Sztuczna inteligencja to nie tylko dane
Jako pionier w branży, firma ARBURG intensywnie prowadzi prace nad znalezieniem sposobów praktycznego wykorzystania cyfryzacji w celu podniesienia wydajności produkcji w przetwórstwie tworzyw sztucznych
W ramach cyklu "Przyszłość technologii wtrysku" rozmawiamy z Guido Frohnhausem, dyrektorem zarządzającym ds. technologii w firmie ARBURG
Szybki rozwój technologii cyfrowych otworzył szeroko drzwi do ery Przemysłu 4.0. Jaki wpływ ma cyfryzacja na sektor wtryskarek i jak zmieniła ona podejście do procesów formowania wtryskowego?
Jako pionier w branży, firma ARBURG intensywnie prowadzi prace nad znalezieniem sposobów praktycznego wykorzystania cyfryzacji w celu podniesienia wydajności produkcji w przetwórstwie tworzyw sztucznych. Dzięki technologiom wysokiej jakości, inteligentnemu systemowi sterowania oraz cyfrowym produktom i usługom, nawet trudne procesy technologiczne można zoptymalizować i zapewnić ich stabilność.
Wszystko to, co w odniesieniu do tych procesów wiązało się kiedyś ze znacznymi nakładami czasu, zaangażowaniem personelu oraz stosowaniem kontroli, obecnie staje się coraz prostsze, bardziej wydajne i niezawodne procesowo. I właśnie tego oczekują przetwórcy tworzyw sztucznych od nas, producentów maszyn - wykorzystania cyfryzacji oraz automatyzacji w celu ułatwienia ich codziennej pracy w dziedzinie formowania wtryskowego oraz zwiększenia opłacalności tej technologii. Aby tego dokonać, niezbędne są wszechstronnie połączone w sieć inteligentne wtryskarki, które znają produkowane przez siebie części, monitorują wykonywane procesy, sterują nimi w sposób adaptacyjny i aktywnie wspierają operatora w każdej sytuacji. Obejmuje to również obsługę wspomaganą przez asystenta i kompletną dokumentację.
Gromadzone dane dostarczają wielu informacji o procesie produkcyjnym. Dzięki nim możemy szybciej, i z większą wartością dodaną, opracowywać własne procesy, a także informować klientów m.in. o statusie i jakości poszczególnych zleceń. Już dziś jest to możliwe, np. przy wykorzystaniu systemu ARBURG Host Computer System (ALS) - naszego własnego systemu MES opracowanego specjalnie dla potrzeb formowania wtryskowego. Oprócz wtryskarek Allrounder można do niego podłączyć również wtryskarki innych producentów oraz np. maszyny do obróbki metalu czy urządzenia peryferyjne.
Wreszcie, co niemniej ważne, cyfryzacja jest niezbędna dla sprawnie funkcjonującej gospodarki o obiegu zamkniętym, a tym samym dla zrównoważonego i oszczędzającego zasoby naturalne wykorzystania tworzyw sztucznych jako cennego materiału nadającego się do recyklingu. W tym obszarze ARBURG jest zaangażowany chociażby w międzybranżową inicjatywę na rzecz recyklingu tworzyw sztucznych R-Cycle, która została nominowana do Niemieckiej Nagrody Innowacyjności dla Klimatu i Środowiska (IKU) 2022 w kategorii "Wykorzystanie zmian cyfrowych dla innowacji przyjaznych dla klimatu i środowiska". Celem tej inicjatywy jest wykorzystanie cyfrowego paszportu produktu do automatycznego rejestrowania właściwości istotnych dla recyklingu już na etapie produkcji, tak aby opakowania nadające się do ponownego przetwórstwa mogły być identyfikowane i rozdzielane według typu w sortowniach odpadów, w celu uzyskania wysokiej jakości recyklatów.
Nadal jednak są to zaledwie początki zaawansowanej cyfryzacji i, ogólnie rzecz biorąc, poziom dojrzałości w zakresie digitalizacji procesów formowania wtryskowego jest nadal bardzo zróżnicowany.
