Fiecare oprire de producție neplanificată, chiar și a mașinilor individuale, generează efort suplimentar, costuri mai mari și producție mai mică. Monitorizarea stării în cele mai bune condiții, permanent și bazată pe date reprezintă o bază esențială pentru disponibilitatea maximă a mașinilor și instalațiilor.
Monitorizarea mașinilor
Un caz de utilizare esențial este monitorizarea continuă a mașinilor. Scopul este de a utiliza date relevante, cum ar fi curentul, temperatura sau vibrațiile, pentru a detecta anomaliile operațiunilor în curs într-un stadiu incipient, în mod ideal pentru a putea clasifica aceste anomalii și pentru a detecta posibilele erori în avans. Acest lucru implică adesea semne de uzură normală care sunt detectate din timp și în mod fiabil folosind analiza bazată pe învățarea automată. Acest lucru oferă apoi posibilitatea de planifica intervențiile de service și întreținere în timp util, pentru disponibilitate maximă la cost minim.
Monitorizarea procesului
Un alt caz de utilizare esențială este monitorizarea continuă a procesului. Scopul este de a detecta abaterile de la parametrii de proces într-un stadiu incipient și de a putea interveni în proces dacă este necesar. Construind cu soluția de control existentă și datele care sunt deja disponibile, o soluție de învățare programată bazată pe model este din nou utilizată pentru a detecta anomaliile și a le clasifica cât mai mult posibil. Dacă automatizarea bazată pe reguli își atinge limitele, ML permite informații complet noi asupra stărilor de proces necunoscute anterior. Cu rezultatul de a putea interveni în proces mai devreme și într-un mod mai precis.
Pe baza monitorizării continue a stării mașinilor și instalațiilor, apar diferite cazuri de utilizare care acordă atenție obiectivului de disponibilitate maximă a instalației, care, la rândul său, este esențial pentru producția economică. În cele din urmă, starea unei instalații este cunoscută continuu, ceea ce duce la siguranța maximă persoanelor responsabile pentru proces. În plus, erorile sau anomaliile datelor mașinii pot fi detectate într-un stadiu incipient și măsurile necesare pot fi inițiate înainte de apariția defecțiunii reale sau chiar a defecțiunii sistemului.
Un exemplu de utilizare este monitorizarea automată a benzilor transportoare de mare viteză în intralogistică. O sarcină este de a monitoriza și anticipa alungirea elementelor de lanț transportor, în funcție de diverși factori de influență, cum ar fi viteza, sarcina, timpul de funcționare sau temperatura. Acest lucru implică identificarea timpurie a zonelor de lanț deteriorat individual. Acest lucru duce, de asemenea, la o ilustrare sau la asigurarea cunoștințelor tehnicienilor de service cu privire la starea sistemului și, astfel, la o transformare către monitorizarea continuă a sistemului pe bază de date. Beneficiile specifice monitorizării automate sunt o reducere a costurilor de service și întreținere, precum și o disponibilitate mai mare și, prin urmare, productivitate a sistemului. Referitor la modelele comerciale noi, de exemplu, este posibilă vânzarea de disponibilități sub formă de acorduri noi sau extinse privind nivelul serviciilor (SLA). În definitiv, astfel de servicii IIoT generează noi caracteristici perceptibile pentru clienții finali și o fidelizare corespunzătoare mai mare a clienților.
O altă aplicație este monitorizarea automată a ventilatoarelor într-o sală de producție cu galvanizare. În galvanizare, ventilarea este un proces esențial de producție. De exemplu, se produce oxigen gazos, care prezintă un pericol de explozie la concentrații mari. Substanțele acide pot duce, de asemenea, la coroziunea echipamentului. Există, de asemenea, o responsabilitate în domeniul sănătății și siguranței la locul de muncă și al sănătății angajaților. Sarcina este monitorizarea continuă a ventilatoarelor folosind senzori inteligenți și analiza datelor bazate pe ML. Calea care trebuie urmată este de la o întreținere preventivă, bazată pe reguli, la una bazată pe stare. Acest lucru generează o reducere la minimum a timpului de oprire a producției neplanificat și la o reducere a costurilor cu întreținerea. Primul beneficiu al acestei soluții complete exemplare pentru aplicațiile brownfield este monitorizarea continuă și automată. Aceasta este baza pentru reducerea sau minimizarea inspecției, întreținerii și reparațiilor. În acest caz specific, a fost posibil să se comute de la o inspecție lunară a ventilatoarelor cu o plimbare pe acoperișul galvanizat la o inspecție semestrială. Timpii de oprire neplanificați ar putea fi reduși, iar disponibilitatea instalației ar putea crește. Un caz de utilizare IoT cu beneficii specifice.
