Przemysł 4.0 ma na celu ułatwienie zarządzania złożonością, aby móc elastycznie i wydajnie produkować jeszcze mniejsze partie, a tym samym bardziej zróżnicowaną ofertę produktów. Jak najlepiej uzyskać kontrolę nad złożonością?
Gdy mowa o Przemysł 4.0 często słyszymy słowa kluczowe o technologiach takich jak: Big Data, Cloud Computing, Cyber Fizyczny System (CPS – połączenie elementów mechanicznych/elektronicznych z oprogramowaniem z użyciem infrastruktury teletechnicznej np. internetu ) czy Internet Przedmiotów (IoT). Ale w rzeczywistości nie chodzi tylko o technologie, a o rozszerzenie naszych możliwości, które tkwią w elastyczności procesów (swobodzie wyboru i konfiguracji produktu oraz krótkiego czasu produkcji / dostawy), a to determinuje decentralizację, gdyż złożoność scentralizowanego systemu, który miałby to umożliwiać, byłaby bardzo duża i nie do opanowania.
Przemysł 4.0 ma na celu ułatwienie zarządzania złożonością, aby móc elastycznie i wydajnie produkować jeszcze mniejsze partie, a tym samym bardziej zróżnicowaną ofertę produktów. Jak najlepiej uzyskać kontrolę nad złożonością? Przez rozkład na mniejsze zadania dla poszczególnych komponentów – właśnie to daje decentralizacja. Jednak zdecentralizowane systemy musi być centralnie zsynchronizowany, aby zapobiec niechcianym nakładkom lub efektom wzajemnej interferencji.
Przemysł 4.0 oznacza decentralizację w organizacji i jest wezwaniem do inteligentniejszych procesów i większej swobody wyboru. Technologia jest w tym wypadku drugorzędna.
Decentralizacja często zaczyna się na małą skalę, w zakładach jest coraz więcej samoregulujących się systemów i inteligentnych mechanizmów sterujących. I to nie tylko inteligentne maszyny, ale także inteligentne procesy lub organizacja w której ludzie na produkcji mają większą swobodę wyboru, gdyż z natury są oni elastyczni, autonomiczni i mogą bardzo dobrze nadzorować swoje bliskie środowisko pracy oraz podejmować lepsze decyzje niż system centralny. Instancja centralna musi nadzorować całą firmę (jeden lub wiele zakładów) i bardo prawdopodobne, że przeoczy lokalne szczegóły lub źle je zinterpretuje.
Decentralizacja w organizacji to wcześniej podjęte centralnie decyzje, które są delegowane do odpowiednich obszarów i wszystkie istotne informacje są dostępne w sposób zdecentralizowany. Lokalna instancja może je wzbogacić swoimi spostrzeżeniami i podejmować finalne decyzje.
Przykładem zdecentralizowanego i samoregulującego rozwiązania jest Kanban, który generuje wykonanie elementów tylko gdy są potrzebne i w ilości, by nie powstawały zbędne zapasy. Uzupełnienie o elementy elektroniki – eKanban – sprawia, że procesy stają się transparentne i można je łatwo zsynchronizować z innymi. Czynnik wywołujący postprodukcję pochodzący z pola, a nie z centralnego planowania, jest ważną cechą eKanban i gwarantuje efektywność metody.
Zarządzanie transportem wewnętrznym może być nowocześnie zorganizowane w sposób zdecentralizowany. Pracownik na maszynie czy stanowisku produkcji może generować zleceń transportu by udostępnić gotową pulę. Jeśli pełna paleta ma zostać odebrana przez maszynę do magazynu, pracownik inicjuje to lokalnie w swoim miejscu. Tworzy się zlecenie transportu (z miejscem źródła i celu oraz towarem) a najbliższy wolny operator wózka może to zlecenie pobrać i zrealizować. Podobnie, w zdecentralizowanemu podejściu, możemy obsłużyć transport aktualnie potrzebnych na początku przebiegu surowców lub narzędzi wymaganych do konfiguracji maszyny. Proces dystrybucji zleceń przewozu jest inteligentny, elastyczny bez konieczności interwencji centralnej, choć instancja ta ma dokładny przegląd bieżącej sytuacji (realizcji, w toku, w oczekiwaniu).