Budowa maszyn rozwija się podobnie jak przemysł motoryzacyjny - oprogramowanie i inteligentne technologie zyskują coraz większe znaczenie również w przetwórstwie tworzyw sztucznych. Ale faktycznie, znajdujemy się dopiero na początku nowej ery. Wraz z naszymi klientami i partnerami rozpoczynamy podróż w kierunku transformacji cyfrowej. Ponieważ jednak cyfryzacja rozwija się w odmienny sposób w poszczególnych krajach, branżach i przedsiębiorstwach, chcemy wyjść naprzeciw wszystkim dokładnie tam, gdzie się obecnie znajdują. Naszym celem jest wspieranie naszych klientów, służenie im radą i pomocą, a tym samym tworzenie, że tak to ujmę, połączenia między nimi, naszymi maszynami i samą firmą ARBURG.
Na co konkretnie może pozwolić nam cyfryzacja?
Krótsze serie produktów i szybsze ich zmiany, zwiększona elastyczność i rosnące wymagania jakościowe w połączeniu z pełną dokumentacją procesu i brakiem wykwalifikowanych pracowników - to aktualne wyzwania, którym trzeba sprostać. Można to osiągnąć tylko przy pomocy zautomatyzowanych i cyfrowych procesów. Nowoczesne maszyny będą nadal wysokiej jakości, trwałe, wydajne i zdolne do integracji z innymi procesami. Ale posiadają one również elastyczne moduły wspomagające i sterujące, które stanowią podstawę strategii 0-ppm.
Dzięki systemowi sterowania Gestica, praca z dwoma fizycznie oddzielnymi komputerami - jednym do obsługi i wizualizacji oraz drugim, przeznaczonym do sterowania i regulacji procesów w czasie rzeczywistym - otwiera możliwości, które wcześniej (przy zastosowaniu jednego systemu sterowania) były możliwe tylko w ograniczonym zakresie. Dobrym przykładem są tu wizualizacje 3D i funkcje wspomagające.
Jestem przekonany, że dzięki naszemu systemowi Gestica przenosimy formowanie wtryskowe na zupełnie nowy poziom. Będzie to całkowicie nowe doświadczenie dla naszych klientów, zarówno w zakresie cyfryzacji jak i koncepcji sterowania. Jako "mózg" maszyny, Gestica oferuje ogromną elastyczność, zwłaszcza przy częstych zmianach form i wyrobów lub gdy użytkownik chce zoptymalizować swoje procesy i utrzymać je na stałym poziomie. Za pomocą tego systemu można dokonywać doskonałych analiz procesów oraz optymalizować procesy i czasy cykli.
Przykładem inteligentnej funkcji wspomagającej, dzięki której maszyna "zna" detal, który produkuje, jest "aXw Control FillAssist" - cenne narzędzie do definiowania parametrów formy, które przyspiesza proces i jednocześnie czyni go bardziej niezawodnym. Funkcja ta działa poprzez animację - w postaci przyjaznej dla operatora grafiki 3D w czasie rzeczywistym – stopnia wypełnienia detalu w stosunku do aktualnej pozycji ślimaka zespołu plastyfikującego. Dzięki temu można przeprowadzać symulacje procesu wtrysku bezpośrednio na maszynie, nawet podczas jej normalnej pracy.
Trzy inne systemy wspomagające - ScrewPilot, PressurePilot i ReferencePilot - umożliwiają adaptacyjnie regulowany wtrysk tworzywa do formy. To są inteligentne strategie sterowania, które opierają się na sobie nawzajem w celu spełnienia założonych wymagań jakościowych, takich jak stały ciężar detali i równomierne wypełnienie formy, niezależnie od wahań lepkości tworzywa.
Za pomocą funkcji "aXw Control MeltAssist" system Gestica monitoruje, dzięki zainstalowanym czujnikom wbudowanym w moduł cylindra plastyfikującego, zapisuje i analizuje takie parametry jak obciążenie układu plastyfikującego i czas przebywania tworzywa w cylindrze plastyfikującym. Umożliwia to prewencyjną konserwację opartą o rzeczywiste dane o pracy modułu plastyfikującego oraz oszczędza cenny czas pracy w codziennej produkcji.
Wszystkie wymienione przez mnie funkcje pomocnicze mają jedną wspólną cechę: zawierają kompendium wiedzy fachowej i doświadczenia praktycznego operatorów, które jest archiwizowane i możliwe do pobrania i analizy, nie jest tutaj wymagana żadna specjalna znajomość oprogramowania. Jest to szczególnie korzystne w przypadku częstej zmiany personelu obsługującego i serwisowego oraz w celu wyrównania różnych poziomów jego kompetencji.
