Začlenění skladovacích skříní do výrobního prostředí Průmyslu 4.0 (3.část)

S rostoucím zájmem o Průmysl 4.0 míří řada výrobců elektrotechnických zařízení OEM (Original Equipment Manufacturer - výroba originálního vybavení) a EMS (Electronics Manufacturing Services – zakázková výroba elektroniky) směrem k cílům „chytrých továren“ a „odlehčení výroby“. Jedním z klíčových požadavků pro dosažení těchto cílů je zefektivnění materiálového toku mezi skladem a výrobním prostorem, které zajistí, že všechny součástky dosáhnou výrobních linek přesně a ve správný čas. V posledních letech začal hrát automatizovaný systém skladování součástek významnou roli při zvyšování produktivity a efektivity mnoha elektronických společností OEM a EMS.

V kombinaci s obsáhlou databází všech materiálů, procesů a postupů nezbytných pro výrobu produktů a softwarových systémů, které musí spolupracovat, aby úspěšně dosáhly svých výrobních cílů, poskytují tyto automatizované skříně mocný nástroj jak pro hromadnou výrobu, tak pro prostředí s malými sériemi. Zatímco většina firem používá k řízení podniku systém ERP (Enterprise Resource Planning – plánování podnikových zdrojů), některé mohou navíc používat systém MES (Manufacturing Execution System – výrobní informační systém). Kromě toho může mít mnoho zařízení používaných ve výrobních linkách vlastní operační software, software pro údržbu, řízení strojů a řízení linek.

Integrace a správa těchto systémů je náročný úkol. Jedním z nejdůležitějších požadavků pro dosažení této integrace je mít přesné a úplné údaje v databázi materiálů, procesů a postupů. V těchto článcích se zabýváme oblastí automatizovaného skladování a vyhledávání součástek a jejím dopadem na vazbu mezi skladem a výrobní halou. V prvním článku jsme zkoumali různé typy skladovacích skříní a jejich různé vlastnosti a výhody. V tomto článku se zabýváme integrací skříní a ostatních hardwarových a softwarových systémů ve výrobním prostředí.

Připojení k systému ERP

Plánování podnikových zdrojů (ERP) je integrované řízení hlavních obchodních procesů, často v reálném čase a zprostředkované softwarem a technologiemi.
ERP je obvykle označován jako kategorie softwaru pro řízení obchodu – typicky sada integrovaných aplikací, které organizace může použít ke sběru, ukládání, správě a interpretaci dat z mnoha obchodních činností.

ERP poskytuje integrovaný a průběžně aktualizovaný pohled na hlavní obchodní procesy pomocí společných databází spravovaných systémem správy databází. Systémy ERP sledují obchodní zdroje – hotovost, suroviny, výrobní kapacitu – a stav obchodních závazků: objednávky, faktury a platby.

Aplikace, které tvoří systém, sdílejí data napříč různými odděleními (výroba, nákup, prodej, účetnictví atd.), které jsou zdroji údajů. ERP usnadňuje tok informací mezi všemi obchodními funkcemi a řídí propojení s externími zúčastněnými stranami.
Automatizovaný skladovací systém součástek lze snadno propojit se systémem ERP, MES, osazovacími linkami, atp. Díky rozhraní API může každý software snadno komunikovat a přijímat informace z úložného systému a je také možné automatické sdílení souborů s jiným softwarem. Výsledkem těchto spojení je, že všechny podnikové systémy jsou aktualizovány tak, aby byl okamžitě k dispozici stav zásob, což umožňuje efektivnější a včasnější výrobní cyklus. Všechny informace nezbytné pro automatické generování zpráv o sledovatelnosti jsou také automaticky předávány do systémů ERP i MES.

