Udržení vysoké kvality výrobních procesů velmi pomáhají moderní technologie IT a materiálové identifikace. Současné požadavky na zajištění jakosti potravin, nápojů, léčiv, ale i strojírenských výrobků obsahují také funkce dohledatelnosti nebo traceability. Případová studie popisuje, jak je možné uvedené funkce zajistit v interní logistice výrobních procesů s využitím MES systému COMES a technologií bezkontaktní identifikace RFID.
Hlavní cíle projektu:

• zamezit obsluze výrobních linek zaměnění vložení jednotlivých druhů výrobků do jiné balicí linky s nesprávným obalovým materiálem,
• zajistit traceabilitu výrobního procesu od rozpracovaných materiálů po finální balení výrobků,
• zpřesnit informace o množství rozpracované výroby na jednotlivých výrobních strojích,
• zajistit vyšší kontrolu výrobního procesu při ručním plnění balicích strojů přepravkami s výrobky,
• snížit pravděpodobnost možných reklamací od koncových spotřebitelů.

Cíl projektu

Cílem projektu investora bylo zajistit jakost a traceabilitu výroby, udržení kvality výrobků známých značek směřujících jak na domácí, tak i zahraniční trhy. Konkrétním cílem byla naprosto správná manipulace s materiály obsluhou výrobních linek, například zamezení vložení jednoho druhu výrobků do jiné balicí linky s nesprávným obalovým materiálem, tedy zajistit shodu výrobku a správného obalu. Při rozhodování o realizaci projektu vybral investor výrobní informační systém COMES a nasazení RFID technologie výrobce Siemens.

Popis výrobního procesu

Široká škála výrobků a ještě větší množství obalových materiálů vzhledem k výrobě výrobků do zahraničí, kde se pro různé regiony připravují obaly s jinými informacemi a vzory, kladou velké nároky na interní logistiku přepravy výrobků mezi výrobními linkami a balicími linkami, které mohou být při výrobním procesu různě kombinovány. A právě správnost přesunů výrobků v přepravkách ve výrobě pomáhá kontrolovat nasazená RFID technologie.

Výroba každého balení probíhá vždy na dvojici linek – výrobní linka a balicí linka. Výrobní linka kompletuje ze vstupních materiálů hotové samostatné výrobky. Ty jsou následně přepravovány do balicích linek, které automaticky podle balicího plánu umísťují výrobky do obalů a následně do skupinových balení a palet.

Přeprava produktů probíhá ruční přepravou, kdy výrobní stroj plní zboží do speciálně upravených plastových přepravek, které obsluha ze stroje ukládá na dopravní vozíky a ty dále převáží k cílové balicí lince. Zde obsluha přepravky vkládá z vozíku do balicí linky, přičemž vozíky se zbožím z jedné výrobní linky mohou být navíc zaváženy k více balicím linkám. Při tomto ručním způsobu přepravy může docházet k záměně přepravek při manipulaci obsluhou nebo k zavezení vozíku na špatné místo. Systém RFID, který byl nasazen do výrobního procesu, zabraňuje obsluze dělat chyby a vkládat přepravky do nesprávné balicí linky, a předchází tak případným reklamacím od spotřebitelů.

Použité technické prostředky

Investor zvolil za dodavatele celkového řešení firmu Compas automatizace, spol. s r.o. (dále jen COMPAS), která v oblasti RFID dlouhodobě působí. COMPAS je Solution Partner firmy Siemens pro automatizaci i systémy identifikace RFID, má s produkty SIEMENS dlouholeté zkušenosti a uvedenou technologii zvolila mimo jiné i kvůli kompatibilitě s ostatními řídicími systémy výrobních a balicích linek, které představují převážně PLC systémy Simatic S7.

Charakter projektu předurčil zvolení pasivní RFID technologie z kategorie HF (High Frequency, 13,56 MHz), která je určená pro průmyslovou bezkontaktní identifikaci RFID čipů čtečkou na krátkou vzdálenost, konkrétně přepravky s RFID čipem projíždějí po dopravníku s RFID čtečkou ve vzdálenosti dva až deset centimetrů. Princip činnosti pasivní RFID technologie spočívá ve vyzařování energie ze čtecí nebo zapisovací čtečky. Při vstoupení RFID čipu do pásma této vyřazované energie je čip aktivován a do čtečky jsou načtena data čipu nebo v případě zápisu odeslána nová data na čip. Data jsou bez aktivace trvale uložena v paměti RFID čipu, a nesou tak důležité informace o identifikaci přepravky a jejího obsahu.

Identifikace RFID technologií navazuje na stále používanou identifikaci čárovými kódy, oproti které přináší následující výhody:

• vysoká odolnost a životnost samotného RFID čipu v průmyslovém prostředí,
• jedinečnou identifikaci každého RFID čipu danou výrobcem čipu,
• oblast uživatelské paměti pro uložení většího počtu informací do RFID čipu,
• variabilitu provedení RFID čipů a tím vhodné zvolení s ohledem na místo, na které budou čipy ukládány nebo montovány.