Pe baza datelor de proces și a evaluării acestora utilizând tehnologii ML, este posibil, în multe cazuri, să se tragă concluzii cu privire la calitatea produselor fabricate. Pe baza parametrilor de proces selectați, modelele bazate pe ML pot fi recunoscute și pot fi alocate la o stare specifică de proces. Derivat din aceasta, intervalele de toleranță pot fi monitorizate, de exemplu, și este recunoscut într-un stadiu incipient când toleranțele sunt sau vor fi în afara liniei în sensul unei predicții.
Analiza inteligentă a datelor îl ajută pe Grenzebach să obțină asigurarea calității în timp real și întreținerea predictivă a mașinilor pentru sistemele sale inovatoare de sudare prin frecare. Astfel, specialiștii în construcția de mașini și sisteme contribuie non-stop la creșterea producției de serie la un nivel nou.
Un pin de frecare rotativ este unealta centrală la sudarea prin frecare (FSW), procesul inovator de sudare cu îmbinare pe care Grenzebach l-a dezvoltat pentru metale ușoare, cum ar fi aluminiul și aliajele sale. Prin frecare și presiune, pinul generează căldura procesului pentru a face metalul maleabil, care este apoi agitat de-a lungul punctului de contact prin acțiunea de rotație a pinului de frecare. Fără nevoia de adăugare a sârmei de sudare sau a gazului inert, aceasta creează o îmbinare solidă care se caracterizează prin stabilitatea sa pe termen lung și rezistența sa la distorsiune. O cerință pentru acest rezultat este ca pinul de frecare să se comporte conform așteptărilor. Forțele de presiune și tracțiune sunt esențiale pentru atingerea gradului corect de deformare a metalului. Până în prezent, controlul calității a fost efectuat de către operatorul mașinii care a inspectat vizual îmbinarea de sudură după procesul FSW - o procedură consumatoare de timp a cărei reușită a depins, de asemenea, foarte mult de cunoștințele tehnice personale ale utilizatorului.
Monitorizarea în timp real în timpul procesului de sudare
Dezvoltatorul de tehnologie Dr. Carlos Paiz Gatica explică modul în care funcționează detectarea anomaliilor: Compararea modelului de referință și procesul curent permite o evaluare a calității în timp real. Ca pionier în domeniul Industry 4.0, Grenzebach utilizează astăzi procese inteligente de analiză a datelor care activează predicții precise. În acest scop, utilizează o soluție de Industrial Analytics adaptată de la Weidmüller.
Software-ul nostru de analiză, care a fost personalizat pentru a satisface nevoile Grenzebach, compară forțele înregistrate la senzori în timpul procesului de sudare cu o înregistrare ideală a datelor de referință. Imediat ce sistemul detectează o abatere care se află în afara parametrilor definiți, operatorul mașinii este notificat și imediat știe că ceva nu este în regulă cu procesul de sudare. Prin urmare, inspecția manuală a fiecărei îmbinări de sudare nu mai este necesară.
Pentru stabilirea modelului de referință, Weidmüller a lucrat împreună cu inginerii de la Grenzebach pentru a evalua datele a câteva sute de îmbinări de sudură pentru relevanța lor și le-a evaluat folosind metode inteligente de analiză a datelor. Un element semnificativ al analizelor a fost furnizat de cunoștințele tehnice de la Grenzebach. Software-ul Weidmüller ar putea foarte bine să prezică un defect cu un anumit grad de probabilitate, dar pentru a face acest lucru trebuie întotdeauna să fi fost clasificat în prealabil. Numai Grenzebach poate stabili dacă o anomalie ar trebui clasificată ca o eroare critică sau nu.