Podívejme se nyní na typy informací, které může automatizovaný skladovací systém předávat ERP. Za prvé, a to je nejdůležitější, jsou to označení a množství všech součástek uchovávaných v automatizovaných skladovacích systémech. V těchto údajích je jedinečné ID každé cívky, číslo dílu výrobce, číslo šarže, datum a veškeré další specifické údaje, které zákazník spojil s jedinečným ID. Prostřednictvím tohoto propojení je možné, aby se ERP systém aktualizoval podle aktuální inventury prováděné v automatizovaných skladovacích systémech tak často, jak je potřeba.

Za druhé, automatizovaný skladovací systém může ERP systému potvrdit součástky podle cívky, palety a jedinečného ID, které jsou právě ve výrobním procesu, jejich současné umístění a úlohy a soupisy materiálu, ke kterým jsou v současné době přiřazeny. Pokud by systém ERP požadoval aktualizaci množství zásob každých 10 minut v průběhu celého dne, automatizovaný skladovací systém může vyhovět. I když by to mohlo být považováno za přehnané, u velkého výrobce se 100 výrobními linkami a produkujícím desítky tisíc sestav denně by to nebylo přehnané, ale nezbytné.

U součástek citlivých na vlhkost jsou údaje a sledování MSD (Moisture Sensitive Device) dat také kdykoli plně dostupné pro ERP systém. Každá cívka nebo paleta, identifikovaná svým jedinečným ID, má celou svou životní historii zaznamenanou automatizovaným skladovacím systémem. Pokaždé, když byla součástka vydána k použití, doba po kterou byla mimo prostředí s kontrolovanou vlhkostní, doba za kterou byla vrácena do automatizovaného skladovacího systému a zbývající doba skladovatelnosti součástky před jejím vypršením, je kdykoli k dispozici ERP systému nebo jinému externímu softwarovému systému, například MES.

Pokud výrobce používá systém ERP k řízení výroby a generování objednávek k vyskladnění sad součástek potřebných pro každý výrobní úkol, může ERP zaslat požadavek na materiál do automatizovaných skladovacích systémů, aby automaticky generovaly vyskladnění sady před výrobou. Někteří uživatelé používají ke správě této funkce softwarový systém MES. V tomto případě může i software MES zaslat požadavek na vyskladnění materiálu a sady součástek do automatizovaného skladovacího systému.

Systém ERP je hlavním řídicím centrem obchodních operací ve většině společností. Automatické skladovací systémy jsou schopny na požádání sdílet s ERP veškerá data, která ukládají. Od velkých známých poskytovatelů ERP, jako jsou SAP a Oracle, přes domácí ERP systémy vyvinuté samotnými zákazníky až po jednodušší ERP systémy orientované na malé podniky může být automatizovaný skladovací systém plně integrován jako klíčový partner ve výrobním procesu.

Systém MES

Výrobní informační systémy (MES) jsou počítačové systémy používané při výrobě, sledování a dokumentování transformace vstupů na hotové zboží. MES poskytuje informace, které vedoucím výroby pomáhají pochopit, jak lze současné podmínky ve výrobě optimalizovat, aby se zlepšila produkce. MES pracuje v reálném čase, aby umožnil kontrolu více prvků výrobního procesu (např. vstupů, personálu, strojů a podpůrných služeb).
Někteří výrobci používají software MES k přímému řízení výroby a sledování kritických výrobních procesů. Obvykle se MES používá ve spojení se systémem ERP s nepřetržitou integrací a komunikací mezi oběma systémy. Ve výrobě elektroniky jsou některými z větších poskytovatelů MES Siemens (dříve Valor/Mentor Graphics), Aegis, Cogiscan a dále mnoho méně známých poskytovatelů.
Používá-li se software MES, automatizovaný systém skladování součástek obecně komunikuje primárně s MES a prostřednictvím MES se informace předávají ERP. MES zasílá soupisy materiálů a požadavky na vyskladnění sad součástek do automatizovaných skladovacích systémů a rovněž přijímá data z automatického monitorovacího systému součástek MSD, který provozuje skladový systém. V některých případech, kdy je výroba přímo řízena MES, bude přesto ERP systém komunikovat přímo s automatizovanými skladovacími systémy, pokud jde o zásoby, množství součástek a soulad FIFO.

