Asigurarea calităţii: ,,verificările prin eşantionări aleatorii nu mai sunt suficiente”

Periodicul de limbă germană  „Bild der Wissenschaft” a descris-o pe Prof. Gisela Lanza ca „o femeie 120 la sută”, deoarece de patru ani a lucrat simultan ca primul titular Profesor Asociat la „Global Production Engineering and Quality”, la Institutul de Tehnologie de la Karlsruhe (KIT) și la producătorul de automobile Daimler. Dar cum poate evalua un expert activ în domeniul sistemelor de producție noul și importantul rol al metrologiei pentru asigurarea calității din punctul de vedere al Industry 4.0 și al Industrial Internet of Thinks (IIoT)? Aflăm răspunsul din cele ce urmează.

Interviu cu Prof. Gisela Lanza

Cum influenţează Industry 4.0 asigurarea calităţii şi metrologia?

Gisela Lanza: Datorită importantei influențe în creștere a tehnologiei senzorilor, vom fi cu siguranță capabili să achiziționăm un volum mult mai mare de date și, astfel, să îmbunătățim sesizarea unor conexiuni accidentale. Aș îndrăzni chiar să lansez ipoteza că, în viitor, vom înregistra 100% din toate valorile importante  măsurate. Verificarea a 100 de procente înseamnă: datele privind calitatea (măsurarea tuturor parametrilor critici), care nu vor mai fi achiziționate prin eșantionare aleatoare, ci printr-o acoperire în totalitate. Acest fapt semnifică o modificare radicală în domeniul controlului calității, deoarece acum putem obține un lot cuprinzător apropiat de limitele de toleranță.

Cum va arăta, în opinia dumneavoastră, controlul calităţii în viitor?

Gisela Lanza: Prognozez strategii inteligente, adaptive ale controlului calității. Un exemplu în acest caz ar fi strategiile de împerechere, pe care oamenii de producție le urăsc, adesea, din cauza abordării matematice complicate și a cheltuielilor logistice implicate. În acest caz, componentele cu caracteristici de calitate diferite sunt utilizate împerecheate, astfel încât prin îmbinare să ofere funcțiile unui ansamblu cu cerințe foarte restrictive privind toleranțele. Strategiile de împerechere reprezintă o opțiune evidentă dacă fiecare componentă produ­­să nu mai este capabilă să satisfacă toleranțele specificate. Un exemplu edificator îl reprezintă injectoarele folosite la motoare, care trebuie să funcționeze la o presiune, care, în viitor, ar putea ajunge la 3000 bar. Utilizarea riguroasă a metrologiei active (în procesul de prelucrare) va permite o împerechere mai inteligentă a componentelor cu anumite calități, pentru a fi utilizată împreună cu modificări dinamice ale parametrilor de producție, care deschid multiple noi opțiuni. 

Volumul de date achiziţionate în cadrul liniei de fabricaţie va fi în creştere?

Gisela Lanza: Da. Este o tendință curentă spre utilizarea a tot mai multă metrologie activă, sau chiar spre instrumente de măsurare integrate în proces, permițând minimizarea buclelor de control. Măsurările nu se mai fac în incinte de măsurare separate, ci direct în procesul de producție. Acest fapt conduce la creșterea cererii pentru echipamente metrologice aplicate în structură modulară în secții și linii de producție, în timp ce instrumentele de măsurare standard sunt mai puțin căutate. Metrologia se transformă într-o chestiune de program, în care aplicația personalizată este factorul crucial de competitivitate.

Discutând despre integrarea senzorilor: poate fi o mașină-unealtă transformată într-o mașină de măsurare?

Gisela Lanza:Această țintă a fost abordată de câtva timp și continuă să fie o sarcină foarte provocatoare. Dar există, încă, o serie numeroasă de provocări, cum ar fi costurile ridicate și factorii de interferență din partea procesului de produc-
ție, cum ar fi temperatura sau impuritățile. În plus, piesele din metal realizate prin așchiere necesită adesea un nivel ridicat al preciziei de măsurare. Utilizatorii doresc, de asemenea, o structură metrologică independentă, care permite, în mod ideal, ca măsurările să se desfășoare în paralel cu procesul de prelucrare – fapt cunoscut ca măsurare concurentă. Măsurarea cu mașina-unealtă este, totuși, în zilele noastre, deja o procedură standard pentru produse de înaltă precizie. Un exemplu în acest sens îl reprezintă producția injectoarelor diesel la firma Bosch.

Maşina-unealtă şi procesul de producţie sunt capabile să achiziţioneze mai multe date cu ajutorul tehnologiei senzorilor: ce înseamnă acest lucru în ceea ce priveşte capacitatea de procesare a semnalului în timp real?

Gisela Lanza: În funcție de tehnologie, senzorii individuali sunt înlocuiți de rețele distribuite de senzori, deoarece o infrastructură conectată în rețea este o precondiție esențială pentru utilizarea potențialului aplicării măsurărilor active, cu maximizarea eficienței. Utilizatorii doresc o evaluare inteligentă, interconectată a datelor respective. Experții vorbesc, în acest caz, despre o fuziune a datelor de la mai mulți senzori diferiți, ceea ce conduce la un rezultat metrologic combinat. Pentru a explica legăturile accidentale ale unui proces, algoritmii de calcul cum ar fi rețelele neuronale sunt foarte potrivite. Principala considerație constă în faptul că pentru corelarea datelor semnificative este necesară filtrarea lor.

