Zwiększenie funkcjonalności i wydajności maszyn jest często możliwe dzięki ich umiejętnej modernizacji. Jak to zrobić, by osiągnąć spodziewany efekt i na co uważać, by nie wejść w konflikt z prawem?
Maszyny nowe
Zakup nowej maszyny albo linii to dla zakładu często duże przedsięwzięcie nie tylko finansowe, ale także technologiczne. Przyszły użytkownik dąży więc do tego, aby maszyna była jak najbardziej efektywna i wydajna, a także łatwa w obsłudze i tania w późniejszej eksploatacji. Niektórzy wybiegają jeszcze bardziej w przyszłość i już przy zakupie zakładają możliwość późniejszego rozszerzenia funkcjonalności nabywanego właśnie urządzenia. Także producenci prześcigają się w proponowanych rozwiązaniach, korzystając z najnowszych technologii dostępnych na rynku. Proponują swoim klientom takie rozwiązania, które dają możliwość późniejszej rozbudowy o dodatkowe funkcje. Zdarza się jednak, że z uwagi na koszty maszyna jest ?szyta na miarę? dla konkretnego użytkownika. W tym przypadku musi się on liczyć z tym, że rozszerzenie funkcjonalności będzie wiązać się z większymi kosztami, niż w przypadku maszyny z przewidzianą taką opcją.
Maszyny w eksploatacji
Rozbudowa możliwości funkcjonalnych maszyny czy linii już na etapie jej eksploatacji ? o ile wcześniej taka opcja nie została przewidziana przez producenta ? wiąże się z wyłączeniem obiektu z eksploatacji. Wraz z kosztami jej unowocześnienia generuje to dodatkową stratę dla właściciela. Integracja istniejącej maszyny z nową może doprowadzić do problemów na poziomie komunikacyjnym pomiędzy układami sterującymi obu lub kilku maszyn. Wymiana sterowania na nowe, przy zachowaniu oryginalnych elementów wykonawczych, często powoduje problemy w uzyskaniu założonej precyzji albo szybkości działania. Rozszerzenie funkcjonalności musi być w tym wypadku poprzedzone gruntowną rewizją funkcjonującej już w procesie maszyny i sprawdzeniem zgodności stanu faktycznego z istniejącymi dokumentacjami.
Remont maszyny
Kolejną sytuacją, w której użytkownik zaczyna się zastanawiać nad rozszerzeniem funkcjonalności maszyny lub całej linii produkcyjnej czy przetwórczej, jest gruntowny remont maszyny. Często, ze względu na wiek urządzenia, częstsze awarie, brak dostępu do części zapasowych, takich jak układy sterowania czy napędy starego typu, właściciel decyduje się na zastąpienie ich elementami najnowszej generacji. Dzięki takiej zamianie integrator jest w stanie zaproponować rozszerzenie funkcjonalności maszyny.
Nowe systemy sterowania dają duże możliwości zwiększenia funkcjonalności działającej w procesie maszyny. Bardzo często w ?starych? maszynach ukryty jest potencjał, który w czasach, gdy je produkowano, nie mógł być wykorzystany z powodu niższego poziomu rozwoju technologicznego w dziedzinie sterowania czy technologii napędowych. Wiele maszyn w obecnych czasach otrzymuje drugie życie przez ich gruntowny remont, włączając w to wymianę układów napędowych, pneumatycznych i hydraulicznych czy układów kontroli i sterowania. Rozwój technologii czujników i systemów wizyjnych zwiększa możliwości kontroli jakości produkcji. Zastosowanie układów bezpieczeństwa zmniejsza do minimum możliwość wystąpienia zagrożenia zdrowia lub życia operatorów czy serwisu. Współczesne napędy zwiększają precyzję i szybkość pracy, często obniżając pobór prądu. Wprowadzenie do działających już maszyn dodatkowych funkcji zwiększa ich znaczenie w zakładzie, co przekłada się na obniżenie kosztów produkcyjnych oraz zwiększenie ich wydajności i wykorzystania przez użytkownika.
