Za viac ako 110 rokov sa spoločnosť OSRAM (dnes už ams OSRAM) stala svetovým lídrom na trhu s automobilovým osvetlením. Je dôveryhodným partnerom popredných výrobcov automobilov z celého sveta. Polovica osobných automobilov vyrobených každý rok je vybavená svetelnými zdrojmi ams OSRAM. Ako priamy dodávateľ výrobcov automobilov spoločnosť svoje produkty neustále zdokonaľuje a testuje ich kvalitu, aby sa ku koncovým zákazníkom rok čo rok dostávali vždy vynikajúce výrobky. Spoločnosť ams OSRAM je globálny hráč s pobočkami v mnohých krajinách sveta. Tento rok oslávi okrúhle výročie svojho pôsobenia aj na Slovensku.

Pred tridsiatimi rokmi spoločnosť OSRAM prevzala spoločnosť Tesla Nové Zámky, predtým súčasť československého koncernu Tesla Holešovice, ktorá sa zaoberala výrobou žiaroviek a výbojok na pouličné osvetlenie. Časť technológií bola do novovzniknutého podniku prevzatá od bývalej Tesly a časť bola dovezená z nemeckých výrobných závodov OSRAM. Ak v minulosti prevládali v rámci výroby skôr činnosti postavené na mechanických a ručných princípoch, postupom času sa tento pomer začal meniť v prospech elektricky ovládaných procesov. V súčasnosti už výroba žiaroviek v Nových Zámkoch prebieha takmer z 80 % pod taktovkou elektronických systémov a využíva moderné riešenia na riadenie procesov, sledovanie kvality či balenie a paletizáciu hotových výrobkov. To sa zákonite prejavilo aj na znížení počtu pracovníkov priamo obsluhujúcich výrobné linky a zvýšení počtu pracovníkov pre oblasť elektrotechniky, automatizácie či programovania.

V rámci OSRAM, a. s., Nové Zámky má svoje nezastupiteľné miesto aj oddelenie stavby strojov (MPS – Machine Projects and Services), ktoré je schopné plniť objednávky náhradných dielov, strojov a liniek pre vlastný výrobný závod, ale aj pre iné spoločnosti v rámci koncernu ams OSRAM či externých zákazníkov. Technici oddelenia MPS prešli postupným vývojom od konštrukcie liniek pre klasické vláknové žiarovky až po súčasné veľmi žiadané LED osvetlenie. Výrobný závod v Nových Zámkoch sa v minulosti venoval výrobe klasických žiaroviek s volfrámovým vláknom hlavne na všeobecné osvetlenie v domácnostiach. Tie boli od roku 2009 do roku 2012 postupne zakázané ako energeticky málo účinné a následne sa prešlo na klasické žiarovky s halogénovým horákom; tiež sa rozbehla výroba tzv. úsporných kompaktných žiariviek CFL, ktoré však tiež postupom času vypadli z výrobného programu. Aktuálne sa spoločnosť ťažiskovo zameriava na výrobu pomocných žiaroviek pre automobilový priemysel, ale v sortimente sú zaradené napr. aj špeciálne LED panely na pestovanie rastlín, LED svietidlá pre karavany a pracovné stroje. Výrobné linky majú dnes podstatne vyššiu rýchlosť a tým aj hodinový výkon. Za rok zíde z liniek novozámockého závodu približne dvesto miliónov kusov žiaroviek.

Proces výroby

Klasické žiarovky pre koncové, brzdové, smerové a iné svetlá automobilov sa skladajú z niekoľkých samostatných častí, ktoré zároveň tvoria vstupné komponenty pri ich výrobe. Sú to sklenené trubičky a banky, kovové materiály ako prívody, volfrámové vlákna a pätice, ktoré môžu byť kovové alebo plastové. Najprv sa vyrobí diel nazývaný montáž – ide o systém s kovovými prívodmi, na ktorom je namontovaná volfrámová špirála. Volfrám je kov s vysokým bodom tavenia (asi 3 500 Kelvinov), to znamená, že sa dá prechodom prúdu rozžeraviť na teplotu blízku tomuto bodu, napríklad 2 900 Kelvinov. Pri takejto teplote volfrámové vlákno žiari jasným bielym svetlom. Volfrámový drôt je veľmi tenký, má priemer 9 až asi 150 mikrometrov (na porovnanie, ľudský vlas má približne 60 až 80 mikrometrov). Takýto drôt je spravidla navinutý do tvaru jednoduchej alebo dvojitej špirály.