Rozwój cyfryzacji procesów formowania wtryskowego pozwala na uzyskiwanie coraz większej ilości danych. Zawierają one wiele informacji, ale często nie są rozpoznawalne na pierwszy rzut oka. W jaki sposób wykorzystanie tych informacji wspiera optymalizację procesów?
Dane są siłą napędową digitalizacji i niejako złotem przyszłości – a nawet, rzekłbym, teraźniejszości. Jednak większość zadań wymaga nie tyle „dużych” danych, co „inteligentnych” danych. Na przykład, aby osiągnąć cel „maszyna zna komponent” poprzez połączenie symulacji i rzeczywistości, należy zebrać i ocenić wiele danych procesowych oraz wyciągnąć wnioski z dużą ilością know-how. Intensywnie nad tym pracujemy.
Technologia zawarta w maszynach to nowoczesny system sieciowy działający w czasie rzeczywistym, inteligentny system sterowania i analizy danych, które stanowią podstawę niezawodnego monitorowania procesu. Dzięki odpowiednim czujnikom można rejestrować stan części podatnych na zużycie (monitoring stanu) i umożliwiać konserwację prewencyjną. Minimalizuje to nakłady na konserwację, a jednocześnie zapewnia długi, stabilny i bezproblemowy czas pracy. W ten sposób można też wykryć i przewidzieć np. wahania jakości partii surowca, zużycie zaworów hydraulicznych czy też generatorów podciśnienia. System sterowania poinformuje operatora z odpowiednim wyprzedzeniem, gdy tylko trzeba będzie wymienić części, które wkrótce ulegną zużyciu. Innym przykładem jest zależne od obciążenia automatyczne smarowanie przegubów kolanowych w maszynach elektrycznych w zależności od zastosowania i ustawień parametrów podczas bieżącej produkcji.
Ogólnie rzecz biorąc, istnieją dwie opcje analizy danych. W rozwiązaniu „on-cloud” zebrane dane są przesyłane do centralnego systemu nadrzędnego w chmurze, gdzie są analizowane, a następnie przekazywane z powrotem do maszyny. Wymaga to złożonej infrastruktury informatycznej. Z drugiej strony ARBURG stawia na rozwiązanie „on-device”, tzn. dane są analizowane i oceniane bezpośrednio w jednostce operacyjnej Gestica. Nie ma to wpływu na bieżące sterowanie samą maszyną i przebiegiem produkcji. Naszym zdaniem, systemy nadrzędne są najbardziej odpowiednie dla takich obszarów jak planowanie produkcji czy analizy długoterminowe.
Obecnie w ARBURGU ponad 90% wszystkich procesów jest realizowanych cyfrowo – od konfiguracji maszyn po mobilne planowanie zadań serwisantów. Wzajemne powiązania w całym łańcuchu wartości sprawiają, że informacje istotne dla produkcji są dostępne w każdym miejscu i o każdej porze. Dzięki przechowywaniu danych, każda maszyna od dawna posiada swojego cyfrowego bliźniaka. Dane zapisane dla konkretnej maszyny są również udostępniane klientom poprzez portal arburgXworld. Każdy z nich otrzymuje tam swój własny wirtualny pokój, do którego tylko on posiada „klucz”.
Wsparcie online, zdalny serwis, rozszerzona rzeczywistość - te funkcje są stosowane także przez innych producentów. Jakie są osiągnięcia ARBURG w tej dziedzinie?
Postrzegamy siebie nie tylko jako dostawcę maszyn, ale raczej jako partnera technologicznego, siłę napędową wydajności i pioniera w branży tworzyw sztucznych w zakresie cyfryzacji. Nasze maszyny, automatyzacja i własne rozwiązania informatyczne tworzą elastyczny system produkcyjny. Naszym głównym celem jest umożliwienie kontroli nad tym, co skomplikowane. Wyposażamy wtryskarki Allrounder w bramkę internetową, aby można je było połączyć w standardowy sposób z portalem klienta arburgXworld lub np. z ARBURG Remote Service.
