Temat z okładki: Sposób na zwiększenie oszczędności

Serwis prognostyczny, poparty dostateczną analizą formalną lub nieformalną, może zastąpić serwis interwencyjny (post factum) bądź planowany.

Wyniki pomiarów z czujników oraz mierników podłączonych do układów sterowania i automatyki – ciśnienie, temperatura, wibracje, poziom hałasu, poziomy płynów – zbierano w notatnikach latami, aby wykorzystywać je w planowaniu serwisowania urządzeń. Serwis prognostyczny,poparty dostateczną analizą formalną lub nieformalną, może zastąpić serwis interwencyjny (post factum) bądź planowany. W niektórych zakładach pojawia się też niezawodna „złota rączka” człowiek, który w zakładzie pracuje od zawsze i jest chodzącym czujnikiem, monitorem i alarmem. Dotknie, posłucha i jest w stanie przewidzieć, kiedy dane urządzenie będzie wymagało serwisu.

Rys. PLC, czujniki, sterowniki napędów i serwomechanizmy przesyłają przez sieć dane wejściowe do oprogramowania, które przewiduje, kiedy powinien zostać dokonany przegląd techniczny, by uniknąć nieoczekiwanych przestojów (zdjęcie linii pakowania udostępnił Omron).

 

Specjalistyczna, dogłębna wiedza pozwala osiągnąć większą powtarzalność, jednolitość i spójność procesów, zatem przedsiębiorstwa poszukują nowych metod analizy – opartej na oprogramowaniu, pozwalającej klasyfikować dane, tworzyć modele, zawiadamiać użytkowników dokładnie, z odpowiednim wyprzedzeniem, jakie czynności serwisowe należy przeprowadzić i kiedy. Wten sposób przy odrobinie twórczego myślenia można przesunąć kapitał z jednego obszaru do drugiego, a nakłady na utrzymanie ruchu i sterowanie potraktować jako cenne aktywa. Informacje można gromadzić za pomocą przenośnych urządzeń lub sieci przemysłowych (przewodowych lub bezprzewodowych), co usprawnia analizę. W niektórych przypadkach możliwe jest reagowanie w pętli regulacji w czasie rzeczywistym.

Nad utrzymaniem i optymalizacją ruchu pracują całe przedsiębiorstwa lub wydziały przedsiębiorstw. Dotyczy to sprzętu, oprogramowania, zarządzania procesem, a także sieci łączącej newralgiczne punkty lub zainstalowanej w całej linii technologicznej. Oprogramowanie umożliwia przegląd wielu różnorakich systemów i uzyskanie niezbędnych informacji.

  Istotne parametry to:

  • projekt procesu i przepływu materiałów, zakres elastyczności potrzebny w linii produkcyjnej, częstość zmian produktów i wielkość przepływu,
  • czynniki ludzkie, takie jak hierarchia służbowa i kwalifikacje,
  • możliwości łączenia (w tym połączenia między wyposażeniem a biurem głównym lub producentem, sygnalizujące potrzeby serwisowe urządzeń),
  • model i wiek wyposażenia (nowsze wyroby mogą być zbudowane z trwalszych materiałów, z mniejszej liczby części ruchomych, z bardziej niezawodnych podzespołów),
  • przejrzystość (analiza danych z różnych systemów i urządzeń może być źródłem informacji dla różnych działów przedsiębiorstwa i pomóc w optymalizacji procesu decyzyjnego na wielu szczeblach).

 Korzyści są niezliczone. Według Pacific Northwest National Laboratory, jednostki amerykańskiego Departamentu Energetyki, prognostyczny serwis: zwiększa żywotność podzespołów, umożliwia czynności zapobiegawcze, skraca przestoje wyposażenia i przerwy w produkcji, ogranicza koszty części zamiennych, i robocizny, podnosi bezpieczeństwo i etykę pracy, poprawia ochronę środowiska oraz zmniejsza zużycie energii.

 

Technologie utrzymania ruchu, remontów i eksploatacji

Gwarancja zamówień, optymalizacja łańcucha dostaw, zmniejszenie ogólnych kosztów i efektywności zarządzania zasobami

Rys. Utrzymanie ruchu isterowanie obejmuje liczne elementy sprzętu i oprogramowania oraz systemy, które służą do gromadzenia i przekazywania danych. MIMOSA i OPC Foundation wspólnie dążą do znormalizowania typów, struktur i protokołów przesyłu danych.

 

Serwis zapobiegawczy zamiast interwencyjnego

Czy wiecie, że zaledwie niespełna 10% zakładów produkcyjnych prowadzi aktywną, zapobiegawczą strategię utrzymania ruchu, stosując serwis prognostyczny? Ogromna większość przedsiębiorstw nadal stosuje serwis pasywny interwencyjny lub planowany – ocenia Richard Schiltz, dyrektor ds. zintegrowanych rozwiązań monitorowania warunków w Rockwell Automation Global Manufacturing Solutions.

