Základem efektivního fungování jakéhokoli systému je od nepaměti pořádek a přehled o všem, co má v daný čas být na správném místě. Ale s raketově přibývajícím a neustále bobtnajícím objemem informací už se záležitost komplikuje.
Naštěstí přicházejí na pomoc moderní technologie, které mají za úkol tyto informace udržet pod kontrolou, a dát je do služeb efektivity – ať už jde o výrobu a zásobování jejích procesů materiálem a nástroji, dopravu vyrobené produkce, nebo třeba osob.
Umožňují to tzv. real-time lokalizační systémy (RTLS) určené pro digitalizaci pohybu zejména uvnitř budov, které poskytují přesné aktuální informace o pozici sledovaného objektu.
Jsou založeny na využití širokopásmové rádiové technologie (Ultra Wide Band – UWB), jejímž prostřednictvím lze dynamicky, v reálném čase, provádět průběžnou plynulou detekci a lokalizaci pro zjištění umístění různých součástí výroby – dílů, nástrojů nebo třeba vozidel či robotů –, a to u nejmodernějších variant až s přesností v řádu centimetrů (15–30 cm) a s vysokou spolehlivostí bez ohledu na to, o jaké prostory jde. Následně jsou tyto informace odesílány do systémů vyšší úrovně, kde jsou využity pro příslušné aplikace plánování výroby či jiných, např. logistických operací. V inteligentních továrnách budoucnosti budou různé výrobní prvky, jako jsou např. automaticky řízené vozíky (AGV) a mobilní roboty, spolupracovat s lidmi, stroji a systémy. Poloha stroje nebo robotu bude v tomto ohledu relevantní proměnnou. Vědět, kde přesně jsou v továrně, je proto nezbytné pro vysoce efektivní pracovní postup, stejně jako znát stav a pozici výrobku a materiálu nebo vysokozdvižného vozíku.
Ale není to jen průmysl, kde tato řešení mohou najít uplatnění – kromě určení polohy objektu ve skladu v čase a prostoru či automatického určení vzdálenosti mezi objekty, umožňujícího např. lokalizaci strojů, vybavení a nástrojů ve výrobních halách k optimalizaci výroby nebo mobilních robotů či vysokozdvižných vozíků pro vymezení bezpečných zón a získání přehledu o aktuálním stavu vozového parku –, jsou využitelná třeba i ve zdravotnictví. Ale stejně tak např. při monitoringu a zabezpečení souprav v kolejové dopravě, při sledování pohybu nákupních košíků v retailových obchodních systémech nebo ve sportu k monitoringu pohybu hráčů na hřišti a podpoře a analýze tréninku či utkání.
Flexibilní, přizpůsobitelná infrastruktura lokalizačního ekosystému RTLS je tvořena třemi základními prvky:
Jednotky s unikátními identifikátory namontované na (pohyblivých) objektech – výrobních prostředcích, zboží, materiálech, výrobcích, dopravních systémech, vozidlech či vysokozdvižných vozících nebo třeba na robotech atd. –, které v definovaných intervalech vysílají signály. Tyto aktivní tagy (napájené bateriemi) lze doplnit o datové rozhraní, umožňující přenášet podrobné informace o poloze transpondéru přímo do místního řídicího systému nebo zpřístupňovat další data ze senzorů pro systémy vyšší úrovně.
Tato zařízení instalovaná v síti tvoří pevné referenční body v příslušné infrastruktuře pro lokalizaci a jejich úlohou je zachycovat pohyb transpondérů a určit jejich pozici v reálném čase formou 2D nebo 3D souřadnic – zaznamenávat a vyhodnocovat signály transpondérů při jejich průjezdu v blízkosti gateways a dát jim tzv. fixní polohové razítko (tzn. údaj o pozici daného transpondéru), poté se lokalizační data propojí a přenesou na lokalizační server vyšší úrovně.
Srdce a mozek systému: softwarový systém, který přebírá informace (generovaná poziční data) z bran a vypočítává přesnou polohu jednotlivých transpondérů v reálném čase. Lokalizační software (Locating Manager) prostřednictvím definovaných rozhraní a pomocí konfigurovatelných pravidel předává informace formou datového toku systémům vyšší úrovně (např. výrobní řídicí systémy výroby, informační či účetní systémy ERP, MES, skladová evidence či logistické řídicí systémy apod.). RTLS tak umožňuje, aby tyto systémy nebo cloudové aplikace a operační systémy založené na IoT mohly spouštět dynamické příkazy pro koncové systémy, jako jsou mobilní roboty, programovatelné řídicí systémy (PLC) nebo automaticky řízené vozíky AGV. Na ně obvykle navazují i další části a doplňky lokalizačního řešení, které pomáhají naplno využít jeho možností.