<—newpage—>Rozważmy to na przykładzie kilku konkretnych wdrożeń.
Przykład 1
Zwiększenie funkcjonalności suszarni przez wymianę układu sterowania
Klient postanowił wymienić układ sterowania suszarni do drewna. Rozwiązanie starego typu bazowało na komputerze z zainstalowanym systemem Windows 3.11 i oprogramowaniem do sterowania procesem suszenia. Klientowi zaproponowano sterowanie oparte na sterowniku PLC wraz z panelem sterowniczym do wizualizacji procesu. Na życzenie użytkownika opracowano aplikację sterującą procesem suszenia. Zawiera ona kilka trybów suszenia. W ten sposób z jednego trybu, jaki przewidywało stare rozwiązanie, klient otrzymał możliwość wyboru jednej z kilku opcji, w zależności od potrzeb (rys. 1.).
Dodatkowo dołożono tryb tzw. magazynu, który pozwala na przechowywanie drewna w suszarni, w z góry określonych warunkach klimatycznych. Wymiana starego układu pomiaru temperatury i wilgotności powietrza oraz wilgotności drewna na nowy doprowadziła do zwiększenia dokładności pomiarów.
Kolejną funkcją, którą klient uzyskał dzięki wymianie układu sterowania, był zdalny dostęp do pulpitu suszarni poprzez sieć Ethernet. W ten sposób na bieżąco, z każdego miejsca w firmie (a także na świecie) technolodzy mogą kontrolować proces suszenia.
Zastosowanie falowników do sterowania prędkościami wentylatorów przyniosło dodatkowe oszczędności. Ostatecznie po wymianie sterowania stwierdzono, że czas suszenia drewna spadł od kilku do kilkunastu procent, zwiększając przy okazji równomierność schnięcia oraz zmniejszając ilość odpadów powstałych w tym procesie.
Przykład 2
Zwiększenie funkcjonalności maszyny przez modernizację układu napędowego i sterowania
W maszynie przeznaczonej do przecinania desek w miejscach występowania sęków doszło do awarii silnika napędzającego transporter. Był to silnik starego typu na prąd stały. Koszty jego regeneracji oraz układu prostowniczego oszacowano na wyższe niż koszty wymiany całego układu sterowania maszyny wraz z silnikiem. Klientowi zaproponowano rozwiązanie oparte na silniku asynchronicznym z zamontowanym enkoderem. Napęd miał być teraz sterowany przez falownik pracujący w trybie pozycyjnym. Wymieniono także sterownik PLC, a zamiast przycisków zastosowano pulpit dotykowy. Dodatkowo rozszerzono funkcjonalność maszyny, dodając możliwość cięcia desek na wymiar. W ten sposób klient może obecnie wykorzystywać maszynę nie tylko do automatycznego przecinania desek w miejscach występowania sęków, ale także do automatycznego cięcia desek na zaprogramowane długości. Zastosowanie standardowego silnika asynchronicznego zaoszczędzi w przyszłości kłopotów z jego wymianą w przypadku awarii. Modernizacja objęła także wymianę starego systemu bezpieczeństwa na nowy, dostosowując całą linię do zasadniczych wymagań bezpieczeństwa.
Przykład 3
Zwiększenie funkcjonalności urządzenia do montażu podzespołu
W jednym z zakładów produkcyjnych stwierdzono, że na stanowisku do składania podzespołu występuje zbyt dużo błędów w trakcie wykonywania tych czynności. Wynikało to z braku kontroli nad procesem montażu przeprowadzanym przez pracownika. Aby ograniczyć te sytuacje do minimum, zaproponowano wymianę istniejącego układu sterowania na nowy, dodając ekran dla operatora, na którym są wyświetlane kolejne kroki, które ma on wykonać, oraz czujnik wizyjny do kontroli samego procesu montażu. Układ sterowania może odtąd na bieżąco kontrolować, czy składanie podzespołu przebiega prawidłowo oraz w razie pomyłki informować o popełnionym błędzie. W ten sposób ograniczono do minimum błędy związane z nieprawidłowym montażem.