– Serwis prognostyczny znacznie obniża nakłady na utrzymanie ruchu i zwiększa wydajność operacyjną – wskazuje R. Schiltz. Zwykłe sposoby analizowania pracy maszyn obrotowych obejmują pomiar wibracji i sprawdzenie stanu olejów smarnych, w tym stanu wilgotności w układach smarowania. Systemy czasu rzeczywistego (online) można łączyć z systemami sterowania. Mogą one pracować w tej samej sieci, gromadzić dane i udostępniać informacje o zmianach parametrów i trendach. Wytrzymałe, rozproszone moduły można umieścić w bezpośredniej bliskości linii produkcyjnej obokczujników zbierających dane.

R. Schiltz radzi połączenie przede wszystkim najważniejszych elementów wyposażenia. Przy czym „najważniejsze” nie oznaczają tu ani największych, ani najdroższych. To elementy o krytycznym znaczeniu, których awaria powoduje poważne zakłócenie lub zatrzymanie procesu. Na przykład, w zakładzie produkcji elementów półprzewodnikowych zwykła awaria pompy próżniowej może spowodować katastrofalne uszkodzenia wyrobów.

Matt Dentino, zajmujący się oprogramowaniem produktów Entek, twierdzi, że efektywny system powinien odebrać dane, sporządzić analizę, określić sposób postępowania i przesłać zawiadomienie o stanie wyposażenia za pomocą sygnałów alarmowych lub poczty elektronicznej. Może także przekazywać dane do systemu zarządzania utrzymaniem ruchu w przedsiębiorstwie w celu wygenerowania zleceń na wykonanie prac serwisowych, do interfejsu człowiek-maszyna lub do systemu sterowania w zamkniętej pętli automatycznej regulacji.

– Warunki ekonomiczne skłaniają do większego zainteresowania takimi rozwiązaniami i do szerszego ich stosowania – uważa M. Dentino.

Wiele przedsiębiorstw z branży współpracuje nad ujednoliceniem typów i struktur danych, aby umożliwić łączność między różnymi systemami i aby wszyscy „mówili tym samym językiem” – jak to ujął Alan T. Johnston, prezes MIMOSA, grupy na rzecz otwartych systemów eksploatacji i utrzymania ruchu. Grupa pragnie uniknąć efektu „wieży Babel”, dlatego współpracuje z OPC nad otwartym systemem standardów eksploatacji i utrzymania ruchu. Ostatnio MIMOSA, OPC oraz Komisja ISA SP95 ogłosiły
utworzenie wspólnej grupy roboczej, która ma ujednolicić standardy w dziedzinie produkcji.

– Nasze zadanie to wyeliminowanie luk, które z czasem w sposób naturalny powstały między systemami czasu rzeczywistego a systemami transakcyjnymi. Opracowaliśmy strategię opartą na współpracy: my koncentrujemy się na swych głównych umiejętnościach w dziedzinie zarządzania zasobami (ARM), a wkład innych firm pozwoli stworzyć system działający w czasie rzeczywistym, obejmujący zakłady, wyposażenie, park maszynowy – mówi A. Johnston.

 

Od danych do informacji w celu uzyskania oszczędności

– Informacje z systemów sterowania i utrzymania ruchu są ważne, ale powinny być użyteczne w szerszym kontekście – potwierdza Bert Mijten, menedżer produktu w Real Time Production Intelligence spółki ABB. – Musimy przestawić się na systemy kontroli produkcji w czasie rzeczywistym, nadzorujące sterowanie i wyposażenie, a także identyfikujące straty podczas operacji produkcyjnych, załadunku, planowania, dostaw, na jakości i dostępności wyposażenia. Ręczne gromadzenie danych – nawet jeżeli się jeszcze zdarza – często jest zbyt powolne, aby przedsiębiorstwo miało z niego jakiś pożytek, niezależnie od założonych wskaźników wydajności.

– Pomiary w czasie rzeczywistym i ich powiązanie ze źródłową analizą przyczyn odkrywają niewykorzystany potencjał – mówi B. Mijten. – Na przykład obrabiarka sterowana numerycznie niezależnie od obsługi nadzoruje stan noża i w razie potrzeby przesyła zamówienie do magazynu, oszczędzając czas i energię.

Oto jeden z przykładów: producent ciągników zweryfikował szacowane nakłady inwestycyjne na utrzymanie ruchu, ograniczając zakupy z 30 do 25 obrabiarek. Oszczędził 6 milionów dolarów. W innym przypadku skorygowanie usterki w maszynie, po ustaleniu przebiegu przestojów i serwisu, pozwoliło odzyskać 3000 godzin produkcji rocznie.

