­rob­ní tech­no­lo­gie do pro­vo­zu. Model lze i na­dá­le vy­u­ží­vat k si­mu­la­cím růz­ných stavů, včet­ně na­pří­klad i od­stá­vek a ser­vis­ních zá­sa­hů, kon­ti­nu­ál­ní­ho ško­le­ní ob­slu­hy, a pře­de­vším také při ná­sled­né op­ti­ma­li­za­ci jed­not­li­vých částí vý­rob­ní­ho pro­ce­su či do­da­teč­ných úprav. Ne­zbyt­nou pod­mín­kou je však udr­žo­vá­ní mo­de­lu ve stavu, který bude od­rá­žet ak­tu­ál­ní, a tedy re­ál­ný stav si­mu­lo­va­né­ho pro­ce­su.

Di­gi­tál­ní mo­de­ly vý­rob­ních za­ří­ze­ní jsou dnes sa­mo­zřej­mos­tí na­pří­klad v au­to­mo­bi­lo­vém prů­mys­lu, kde se de­tail­ně mo­de­lu­jí jed­not­li­vé pro­ce­sy na vý­rob­ních lin­kách. Cílem je zís­kat da­le­ko větší kon­t­ro­lu nad kom­plex­ním vý­rob­ním pro­ce­sem, ve kte­rém každá ne­e­fek­ti­vi­ta nebo pře­ru­še­ní vý­ro­by zna­me­ná vel­kou fi­nanč­ní ztrá­tu. Mo­de­lo­vá­ní a si­mu­la­ce najde své uplat­ně­ní na­pří­klad i v po­ten­ci­ál­ně ne­bez­peč­ných vý­rob­ních pro­ce­sech, kde je ne­zbyt­né do­dr­žo­vat přes­né po­stu­py a bez­peč­nost­ní opat­ře­ní. Model se zá­klad­ní úrov­ní po­drob­nos­tí ale může vy­u­žít třeba i menší pod­nik plá­nu­jí­cí roz­ší­ře­ní vý­ro­by, který po­tře­bu­je s jeho po­mo­ci zjis­tit pouze to, jaké ka­pa­ci­ty a zdro­je bude nově po­tře­bo­vat. Vždy je tedy třeba do­pře­du dobře zvá­žit k ja­ké­mu účelu bude 3D model slou­žit a podle toho do něj ná­le­ži­tě in­ves­to­vat.

S ros­tou­cí do­stup­nos­tí mo­de­lů stro­jů a za­ří­ze­ní od je­jich vý­rob­ců a kle­sa­jí­cí cenou za ne­zbyt­nou vý­po­čet­ní ka­pa­ci­tu, na které jsou mo­de­ly pro­vo­zo­vá­ny, bude di­gi­tál­ní mo­de­lo­vá­ní vy­u­ží­vat stále více uži­va­te­lů pro je­jich výše po­psa­né vý­ho­dy.

Autor textu, Jan Bezdíček, je ředitel výzkumu a vývoje v pražské pobočce Rockwell Automation.