Aby volfrám nezhorel, musí sa montáž zataviť do sklenej banky, z ktorej sa odčerpá vzduch cez tenkú čerpaciu trubičku, a banka sa potom naplní inertným plynom, spravidla s obsahom argónu, prípadne kryptónu. Popri tom sa ešte stále vyrábajú aj vákuové žiarovky bez plynovej náplne. Zatavený polotovar zátav potom dostane päticu, ktorá sa tmelom pripevní k zatavenej banke. Ostáva už len priletovať prívody na kontakty pätice, laserovým lúčom označiť na pätici typ a iné kódy a žiarovka je hotová. „V priebehu celého procesu výroby sa sníma a reguluje teplota, ktorá predstavuje jeden z kľúčových parametrov kvôli použitému materiálu – sklu, ktoré je náchylné na prasknutie v dôsledku silného vnútorného mechanického napätia, ak sa nedodrží teplota spracovania a rýchlosť chladnutia. Keď sa sklený polotovar ochladí veľmi rýchlo, v skle zostane napätie a stane sa veľmi náchylné na prasknutie,“ vysvetľuje Milan Šalka z oddelenia Konštrukcie strojov v OSRAM, a. s.

„To ohrozuje celkovú funkčnosť žiarovky, narušená tesnosť znamená vniknutie kyslíka zo vzduchu do banky a poškodzuje sa volfrámové vlákno. Teplotným profilom ohrievania, reguláciou intenzity plameňov na strojoch pri spracovaní skla a kontrolovaným chladením v temperačnej peci sa teplotné napätie v skle uvoľní. Okrem teploty sa musia kontrolovať aj ďalšie dôležité procesné parametre, napr. vákuum, rôzne rozmery snímané kamerovými systémami, prítomnosť polotovarov v pozíciách výrobnej linky. Takýchto parametrov sú desiatky až stovky. Na hotovej žiarovke sa potom kontrolujú prúdové hodnoty, kamerové systémy sledujú kvalitu letovania a odhaľujú rôzne vizuálne chyby.

“V priebehu celého procesu výroby sa sníma a reguluje teplota, ktorá predstavuje jeden z kľúčových parametrov kvôli použitému materiálu – sklu. Prispôsobenie rýchlosti jednotlivých technologických uzlov sa realizuje pomocou frekvenčných meničov a servopohonov, pričom viaceré časti uzlov sú z hľadiska riadenia pohybu medzi sebou elektronicky synchronizované. Rýchlosť výroby na výrobnej linke takýchto žiaroviek sa v novozámockom závode pohybuje od 1 500 až do približne 6 000 kusov za hodinu.

Od vačiek a reléovej logiky po PLC riadenie v mikrosekundách

V prvých rokoch výroby sa na výrobu žiaroviek používali stroje, ktoré boli vybavené jedným hnacím motorom a dlhým hriadeľom s vačkami. Tie ovládali veľké množstvo operácií a výhodami takéhoto riešenia bola pomerne veľká rýchlosť výroby, nebola potrebná ďalšia synchronizácia medzi operáciami a z hľadiska údržby bolo okamžite jasné, ktorá časť sa pokazila. „Takéto riešenie bolo veľmi prehľadné, jednoduché a životnosť závisela len od opotrebovania jednotlivých mechanických dielcov,“ hovorí M. Šalka.

So zvyšujúcimi sa nárokmi z pohľadu kvality, výkonu a dostupnosti bolo potrebné pridávať elektronické zariadenia. Medzi tie najdôležitejšie patrila kontrola prítomnosti komponentov a sledovania celkovej kvality vstupných materiálov, tiež jednotlivých podzostáv či finálnych produktov. Tu prišli na pomoc systémy na snímanie a spracovanie obrazu. V rámci výroby sú na viacerých technologických uzloch nasadené riešenia spoločností, ktoré sú lídrami v tejto oblasti, a tiež systém vyvinutý priamo spoločnosťou OSRAM. Posledný uvedený našiel najširšie uplatnenie, a to najmä z hľadiska možnosti jeho najlepšieho prispôsobenia variabilite vyrábaného sortimentu. Napríklad v prípade kontroly letovania využíva systém aj umelú inteligenciu, nakoľko farba cínu je pri prevádzkových svetelných podmienkach veľmi variabilná a iné systémy spracovania obrazu neboli také úspešné pri kontrole správnosti tohto technologického procesu. „Úspešnosť systému z vlastného vývoja bola však do veľkej miery závislá od jeho natrénovania na veľkom množstve vstupných údajov z dobrých aj chybných vzoriek z kontrolovaného procesu, čo bolo časovo dosť náročné,“ vysvetľuje M. Šalka. 