Ce rol vor juca datele generate privind calitatea în fa­brica de mâine? Poate fi administrat volumul imens de date astfel generate?

Gisela Lanza: Deocamdată, acest lucru nu este ușor de evaluat. Precondiția de bază în acest caz este existența unei arhitecturi de software armonizată. Odată stabilit acest fapt, ca o bază cu structuri de date și cu interfețe armonizate, mă aștept ca acestea să fie dezvoltate printr-un concept cu o creștere treptată în complexitate – de la achiziția de date și pe întregul parcurs prin bucle de comandă adaptive cu auto-învățare. 

Cum pot fi reconciliate profitabil diferitele lumi – cu referire la secţia de producţie (maşini-unelte), interconectarea (web) plus hardware-ul şi software-ul (dedicate metrologiei)?

Gisela Lanza: Deoarece piramida clasică de automatizare, de la procesul însuși și pe tot traseul până la nivelul corporației, este în curs de dispariție, schimbul de informații între toate nivelurile este esențial. În acest context, sistemul de execuție a fabricației (MES – Manufacturing Execution System), funcționând în strânsă corelare cu procesul, dobândește o constantă și remarcabilă importanță. Din păcate, după cum știți, pare a fi imposibil ca în următorii câțiva ani să se utilizeze direct și să se evalueze datele de la senzori fără MES. În plus, avem nevoie de standarde de interfațare armonizate cum ar fi OPC/UA, un standard care este tot mai larg acceptat pentru tehnologia de automatizare.

Dar aşa-zisa necesitate pentru controlul în timp real pare acum că stânjeneşte oarecum progresul: chiar este necesar ca totul să se desfăşoare în timp real?

Gisela Lanza: Nu. și, până la urmă, vor fi doar trei piese neconforme până atunci, iar începând cu piesa numărul patru voi fabrica piese în conformitate cu specificațiile.     

Puteţi cita un exemplu de bună practică?

Gisela Lanza:  Consider Bosch Group ca un utilizator principal, de frunte, care adoptă întreaga gamă de utilizări armonizate ale propriului software MES și IoT, pe care îl vinde ca un vânzător, pentru a conecta procesul, datele măsurate și comandate. 

Sunteţi familiarizată şi cu strategiile de producţie globale: unde se află diferenţele referitoare la asigurarea calităţii?

Gisela Lanza:În ceea ce se cheamă ,,piețe emergente”, însemnând țări cu preț redus, verificarea este, încă, adesea, efectuată după metoda tradițională, la sfârșitul lanțului de procese. Dar viteza schimbării în aceste țări este uimitoare: în China, în special, există o receptivitate enormă pentru Industry 4.0. Atitudinea predominantă este: dacă investesc, îmi cheltuiesc banii pe cele mai recente tehnologii.

În calitate de director al Institutului de Fabricaţie Avansată Globală (GAMI) din Suzhou aţi avut și o bună imagine referitoare la operațiile de asigurare a calității acolo: ce diferențiază strategiile unităților de producție chinezești de cele din sectorul industrial din Europa?

Gisela Lanza:În Europa, categoria predominantă o reprezintă uzinele mai vechi din zone cenușii (suprafețe ocupate anterior de fabrici poluante), care-și echipează liniile existente cu tehnologii cu senzori. În China, există o tendință majoră spre noi fabrici clădite pe terenuri noi, care adaptează la noile linii un mare volum de tehnologie permanentă cu senzori.
Observ în China o disponibilitate pentru investiții foarte mari în Industry 4.0. Ei cheltuiesc sume mari de bani pentru hardware – adesea împreună cu automatizarea. Cu toate acestea, cred că există totuși o problemă, deoarece Industry 4.0 și competența necesară sistemului nu sunt lucruri pe care să le poți cumpăra. La urma urmei, la ce-mi folosesc chiar și cele mai bune mașini de măsurare dacă nu înțeleg sistemul implicat?

Interviul a fost coordonat de către Nikolaus Fecht, jurnalist specializat de la Gelsenkirchen.

Cine este Prof. Gisela Lanza

Realistă și adaptabilă: acestea sunt adjective perfect potrivite pentru Prof. Gisela Lanza, care, începând din 2008 este deținătoarea titlului de profesor pentru Production Systems  and Quality Management la Institutul de Tehnologie (KIT) din Karlsruhe și Directorul Institutului pentru știința Producției (wbk). A studiat tehnologia afacerilor la Universitatea din Karlsruhe și apoi a lucrat, inițial, la Institutul pentru știința Producției (wbk). Din 2008 până în 2011, în calitate de Profesor Asociat în domeniul ,,Global Production Engineering and Quality” la Institutul de Tehnologie (KIT) din Karlsruhe, a lucrat la Daimler AG la planificare strategică. Din anul 2009 a condus, în calitate de Director, Gobal Advanced Manufacturing Institute (GAMI) din Suzhou (China).

• Articol selectat în secțiunea specială Industry 4.0