Osazovací linky

Automatizovaný systém skladování součástek může komunikovat přímo s řídicím softwarem osazovacích systémů, aby zajistil potřebné činnosti. Za prvé vyskladní na správnou linku sadu součástek požadovaných systémem ERP nebo systémem MES. Sada pak může být založena do podavačů a poté na linku. Po dokončení výroby této úlohy mohou být součástky vyjmuty z podavačů, uloženy do skladovacích palet stranou s čárovým kódem nahoru a vráceny do automatického skladovacího systému, aby byly později opět k dispozici.

U většiny moderních osazovacích systémů je možné použít data z osazovacího stroje k aktualizaci množství součástek na jednotlivých cívkách nebo paletách při jejich vrácení do automatického skladovacího systému. Když se například cívka vrátí do skladovací skříně, načte se jedinečný ID a skříň si vyžádá informace o množství z řídící jednotky osazovací linky. Každý osazovací systém zná, kolik součástek z každé cívky bylo odebráno a kolik vadných součástek se během odebírání z této cívky vyskytlo. Tato čísla lze sečíst a sloučit s koeficientem ztrát, který zohledňuje počet součástek, které se v průměru ztratí, když je cívka ukládána do podavače pásky. Kombinací těchto čísel a odečtením od předchozího stavu zásob pro tuto cívku lze množství skladu aktualizovat a udržovat správné. Tento proces lze provést bez jakéhokoliv externího počítacího zařízení nebo pracovní doby potřebné k provedení inventury.
Dalším zajímavým rysem automatizovaného skladovacího systému je jeho schopnost dodávat součástky do výrobní linky v předstihu, čímž se eliminuje čekací doba potřebná k výměně cívky nebo palety, když během výroby docházejí součástky. Mnoho moderních osazovacích systémů má schopnost monitorovat množství součástek, které zůstávají na jednotlivých cívkách nebo paletách, a to tak, že odpočítává množství spotřebovaných součástek. Uživatel těchto osazovacích systémů může nastavit úroveň výstrah tak, aby osazovací linka vyslala do automatizovaného skladovacího systému hlášení, když je cívka nebo paleta blízko k vyprázdnění.

I když skladovací systém právě vyskladňuje další sadu nebo vrací součástky z dokončené výroby do skladu, může přerušit svůj úkol, vyskladnit další cívku nebo paletu se součástkami, které docházejí, a umístit je do zásuvky rychlého výdeje umístěné pod hlavními dveřmi jednotlivých skříní. Skladovací skříň poté upozorní operátora. Když se operátor dostaví, přečte si zprávu „Toto je naléhavě potřebné na lince 2, stroj 3, podavač 26“ a může otevřít zásuvku, vyjmout cívku a doručit ji na osazovací linku dříve, než se aktuální cívka zcela vyprázdní. Cívka se součástkami pak může být spojena s docházející nebo založena do jiného podavače či vyměněna, čímž se ušetří čas oproti situaci, když by požadavek na doplnění byl předán až po vyprázdnění cívky. V nedávné době tato možnost u jednoho zákazníka zvýšila vytížení strojů o 8 % na lince s výrobní kapacitou osazení 272 000 součástek za hodinu. Tyto dodatečné úspory času zvyšující využití výrobní linky způsobí, že automatizované skladovací systémy mohou mí investiční návratnost i méně než jeden rok.

Další možná spojení mezi osazovací linkou a automatizovanými skladovacími systémy mohou zahrnovat např. upozornění na dobu použitelnosti MSD, či násobné vyskladnění cívek se součástkami s vysokou spotřebou, jako jsou např. oddělovací kondenzátory.