Se zpracováním získaných dat pomáhá vizualizace a analytika – umožňuje vyhodnotit tok materiálu a výrobků a identifikovat úzká místa, která zpomalují výrobní proces, a na základě přesných dat v reálném čase a historických údajů vytvořit řadu možných optimalizačních scénářů.
V rámci konceptů inteligentní továrny a digitálního průmyslu samozřejmě ani Siemens nezůstává v nabídce těchto technologických inovací stranou a v portfoliu svých řešení má i ekosystém průmyslové lokalizace. Nese označení SIMATIC RTLS a jde o škálovatelný lokalizační systém speciálně navržený pro průmyslové aplikace, vyvinutý původně firmou Agilion, který propojil Siemens se svým komplexním portfoliem pro plně automatizovanou a digitální továrnu. Umožňuje snížit čas vyhledávání a optimalizovat tok materiálu pomocí dynamických pozičních dat v reálném čase pro každý relevantní výrobek nebo výrobní proces. Podstatné je, že se velmi snadno instaluje a další jednotky lze přidat kdykoli bez dodatečných nákladů na konfiguraci, takže systém lze bez problémů postupně plynule přizpůsobovat měnícím se požadavkům. Škálovatelnost systému je také důležitou výhodou: implementaci v projektu lze provádět krok za krokem, a přitom stále získávat zkušenosti z již uskutečněných operací.
Siemens má více než 150 RTLS instalací ve více než 20 zemích a řešení SIMATIC RTLS lze najít v nejrůznějších oblastech od výrobních továren v automobilovém průmyslu a logistických areálů až např. po veřejnou dopravu, kde zajišťují dokonalý přehled o situaci.
Příkladem může být metro v norské metropoli Oslu, vybavené energeticky úspornými soupravami řady MX3000 firmy Siemens. Plánují se a zavádějí se nové tratě a stanice, tamní dopravní podnik Sporveien nyní pracuje na zvýšení frekvence vlaků prostřednictvím centrálního městského tunelu, který sdílejí všechny linky a jímž má v budoucnu projíždět 9–10 vlaků za 15 minut, což znamená zvýšení kapacity až o 25 %. Soupravy byly proto vybaveny transpondéry a anténami, které je umožňují nepřetržitě a plně automaticky lokalizovat prostřednictvím zhruba 250 bran RTLS ve zlomcích sekundy.
Systém se ale uplatňuje i v zákulisí metra, kde dříve představovaly problém skladiště a manuální procesy kolem plánování údržby a fyzického parkování vlaků; v depech bývalo dříve mnoho ručních pracovních a vyhledávacích postupů (mj. kvůli tomu, že pozice vlaků nemohla být automaticky synchronizována s digitálním dílenským systémem), např. vychystávání konkrétní soupravy ve správný čas, kdy zaměstnanec musel procházet depo, aby ji vyhledal.
Nyní jsou všechny informace vkládány do vizualizace v dílnách prostřednictvím systému SIMATIC Locating Manager a kombinovány s dalšími systémy, např. plánováním údržby vlaků. Pracovníci tak mohou na velkých displejích vidět pozice každé soupravy v každém depu a získat všechny další potřebné informace – co je třeba udělat, kdy musí být zpět na trati nebo kdy má přijít na řadu další údržba. Místo řady programů, papírové dokumentace a telefonních hovorů mají nyní vše na dosah kliknutím myši a mohou okamžitě vidět, který vlak je v kterém depu. Vylepšené a přesné plánování umožňuje maximalizovat servisní intervaly, zlepšit využití vozového parku a snižovat náklady.
V britském Worcesteru zase RTLS v tamní firmě Material Solutions, zaměřené na aditivní výrobu pomocí procesu laserového slinování, v reálném čase řídí továrnu budoucnosti a zajišťuje optimalizovaný tok materiálu bez nutnosti použití dopravníků, které jsou mnohem méně flexibilní. Pracovníci mají k dispozici virtualizovaný průběh výroby zvláště vhodný pro malé série, jako jsou prototypy nebo náhradní díly, nebo speciální zakázky, které nelze běžně vyrábět. Nejde o objednávky sestávající z několika stovek kusů, ale o spoustu velmi malých sérií i kusových produktů, kdy jsou používané práškové kovové slitiny prakticky stejně rozmanité jako samotné výrobky. Pro kvalitu procesu je nesmírně důležité nejen správné použití materiálu, ale i jeho kompletní monitorování a dokumentace: kolik ho bylo kdy odebráno, jak dlouho byl v kontaktu s okolním vzduchem apod. AGV s přesně dokumentovaným výrobním materiálem pak lze odeslat ke konkrétnímu stroji a výrobku stisknutím tlačítka – díky RTLS jsou informace o poloze již v systému a to umožňuje snadno digitalizovat i manuální dokumentaci odběru materiálu.