Ďalším pomocníkom sa stala vizualizácia výroby pre operátorov na linkách. Tá mala zobjektívniť dianie a stav procesov vo výrobe a minimalizovať subjektívne hodnotenie zo strany operátorov. Cieľom bolo nasadiť systémy, ktoré by dokázali identifikovať chyby produktu, pozície alebo technologického bodu a poskytnúť takúto informáciu operátorovi, ktorý by dokázal pružne reagovať na vzniknuté situácie. Aby bol aktuálny stav pre operátorov okamžite dostupný aj vizuálne, prechádzalo sa postupne od jednoduchých kontrolných svietidiel cez viacfarebné svetelné stĺpiky až po rozhrania človek – stroj (z angl. Human-Machine Interface – HMI) v podobe operátorských displejov. Tie ponúkli v textovej aj obrazovej podobe zobrazenie stavu zariadenia, dôvod poruchy či zníženia výkonu. „Takto sa nám darí rýchlejšie a presnejšie identifikovať a riešiť vznikajúce situácie a súčasne skrátiť prestoje z dní a hodín na desiatky minút,“ zdôraznil M. Šalka. Práva na prístup sú odstupňované od typu „vidím, ale nemôžem zasahovať“ až po servisné a administrátorské práva, kde možno priamo vstupovať do nastavenia procesov. Okrem operátorských panelov sú kľúčové ukazovatele výkonu vizualizované aj na veľkoplošných displejoch umiestnených na viacerých miestach výrobnej prevádzky. 

Ak na začiatku nasadzovania automatizácie stačilo v niektorých procesoch rozhodovanie typu „OK – NOK“, postupom času vznikla potreba zjemniť rozhodovanie na viac kritérií (zmenou na analógové snímanie). Z tohto dôvodu sa začali pridávať ďalšie typy snímačov – indukčné, kapacitné, teplotné (kontaktné aj bezkontaktné) či optické. V oblasti riadiacich systémov sa postupne prešlo od reléových logík na moderné programovateľné logické automaty (PLC) ťažiskovo od spoločnosti Siemens – Simatic S5, S7-200, S7-300 až po aktuálne využívané rady Simatic S7-1200 a S7-1500. „Vďaka nasadeniu týchto riadiacich systémov možno sledovať nielen aktuálnu situáciu vo výrobe, ale aj spätne dohľadať údaje, ktoré súviseli s konkrétnymi procesmi a stavmi“, vysvetľuje M. Šalka. Zbierané údaje umožňujú technikom v novozámockom OSRAM-e optimalizovať a vylaďovať procesy tak, aby boli stabilnejšie, presnejšie a odstránili sa príčiny, ktoré znižujú dostupnosť technologických systémov. Zlepšovanie procesov je postavené tiež na vyhodnocovaní reklamácií od zákazníkov a realizácii následných opatrení.

Pridávaním prvkov merania, snímania a automatizácie sa však predlžuje strojový čas spracovania dostupný v PLC a programátori pri tvorbe logiky riadenia už prichádzali na hranicu možností PLC nasadených v minulosti. Nová generácia PLC ponúkla viac ako tisícnásobne vyšší výpočtový výkon a ten istý objem informácií, ktorý sa ešte donedávna riešil na úrovni stoviek alebo desiatok milisekúnd, je dnes riešený rádovo v stovkách mikrosekúnd, prípadne jednotkách milisekúnd. Údaje sa medzi PLC a technologickými zariadeniami v minulosti prenášali digitálnymi I/O alebo cez sériové linky RS232/485, neskôr cez zbernicu AS-i, Profibus a aktuálne sa využíva zbernica Profinet. Pri rýchlych procesoch a na synchronizáciu pohonov sa využíva komunikácia Profinet RT v reálnom čase.

Vzhľadom na typ výrobných procesov a nasadených technológií sa postupom času pridávali čoraz sofistikovanejšie bezpečnostné opatrenia a funkcionality. PLC boli vybavené bezpečnostnými kartami na spracovanie signálov z bezpečnostných prvkov. Takáto architektúra riadenia dokáže zabezpečiť napr. bezpečné odstavenie technologického zariadenia, regulovať otáčky v prípade ohrozenia bezpečnosti ľudí či zariadení a pod.

Robotika pre balenie a logistiku

Vo fáze balenia a logistiky bola z dôvodu odľahčenia fyzicky namáhavej a monotónnej práce pre človeka nasadená desiatka priemyselných robotov. Úvahy o nasadení kolaboratívnych robotov boli zamietnuté pre ich nízku rýchlosť pri realizácii požadovaných procesov. Zabalené palety sú pomocou klasických vysokozdvižných vozíkov so šoférmi a dvoch autonómne navádzaných vozíkov (AGV) transportované do skladových priestorov. AGV vozíky sa využívajú najmä v tých častiach výroby, ktoré sú v nepretržitej prevádzke a kde sa dajú definovať jednoduché postupy, ktoré sú pre AGV zrozumiteľné.