Proces přejímky materiálů

V předchozím článku „Automatizace příjmu materiálu jako součást Průmyslu 4.0“ byly plně popsány možnosti dalšího automatizování procesu přejímky materiálů a urychlení evidence, které jsou jeho součástí. Podrobně zde byla popsána i nová stanice pro příjem materiálu neboli IMS (Incoming Materials Station), kterou nedávno představil největší výrobce automatizovaných skladovacích systémů.

Schopnost urychlit přijímací proces umožňuje, aby systém ERP a automatizované skladovací systémy měly všechny údaje potřebné pro výrobu ihned po přejímce součástek. A rovněž máme jistotu, že ke každé cívce, paletě nebo tyči byl vytištěn a připevněn správný jedinečný ID.

Rentgenová počítadla součástek

Poměrně novým zařízením, které bylo představeno v posledních několika letech, je rentgenové počítadlo součástek. Tyto systémy spočítají množství součástek na cívce, paletě nebo tyči během několika sekund, aniž by se musely součástky vyjmout. Stále více firem si tyto systémy pořizuje kvůli rychlosti, s jakou se součástky počítají, a kvůli značným úsporám pracovních sil. Tato nová rentgenová počítadla lze také integrovat s automatizovanými skladovacími skříněmi.

Pokud je rentgenové počítadlo použito jako samostatná jednotka a všechny cívky nebo palety jsou do ní zavedeny a spočítány poté, co byly po dokončení montáže odstraněny z výrobní linky, je tento údaj k dispozici pro automatizovanou skladovací skříň. Například po ukončení výroby byla z podavače odstraněna cívka a zbylý počet součástek byl spočítán rentgenovým počítadlem. Když se cívka vrátí do automatizované skladovací skříně, ta si přečte její unikátní ID a zeptá se rentgenového počítadla, zda byla spočítána a jaké bylo výsledné množství. Automatická skladovací skříň pak aktualizuje skladové množství pro tuto cívku a jedinečné ID ve své databázi. Jak jsme již popsali, znamená to, že aktualizované množství je k dispozici pro ERP systém nebo MES software ihned poté, co byla tato cívka vrácena na sklad.

Dva výrobci rentgenových počítadel součástek nedávno představili in-line verze svých počítacích systémů. Na nedávné výstavě Productronica v německém Mnichově největší výrobce automatizovaných skladovacích skříní představil vyvíjené in-line rentgenové počítadlo ve skupině automatizovaných skladovacích skříní. S touto konfigurací je možné, aby automatizované skladovací skříně odesílaly cívky nebo palety přímo do rentgenového počítadla ke zpracování a pak vrátily cívku nebo paletu automaticky do skladu. To dává uživateli možnost vést seznam součástek, které mají být opakovaně počítány, a automatizovaná skladovací skříň je zpracovává během odstávky z běžné výroby, např. v noci. Druhý den ráno uživatel obdrží hlášení s podrobnými údaji o činnostech počítání z předešlé noci. Možnost fyzického začlenění rentgenového počítadla součástek do automatizovaných úložných systémů je plánována koncem roku 2021.

V tomto článku jsme popsali mnoho způsobů, jak lze automatizované systémy skladování součástek integrovat se systémem ERP a softwarem MES, výrobními SMT linkami, řídicím software MSD a dalšími zařízeními, jako jsou například rentgenová počítadla součástek. Mělo by však být jasně řečeno, že automatizované skladovací skříně mohou sdílet veškerá data, která obsahují, s jakýmkoli jiným systémem schopným integrovat se s operačním systémem Windows. Sdílením souborů nebo využitím možností API, které jsou součástí skladovací skříně, lze snadno monitorovat veškerá data, která si uživatel přeje. Ať už softwarovou integraci provádí výrobce skladovací skříně jako službu, nebo ji provádí sám uživatel, celkové začlenění automatizované skladovací skříně do výrobního prostředí znamená výhody a úspory pro uživatele do dalších let.

autor: Robert J Black Jr