Andrej Schvarc: Díky digitálnímu dvojčeti ušetříme ve výrobě spoustu času

V posledních letech se specializujete na roboty a jejich začleňování do výrobních linek. S jakým nejzajímavějším požadavkem za vámi zákazníci přišli?
V našem oboru je každý požadavek na robotizaci zajímavý a v něčem specifický. Před sedmi či osmi lety za námi přišel pán, který chtěl tisknout domy principem 3D tisku. To bylo tehdy hodně nadčasové. Pro ČVUT, fakultu architektury jsme dělali ruku robota, která měla podávat cihly. Robot pak sám měl zdít stěny a celé domy. Vzpomínám si také na zákazníka, který chtěl vyrábět košíčky na podprsenky a ořezávat je robotem. Což při tom množství typů a tvarů byla velká výzva.

Vyřešili jste jmenované projekty ke spokojenosti zákazníka?
Tisk domů jsme tehdy odmítli, protože nám chyběla podstatná „maličkost“, a to byla navigace robota v prostoru. Při tak velké ploše, kterou musel obsluhovat, to nešlo. U podprsenek jsme měli technické řešení, ale nakonec se projekt neuskutečnil. Jediný projekt, který jsme nakonec dodali, bylo úchopové zařízení na cihly pro ČVUT.

S ČVUT jste spolupracovali také na projektu e-Robot, za který jste dostali Cenu za Průmysl 4.0 od Svazu průmyslu v roce 2020. Co pro vás experti z univerzity vymysleli?
ČVUT vyvíjelo softwarový plug-in, který umí optimalizovat pohyby robotů z hlediska času a spotřeby energie. Tento software dokáže najít nejkratší dráhu robotů podstatně rychleji, než kdyby ji hledal člověk. Ruční optimalizace trvá dny i týdny, zatímco plug-in to dokáže podstatně rychleji, u některých projektů i za půl hodiny.

Co ruční optimalizace obnáší?
Většinou má zkušený robotik v oku, jak se robot pohybuje. Když vidí, že při určitém pohybu robot otáčí čtyřmi osami, tak umí rovnou říct, že stačí, když bude pohybovat jen jednou. Znamená to hodiny a hodiny pozorování. Také je třeba si uvědomit, že se bavíme o desetinách vteřiny, o které můžeme jeden pohyb robota zkrátit. Abyste zrychlili linku o dvě sekundy, musíte zrychlit obrovské množství pohybů.

Od začátku při navrhování linky pracujete s jejím digitálním dvojčetem. Co je toto digitální dvojče ve vašem pojetí?
Základem je 3D konstrukce, jak bude robotické pracoviště vypadat. K němu se přidají data o tom, jak rychle se robot může hýbat a rychlost pohybu výrobku z bodu A do bodu B. Všechny tyto souvztažnosti zabalené do jednoho balíku tvoří digitální dvojče. Čím přesnější toto digitální dvojče je, tím přesněji dokážete určit výrobní takt linky. Dnes to umíme s přesností na 95 až 98 procent.

Při práci s digitálním dvojčetem musíte jako první sjednotit virtuální model s reálnou situací.

V digitálním dvojčeti můžete rovnou i roboty naprogramovat ještě dříve, než máte celou linku vyrobenou?
Takto by to mělo v ideálním světě být, a proto jsme také šli do našeho vývojového projektu e-Robot. Na něm si můžeme ověřit, do jaké míry právě digitální dvojče a virtuální zprovoznění funguje. Jestli si opravdu můžeme vše naprogramovat na virtuálním modelu a pak obrazně řečeno programy nahrát na flash disk, případně programy vzdáleně nahrát do robotů u zákazníka. Nejde ale pouze o programy robotů, ve virtuálním dvojčeti je odladěný kompletní software řízení celé linky.

Co jste už zjistili?
Že přínos digitálního dvojčete je velký. Díky tomu, že umíme vše nasimulovat a naprogramovat ještě před instalací fyzické linky, ušetříme zákazníkovi spoustu času. Množství práce, kterou musíme udělat, ale zůstává stejné. Nicméně když nainstalujete linku do haly, tak se vždy ukážou nějaké odlišnosti od digitálního dvojčete. Takže nelze jen slepě nahrát programy z digitálního dvojčete do strojů a vše spustit. Výsledkem by byla kolize nebo rovnou havárie u finálního řešení.

Proč?
Nejčastější problém je, že ve virtuálním světě máte ideálně rovnou podlahu. Realita je taková, že něco o kousek nesedí, například je jiný sklon podlahy. Kdybyste na robotu spustili program z „ideálního“ virtuálního dvojčete, tak se robot bude pohybovat tam, kde bude čekat, že se nachází přípravek. Ten může být ale o 0,1 milimetru, ale i o 2 milimetry či více jinde. Když robot začne svařovat o 2 milimetry vedle, tak výroba nemůže fungovat a bude vyrábět zmetky.

Co se s tím dá dělat?
První, co musíte udělat, je sjednotit virtuální model s reálnou situací. I v našem projektu e-Robot jsme hledali cesty, jak to udělat optimálně, co do ceny a času. Prostě jsme se museli propojení virtuálního a reálného světa naučit.

O kolik dokážete dodání robotické linky díky digitálnímu dvojčeti zrychlit?
O několik dnů, ale také o čtyři či pět týdnů. V průměru projekt trvá 25 až 30 týdnů, takže úspora pět týdnů už je velmi zajímavá.

Jak projekt e-Robot změnil fungování vaší firmy, abyste se i vy uvnitř posunuli ve standardu Průmyslu 4.0?
Je to pro nás velká změna. Dříve jsme měli jakési profesní ostrovy, které spolu komunikovaly, ale bylo to komplikované. Konstruktér něco vymyslel, poslal data dál a na to se teprve nabalovaly další profese jako montéři, projektanti, programátoři, robotici. Pokud se v tomto procesu vyskytla chyba, na kterou přišli třeba až programátoři, tak se celé kolečko rozběhlo znovu od začátku.

Teď všichni pracují s aktuálními daty?
V rámci projektu e-Robot jsme zavedli systém Teamcenter od společnosti Siemens. Díky němu všechny profese pracují se stejnými daty. 3D konstruktér začne připravovat plány a v okamžiku, kdy potřebuje něco ověřit, tak požádá kolegu ze simulace, aby zjistil, jestli v plánu nejsou kolize. Ten může po provedení simulace navrhnout změnu v řešení, pokud je potřeba. Z ostrovních provozů jsme se změnili tak, že máme jednu datovou páteř, ke které se připojí kdokoliv.

Přinese vám tento systém práce v budoucnu i další výhody?
Do budoucna nám systém umožní, že při obchodním jednání budeme schopní zákazníkovi ukázat pohybující se linku, kterou si ještě ani neobjednal. I když ještě ne se všemi detaily. Prostě si vytáhneme naše data o přístrojích, které v lince budou, a snadno mu předběžný návrh uděláme na místě. Čím více projektů s digitálními dvojčaty budeme dělat, tím větší knihovnu těchto dat budeme mít k dispozici.

• Další informace k novému ocenění SP ČR: Čtyři ceny SP ČR za rok 2020 pro úspěšné firmy a osobnosti

Převzato ze speciální přílohy Strojírenství a průmysl 4.0 časopisu Svazu průmyslu a dopravy České republiky Spektrum (1Q/2021). Autor článku: Jan Stuchlík. Foto: Spektrum SP ČR.