Zarówno w eKanban, jak i zdecentralizowana intralogistyka, daje korzyści z małego nakładu na planowanie i koordynację. Ich kombinacja to przykład takiego scenariusz: opróżniono kontener to automatycznie generuje jest zlecenie transportowe przeniesienia do magazynu opakowań zwrotnych, a na tablicy e-Kanban oznacza się, że kontener został opróżniony. Post-produkcja elementu jest już w toku, automatycznie generuje się zlecenie transportu by dostarczyć odpowiedni pojemnik pod maszynę, gdzie następne jest wypełniany i w nowym zleceniu transportowym zwraca konsumentowi. Tablica eKanban zawsze pokazuje aktualny stan wszystkich pojemników w obiegu. Automatyczne generowanie zleceń transportowych zapewnia, że każdy kontener Kanban jest ponownie wprowadzany do właściwego obiegu. Dla wsparcia, mogą być użyte np. znaczniki RFID wielokrotnego zapisu, które informacje o cyklu-kanban oraz o materiałach w pojemnikach przechowują decentralnie. Alternatywnie etykieta pojemnika jest z kodem kreskowym, przy czym wszystkie powiązane informacje są następnie przechowywane w centralnym systemie. Można model rozszerzyć o kolejny krok i zarządzanie transportem połączyć z nowoczesnym autonomicznym systemem transportowym FTS (bez kierowcy), wtedy zlecenia transportowe będą dodatkowo podlegały automatycznej optymalizacji tras.
Alternatywnie aplikacje mobilne (App) wspierają płynność procesu lub zwiększają elastyczność generowania zleceń transportowych. W ten sposób modne ostatnio hasło networking uzyskuje całkiem nowe znaczenie.
Innym przykładem decentralizacji zadań jest połączenie planowania w PPS/APS (Production /Advanced Planner & Scheduling) ze sczegółowym planowaniem w centrum kontroli MES (Manufacturing Execution System).
Planowane zlecenia według prognoz popytu i oceny rynku, a także z bieżących zamówień klientów można poprzez PPS/APS rozdzielić do istniejących zakładów i obszarów produkcyjnych, bez znajomości konkretnych warunków zleceń w każdym z miejsc produkcji.
Na poziomie lokalnym zamówienia pojawiają się na liście roboczej odpowiednich systemów MES. Planista widzi znacząco lepiej dostępny park maszynowy i zasoby i lokalnie lokuje zlecenia w plan produkcji zgodnie z przesłanymi wymaganiami. Po szczegółowym uzgodnieniu planu i zatwierdzeniu zleceń, centralnie zamawiane są na odpowiedni termin potrzebne materiały. W ten sposób przez organizację, podział kompetencji i obszarów decyzji, zredukuje się złożoność centralnego planowania.
Jeżeli oprócz hierarchicznej komunikacji między centralną PPS/APS i odpowiednimi lokalnymi systemami MES, zrealizowany jest interfejs pomiędzy zakładami, to można także zrekompensować wahania mocy produkcyjnych. Koordynacja z centralną instancją ma duże znaczenie, ponieważ zależnie od scenariuszu materiał i/lub narzędzia muszą być transportowane między zakładami.
Również powyższy przykład można rozszerzyć: dodatkowo do szczegółowego planowania w odpowiednich MES, mistrz lub kierownik produkcji może być wyposażony w kontrolną aplikację mobilną (App). W niej okno podglądu zostaje zredukowane do grupy maszyn czy nawet pojedynczej maszyny, by szybko reagować na awarie, przestoje w produkcji lub nieplanowane wąskie gardła. Dzięki takiej aplikacji możemy na miejscu (na hali) zmienić sekwencję zleceń na maszynie. Także krótkoterminowa zmiana zleceń na inną odpowiednią maszynę jest w tak możliwa. Naturalnie tutaj także ważna jest synchronizacja z centrum kontroli w MES, a także z nadrzędnym ERP/PPS lub APS.
Niezależnie od stopnia automatyzacji, stała synchronizacja z systemem centralnym jest niezbędna, z ze względu na przejrzystość, ale także dla szybkiego rozpoznania i uniknięcia krytycznych sytuacji, o ile jest to możliwe. System, który powinien synchronizować wiele procesów zdecentralizowanych, musi dysponować nie tylko szeroką informacją, ale także możliwością pracy w czasie rzeczywistym, aby móc te informacje rzeczywiście w pełni wykorzystać.
Zgodnie z wytycznymi VDI 5600, Systemy Zarządzania Produkcją (MES) spełnia dokładnie te wymagania i dlatego doskonale nadaje się jako centralny ośrodek informacji i danych na produkcji. Wiedza o maszynach i narzędziach, materiale, zamówieniach a także personelu produkcyjnym umożliwia MES przejęcie zadań synchronizacji centralnej. Z drugiej strony, taki system może również monitorować i synchronizować zdecentralizowane scenariusze planowania. Ostatecznie dane zebrane na produkcji są kompresowane i w odpowiednim zakresie zgłaszane do systemu ERP/PPS. Jest oczywiste, że zdecentralizowana organizacja może być bardzo korzystna, ale od pewnego momentu niezbędna jest centralna instancja synchronizująca.
Nasz globalnie znany System MES (Manufacturing Execution System) stanowi gotowy fundament do realizacji scenariuszy Przemysł 4.0.