W inteligentny i przejrzysty sposób połączyliśmy nasze cyfrowe produkty i usługi w programie arburgXworld. Dzięki portalowi klienta o tej samej nazwie i jego licznym aplikacjom niejako mapujemy cały świat firmy klienta i ułatwiamy mu wejście do cyfrowego świata ARBURGA - i to w całym łańcuchu wartości formowania wtryskowego. Portal oferuje rzeczywistą wartość dodaną poprzez wiele funkcji, dzięki którym codzienna praca może stać się jeszcze bardziej efektywna - a wszystko to jest dostępne już w bezpłatnej wersji podstawowej. Szczególnym zainteresowaniem cieszy się "Shop" i "MachineCenter". W „Sklepie” klienci mogą w każdej chwili wygodnie, na indywidualnych warunkach, zamówić części zamienne. Z kolei w "MachineCenter", dzięki centralnemu dostępowi do istotnych dla produkcji informacji i dokumentów, oferujemy przejrzysty obraz własnego parku maszynowego klienta, znacząco upraszczając planowanie ewentualnych zakupów, produkcji czy serwisu.
Funkcja "VirtualControl" to niejako bliźniak cyfrowego sterowania; dzięki niej operator może, zarówno w domu jak i innych dowolnych miejscach, na swoim komputerze lub tablecie, tworzyć i zmieniać programy maszyny, optymalizować procesy i usuwać ewentualne usterki. Dane mogą być następnie przesyłane bezpośrednio do maszyny przez system komputerowy ALS lub np. przez kartę pamięci flash.
Kolejnym nowoczesnym narzędziem jest aplikacja "SelfService". Tutaj przechowywana jest baza wiedzy techników serwisowych. W przypadku awarii maszyny dostępne są instrukcje do samodzielnej pomocy – co pozwala uniknąć czasochłonnych i kosztownych wizyt serwisowych na miejscu. W przyszłości system sterowania Gestica będzie również zapewniał „pierwszą pomoc”, pokazując operatorowi za pomocą animacji 3D, gdzie dokładnie znajduje się usterka, a następnie pomoże w jej usunięciu krok po kroku za pomocą instrukcji obsługi w formie krótkiego klipu video.
Obecnie wiele firm rezygnuje z wyjazdów i podróży służbowych z powodu obostrzeń związanych z pandemią. Dlatego oferujemy również możliwość „zdalnego” odbioru maszyn. Podczas tego procesu nasi eksperci ds. sprzedaży wspólnie z klientem analizują specyfikację jego wymagań. Po zakończeniu analizy powstaje szczegółowy raport zawierający m.in. dodatkową dokumentację w postaci zdjęć.
Jest to rozwiązanie efektywne zarówno pod względem czasu jak i kosztów oraz stanowi interesującą opcję – podobnie jak nasze wsparcie online za pośrednictwem usługi ARBURG Remote Service ARS. Pozwala ona pracownikom infolinii połączyć się bezpośrednio z systemem sterowania maszyny poprzez bezpieczne szyfrowane łącze. To bezpieczne wsparcie online umożliwia klientom szybkie i łatwe wykorzystanie rozległego know-how naszych ekspertów serwisowych do analizy i optymalizacji procesów oraz identyfikacji ewentualnych problemów.
Jesteśmy również świadkami szybkiego rozwoju sztucznej inteligencji. Jest to szczególnie widoczne w sferze społecznej, choć często widzimy skutki uboczne, np. w sieciach społecznościowych. Pozostańmy jednak przy naszej branży. Jaką rolę odgrywa AI w procesach formowania wtryskowego?
Samo zbieranie danych nie wystarczy. Trzeba także dysponować wiedzą z danej dziedziny oraz know-how w obszarze procesów. ARBURG zaczął myśleć o sieciach neuronowych do optymalizacji procesów już ponad 20 lat temu. Mamy tę przewagę, że możemy oprzeć nasze pomysły w zakresie sztucznej inteligencji na systemie sterowania Gestica, który sami opracowaliśmy, systemie komputerowym ALS i naszym własnym portalu dla klientów arburgXworld.
Ogromny potencjał sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego widzimy szczególnie, jeśli chodzi o obsługę maszyn. W przyszłości wtryskarka będzie musiała automatycznie przetwarzać tak trudne materiały jak np. recyklaty, w taki sposób aby powstawały z nich wysokiej jakości produkty, nie obciążając przy tym operatora.
Jednym z przyszłych problemów z tym związanych będzie zapewnienie, aby maszyna nie tylko pracowała stabilnie, ale także aby sama się optymalizowała. Przykładowo, w przypadku awarii system sterowania rejestruje działania operatorów, porównuje je ze sobą i wykorzystuje do określenia najlepszego sposobu postępowania, aby zapewnić ukierunkowane wsparcie na wypadek kolejnej usterki. W ten sposób system uczy się w sposób ciągły poprzez machine learning i z czasem staje się coraz lepszy, powiedzmy bardziej doświadczony. Innym przykładem jest automatyczne programowanie systemów robotów. W przyszłości operator będzie musiał jedynie wprowadzić żądaną pozycję początkową i końcową, zaś system sterowania zajmie się resztą, automatycznie określając optymalną sekwencję ruchów.
