Virtuální uvedení do provozu: Snížení nákladů a zlepšení ověřování strojů
Zveřejněno Industry 4.0 v 01. Říjen 2025
Jak může virtuální uvedení do provozu eliminovat nákladný zmatek a umožnit výrobcům inovovat s důvěrou?
„Nemluvili jsme o tom, protože jsem myslel, že to víte“ je fráze, kterou jsem za ta léta hodně slyšel.
Špatná komunikace je hlavním důvodem, proč projekty průmyslové automatizace ve fázi uvádění do provozu neprobíhají podle plánu. Ať už se jedná o nový stroj, novou buňku, nebo celou linku, mezi partnery projektu často dochází k nedorozuměním ohledně toho, jak by měl návrh vypadat. Nahlédnutí do dokumentace nemusí vždy pomoci, protože nepřesné, nejasné nebo neúplné informace jsou častou příčinou neshody.
Typickým příkladem je nesprávná komunikace ohledně vstupů, výstupů a rozhraní. Systémový integrátor může předpokládat, že zařízení používá EtherCAT, zatímco výrobce očekává Profinet. Nebo možná integrátor linky zapomene zmínit senzor, který zaznamenává další informace důležité pro bezpečnost stroje. V obou případech je výsledek stejný: zvýšené náklady, ztráta času a rostoucí frustrace všech zúčastněných stran.
Řešení je jednoduché – nedovolte lidem, aby produkovali specifikace sami. Virtuální uvedení do provozu má za následek mnohem přesnější specifikace.
Co je virtuální uvedení do provozu?
Nejprve je třeba zdůraznit, že virtuální uvedení do provozu není totéž jako simulace. Simulace spočívá v testování nápadů, zkoumání scénářů „co by, kdyby“ a určování toho, co je a co není možné. Virtuální uvedení do provozu na tom staví tím, že umožňuje testování celých výrobních systémů ve virtuálním prostředí.
Díky tomu se potenciální problémy identifikují a vyřeší před zahájením fyzického uvedení do provozu. Poskytuje to také platformu pro generování přesných specifikací systému, čímž eliminuje většinu dohadů, které se vkrádají do tradičních projektových pracovních postupů.
Využívá zapojení modelu (MiL), zapojení softwaru (SiL), zapojení hardwaru (HiL) a digitální dvojčata k vytvoření optimálního nastavení stroje a linky. Výsledkem není jen model, ale robustní základ pro fyzickou implementaci.
Tajemství je jednodušší, než byste čekali – stačí nainstalovat dílčí měřiče. Díky nim získáte přehled o tom, kam energie skutečně směřuje, ať už se jedná o konkrétní linky, zóny nebo dokonce jednotlivé stroje. A i když se to může zdát příliš jednoduché, dílčí měřiče vám umožní izolovat energetické žrouty, odhalit spotřebu v nečinnosti a nakonec vám pomohou nastavit skutečné ukazatele KPI.
Kromě napájení je ve výrobních prostředích nutné monitorovat související ukazatele, jako je proudění vzduchu, chladicí systémy nebo spotřeba stlačeného vzduchu. V tomto případě jsou vašimi pomocníky průtokové senzory, teplotní senzory a tlakové převodníky. Jsou levnou pojistkou proti plýtvání a pevným základem pro vykazování uhlíkové stopy.
Jak dodává Stefan Jensen, stále více zákazníků bude požadovat informace o energetické stopě jednotlivých dílů. A je pravda, že pokud jim nebudete schopni poskytnout reálná čísla, udělá to někdo jiný.
Čtyři klíčové aplikace
1. Vytvoření digitálního plánu
Virtuální uvedení do provozu eliminuje nejednoznačnost tím, že extrahuje podrobnosti o tolerancích, výkonu, softwarových rozhraních a dalších aspektech, aby se vytvořily přesné specifikace systému. Výsledný digitální plán odstraňuje nejasnosti a zefektivňuje instalaci.
Jakmile je tento plán vytvořen, lze jej znovu použít jako nástroj typu „kopírovat a vložit“ pro replikaci linek na více místech. Výrobci těží z konzistence, rychlejšího zavádění a spolehlivého způsobu, jak zvýšit výrobní kapacitu, aniž by museli pokaždé znovu vynalézat kolo.
2. Zkrácení doby a nákladů po uvedení stroje do provozu
Jeden významný výrobce linek mi kdysi řekl, že při stavbě nové linky tvoří pouze 20 % celkových nákladů návrh, nákup a instalace. Dalších 80 % přichází až poté, a to prostřednictvím ladění, integrace a uvedení linky do plynulého provozu. Vyřešení všech chyb po instalaci trvá v průměru 12 měsíců.
