Ventil 3 / 2022 • Letnik 28 198 IZ PRAKSE ZA PRAKSO 198 Opis podjetja in stanje digitalizacije Na evropskem tržišču je podjetje IMP Armature, d. o. o., poznano kot kvaliteten proizvajalec industrij- skih armatur. Proizvodni program obsega industrij- ske armature za sisteme s pitno in industrijsko vodo, za potrebe podjetij s področja živilskopredelovalne industrije, ladjedelništva, ogrevalne tehnike in pro- tipožarnih sistemov ter za vrsto drugih namenov. Kvaliteta armatur izhaja iz več kot štiridesetletne tradicije in bogatih izkušenj lastnega razvoja. Glavni cilj podjetja IMP Armature je še nadaljnje izboljše- vanje kakovosti izdelkov ter storitev. Stalno investi- rajo v nove tehnologije tako na področju inovacij in razvoja kot v proizvodnji in organizaciji delovnih procesov. Podjetje IMP Armature je že pred leti začelo uvaja- ti koncept vitke proizvodnje (LEAN), ki je osnova za uspešno digitalizacijo, kajti digitalizacija lahko povzroči več nevšečnosti kot koristi, če digitalizira- mo tudi izgube podjetja zaradi slabo organiziranih procesov. Podjetje je implementiralo tudi pametne tehnologije (sistem ERP – Enterprise Resource Planning, povezan z delovnimi mesti in procesi za spremljanje DN-jev in kakovosti, ki ga nadzira glo- balni digitalni dvojček). Sedaj načrtuje izboljšavo procesov in implementacijo načel industrije 4.0 s poudarkom na postavitvi dodatnih IT-komunika- cijskih povezav za izmenjavo podatkov med stro- ji, procesi, montažo in logistiko za lokalno vodenje procesov z uporabo lokalnih digitalnih dvojčkov. Razviti koncept celice za peskanje bo deloval kot primer vpeljave koncepta pametne tovarne za vse ostale proizvodne procese, sinhronizacijo podatkov in vodenje procesov z digitalnimi dvojčki. Razvoj koncepta Peskalna celica je bila kot pilotni projekt izbrana zato, ker predstavlja ozko grlo v celotnem proizvo- dnem procesu. Razvoj koncepta smo izvedli v treh delih (popis trenutnega stanja, izdelava načrta di- gitalizacije in razvoj lokalnega digitalnega dvojčka), kjer je bilo ključno sodelovanje zunanjih strokovnja- kov za pametne tovarne skupaj z vsemi deležniki iz podjetja, ki so vključeni v ta proces. S tem namenom je bilo v podjetju izvedenih veliko delavnic, na kate- rih so sodelovali različni strokovnjaki iz podjetja, ki so direktno ali indirektno povezani s procesom pe- skanja). Na delavnicah smo izvajali popise in snema- nje procesa peskanja, analizo ERP-sistema itd. Analiza trenutnega stanja Eden glavnih korakov je analiza trenutnega stanja, saj samo v primeru natančno izvedene analize sta- nja lahko točno določiš postopek vpeljave novih tehnologij in se s tem izogneš kasnejšim težavam, kjer lahko pride do točke, kjer zaradi nepoznavanja trenutnega stanja postane vpeljava koncepta ote- žena ali celo nemogoča (primer: slabo poznavanje podatkov ERP-sistema in načina komunikacije z njim) [1]. Prve delavnice so bile usmerjenje v grobo analizo procesa peskanja, analizo povezav z ostalimi deli proizvodnje in nato detajlno analizo procesa pe- Dr. Miha Pipan, univ. dipl. inž., prof. dr. Niko He- rakovič, univ. dipl. inž., oba Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo; Marjan Kelvišar, univ. dipl. inž., Simon Strnad, univ. dipl. inž., oba IMP Armature, d. o. o., Ivančna Gorica r azvoj konCePta PaMetne CeliCe za Peskanje Miha Pipan, Niko Herakovič, Marjan Kelvišar, Simon Strnad Laboratorij LASIM je skupaj s podjetjem IMP Armature, d. o. o., razvil koncept distribu- irane pametne tovarne na primeru celice za peskanje, ki bo služil podjetju kot ključno vodilo za digitalizacijo ostalih procesov v proizvodnji. Razvoj koncepta je temeljil na tesnem sodelovanju obeh partnerjev, kjer je bila ključna izvedba delavnic s strokovnja- ki za pametne tovarne laboratorija LASIM in celotnim spektrom strokovnjakov pod- jetja IMP Armature, d. o. o. (delavcev v peskalnici, vodja oddelka, IT-strokovnjakov in strokovnjakov na področju vitke proizvodnje). Rezultat je definiran način digitalizacije peskalnice z IIoT-tehnologijo in vodenje procesov z lokalnim digitalnim dvojčkom. Ventil 3 / 2022 • Letnik 28 IZ PRAKSE ZA PRAKSO 199 skanja. Proces peskanja se v podjetju IMP Arma- ture izvaja za procesom strojne obdelave in pred procesom barvanja in je kritičen za dosego zah- tevane kvalitete izdelka (barve in funkcionalnosti). Za popis stanja smo izvedli analizo naslednjih po- datkov [2]:  Analiza tlorisa proizvodnje, pri kateri smo po- pisali lokacijo peskalne celice, vse vhode in iz- hode iz nje (podatki (naročila), materiali, orod- ja, človeški viri, …) in povezavo teh vhodov in izhodov z ostalimi procesi v podjetju.  