Poważnym wyzwaniem w przypadku formowania wtryskowego jest to, że modele AI są w dużym stopniu zależne od danego procesu, materiału i wyposażenia. ARBURG koncentruje się na opracowaniu modeli wzorcowych dla różnych typów procesów, materiałów i wyposażenia maszyn oraz udostępnia je swoim klientom. Mogą oni następnie udoskonalać swój model przedprodukcyjny, at the edge - choćby w próbach we własnym laboratorium - i wdrożyć go, np. poprzez portal arburgXworld lub system ALS, w maszynach rozmieszczonych w różnych miejscach na całym świecie. My zaś, korzystając ze zbioru zoptymalizowanych modeli od różnych klientów, możemy tworzyć następną generację oryginalnego modelu.
Innym potencjalnym, a do tego bardzo praktycznym obszarem zastosowania AI jest poprawa zarządzania częściami zamiennymi za pomocą inteligentnego przetwarzania obrazów. Przetwórca tworzyw sztucznych mógłby zrobić zdjęcie np. filtra oleju, który wymaga wymiany. Jeśli fotografia byłaby połączona z arburgXworld, system automatycznie przekazałby sugestię dotyczącą zamówienia oraz innych produktów, które pasują do danej części zamiennej – w sposób podobny do tego, jaki znamy z rozwiązań stosowanych przez Amazon.
Na koniec naszej rozmowy chciałbym, aby wcielił się pan w rolę wizjonera. Jak będzie wyglądał sektor technologii formowania wtryskowego za 20-30 lat?
Wyobrażam sobie, że urządzenia smart, wyposażone w inteligentne funkcje wspomagające, uczynią formowanie wtryskowe procesem tak łatwym i wygodnym, jak przemieszczanie się z punktu A do punktu B dzięki autonomicznej jeździe samochodu. Ponadto w przyszłości może być mniej rodzajów tworzyw sztucznych. Zamiast tworzyć ich niezliczone typy, będziemy mogli bezpośrednio na wtryskarce modyfikować kilka podstawowych polimerów w zależności od indywidualnych potrzeb. Opcja modyfikacji tworzyw odpowiednimi dodatkami w celu uzyskania pożądanych właściwości może doprowadzić do rozwoju najmniejszych i zarazem najbardziej złożonych kombinacji wytłaczania, wtrysku i compoundingu. W perspektywie krótko- i średnioterminowej jest to interesujące również w odniesieniu do kwestii gospodarki o obiegu zamkniętym.
W przyszłości chciałbym również mieć możliwość "wyhodowania" nowoczesnych tworzyw sztucznych, które przy utylizacji - w wyniku prostych oddziaływań chemicznych lub fizycznych - rozpadną się na biologicznie nieszkodliwe składniki. Spodziewam się też, że nastąpi płynne przejście pomiędzy formowaniem wtryskowym a wytwarzaniem przyrostowym tzw. drukiem 3D. Freeformer i inne drukarki 3D będą jeszcze szybciej produkować coraz wyższej jakości części z tworzyw sztucznych, a produkcja form wtryskowych stanie się bardziej elastyczna.
W swojej szklanej kuli widzę, że ARBURG nadal będzie wytwarzał jeszcze bardziej znormalizowane układy zamykania, które będą mogły być we wszechstronny sposób łączone z różnymi modułami wtryskowymi. Jestem w stanie sobie nawet wyobrazić tzw. metale z pamięcią kształtu, które będzie można ponownie odformować. Jednak zasadniczą kwestią pozostaje to, jak w nadchodzących dziesięcioleciach poradzimy sobie z zagadnieniami gospodarki o obiegu zamkniętym, energii, emisji dwutlenku węgla i wykorzystywania zasobów naturalnych. Od tego w dużej mierze zależy, czy my - ludzie - chcemy nadal pozostać na Ziemi. Jeśli tak, to musimy zrobić wszystko co w naszej mocy, aby ją chronić.
Rozmawiał: Jacek Leszczyński
Czytaj więcej:
