Digitální továrna ve Škoda Auto

Škoda Auto virtuálně ověřuje výrobu, aby snížila rizika a ušetřila čas. Spolu s ergonomickými simulacemi virtuální provoz přispívá i ke zlepšení bezpečnosti zaměstnanců. 

Projekt digitální továrny

Projekt digitální továrny společnosti Škoda Auto je komplexní inženýrský přístup, který zahrnuje metody, postupy a nástroje určené k podpoře průmyslové výroby. Užitím softwarových nástrojů je vytvářena síť digitálních modelů, metod, simulací a 3D vizualizací, které jsou určeny pro plánování, realizaci, řízení a neustálé zlepšování výrobních procesů. Digitální továrna vytváří virtuální obraz výroby, který umožňuje okamžitě vyhodnotit proveditelnost, postupy a náklady na nové procesy a produkty. 

Digitální továrna založená na systému Tecnomatix

Různá oddělení ve Škoda Auto, jako např. oddělení plánování výroby karoserií (BIW – body in white) či oddělení nástrojů a logistického plánování, používají digitální nástroje systému Tecnomatix^® společnosti Siemens PLM Software. Tecnomatix se používá při plánování, simulacích, ověřování a optimalizaci. Software umožňuje analyzovat a vyhodnotit koncepci výroby již ve fázi plánování, ještě před výrobou fyzického prototypu. Budoucí proces je vizua­lizován a zdokonalován, a tím se zmenšuje množství nápravných zásahů do reálného výrobního procesu. 

Digitální továrna při výrobě karoserií

Vize digitální továrny ve výrobě karoserií (BIW) znamená strategický posun od dřívější koncepce, která vycházela pouze z použití softwaru Robcad^TM. Tento software je také součástí systému Tecnomatix a je určen jen pro simulaci jednotlivých robotických pracovních buněk v prostoru (3D). Nyní má tým v úmyslu virtuálně naplánovat a simulovat celou výrobní linku výroby karoserií a právě k řešení těchto úkolů bude využívat nástroje Process Designer a Process Simulate.

Nástroj Process Designer se ve Škoda Auto nepoužívá pouze ve fázi plánování koncepce, ale také při výrobě, a to prostřednictvím speciálního uzpůsobeného rozhraní mezi systémy Process Designer a Techedit. (Techedit je hlavní systém ve Škoda Auto pro výpočty a objednávání dílů pro každý výrobní útvar). Process Designer zajistí, aby byl správný díl dodán na správné místo a použit ve výrobní lince. Process Designer zajišťuje správu kusovníku, spolu se správou výrobního procesu (operace, výrobní procesy a časy).  

Virtuální zprovoznění pro rychlejší rozběh výroby

Cílem projektu virtuálního zprovoznění je zkrátit dobu potřebnou na uvedení linky na výrobu karoserií do produktivního stavu. Je to důležité zejména při zavádění nového modelu do již provozované linky. Záměrem je minimalizovat prostoje na výrobních linkách zařazením nových nebo upravených výrobních zařízení do již existující linky. 

Svařování bočního panelu modelu Yeti

„Virtuální testování reálného provozu pomocí Process Simulate nám umožňuje optimalizovat a vychytat jak mechanické, tak řídicí aspekty robotické výrobní buňky,“ říká Petr Hynek, manažer BIW plánovacího týmu Škoda Auto. „První projekt, při kterém jsme použili virtuální zprovoznění pomocí Process Simulate, to bylo během svařování bočního panelu u modelu Yeti. Museli jsme zavést jeho výrobu do již fungující linky tak, abychom zvýšili výrobní kapacitu.“

Software Tecnomatix je využíván ve spojení se skutečnou řídicí jednotkou. Různé možnosti výroby jsou zkoušeny tak, že se spustí simulace výroby a ze skutečné řídicí jednotky jsou do ní zasílány signály. To umožňuje důkladně ověřit funkci robotických buněk a optimalizovat jejich funkce, zajistit bezpečnost i optimální dobu cyklu.  

Svařovací buňka podvozku Yeti

Když se model Yeti stal populárním, bylo ve Škoda Auto rozhodnuto uvést do provozu další výrobní linky. Virtuální zprovoznění pomocí nástroje Process Simulate bylo použito pro svařovací buňku podvozku Yeti, která zahrnuje pět robotů a jeden záložní robot. Uvedení výrobní linky bylo zpožděno o pět týdnů, ale s použitím funkce virtuálního zprovoznění bylo toto zpoždění eliminováno a výroba byla zahájena včas. To se podařilo díky tomu, že byly ve virtuálním prostředí ověřeny robotické operace a řídicí logika buněk, včetně bezpečnostních hledisek. Rozběh výroby na lince byl pak znatelně rychlejší.  

