חלון למפעל החכם | מאמרים מקצועיים

מהפכת התעשייה החכמה (Industry 4.0) מביאה עימה טכנולוגיות מתקדמות רבות שמעצבות מחדש את תהליכי הייצור, ומאפשרות לחברות תעשייתיות לשפר את הפריון. בין הטכנולוגיות הללו ניתן למנות מחשוב ענן, רובוטיקה וקובוטיקה, ייצור תוספתי במדפסות תלת-מימד, האינטרנט של הדברים (IoT), מציאות רבודה (AR), סימולציות, נתוני-עתק (ביג-דאטה), ועוד.

טכנולוגיה נוספת שהופכת להיות נדבך משמעותי בתהליכי פיתוח וייצור היא "תאום דיגיטלי" (Digital Twin). במאמר זה נציג כיצד שימוש ב"תאום דיגיטלי" סייע ליצרנית ספקי מתח מכרמיאל, חברת טי.די.קיי למדא, לייעל באופן משמעותי את התפעול של תחנת עבודה רובוטית-למחצה לביצוע הברגות מדויקות. סיפור המקרה ממחיש כיצד אימוץ של תפיסת "תאום דיגיטלי" ככלי תכנוני, תפעולי ואסטרטגי, יכול להניב תוצאות מרשימות כבר בתחילת הדרך.

תאום דיגיטלי מהו?

ראשית כול, מה זה בעצם "תאום דיגיטלי"? "תאום דיגיטלי" הוא העתק דיגיטלי של מוצר, תהליך, תחנה או מערכת, שמחקה את ההתנהגות – בין אם הפיזיקלית, המכנית, החשמלית, וכדומה, תלוי בהקשר – של הישות הפיזית. "תאום דיגיטלי" הוא דבר "חי", שבינו לבין הישות הפיזית מתקיימת תקשורת דו-כיוונית, וזאת באמצעות חיישנים ומערכות מידע.

ישנם שלושה שלבי התפתחות בתהליך הבנייה של "תאום דיגיטלי":

1. "מודל דיגיטלי" (Digital Model), שהוא ייצוג תלת-ממדי של המוצר. מודלים דיגיטליים קיימים זה עשורים רבים.
2.  "צל דיגיטלי" (Digital Shadow), שהוא מודל דיגיטלי, שכל שינוי במודל הפיזי שעליו הוא מתבסס, מתעדכן ידנית גם במודל הדיגיטלי.
3.  "תאום דיגיטלי" (Digital Twin), שהוא גם כן מהווה "צל דיגיטלי", אך כזה המתעדכן באופן אוטומטי מקוון בעקבות כל שינוי במודל הפיזי. גם המודל הפיזי מתעדכן בעקבות אופטימיזציה של התאום הדיגיטלי .

למעשה, "תאום דיגיטלי" היא פלטפורמה שמהווה צומת לאינטגרציה של מגוון טכנולוגיות של תעשייה חכמה, או מה שקרוי "התכנסות של טכנולוגיות" (Convergence of Technologies). הלכה למעשה, "תאום דיגיטלי" הוא המקום שבו טכנולוגיות מתחילות "לדבר" ביניהן בצורה מסונכרנת ויעילה, והתקשורת הזו מאפשרת ניטור וקבלת החלטות טובים יותר, שלא היו מתאפשרים לולא הממשק הזה.

רבדים של מידול דיגיטלי

ה"תאום הדיגיטלי" של הרובוט המבריג

חזרה לחברת טי.די.קיי למדא, המייצרת ספקי מתח. ספק מתח הוא מערכת חשמלית, המורכבת מתת-מערכות, המייצרת חום. כדי לפזר את החום באופן יעיל יש צורך להרכיב ולהתקין מספר רב של צלעות קירור במקומות שונים, והדבר מתבצע בעבודה ידנית [תמונה 2, מימין] שכוללת הברגת מאות ברגים ביום תוך הפעלת כוח ומומנט מסוים. יש לציין כי ישנה חשיבות רבה למומנט, כלומר מידת ההברגה, ופרמטר זה אף מוגדר מראש ושונה ממוצר למוצר.

מלאכת ההברגה היא רוטינית ומייגעת, ובעקבות כך גורמת לשחיקת העובדים ולריבוי טעויות. למשל, בורג שלא הוברג במומנט הנכון יכול להשתחרר ממקומו ולגרום לקצר חשמלי. לחילופין, אם הודק יתר על המידה, עלול הבורג לגרום לסדקים. תקלות כאלה עלולות להתרחש לאחר שהמוצר סופק ללקוח, ובכך להסב נזק רב למוניטין החברה.