Analiza podatkov ERP-sistema, ki so vezani na proces peskanja, pri kateri smo glede na rezul- tate izdelali blokovni diagram procesa (slika 1). Sam proces je bil v ERP-sistemu vse do pro- cesa popravil dobro popisan in časovno ovre- dnoten, medtem ko so bili podatki o popravilih (frekvenca in čas trajanja) netočni in je zaradi njih prihajalo do odstopanja med normiranim časom posameznih delovnih nalogov in dejan- skim časom.  Analiza in izdelava natančnega popisa vseh elementarnih operacij in odločitvenih dreves (popis z blokovnimi diagrami), ki se izvedejo v peskalni celici. Ugotovili smo, da je proces peskanja veliko bolj kompleksen, kot je defini- ran v ERP-sistemu. Kot je razvidno na sliki 1, se proces peskanja deli na naslednje tri glav- ne dele: priprava, peskanje in zaključevanje. Po končanem natančnem popisu procesa na de- lavnicah in fizičnem ogledu procesa peskanja smo dobili strukturo, ki je sestavljena iz sedmih glavnih delov: predpriprava, priprava stroja 1, priprava stroja 2, peskanje stroj 1, peskanje stroj 2, kontrola, zaključevanje. Vsak posame- zen del smo v blokovnih diagramih popisali do nivoja elementarnih operacij.  Analiza stanja digitalizacije peskalnice, s kate- ro smo analizirali delovno mesto za pripravo, vse 3 stroje za peskanje in dve delovni mesti za izvajanje popravil. Vsak sistem smo fizično pre- gledali in ugotovili, da so vsi krmilniki analogni (stroji za peskanje), medtem ko se MES-sistem uporablja za potrjevanje delovnih nalogov in vpis izmeta. Izdelava načrta digitalizacije Glede na podatke trenutnega stanja peskalnice in strukturo podjetja smo najprej razvili grobi kon- cept povezljivosti med peskalnico (vsemi stroji in Slika 1 : Proces peskanja, popisan glede na strukturo podatkov v ERP-sistemu Slika 2 : Razviti koncept globalne povezljivosti peskal- ne celice z ERP-sistemom in digitalnim dvojčkom Ventil 3 / 2022 • Letnik 28 200 delovnimi mesti), digitalnim dvojčkom peskalnice in obstoječim ERP-sistemom [3]. Koncept bazira na integraciji IIoT-naprav za spremljanje proce- sov (zajem procesnih parametrov) in podatkov, potrebnih za vodenje in spremljanje delavca na delovnih mestih (priprava, obešala in popravilo) preko grafičnega vmesnika. Koncept globalne po- vezljivosti je prikazan na sliki 2. V sklopu koncepta smo tako določili glavne gradnike in komunikacij- ske protokole, ki bodo skrbeli za izmenjavo podat- kov med temi gradniki. Sledil je razvoj natančnega načrta digitalizacije peskalne celice. V tem delu smo določili, katere podatke se bo v peskalnici pridobilo iz ERP-siste- ma in digitalnega dvojčka (plan proizvodnje), kako bomo izvedli prijavo delavca na delovno mesto in vodenje delavca po dnevnem planu, spremljanje procesov med izvajanjem in beleženje časov ope- racij ter količine izmeta. S tem namenom smo raz- vili več konceptov skupaj strokovnjaki podjetja in skrbnik ERP-sistema ter izbrali najbolj primernega glede na IT-strukturo podjetja. Prav tako smo definirali potrebno tehnično opre- mo (moduli), povezave med moduli (IIoT, siste- mom ERP in digitalnim dvojčkom) ter način, kako na delovnem mestu prikazati stanje procesov in parametrov (slika 3)[4]:  PLC za zbiranje podatkov o procesih peskanja in popravilih procesov preko analognih krmilni- kov;  vodenje in sledenje delavcem in pregled proce- sov preko grafičnega vmesnika;  definicija povezav med sistemi – komunikacijski protokoli glede na izbrane komponente;  natančna definicija vseh podatkov (format, dol- žina, frekvenca osveževanja, lokacija shranjeva- nja, …). Razvoj digitalnega dvojčka Po končanem razvoju koncepta digitalizacije smo za potrebe izdelave digitalnega dvojčka izvedli do- datne analize peskalnice:  izbira reprezentativnih izdelkov, s pomočjo ka- terih