Lights-out производство

Докато пазарните анализатори спорят в прогнозите си дали фабриките на бъдещето ще са напълно автоматизирани или човекът ще запази ключовата си роля в индустрията, все повече процеси и приложения се изпълняват с минимална човешка намеса. В много реални съвременни предприятия навлиза концепцията за т. нар. lights-out производство – изцяло автоматизирани линии или дори цели фабрики, които функционират непрекъснато без нужда от хора, които да координират операциите или да вземат решения.

И макар същинските lights-out заводи, в които не работи нито един човек, все още да са рядкост, приложенията на автономни и колаборативни роботи в практиката прогресивно нарастват, особено в трисменните производства. Сред предизвикателствата пред реалното масово внедряване на lights-out линии е необходимостта от специално проектиране на работните зони и пространства. За някои производства обаче очакваните ползи от прилагането на подобна стратегия биха могли да надхвърлят необходимите инвестиции.

Същност и разновидности на концепцията
Lights-out (в превод от англ. – “на тъмно” или “на изгасени лампи”) е по-скоро производствена методология или философия, отколкото специфичен процес или технология. Напълно автоматизираните фабрики от този тип не изискват никакво присъствие на хора на място. Тъй като роботите не се нуждаят от светлина, за да работят, производството може да се осъществява пълноценно и напълно функционално и “на тъмно”. Ето защо наименованието на концепцията е абсолютно буквално. Освен без осветление, роботите могат да вършат задачите си и без други енергоемки услуги като отопление, вентилация и климатизация, необходими за осигуряване на подходящ микроклимат за хората в производствените помещения. Така сред основните ползи от lights-out методологията се нареждат значителните икономии на енергия.

В практиката се срещат доста “почти” lights-out фабрики, при които оборудването и производствените линии са способни да работят сами, но все пак изискват някаква форма на взаимодействие с хора с определена регулярност, например посещение на техник или инженерен екип. Същинската lights-out концепция обаче се отнася изключително за производства, в които машините са си напълно самодостатъчни.

С нарастването на достъпността на средствата за автоматизация и на технологиите, необходими за изграждане на lights-out производството, много големи индустриални компании се възползват от възможностите на тази философия. По този начин те се стремят да оползотворяват времето между отделните смени на работниците, обедните им почивки или изцяло неработните дни. Тази практика възниква в отговор на нарастващото търсене на индустриална продукция в редица интензивни производства и помага на предприятията да увеличат производствения си капацитет без допълнителни инвестиции в трудова сила. Статистиките сочат, че са все повече съвременните фабрики, които се оборудват с линии за lights-out производство, макар да са единици сред тях функциониращите напълно автономно.

История
Въпреки че наименованието на концепцията е напълно буквално, изпълнението й не би могло да се осъществи в съвсем буквален смисъл без човешка намеса. Не е възможно само внедряване на роботите, настройване на производствените линии, тяхното въвеждане в експлоатация и абсолютното им изоставяне в последствие. Lights-out методологията изисква внимателно планиране, опитни проектанти, програмисти, екипи по обслужването и поддръжката в изправност и др. Ето защо роботите от ново поколение, разработени за приложения и в lights-out производства, са създадени да работят с хората, а не вместо тях. Това позволява на компаниите да оптимизират работните процеси, натоварвайки роботите с мръсните, опасни тежки и повторяеми операции и измествайки човешкия фактор към по-отговорни и креативни дейности.

Самата концепция за изцяло автоматизирани фабрики, колкото и футуристично да звучи дори днес, всъщност никак не е нова. Първите й следи могат да бъдат открити още в научнофантастичните новели от средата на миналия век. 
Първите опити на практика за фабрики “на тъмно” са още през 80-те години на XX в. в Япония, където много компании се съсредоточават върху ползите от роботите и автоматизацията в производството, чрез които да компенсират високите разходи за човешки труд. По това време пазарните анализатори започват със смелите прогнози, че “тъмните” фабрики ще стават все по-масово явление с увеличаването на недостига на квалифициран персонал в много индустриални области и с напредъка на технологиите.

Макар стриктното приложение на концепцията все още да е предизвикателство за много предприятия, намаляването на броя на заетите с по-прости дейности служители в индустрията (например намаляването на броя на операторите на оборудване от един на всяка машина до един на няколко еднотипни машини) води до съществена оптимизация на труда и работния процес.