Calitatea produsului și disponibilitatea privind oferta
Pe lângă efectuarea de verificări ale controalelor de calitate la îmbinările de sudare, software-ul de analiză înregistrează, de asemenea, parametrii de proces al fiecărei părți care este produsă, producând astfel o documentație completă. Acesta este un beneficiu semnificativ nu numai din punct de vedere juridic, ci și în ceea ce privește trasabilitatea și reproductibilitatea. Sistemul oferă, de asemenea, o avertizare în timp util în cazul în care ar fi recomandabilă înlocuirea pinului de sudură. Înarmat cu această informație, operatorul mașinii poate planifica programul de întreținere în așa fel încât orice timp de oprire să fie evitat.
„Pe lângă reducerea la minimum a deșeurilor care pot rezulta dintr-o spargere a uneltei, un factor important, în special în construcția de mașini și sisteme, este disponibilitatea mașinilor”, subliniază Kress.
Specialiștii de înaltă tehnologie Grenzebach pot vedea și mai multe avantaje în ceea ce privește modelul său comercial: „În primul rând, putem oferi clienților noștri control de calitate precis și cuantificabil, precum și o prognoză despre posibilii timpi de oprire a echipamentelor, permițându-le să economisească resurse și costuri. În același timp, suntem în poziția de a implementa servicii bazate pe date și de a utiliza în mod eficient calitatea produselor sau disponibilitatea echipamentelor ca argumente de vânzare”, explică Michael Sieren, Director de vânzări FSW la Grenzebach.
Monitorizarea stării are ca rezultat direct beneficiul concret al optimizării service-ului și întreținerii mașinilor și sistemelor. În viitor, service-ul și întreținerea nu vor mai fi preventive sau reactive, ci bazate pe stare. Ca producător de mașini, pot fi dezvoltate noi modele de business, de exemplu, oferta de contracte noi privind nivelul de servicii (SLA), pe baza informațiilor timpurii despre starea mașinii și, în consecință, a unor timpi de reacție mai rapizi sau ca serviciu preventiv înainte de apariția unei defecțiuni. Ca operator, nevoia de service și întreținere poate fi identificată într-un stadiu incipient folosind funcția integrată de analiză. Acest lucru face posibilă planificarea service-ului și întreținerii necesare într-un stadiu incipient, reduce la minimum timpul de oprire neplanificat, reduce cheltuielile cu personalul și optimizează managementul pieselor de schimb.
Pentru a descoperi erorile și anomaliile operaționale înainte ca acestea să apară, producătorul de compresoare Boge implementează software-ul Weidmüller pentru întreținerea predictivă.
Startul proiectului în comun cu Weidmüller pentru întreținerea predictivă a compresoarelor a fost în octombrie 2016. „Am realizat mai întâi un studiu de fezabilitate pentru a vedea dacă software-ul lui Weidmüller a fost adecvat pentru detectarea deficiențelor relevante”, explică Georg Jager, Șef de echipă la Turbomachinery, Boge. „Acum este clar că stările anormale și modelele de eroare sunt detectate cu fiabilitate absolută datorită soluției de analiză personalizată”, continuă Jager. Înainte ca acest lucru să se întâmple, specialiștii Weidmüller au efectuat o analiză detaliată a datelor. Pe baza rezultatelor, a fost dezvoltată o soluție de analiză individuală pentru cerințele produsului nou de top Boge, turbocompresorul de mare viteză (HST). Sarcina a fost formulată în mod clar: Ce date sunt relevante pentru estimarea deteriorării specifice a compresorului?
Selecția și evaluarea datelor vizate
Turbocompresorul de mare viteză (HST) de la Boge funcționează absolut fără ulei și stabilește standarde noi în producția aerului comprimat fără ulei. La crearea compresorului, obiectivul era eficiența maximă în termeni de service și întreținere. Compresoarele sunt acționate de un motor magnet permanent cu o densitate energetică ridicată. O caracteristică specială a compresorului HST de la BOGE este un ax de acționare cu aer integrat - condiția prealabilă pentru viteze extrem de mari, cu mult peste 100.000 de rotații. Acul acționează un rotor de titan, care împreună cu o construcție specială de carcasă asigură generarea extrem de eficientă a aerului comprimat. Toate datele au provenit de la componente ale tehnologiei de măsurare care erau deja prezente în compresor, astfel încât nicio tehnologie de senzori nu a trebuit să fie modernizată.