Z RFID komponent, které firmy SIEMENS vyrábí pro bezkontaktní průmyslovou identifikaci, byla pro projekt zvolena produktová řada SIMATIC RF 200, s operační frekvencí 13,56 MHz a komunikačním protokolem ISO 15693, konkrétně následující komponenty:

• RFID čip – MOBY D MDS D126,
• RFID čtečka – SIMATIC RF260R,
• komunikační modul – SIMATIC RF182C,
• připojení Ethernet modulem – Profinet pro SIMATIC RF 182C.

Architektura systému COMES a zapojení RFID systému na linkách
Výhodou RFID komponent SIEMENS a zvolené produktové řady je především:

• robustnost průmyslového provedení všech komponent,
• kompaktní design umožňující snadnou instalaci a montáž zařízení v místě realizace,
• cenová dostupnost a spolehlivost zvolené produktové řady.

Nasazená RFID technologie a MES systém COMES

Při zavedení RFID technologie do výrobního procesu pro sledování interní logistiky přepravek s výrobky byla každá výrobní i balicí linka osazena RFID čtečkou a na všechny přepravky byl namontován RFID čip.

RFID čtečka na výrobních linkách plní funkci zapisovače, kdy do RFID čipu plněné přepravky zapisuje důležité informace distribuované na čtečku z výrobního řídicího systému COMES dodavatele Compas automatizace. Do RFID čipu jsou čtečkou zapisovány hodnoty:

• datum a čas přepravky,
• označení výrobní linky, kde byla přepravka naplněna,
• identifikaci výrobku – jeho kódové značení.

RFID čtečka na balicí lince naopak plní funkci kontroly, kdy pouze načítá z RFID čipu informaci o kódu výrobku a informaci o výrobní lince. Tyto informace jsou ze čtečky zpět předány do výrobního informačního systému COMES, který informace vyhodnocuje a porovnává vůči platnému výrobnímu plánu. Pokud je na vstupu do balicí linky před RFID čtečkou zaznamenána přepravka s korektními informacemi v RFID čipu, je systémem propuštěna a vyprázdněna do balicí linky. Opačně, pokud RFID čtečka načte z RFID čipu informace, které jsou systémem vyhodnoceny jako neshodná přepravka s neočekávaným typem výrobků, je systémem dopravník s přepravkou okamžitě zastaven a obsluha linky je světelnou a zvukovou signalizací upozorněna na nesprávnou přepravku na vstupu do balicí linky. Obsluha v tomto případě odebere přepravku, která byla zastavena v pozici před RFID čtečkou a odsouhlasí informaci o vzniklé poruše na ovládacím tlačítku celého systému. Po kvitování poruchy systém pokračuje v kontrole dalších přepravek.

Systém upozorňuje obsluhu i na další možné chybové stavy, jako například:

• výskyt přepravky před čtečkou bez RFID čipu,
• poškozený RFID čip přepravky,
• poruchu komunikace mezi řídicím systémem COMES a čtečkami RFID,
• poruchy v zápise nebo čtení RFID čteček.

Všechny tyto stavy jsou signalizovány obsluze a při jejich vzniku je zastavena balicí linka. Obsluha po vyřešení chybového stavu poruchy opět odkvituje a celý systém se opět automaticky rozběhne. Informace přenášené z RFID zařízení zpracovává výrobní systém COMES, který dále pro uživatele systému zpracovává:

• traceability výroby,
• protokol plnění výroby na balicí lince a dosažení plánovaného množství výroby,
• výrobní statistiky o rozpracovaném množství výrobků v přepravkách,
• statistiku oběhu jednotlivých přepravek pro potřeby optimalizace logistiky a údržby,
• diagnostiku celého RFID systému – počet čtení a zápisů, chybových stavů, časů.

Komunikace všech informací mezi RFID zařízeními a systémem COMES probíhá po výrobní síti Ethernet (viz obr.). Každá linka je osazena samostatnou elektrickou rozvodnicí s přívodem napájení a komunikačního kabelu Ethernet. Ten je propojen na komunikační modul SIMATIC RF182C a na něj je napojena RFID čtečka SIMATIC RF260R. V rozvodnici jsou dále zapojeny signály na zastavení linky v případě poruchy a signály pro zvukovou a světelnou signalizaci zapnutí majáku.

Přínosy projektu

Využitím RFID technologie identifikace bylo za předpokladu provozní kázně operátorů dosaženo srovnatelné úrovně kvality výroby a její interní logistiky jako při automatizované manipulaci s materiály. Přitom flexibilita interní logistiky procesů s ruční manipulací je nesrovnatelně větší než například pevné dopravníkové systémy. Takové řešení kontroly vnitřní logistiky se velmi hodí ve výrobách s menšími sériemi výrobků, kde se plně automatizovaná technologie nevyplatí pořizovat.

Dosažení projektových cílů rovnoměrné jakosti výroby a zamezení chybovosti obsluhy, dodržení termínů a rozpočtu projektu vždy určuje míru spokojenosti investora. Moderní IT technologie systému COMES a kvalita komponent RFID technologie SIEMENS byly v projektu velmi nápomocné, stejně jako standardní postupy správné inženýrské praxe řešitelského týmu firmy COMPAS.