Предимства и предизвикателства
Lights-out производството носи няколко съществени ползи за предприятията, които се проявяват както в оперативната им дейност, така и в дългосрочен, стратегически план. Сред тях са добавената продуктивност, минималното влияние на цената на труда, намаляването на необходимата работна сила, енергийната, ресурсна и икономическа ефективност. Така компаниите могат да се фокусират върху наемането на по-малък брой висококвалифицирани и профилирани служители, чиито умения, знания и качества да използват максимално в по-отговорни и креативни задачи.

От бизнес перспектива, lights-out производството позволява значително намаляване на оперативните разходи след първоначално високи капиталови вложения. При него отпадат: заплащането за труд, много разходи, свързани с организацията на труда и работните пространства, както и загубите, причинени от човешка грешка. Ако тази методология се приложи към неподходящ тип производство обаче, тя може да донесе повече проблеми, отколкото ползи. Без наличието на координатори на дейностите на място, внезапни повреди в машините и оборудването биха могли да доведат до продължителни прекъсвания на производството и свързаните с това финансови загуби в много цехове и фабрики.

И макар за разлика от хората, машините да могат да поемат непрекъснато работно натоварване, въвеждането им в lights-out режим трябва да се планира внимателно. 
Lights-out производствените линии е препоръчително да се проектират така, че първоначалната цена на оборудването да е съобразена с очаквания период на възвръщане на инвестицията, както и с потенциалните икономии на разходи за труд, енергия, предотвратени загуби и скрап, както и сведени до минимум производствени прекъсвания. В общия случай, ако необходимата инвестиция надхвърля примерен двугодишен период на възвръщаемост, то не е препоръчително тя да се изпълнява.

Предизвикателство при внедряването на lights-out линии представляват производствените приложения, при които има големи вариации в продуктовата програма и ефективното им стопроцентово автоматизиране е трудно. В такива сценарии по-често се подхожда към частична автоматизация, вместо към изцяло lights-out оборудване и организиране на линията. От ключово значение е да се определи кои процеси са най-подходящи за автоматизация и могат да генерират най-висока възвръщаемост на инвестициите. Автоматизацията е особено атрактивна в приложения, при които ръчното взаимодействие с материалите или продуктите може да доведе до проблеми, свързани с качеството или безопасността, или в ситуации, при които работникът просто не може да работи с темпото на машината.

Мотиви за преход към lights-out производство
Много са причините, които биха подтикнали един индустриален производител да подходи към lights-out организация на работата си. Сред тях са: по-високо качество на продукцията, по-високи производствени темпове, повишаване на безопасността за работниците и др. Все повече изцяло автоматизирани линии се внедряват в тежки и опасни за човека промишлени среди, в които характерът на работата е свързан с рискове за здравето и живота на служителите. Друг често срещан мотив за пълно автоматизиране на производството сред компаниите е недостигът на квалифицирана работна ръка за дадени ключови длъжности и приложения. Особено сложен е процесът по намиране и привличане на качествени кадри в малките и средни индустриални предприятия, които формират голяма част от производствената база в световен мащаб.

Компаниите, които до голяма степен са автоматизирали операциите си, получават по-голяма производителност за сметка на по-малки разходи за поддържането й. Диференцирането на роботите от хората служители и разпределянето им в различни работни локации допълнително намалява транспортните, логистичните и други свързани с движението на хора и материали в производствената мрежа разходи. На практика преместването на хората в други съоръжения означава организиране на по-малки по площ и повече на брой работни клетки на едно и също пространство в цеха. Така се постига повишена производителност без разходи за труд, осветление и ОВК.

Важно е да се отбележи обаче, че lights-out концепцията е подходяща само за производствени процеси, които са проверени, стабилни и надеждни. Новопроектирани производствени линии не е препоръчително да бъдат директно въвеждани в lights-out режим, тъй като е възможно да възникнат проблеми от различен тип. Освен това lights-out производството не е подходящо за предприятия с прекалено широк производствен асортимент, тъй като за тях ще е предизвикателство във времеви и финансов аспект да тестват дали всеки процес по производството на даден продукт може да се изпълнява lights-out или ще изисква контрол от страна на човека. За да улеснят етапите на тестване работата на производствените линии в lights-out режим и да елиминират необходимостта от физическото им изпробване чрез виртуална симулация, се разработват специални софтуерни инструменти, насочени конкретно към този бранш.

Мрежови аспекти на lights-out производството
С прехода към следващото поколение автоматизирани производствени технологии експертите очакват и изместване на по-опростеното и спорадично мрежово свързване между отделните елементи на производствените системи към повсеместна свързаност, повишена отчетност и усъвършенстван обмен на информация между системите. Това ще доведе и до по-добри възможности за реакция и по-адекватни действия при локализиране и отстраняване на даден проблем от страна на самите машини.