Pentru a putea evalua valorile stabilite, oamenii de știință de la departamentul Industrial Analytics al Weidmüller au examinat toate datele folosind metode statistice, au evaluat calitatea reală a datelor și au decis cu privire la relevanța acestora împreună cu Boge. În acest moment a fost nevoie de cunoștințe specifice privind sistemul cu aer comprimat; evaluarea a inclus o vastă experiență de operare pe baza tuturor mașinilor din domeniu. Experții Weidmüller au sortat apoi datele în mod radical, astfel încât, în cele din urmă, au rămas semnificativ mai puține surse de date. De asemenea, echipa a trebuit să câștige experiență în ceea ce privește corelarea valorilor măsurate.
În timpul evaluărilor a fost clar că nu valoarea individuală este cea care contează, ci modelul de date. Aceasta creează un model complex de date de normalitate care poate fi folosit pentru a prezice cu acuratețe evenimentul de deteriorare dacă valorile sunt diferite de modelul învățat într-un anumit mod. De asemenea, este important ca acest sistem să învețe continuu. Se schimbă cu fiecare mesaj nou de eroare și se bazează pe feedbackul de la operator. Soluția de analiză este concepută pentru a învăța din situații necunoscute - astfel încât predicțiile calculate devin din ce în ce mai precise pe parcursul întregului timp de operare a compresorului.
Preziceți - și preveniți - deteriorarea la minutul exact
Utilizatorul beneficiază de un software foarte eficient, care oferă informații despre câte minute sau ore va dura înainte ca o problemă tehnică să apară la mașină. Utilizarea în continuare a compresorului determină apoi dacă această valoare suportă sau nu. În cazul în care scenariul de utilizare se schimbă și mașina este prevenită să se deterioreze, „durata de viață rămasă” afișată este prelungită.
Fără grijă cu Selectair
În fiecare caz, deteriorarea semnificativă a tehnologiei poate fi prevenită dacă utilizatorii reacționează în timp util și organizează o vizită de service sau un interval de întreținere. Aici totul se îmbină pentru BOGE, deoarece întregul pachet de service al specialistului în aer comprimat se bazează pe principiul „siguranța pe primul loc”. Se depun toate eforturile pentru a se asigura că mașina rămâne în staționare cât mai puțin și cât mai scurt timp posibil în timpul ciclului său de viață. Investițiile nu mai sunt solicitate în sisteme redundante. „Pentru atingerea acestui obiectiv, luăm măsuri inovatoare și desfășurăm o activitate de pionierat în domeniul serviciilor”, explică Georg Jager de la BOGE. Rezultatul este conceptul de Selectair al Boge. În plus față de software-ul de analiză, include monitorizare de la distanță Boge Airstatus, care este integrată în toate mașinile scoase din funcțiune, precum și cele cu „recuperare 24 de ore”. În acest mod, Boge garantează că o mașină poate fi pusă din nou în funcțiune după cel mult 24 de ore în cazul unei staționări. „Întreținerea predictivă este importantă aici deoarece permite ca operațiunile de service să fie planificate chiar mai devreme. Mașina este oprită doar pentru perioada scurtă de întreținere, ceea ce face ca timpul de oprire inutil de lung să fie de domeniul trecutului. Suntem convinși că această tehnologie va prevala pe piața aerului comprimat și va stabili standarde noi.”
BOGE - Lider de piață pentru compresoare
Cu o experiență de peste 110 ani, Boge Kompressoren Otto Boge GmbH & Co. KG este unul dintre cei mai vechi producători de compresoare și sisteme cu aer comprimat din Germania. Compania construiește pistoane, șuruburi, spirale și turbo compresoare care sunt utilizate în principal în tehnologia medicală și industria alimentară și farmaceutică. Acestea sunt, de asemenea, utilizate pe piața principală auto și construcția de mașini.
Companie de familie activă la nivel internațional are 850 de angajați, aproximativ 490 dintre aceștia aflându-se la sediul său din Bielefeld, și furnizează produsele și sistemele sale în peste 120 de țări din întreaga lume.