Opublikowałem monografię w języku angielskim pt. „Application of an Interactive Database System in the Foundry Production Preparation Process – SimulationDB” w wydawnictwie FOUNDRY TRADE JOURNAL
Moim osiągnięciem naukowym, uzyskanym po otrzymaniu stopnia doktora, stanowiącym znaczny wkład w rozwój dyscypliny Metalurgia specjalność Odlewnictwo określonym w Ustawie o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki z dnia 14 marca 2003 r. z późniejszymi zmianami, art. 16 pkt 2., jest autorska monografia habilitacyjna.
4.1. Monografia
Naukowe osiągnięcie zostało przedstawione w monografii pt.: „Koncepcja zintegrowanego systemu zarządzania procesami produkcyjnymi w odlewnictwie”.
Autor:
Paweł Malinowski
Recenzenci wydawniczy monografii:
Prof. dr hab. inż. Stanisława Kluska-Nawarecka dr hab. inż. Zenon Pirowski, prof. IOd
Wydawnictwo:
Archives of Foundry Engineering, Komisja Odlewnictwa PAN Oddział Katowice, ISBN 978-83-63605-39-1, Katowice-Gliwice, 2019
4.2. Cel naukowy pracy i osiągnięte wyniki wraz z omówieniem ich ewentualnego wykorzystania w praktyce
Istotny wkład pracy habilitacyjnej do nauki w obszarze Odlewnictwo dotyczy opracowania koncepcji zintegrowanego systemu zarządzania procesami produkcyjnymi w odlewnictwie. W pracy opisano technologie archiwizowania, analizowania i powtórnego wykorzystania danych pochodzących z procesu produkcyjnego wykorzystując system bazodanowy.
7 W badaniach wzięto pod uwagę wykorzystanie najnowszych technologii Przemysłu 4.0, sposoby komunikacji pomiędzy urządzeniami, systemami informatycznymi, czujnikami, bazami danych, itp.
Niewątpliwą nowością w pracy jest zarządzanie całym procesem produkcyjnym z uwzględnieniem aspektów technologicznych, symulacji komputerowych, analizy danych, analizy obrazu, eksploracji danych, itp.
Na szczególną uwagę zasługuje fakt, że niektóre aspekty pracy zostały zgłoszone w Urzędzie Patentowym RP, europejskim urzędzie patentowym EPO – ang. European Patent Office, amerykańskim urzędzie patentowym USPTO – ang. United States Patent and Trademark Office.
Produkty odlewni stanowią bardzo ważny element rozwoju cywilizacyjnego, w szczególności przemysłu motoryzacyjnego, obronnego, lotniczego, stoczniowego, budowy maszyn, rolniczego oraz wielu innych, w których wykorzystuje się odlewane komponenty wykonane z szerokiej gamy stopów metali oraz innych tworzyw formowalnych w wysokiej temperaturze. Szacuje się, że około 60% produkcji polskich odlewni jest eksportowana, głównie na rynki europejskie. Szczególnie wysoki wzrost produkcji i konkurencyjności polskich odlewni dał się zauważyć wraz ze wzrostem udziału w nim produkcji dla przemysłu motoryzacyjnego i lotniczego, które są bardzo ważnym partnerem tego typu zakładów. Rozwój tych gałęzi przemysłu w Polsce dał impuls do intensywnego rozwoju zakładów odlewniczych pod kątem organizacji produkcji, jakości wytwarzanych elementów oraz automatyzacji i robotyzacji procesów wytwarzania – te aspekty są nadal intensywnie rozwijane i wydaje się realne, że odlewnie mogą stać się polską wizytówką na świecie pod kątem wdrażania w nich innowacyjnych, rozwijanych w Polsce rozwiązań Industry 4.0. Polskie odlewnictwo wytwarza ponad milion ton odlewów rocznie, co stawia je na 6, 7 pozycji w Europie. W Polsce jest około 450 odlewni, a całkowity udział krajowego kapitału w branży dotyczy 81% odlewni. Dzięki dynamicznemu rozwojowi branży motoryzacyjnej, zauważalny jest bardzo istotny wzrost produkcji komponentów ze stopów lekkich, tj. aluminium i magnezu.
Polska posiada ogromny kapitał intelektualny, który może stać się największą siłą napędową jej rozwoju. W swojej wizji rozwoju skupiam się na nowych kierunkach rozwoju branży odlewniczej, z szacunkiem podchodząc do tradycyjnych technologii w nim dotychczas rozwijanych. Te rozwiązania związane między innymi z technologią wytopu, obróbki ciekłego metalu, technologią formy odlewniczej z jej aspektami materiałowymi, środowiskowymi i technologicznymi będą nadal rozwijane i wdrażane w praktyce. Uważam jednak, że z punktu widzenia konkurencyjności naszej gospodarki równie ważne może być wdrażanie propozycji związanych z nowoczesnymi technologiami, cyfryzacją odlewni, Przemysłem 4.0.