Те ще бъдат и все по-често натоварвани със задачата да осъществяват непрекъснат автомониторинг. С повишаването на комплексността и функционалността на производствените системи, машините ще използват събраните данни от процесите, за да се самообучават как да станат по-ефективни, как по-бързо и надеждно да отстраняват неизправности и как да бъдат по-продуктивни в дългосрочен план – всичко това без човешка намеса. Все по-свързаното производство ще позволи повишена безопасност, скорост и прецизност в работата на машините, което от своя страна би трябвало да позволи и все повече безпроблемни внедрявания на lights-out технологии.

Една от основните ползи, които носи lights-out методологията, е именно мрежовата организация на производството. Машините събират и отчитат информация на всяка стъпка, като свързват всеки аспект на производството във фабриката с останалите. На практика хората не биха могли да правят това в подобен мащаб без допълнителни средства. Много сектори в сферата на технологиите станаха свидетели на появата и налагането на т. нар. отзивчив дизайн (responsive design). Все повече подобни технологии намират приложение и в производствения сектор. Мрежата в автоматизирана фабрика не само може да докладва ефективно, но и да действа в отговор.

Така машините стават интуитивни автори на решения, а не само техни изпълнители.
Преходът към lights-out производство е постепенен процес, съставен от множество отделни стъпки. За много предприятия важна такава стъпка е организацията на стандартизирана мрежова архитектура в производствените системи, чрез която отделните машини, роботи и оборудване могат да комуникират помежду си.

Подходящи приложения
Има много процеси и операции във фабриките, които подлежат на пълно автоматизиране по изискванията на lights-out методологията. Такива са редица приложения в химическата и фармацевтичната промишленост, при които елиминирането на човешките грешки е сериозен проблем. Друго популярно приложение на напълно автоматизирани системи, които могат да работят без човешка намеса, са складовете, логистичните бази и центровете за дистрибуция.

Препоръчително е пълното автоматизиране на операциите и в множество производства, в които се работи с прахови, лесновъзпламеними и други материали, създаващи риск от пожар или експлозия на работното място. Все по-автоматизирани са и подходите във визуалната инспекция, където контролът на качеството се изпълнява от софтуерни платформи и системи за машинно зрение, като човекът запазва единствено функцията на финален контролен фактор.

Експертите в бранша прогнозират, че в бъдеще ще нарастват приложенията на lights-out методологията в соларния сектор, автомобилостроенето, производството на медицински изделия, електрониката и други отрасли, в които предприятията напълно ще автоматизират все по-големи дялове от производствата си. Сред тенденциите, свързани с този преход, е навлизането в индустриалната автоматизация на т.нар. автоматизирани интелигентни превозни средства за транспортиране на материали, които са с вградени функции за безопасност и навигация. Тези усъвършенствани версии постепенно изместват традиционните автоматично насочващи се превозни средства, които изискват маркери и кабели на пода, системи за машинно зрение, сензори, магнитно или лазерно насочване за навигация.

Lights-out производство и IoT
С нарастващата свързаност и все по-многобройните приложения на Internet of Things технологиите в индустрията, производителите се ориентират към подбора на нов тип кадри – служители, които имат интерес да оптимизират работните процеси, а не такива, които просто и машинално изпълняват повторяеми задачи. IoT решенията вече са неизменна част от средствата за индустриална автоматизация, както и от платформите за откриване и регистриране на неизправности и повреди в производствените системи. Все по-достъпните в ценови план сензори и облачни услуги повишават броя на IoT внедряванията сред индустриалните производители, които искат да повишат надеждността, скоростта и интелигентността на оборудването си. Този преход безспорно създава все повече условия за внедряване и на lights-out технологии, които използват за база повсеместната свързаност на производствените системи във фабриките.

Създаването на lights-out фабрика само по себе си обаче е сложна задача, която изисква осигуряването на автоматизирани решения за преодоляването на някои традиционни предизвикателства в индустриалното производство. Такива са: надеждността на оборудването, настройката и работата на металообработващите машини, мениджмънтът на стружкоотвеждането и охлаждането при машинната обработка, боравенето с материали, зареждането и разтоварването на компоненти в/от обработващите машини и центри, управлението на системите за роботизирано обслужване на индустриалното оборудване, планирането и инициирането на прогнозна и регулярна поддръжка, отдалеченият мониторинг и контрол и др. Всички тези задачи могат да бъдат улеснени с помощта на съвременните IoT-опосредствани производствени технологии, убедени са експертите.