Svařování zadních dveří modelu Rapid

Ve svařovací zóně zadních dveří modelu Rapid Liftback pracuje devět robotů. Projekt virtuálního zprovoznění této svařovací zóny byl řešen v nástrojárně Škoda Auto, kde je zaváděn celý projekt výroby automobilu až po naplánování konceptu linky. Pro simulace jsou zde využívány nástroje Process Designer, Robcad a Process Simulate. Testování různých možností umožnilo důkladně ověřit vzájemné propojení plánovaných robotických výrobních buněk, vyhodnotit bezpečnost a optimalizovat dobu cyklu.

„Na výrobce automobilů je stále vyvíjen tlak na zkrácení doby každého nového automobilového projektu,“ říká Radek Fáborský, vedoucí projektu virtuálního zprovoznění v nástrojárně. „Skutečná inženýrská spolupráce probíhá v Process Simulate pomocí multiuživatelské funkce, která zajišťuje, že výrobní inženýři mohou provádět simultánní změny na stejné sadě dat. To také umožňuje vynikající spolupráci s plánovacím oddělením.“ V minulosti od sebe byli inženýři mechanické simulace a technici kontroly odděleni. Nyní mají společný jazyk, kterým je procesní simulace ve virtuálním provozu.

„Dalším novým a důležitým aspektem je posun od časově založené simulace k simulaci založené na událostech, což umožňuje mnohem realističtější analýzu robotické pracovní buňky,“ říká Petr Hynek, manažer pláno­vacího týmu BIW Skoda Auto. 

Analýza ergonomie

Práce ve výrobě automobilů s sebou nese určitá rizika pro zaměstnance ve výrobních halách. Ta plynou např. z nepřirozených pracovních pozic, četného opakování operací v pracovním cyklu, který je často kratší než jedna minuta, a vynakládání velké síly na instalaci komponent. Montáž dílů do vozidla a jejich přenášení může pracovníky přetěžovat. Proto se firma Škoda Auto rozhodla aktiv­ně se zabývat ergonomií a předcházet problémům namísto pouhého řešení následků.

Při výběru softwaru byly porovnány systémy dvou předních dodavatelů softwaru pro ergonomii. Vytvořit kompletní a realistickou dynamickou simulaci operací ve výrobě včetně animace je velmi zdlouhavé. Proto byly pohyby pracovníka snímány pomocí speciál­ního obleku pro zachycení pohybů (motion capture). Ukázalo se, že tento oblek společnosti Škoda Auto lze snadno propojit s nástroji Jack a Process Simulate Human systému Tecnomatix. Proto byl uvedený software zvolen pro hodnocení ergonomických a bezpečnostních aspektů manuálních operací. S jeho pomocí lze ergonomii řešit již v raných fázích navrhování výrobku a plánování výroby.

V průběhu roku 2012 byl software ověřen při testování předmontážní linky na výrobu dveří. Základním úkolem bylo porovnat nasnímané digitální pohyby (zaznamenané pomocí obleku motion capture propojeného se softwarem Tecnomatix) s reálnými pohyby pracovníka. „Zjistili jsme, že zaznamenané digitální pohyby jsou téměř stejné jako pohyby fyzické, což je velmi působivé. Tyto výsledky posílily náš záměr vytvořit laboratoř ergonomické virtuální reality, ve které dva inženýři z týmu digitální továrny pracují s nástroji Jack a Process Simulate Human za spolupráce s odděleními ochrany zdraví, produktového designu a výrobního inženýrství,“ říká Andrej Bednár , manažer týmu pro digitální továrnu Škoda Auto 

(Siemens PLM Software)

Obr. 1. Při plánování a zavádění výroby karoserií ve Škoda Auto jsou využívány nástroje Process Designer a Process Simulate systému Tecnomatix

Obr. 2. Obrazovka systému Process Simulate pro ověřování proveditelnosti manuálních operací při výrobě

Obr. 3. Obrazovka systému Jack pro vyhodnocení ergonomických aspektů manuálních operací

Připomeňme si

Škoda Auto je jedním z nejstarších světových výrobců automobilů. Historie společnosti se datuje od roku 1895, kdy Václav Laurin a Václav Klement započali spolupráci, která položila základy pro více než 100 let odborných znalostí v českém automobilovém průmyslu.

Škoda se stala klíčovou značkou koncernu Volkswagen, který zaměstnává více než 26 500 lidí po celém světě. Společnost vyrábí sedm modelů automobilů – Citigo, Fabia, Roomster, Octavia, Yeti, Superb a Rapid – a v roce 2011 vyrobila 879 000 vozů. Díky značným investicím koncernu Volkswagen do rozvoje a výroby jsou nyní automobily Škoda příkladem kvalitních, spolehlivých a praktických vozů s velkou užitnou hodnotou.