8 Współczesna gospodarka wymaga produkcji wyrobów spełniających najwyższe kryteria jakości. Do wyrobów takich zaliczamy produkcję najbardziej odpowiedzialnych odlewów, znajdujących zastosowanie w motoryzacji, budownictwie, przemyśle hutniczym, cementowym czy energetyce, a także produkcję odlewów dla branży artystycznej i jubilerskiej. W kontekście polskiej gospodarki produkcja odlewów stanowi znaczącą gałąź. W Polsce jest zarejestrowanych ponad 454 (*wg 49th Census of World Casting Production, Modern Casting, Dec. 2015 str. 26) odlewni o zróżnicowanym profilu produkcyjnym. Co istotne, polskie odlewnictwo eksportuje prawie 50% swojej produkcji, co stawia je w czołówce krajowych eksporterów. Kraków i małopolska od wieków stanowi stolicę polskiego odlewnictwa nie tylko jako miejsce lokalizacji wielu odlewni, ale także jako obszar nauk odlewniczych, realizowanych w Akademii Górniczo-Hutniczej, Instytucie Odlewnictwa, wielu biurach projektowych oraz firmach dostarczających materiały do produkcji odlewniczej.
Jednym z podstawowych czynników wpływających na jakość gotowych odlewów, powtarzalność produkcji, pracochłonność, zmniejszenie ilości braków, a w końcu na cenę jest sposób zarządzania całym procesem produkcyjnym od momentu oferty, poprzez przyjęcie zamówienia, opracowanie technologii, produkcję, kontrolę jakości, sprzedaż.
Niniejsza monografia została poświęcona właśnie powyższym zagadnieniom. Omawia aktualnie stosowane technologie, a także trendy rozwojowe w zakresie wykorzystania nowoczesnych technologii usprawniając organizację pracy we wszystkich możliwych obszarach procesu produkcyjnego.
Od wielu lat zajmuję się zagadnieniami obejmującymi zarządzanie procesami produkcyjnymi w odlewnictwie. Efektem tych prac jest wdrożenie autorskiego systemu SimulationDB w Zakładzie Metalurgicznym Alstom Power oraz w odlewni KIMURA FOUNDRY w Japonii.
Niniejsza monografia jest wynikiem tych wieloletnich działań i stanowi swojego rodzaju podsumowanie mojej pracy, które pozwoliło na zaproponowanie nowych kierunków rozwoju przemysłu odlewniczego z uwzględnieniem nowoczesnych technologii, w tym technologii Industry 4.0.
Omówienie celu naukowego
Podstawowym celem badań, zaproponowanych prototypów przedstawionych w monografii było zgodnie z tytułem opracowanie koncepcji zintegrowanego systemu zarządzania procesami produkcyjnymi w odlewnictwie. Na podstawie analizy danych literaturowych oraz wizyt w wielu odlewniach krajowych i zagranicznych, a także udział w wielu konferencjach i kongresach uważam, że poziom informatyzacji polskich odlewni jest na średnim poziomie. Zauważyłem jednak coraz bardziej dynamiczny rozwój odlewni w tym zakresie.
9 Wydział Odlewnictwa w kooperacji z jednostkami naukowymi, odlewniami w całym kraju przy wykorzystaniu wspólnej infrastruktury oraz zasobów ludzkich powinien zdefiniować, opracować i wdrożyć założenia Przemysłu 4.0 dla branży odlewniczej. Odlewnia 4.0 - Foundry 4.0 – dedykowany dla odlewnictwa ekosystem technologii, maszyn, systemów IoT (Internet of Things), urządzeń, czujników, systemów komputerowych, robotów, algorytmów komputerowej analizy obrazu, baz danych, systemów CAx (Computer Aided Technologies), systemów eksploracji danych (Data Mining), zaawansowanych algorytmów sztucznej inteligencji, systemów VR (Virtual Reality) współpracujących ze sobą, komunikujących się wzajemnie generuje ogromną wartość dodaną dla każdego przedsiębiorstwa. Integracja systemów nabiera coraz większego znaczenia. Dzięki temu uzyskuje się efekt synergii – możliwości komunikacji, współpracy, wymiany oraz zaawansowanej analizy danych. Korzyść z wdrożenia koncepcji Foundry 4.0 płynąca z integracji systemów jest dużo większa niż suma korzyści poszczególnych systemów działających osobno. Wartość informacji, możliwość współdzielenia jej przez różne podsystemy nabiera coraz większego znaczenia w dobie informatyzacji, automatyzacji procesów produkcyjnych i daje przewagę nad konkurencją. Poprzez ścisłą współpracę z przemysłem oraz z jednostkami akademickimi, możliwe jest wprowadzanie innowacji i implementację wypracowanych rozwiązań w przemyśle odlewniczym.