Virtuální zkoušky tomu zabraňují tím, že předem testují procesní toky, interakce strojů a dokonce i zásahy operátorů. Tyto digitální zkoušky poskytují kritický vhled do potenciálních problematických míst a bodů selhání. Jejich řešením ve virtuálním světě firmy předcházejí prostojům a nákladným překvapením v reálném světě.
3. Budování výrobních linek připravených na budoucnost
Díky komplexnímu digitálnímu dvojčeti mohou společnosti zkoumat konfigurace, úpravy a možnosti škálování bez nákladů na fyzické změny. Jak se mění požadavky trhu nebo kolísá objem výroby, lze linky s jistotou přizpůsobovat. Tato agilita je pro výrobce, kteří se potýkají s nejistotou, uváděním nových produktů na trh nebo volatilitou dodavatelského řetězce, zásadní.
4. Otestování bezpečnostních systémů
V prostředích, jako je výroba baterií pro elektromobily, jsou rozdíly mezi funkčními a nefunkčními bezpečnostními systémy otázkou života a smrti. Rizika představují úrazy elektrickým proudem, vystavení chemickým látkám a vysoké zátěži. Testování těchto systémů v reálných podmínkách je obtížné, zejména proto, že bezpečnostní funkce se málokdy omezují na jeden stroj.
Virtuální uvedení do provozu umožňuje důkladné testování bezpečnostních strategií v kontrolovaném prostředí, které napodobuje reálnou výrobu. Výrobci získají reálný obraz o tom, jak budou stroje a linky reagovat na porušení bezpečnostních předpisů, aniž by vystavovali operátory riziku.
Výzvy k překonání
Hodnota virtuálního uvedení do provozu je jasná, ale společnosti musí řešit některé praktické výzvy.
1. Začínáme
Mnoho společností chápe výhody, ale má potíže s definováním jasných cílů. Virtuální uvedení do provozu funguje nejlépe s plánem, podporou vedení a sladěním mezi softwarovými, mechanickými a elektrickými týmy. Strukturovaný pilotní projekt je často nejchytřejším prvním krokem.
2. Přesnost dat
Srdcem virtuálního uvedení do provozu je digitální dvojče. Pokud jsou data, na kterých je založeno, zastaralá nebo nepřesná, virtuální model nebude odpovídat skutečnému výkonu. Konzistence a ověření dat jsou proto od samého začátku zásadní.
3. Integrace a koordinace
Virtuální uvedení do provozu vyžaduje úzkou spolupráci mezi technickými obory, z nichž každý má své vlastní nástroje a standardy. Sdílená prostředí a předdefinované funkční bloky pomáhají tyto mezery překlenout. Například společnosti OMRON a Dassault Systèmes vyvinuly funkční bloky IT/OT, které lze použít jak virtuálně, tak fyzicky.
4. IT infrastruktura
Provozování složitých simulací vyžaduje robustní IT systémy. Aby bylo virtuální uvedení do provozu úspěšné, musí být k dispozici hardware, software, kybernetická bezpečnost a integrace se stávajícím IT.
Jak umělá inteligence mění hru
Umělá inteligence a strojové učení činí virtuální uvedení do provozu ještě výkonnějším. Díky učení se z historických dat a dat v reálném čase mohou digitální dvojčata zrcadlit fyzické systémy přesněji než kdykoli předtím.
Modely založené na umělé inteligenci mohou předpovídat poruchové režimy, navrhovat nápravná opatření a automaticky vylepšovat procesy. Usnadňují také spolupráci mezi inženýrskými týmy tím, že nabízejí přehled o mechanických, elektrických a softwarových oblastech. Výsledkem je vyšší přesnost, rychlejší optimalizace a méně nákladných chyb.
Víc než digitální replika
Virtuální uvedení do provozu není jen vytvoření digitální kopie. Jedná se o integrovaný přístup, který pomáhá podnikům s důvěrou inovovat, sladit zájmy zúčastněných stran projektu a vyhnout se nákladným nedorozuměním. Využívá digitální nástroje k optimalizaci výrobních procesů před fyzickou instalací.
A díky umělé inteligenci a strojovému učení se virtuální uvedení do provozu vyvíjí z validačního nástroje v proaktivní hnací sílu neustálého zlepšování. Poznatky budou stále hlubší, modely robustnější a proces efektivnější.