se je digitalni dvojček zgradil in validiral;  analiza izdelane shematske prezentacije proce- sa peskanja in časovno vrednotenje posameznih elementarnih operacij (časovno vrednotenje operacij se je izvedlo glede na zgodovinske po- datke iz sistema EOP in merjenje časa posame- znih operacij, ki še niso časovno ovrednotene);  dodaten popis načina dela priprave, namešča- nja na obešala, popravila in embaliranja, saj so vsi procesi specifični glede na dimenzijo, težo in vrsto izdelka;  definicija vhodnih in izhodnih podatkov za di- gitalnega dvojčka, ki bodo omogočile izvajanje »kaj, če« scenarijev za optimizacijo proizvodne- ga procesa in kasnejše vodenje procesov. Glede na določene vhodne in izhodne podatke, natančno popisane procese in definirane repre- zentativne izdelke smo izdelali lokalnega digital- nega dvojčka peskalnice v programskem orodju Siemens Plant Simulation. Velik del razvoja digi- talnega dvojčka je predstavljalo programiranje do- datne logike podprocesov (obešala, statistika po- pravil, lokacija virov, ….). Glede na zgodovinske podatke delovnih nalogov o trajanju izbranih re- prezentativnih izdelkov smo digitalnega dvojčka tudi validirali. IZ PRAKSE ZA PRAKSO Slika 3 : Shema dosega povezljivosti med posameznimi deli peskalnice, ERP-sistemom in digitalnim dvojčkom Slika 4 : Definirani vhodni in izhodni podatki in digitalni dvojček peskalnice Ventil 3 / 2022 • Letnik 28 Uporaba digitalnega dvojčka za optimizacijo in vodenje procesa Razviti digitalni dvojček smo uporabili pri izvajanju »kaj, če« scenarijev za optimizacijo procesov peska- nja in organizacijo dela s ciljem povečanja pretoč- nosti in zmanjšanja porabe energije. Prav tako smo ga uporabili tudi za izračun vpliva reorganizacije tlorisa, združevanje izdelkov za peskanje in digita- lizacijo vodenja delavcev na pretočnost peskalnice. Rezultate »kaj, če« scenarijev in optimizirane pro- duktivnosti celic za peskanje smo izračunali glede na izbrane reprezentativne izdelke. Glede na izvedene »kaj, če« scenarije smo izračuna- li, da z implementacijo digitalizacije in digitalnega dvojčka za vodenje proizvodnje lahko dosežemo naslednje izboljšave:  17,5-odstotna povečana kapaciteta/skrajšan čas izdelave z digitaliziranim vodenjem delavcev, na- predno planiranje z DD ter optimizacijo tlorisa;  25,7-odstotna zmanjšana poraba energije z op- timizacijo obešal (združevanje delovnih nalo- gov), digitalni agenti za združevanje delovnih nalogov. Optimizacija in balansiranje procesov celice za pe- skanje (popravila in embaliranje predstavljata ozko grlo):  povečava kapacitete z balansiranjem dela za 36 %, če delo izvajata 2 delavca (delavec 1, obre- menjen 98-odstotno, in delavec 2, obremenjen 48,5-odstotno);  povečava kapacitete za 54,6 % s prestavitvijo delovnih mest za popravila in embaliranje. Zaključek V sklopu razvoja koncepta pametne celice za pe- skanje smo z uspešnim sodelovanjem zaposlenih iz posameznih oddelkov podjetja IMP Armature in strokovnjakov za digitalizacijo laboratorija LA- SIM postavili pravila, kako po posameznih oddel- kih podjetja uvesti digitalizacijo in lokalne digitalne dvojčke:  spremljanje in vodenje vseh procesov delovnih mest z IIoT-tehnologijo in sinhronizacija podat- kov med IIoT-enotami, ERP-sistemom ter digi- talnim dvojčkom in  način razvoja digitalnega dvojčka za optimiza- cijo in vodenje proizvodnje. Viri [1] I. Krakovskaya and J. Korokoshko, “Assess- ment of the readiness of industrial enter- prises for automation and digitalization of business processes,” Electron., vol. 10, no. 21, 2021. [2] K. Demeter, D. Losonci, and B.-G. Racz, “As- sessing Industry 4.0 readiness: a multi-coun- try industry level analysis -DESI,” vol. 0, no. May 2020, pp. 0–10, 2018. [3] A. Amaral and P. Peças, “SMEs and Industry 4.0: Two case studies of digitalization for a smoother integration,” Comput. Ind., vol. 125, 2021. [4] F. Zezulka, P. Marcon, Z. Bradac, J. Arm, T. Be- nesl, and I. Vesely, “Communication Systems for Industry 4.0 and the IIoT,” IFAC-Paper- sOnLine, vol. 51, no. 6, pp. 150–155, 2018. 201 IZ PRAKSE ZA PRAKSO Slika 5 : Zmanjševanje portreta z optimizacijo lokacij delovnih mest v digitalnem dvojčku peskalnice