<—newpage—>Rozszerzenie funkcjonalności a wymogi prawne
Modernizacja konkretnej maszyny niesie ze sobą jeszcze jeden problem. W trakcie wprowadzania zmian może się zdarzyć, że dokonano głębokiej modernizacji urządzenia. Polskie prawo nie określa jednoznacznie, kiedy gruntowna naprawa staje się już głęboką modernizacją. Próbując zdefiniować tę granicę, można się posłużyć procesem kwalifikowania głębokiej modernizacji przygotowanym przez niemieckie Ministerstwo Pracy. W tym celu należy odpowiedzieć na pytania:
Czy modernizacja spowoduje zmianę zakresu zastosowania zgodnego z przeznaczeniem maszyny (możliwość realizacji innych procesów niż przewidział producent)?
Czy modernizacja maszyny, a więc ingerencja w jej konstrukcję, spowoduje znaczące zmiany w jej konstrukcji?
Czy modernizacja spowoduje wzrost energii niszczących, a więc wzrost poziomu ryzyka jako kombinacji prawdopodobieństwa wystąpienia szkody i siły tej szkody (np. wzrost prędkości liniowej albo obrotowej)?
Jeżeli na którekolwiek z powyższych pytań odpowiedź jest twierdząca, należy uznać, że mamy do czynienia z głęboką modernizacją maszyny. W konsekwencji maszyna po modernizacji będzie traktowana przez właściciela jako nowy produkt, który podlega wymaganiom unijnej Dyrektywy maszynowej 2006/42/WE. W świetle prawodawstwa europejskiego właściciel ów staje się wówczas niejako producentem tej maszyny ? to na nim ciąży obowiązek wypełnienia wszystkich zaleceń związanych z wprowadzeniem tej maszyny do obrotu, czyli:
- przeprowadzenia procesu oceny zgodności,
- umieszczenia tabliczki znamionowej w celu pełnej identyfikacji maszyny,
- opracowania nowej instrukcji użytkownika,
- wystawienia deklaracji zgodności,
- oznakowania urządzenia znakiem CE.
Należy przy tym sprawdzić, czy maszyna znajduje się w wykazie maszyn, które podlegają dodatkowej ocenie przez jednostkę notyfikowaną. Jeżeli tak, trzeba jej zlecić wykonanie tego rodzaju oceny.
Jeśli w procesie kwalifikowania modernizacji uznano, że dokonano tylko gruntownej naprawy, użytkownik nie przejmuje obowiązków producenta. Przed przekazaniem maszyny do użytkowania pracodawca ma jednak obowiązek sprawdzić, czy maszyna spełnia wytyczne zawarte w Rozporządzeniu Ministra Gospodarki z 30 października 2002 r. w sprawie minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy w zakresie użytkowania maszyn przez pracowników podczas pracy (Dz.U. nr 191, poz. 1596 ze zmianami). Pracodawca może także oprzeć się na wymaganiach stawianych w unijnej tzw. Dyrektywie narzędziowej 2009/104/WE (art. 5 ? Kontrola sprzętu roboczego, art. 8 ? Informowanie pracowników, art. 9 ? Szkolenie pracowników).
Czynności kontrolne związane z oceną ryzyka można wykonać wewnętrznie (pracodawca albo zatrudniony pracownik) albo zewnętrznie (zlecić osobie/firmie spoza zakładu). Przed ich zleceniem warto się upewnić, że ocena ryzyka zostanie wykonana przez osoby mające w tym zakresie doświadczenie i kwalifikacje zawodowe.
Autor: mgr inż. Krzysztof Blicharski, BaP Group
Tekst pochodzi z nr 5/2015 magazynu "Control Engineering Polska". Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