בשל כך, הוחלט בטי.די.קיי למדא לרכוש תחנה רובוטית-למחצה, אשר כוללת רובוט קרטזי המבצע את פעולת ההברגה. המוצר הנתון שלתוכו מבריגים את הברגים מוזן אל הרובוט באופן ידני. ייתכן שבעתיד גם חלק זה יעבור אוטומטיזציה.

כאמור, יש להבטיח הברגה עד למומנט מסוים, על מנת לוודא כי המוצר יהיה תקין לפי הגדרת המתכן (designer) המכני, שבונה את התכנית לביצוע פעולת הברגה בהתאם לגודל ולצורת המתקן.

תחנה ידנית (ימין) ותחנה רובוטית למחצה (שמאל)

הרעיון המרכזי של הפרויקט שביצע סטודנט לתואר שני במחלקה להנדסת מכונות בבראודה עם חברת טי.די.קיי למדא, היה לפתח "תאום דיגיטלי" לתחנת ההברגה הרובוטית, אשר יסייע לנטר פעולות, להעריך ביצועים, לבדוק תוכניות של מתקנים חדשים ולאמת את השימוש בתחנת ההברגה הרובוטית, וכמו כן לספק אמצעי לחיזוי תקלות פוטנציאליות. "התאום הדיגיטלי" מאפשר לחברה לחקור דרכים לשיפור האיכות, זמן המחזור, ניצולת התחנה ומדדי ביצועים נוספים אחרים.

"התאום הדיגיטלי" של תחנת ההברגה הרובוטית-למחצה פותח באמצעות תוכנת MATLAB SimScape Multibody, ואפשר שיפור בארבעה תהליכים: תהליך ההברגה, התראה על תקלות, זיהוי פגמים בבורג (ותיקונו במידת האפשר) וחלקים חסרים, וחיזוי אורך החיים של קפיץ המברגה.

צילום מסרטון שמציג את התאום הדיגיטלי והמודל הפיזי

במסגרת הפרויקט גם פותחה ארכיטקטורה של עדכון נתונים ולמידה, שמאפשרת להציג את השימוש ב"תאום הדיגיטלי" ולהצביע על המידע שיש לאסוף כדי ללמד את ה"תאום הדיגיטלי" כיצד לזהות בעיות ידועות וכיצד לזהות בעיה חדשה שצריך לנתח ולהכניס למאגר המידע לצורך זיהוי עתידי. אם לא זוהו תקלות בעזרת ה"תאום הדיגיטלי", ההרכבה עוברת לבדיקת איכות חזותית. אם מתגלה בעיה, המערכת מבצעת בדיקה ומדידה של שיעור הסטיות הנובעות מתהליך ההברגה. מידע חדש זה מתווסף לבסיס הנתונים.

אם לסכם, עד כה ה"תאום הדיגיטלי" סייע במשימות כדוגמת איתור ברגים שאורכם לא תאם לדרישה, הברגות לא תקינות, מבודד שלא הונח במקום כנדרש, וראשי ברגים פגומים. כמו כן, ה"תאום הדיגיטלי" סייע לשפר את תהליך התחזוקה החזויה של הקפיץ הטמון במברגה, ובכך אפשר להעריך תוך כמה סבבים של הברגות יהיה צורך להחליף את הקפיץ.

*הפרויקט בוצע ע"י מיכאל בינדמן (עובד בחברת טי די קיי למדא) במסגרת לימודיו בתכנית לתואר שני יישומי (M.Sc.) בהנדסת מכונות במכללה האקדמית להנדסה בראודה בכרמיאל. הפרויקט בוצע בהנחייתם של ד"ר אבי וייס (המחלקה להנדסת מכונות, ראש המרכז לחינוך הנדסי ויזמות במכללה) וד"ר חוסיין נסראלדין, המחלקה להנדסת תעשייה וניהול במכללה.

לפרטים נוספים אפשר לפנות לד"ר חוסיין נסראלדין, ראש התוכנית לתואר שני יישומי (M.Sc.) בהנדסת תעשייה וניהול במכללה האקדמית להנדסה בראודה בכרמיאל. חוקר בתחום עיצוב ותפעול שרשרת אספקה, אינטגרציה של טכנולוגיות דיגיטליות והשפעתן על ביצועי השרשרת.

_______________________________

לקבלת מאמרים נוספים בייצור מתקדם הירשמו לניוזלטר החודשי שלנו,

או עקבו אחר עמוד הלינקדאין והפייסבוק של המכון.