V Mexiku implementoval Siemens řešení SIMATIC RTLS u tamní automobilky, kde se zasloužil o bezpapírovou předpřípravu výroby komponentů pro finální montáž automobilu. Podvozky, komponenty i výrobní a přepravní zařízení jsou na výrobních linkách precizně a spolehlivě lokalizovány s 30cm přesností a systém se stará o automatické schvalování příslušných procesů a lokalizaci montážních nástrojů (v daném případě konkrétně utahováků).
Ani starší technologie RFID, byť nenabízí přesnosti dosahované RTLS, se však do důchodu nechystá a s postupujícím vývojem přicházejí i její další inovace reagující na nové podmínky. Nejnovější systémy RFID nevyžadují, aby byla zařízení pro čtení/zápis a transpondér v přímé dohlednosti. V řadě případů navíc může být optimálním řešením právě „hybridní“ systém kombinující různé technologie a využívající výhody „obou světů“. Na úseku, kde je zapotřebí naprosto přesná lokalizace, se tak např. uplatní sofistikovanější RTLS, zatímco tam, kde není vyžadována maximální přesnost, se může aplikovat jiná, levnější technologie. Podstatné je, aby všechny části umožňovaly pořizovat, přenášet a analyzovat digitální data, a navíc lze díky škálovatelnosti a modularitě těchto technologií ekosystémy nasazené u zákazníka i jejich konfiguraci průběžně modernizovat či doplňovat podle měnících se potřeb a požadavků, a nahrazovat postupně jednodušší systémy vyspělejšími variantami.
Příkladem inovace v řešeních využívajících RFID technologii může být novinka v podobě čtečky SIMATIC RF360R HF RFID. Kompaktní, komunikativní a nákladově efektivní zařízení, které kombinuje ve stejné jednotce funkce komunikačního modulu a čtečky podporuje kromě dvou integrovaných rozhraní PROFINET i nejmodernější rozhraní OPC UA, tzn., že vůbec poprvé lze RFID čtečku prostřednictvím průmyslové IoT brány přímo připojit ke cloudovým aplikacím. Připojení ke cloudovému otevřenému operačnímu systému pro IoT MindSphere tak otevírá nové možnosti v Průmyslu 4.0 a digitální továrně.
V únoru 2021 byl dokončen výzkumný projekt „Průmyslová lokalizace uvnitř budov“ (Industrielle Indoor-Lokalisierung – ILL), zahájený před třemi lety a podporovaný Evropským fondem pro regionální rozvoj a Svobodným a hanzovním městem Hamburk, jehož cílem bylo vytvořit jednotný referenční rámec a standardizační základy pro získávání dat o stávající infrastruktuře. Vznikla otevřená referenční architektura pro lokalizaci uvnitř budov (RAIL – Reference Architecture), která zjednodušuje poskytování služeb na bázi polohy (Location-based Services) a nabízí důležité nástroje pro moderní řešení automatizace v intralogistice a dalších průmyslových aplikacích.
Vypravte se s námi do historie české energetiky, společně ale nahlédneme i do její budoucnosti. Hostem podcastu je Tomáš Hüner, ředitel divize chytré infrastruktury v českém Siemensu, který se oblasti energetiky věnuje již více než 30 let.
Průmyslové metaverzum – nový svět, který zrcadlí a simuluje skutečné stroje, továrny, města, dopravní sítě a ostatní i velmi složité systémy – nabídne svým aktérům interaktivní reprezentace a simulace skutečného světa v reálném čase. V dějinách průmyslu představuje zcela novou kapitolu, kterou začínáme společně psát.
Reprezentativní budova Opery v Dubaji, hlavním městě stejnojmenného emirátu, v sobě skrývá špičková zařízení Siemens, která symbolizují pronikání moderních technologií této společnosti nejenom do exkluzivních koncertních sálů. Jsou také příkladem pro budování inteligentních měst.
Budoucím trendem zemědělství je udržitelné pěstování plodin s méně zdroji a bez použití chemických přípravků. Aby zemědělci mohli vyhovět těmto novým nárokům a požadavkům, musejí úzce spolupracovat s průmyslem, který jim dokáže poskytnout potřebné nástroje. Jak dobře může taková spolupráce fungovat, názorně předvádí FRAVEBOT – robot, který na brněnské rodinné farmě Ráječek monitoruje a sklízí jahody.