Údaje nad zlato

Pridávanie a rozširovanie systémov automatizácie a merania prináša enormný nárast údajov. Aj v spoločnosti OSRAM riešili dilemu, koľko a akých údajov zbierať a ako ich následne vyhodnocovať, analyzovať a využiť pre ďalšie podnikové procesy. „Jedným z princípov v tomto smere bolo mať zosnímaný, resp. získaný údaj z prevádzky v systéme len raz, aby nedochádzalo k zbytočnej duplicite a aby sa podarilo v čo najväčšej miere eliminovať papierové formy záznamu a odbúrať ľudský faktor záznamu údajov ako zdroj chybovosti v celom reťazci,“ konštatuje M. Šalka.

Podľa požiadaviek jednotlivých oddelení – výroby, kvality, marketingu, konštrukcie strojov či vedenia podniku sú získané údaje spracované, vyhodnotené a sprístupnené takmer v reálnom čase v požadovanom formáte. Navyše systémy na analýzu rozsiahlych údajov (big data) dokážu v zbieraných údajoch hľadať vzory, súvislosti, ktoré vie spoločnosť preniesť do budúcich vylepšení. Údaje z výroby sú spracúvané vo výrobnom informačnom systéme (z angl. Manufacturing Execution System), ktorý je prepojený na systém SAP na podnikovej úrovni riadenia.

Prediktívna údržba

Aby sa podarilo maximalizovať dostupnosť technologických zariadení, je na dôležitých rotačných zariadeniach, ako sú motory či kompresory, nasadená online vibrodiagnostika. Okrem toho spoločnosť využíva v definovaných časových intervaloch aj pochôdzkové termodiagnostické meranie na sledovanie teplotných pomerov komponentov v rozvádzačoch, motoroch a pod. S energiami rozumne Vzhľadom na vysokú energetickú náročnosť výroby má OSRAM, a. s., v Nových Zámkoch vytvorené samostatné oddelenie energetického manažmentu. Technologické zariadenia s najvyššou spotrebou majú inštalované vlastné snímače spotreby elektrickej energie, plynu či stlačeného vzduchu. Meranie spotreby energetických médií sa vyhodnocuje aj za jednotlivé výrobné haly.

V rámci neustáleho zvyšovania energetickej efektívnosti nasadila spoločnosť rôzne optimalizačné opatrenia, ako napr. riadenie vysokovýkonných kompresorov na výrobu stlačeného vzduchu podľa aktuálneho zaťaženia výroby, prípadne využívanie časových periód počas dňa s nízkou cenou elektrickej energie na dotlakovanie zásobníkov stlačeného vzduchu. V novembri minulého roku bola do podnikovej siete pripojená aj fotovoltická elektráreň s výkonom 750 kWp, ktorá je inštalovaná na strechách budov spoločnosti. Vyrobená elektrická energia je spotrebovaná v rámci závodu.

Modernizácia ako kľúč k zvyšovaniu konkurencieschopnosti

Automatizácia a digitalizácia priniesla jednotlivým úrovniam v OSRAM, a. s., oveľa viac hodnotných informácií, ktoré sa vďaka dobrému spracovaniu podarilo pretaviť do zlepšení v podobe úspor nákladov, zvýšenia efektivity, kvality a bezpečnosti produkcie, zníženia prestojov a v konečnom dôsledku do zvýšenia spokojnosti koncových odberateľov. Takmer všetky zo spomínaných zmien pozitívne prijali aj samotní zamestnanci, nakoľko mali možnosť vidieť okamžitú pridanú hodnotu k ich práci, ktorá pozitívne ovplyvnila ich pracovný výkon, zlepšila pocit užitočnosti či pohodu na pracovisku.

Napriek výraznému pokroku za posledné roky v oblasti digitalizácie a automatizácie má spoločnosť OSRAM, a. s., plány aj do najbližšieho obdobia, ako trvale zlepšovať svoje procesy. Automatizácia často sa opakujúcich procesov či ďalšia eliminácia papierového toku sú len niektoré z oblastí, kam bude smerovať úsilie spoločnosti o ďalšie zvyšovanie konkurencieschopnosti na rýchlo sa meniacich trhoch.

Ďakujeme spoločnosti OSRAM, a. s., za možnosť realizácie reportáže a Milanovi Šalkovi za poskytnuté technické informácie.