Poziom informatyzacji branży odlewniczej, pomimo wielu różnych wykorzystywanych systemów stoi aktualnie na średnim poziomie. Najbliższa dekada przyniesie dynamiczny rozwój informatyzacji odlewnictwa. Kraje, koncerny, odlewnie, które wykorzystają tę szansę najlepiej, uzyskają znaczącą przewagę konkurencyjną kreując nowe trendy w zarządzaniu technologią, produkcją i innymi aspektami złożonego procesu wytwarzania odlewów.
Polska posiada ogromny potencjał intelektualny szczególnie w dziedzinach informatyki, automatyki, odlewnictwa. Wykorzystując ten potencjał Polska może wyznaczać kierunki rozwoju branży odlewniczej z wykorzystaniem dedykowanych systemów informatycznych. W Polsce kształci się największą liczbę inżynierów-odlewników w Europie. Te fakty sprawiają, że w krótkim czasie Polska może się stać znaczącym graczem na mapie odlewnictwa w Europie. W tym celu niezbędne wydaje się większe niż dotychczas współdziałanie jednostek akademickich funkcjonujących w kraju oraz przemysłu odlewniczego.
Monografia składa się z dwóch części. Zakres przeprowadzonych w ramach pracy badań obejmował opracowanie koncepcji zintegrowanego systemu zarządzania procesami produkcyjnymi w odlewnictwie oraz koncepcję zintegrowanej platformy INDUSTRY 4.0 dla odlewnictwa mające na celu wykazanie słuszności tez pracy.
W dobie IV rewolucji przemysłowej – Industry 4.0 transformacja cyfrowa przedsiębiorstw, w szczególności odlewni jest nieunikniona. Optymalizacja procesów bazuje głównie na efektywnym wykorzystaniu danych pochodzących z produkcji i sprawnej komunikacji pomiędzy
10 urządzeniami, systemami, maszynami, bazami danych. Szeroko pojęta cyfryzacja przez najbliższe lata będzie najbardziej dynamicznie rozwijającym się obszarem w produkcji odlewniczej. Zastosowanie cyfrowych rozwiązań w celu optymalizacji produkcji, redukcji kosztów, ograniczenia pracochłonności będzie kluczowym czynnikiem konkurencyjności odlewni. W branży odlewniczej należy zwrócić szczególną uwagę na wybrane aspekty dotyczące przechowywania, analizowania, przetwarzania coraz większej ilości danych pochodzących z procesu produkcyjnego. Informacje te dotyczą nie tylko gotowego odlewu, ale wszystkich parametrów związanych z jego przygotowaniem, opracowaniem technologii, wytworzeniem, obróbką, kontrolą jakości, zużyciem energii, materiałów, pracochłonnością, sprzedażą, itp.
Tak duża ilość parametrów pochodzących z każdego etapu procesu produkcyjnego musi być przechowywana w sposób umożliwiający łatwy dostęp do wybranych aspektów (obszarów) produkcji, wykonywanie obliczeń numerycznych, wykorzystanie algorytmów eksploracji danych, zastosowanie inżynierii odwrotnej, itp.
Pracownicy odlewni korzystają z wielu narzędzi informatycznych w celu usprawnienia procesu produkcyjnego. Narzędzia te wspomagają inżynierów na różnych etapach produkcji, ale również w trakcie opracowywania technologii, podczas kontroli jakości odlewów czy w kontaktach z klientami.
Zakres merytoryczny rozprawy dotyczy opracowania koncepcji zintegrowanych narzędzi wspomagających wybrane etapy produkcji w branży odlewniczej.
Duże zapotrzebowanie branży na monitorowanie parametrów produkcyjnych, ich archiwizowanie w sposób ułatwiający wyszukiwanie, przetwarzanie, zaawansowane analizowanie danych z wykorzystaniem algorytmów sztucznej inteligencji, eksploracja baz danych, komputerowa analiza obrazu, powtórne wykorzystanie danych w procesie przygotowania produkcji odlewniczej, wnioskowanie, podejmowanie decyzji skłoniło mnie do podjęcia tego rozległego tematu.
W pracy zostały również przedstawione zróżnicowane technologie z obszaru INDUSTRY 4.0, które mogą być wykorzystane w branży odlewniczej, w celu optymalizacji produkcji, redukcji kosztów wytworzenia, poprawy jakości odlewów, zmniejszenia zużycia energii,
pracochłonności, itp.
Dodatkowo przedstawione zostały propozycje systemów informatycznych wspomagających prace w odlewni, usprawniające rekrutację pracowników – absolwentów, ułatwiające korzystanie z zaawansowanej aparatury badawczej oraz ułatwiające dialog pomiędzy przemysłem, uczelniami, instytutami badawczymi oraz stroną rządową.
Przeprowadzone w ramach monografii rozważania teoretyczne oraz szerokie badania podstawowe i technologiczne wskazują na słuszność postawionych tez.
11 Nie zamykają one jednak przedstawionej problematyki, a jedynie wskazują kierunki rozwojowe w dziedzinie informatyzacji branży odlewniczej.