 

Modele danych, alarmy

Oprogramowanie oparte na wybranych funkcjach statystycznego sterowania procesem i jakością potrafi analizować modele odchylenia (statystycznych dewiacji) danych. Paul Rogers, inżynier systemów w firmie Elk Corp., produkującej pokrycia dachowe, obserwował niedawno tę funkcję w praktyce, gdy zmiany ciśnienia wskazywały na awarię pompy lub zapchanie linii asfaltu w zakładzie.

– Istotą koncepcji jest odebranie e-maila lub komunikatu przesłanego na pager i zareagowanie na alarm bądź stan jeszcze przed zatrzymaniem produkcji – mówi P. Rogers, który przeniósł się do służby utrzymania ruchu z działu informatyki. Uśmiecha się nieco, kiedy stwierdza, że słucha teraz silników, a nie użytkowników komputerów. Oprogramowanie jest używane w Elk Corp. m.in. do wysyłania sygnału sprawdzenia lub wymiany kół w mechanizmie chwytaka paneli, które powodują częste blokady (po laminacji a przed ułożeniem w paczkach na palecie). Inny przykład: monitorowanie pozycji linii gwoździ emaliowanych pozwala utrzymać jakość produkcji.

   Intel przekonuje, że serwis prognostyczny to klucz do skutecznego utrzymania ruchu

   Dla Intela kilkugodzinny przestój może oznaczać straty liczone w milionach dolarów. Wprowadziwszy serwis prognostyczny jako kluczowy element strategii utrzymania ruchu, Intel doprowadził do tego, że globalny łączny wynik, obejmujący: produkcję w trybie 24/24, działy kontroli jakości i montażu doszedł do imponującej wartości 99,6% czasu bezawaryjnej pracy.

   – Realia w przemyśle wyglądają tak, że wymiana dmuchawy czy silnika pompy to niewielki ułamek kosztów, które spowodowałoby zatrzymanie linii produkcyjnej, choćby na dowolnie krótką chwilę – stwierdził Mick Flanigan, menedżer programu serwisu i kierownik projektu w Intel Northwest Regional Operations. – Gdyby produkcja stanęła, nawet tylko na godzinę, dwie, to wywołane w ten sposób straty byłyby znacznie, znacznie większe niż koszt wymiany silnika czy jakiegokolwiek urządzenia pomocniczego.

 

   Rys. Wykorzystanie handheldu Entek Datapac do kontrolowania wartości parametrów w celu określenia terminu serwisu (zdjęcie dzięki uprzejmości Rockwell Automation)  

 

   Historycznie rzecz biorąc, dział utrzymania ruchu w zakładzie Intela starał się zminimalizować czasy przestojów, stosując skomplikowaną strategię prewencyjną, polegającą na wykorzystywaniu redundancji parku maszynowego (nadmiarowych maszyn) w celu ochrony systemów o krytycznym znaczeniu. Przykładowo, na wydziale obróbki wodnej i chemicznej Intel stosował do zwykłego przepompowywania trzy pompy zamiast jednej. Pierwsza pracowała, druga pozostawała w gotowości a trzecia stanowiła zapas bezpieczeństwa dla tej drugiej. Jeśli pierwsza pompa zawiodła, natychmiast załączano drugą. Choć było to rozwiązanie o niewątpliwie wysokiej niezawodności, takie niespodziewane i nieplanowane przełączanie pomp nie jest rozwiązaniem idealnym, ponieważ nawet niewielki skok ciśnienia bądź fluktuacje temperatury spowodowane takim przełączaniem mogły powodować straty w produkcji lub produkcję wadliwą.

 

 

   Istota projektu, w skrócie

  • Technicy zbierają informację od urządzenia za pomocą przenośnych terminali (handheld data collectors) Entek Datapac. Każdy z techników jest odpowiedzialny za dwie lub trzy spośród 108 linii, poświęcając każdej z nich średnio ok. 3 godzin.
  • Zebrane dane mogą być bezpośrednio przekazane oprogramowaniu Emonitor Enshare (Rockwell Software) współużytkowanemu (wraz z danymi, przez sieć) na różnych stanowiskach. Emonitor Enshare analizuje dane o stanie urządzeń, porównując je z zadanymi wartościami parametrów (tzw. wartości odniesienia) i z wyprzedzeniem ostrzega o nieprawidłowościach, wskazując punkty zagrożone awarią.
  • 94% urządzeń zakładów w Hillsboro zostało objęte programem serwisu prognostycznego. Inżynierowie Intela wykryli już dzięki temu kilkaset poważnych problemów wywołanych przez wibracje, co pomogło uniknąć wielotysięcznych strat (w dolarach) powodowanych uprzednio przez przestoje w produkcji.

   Oto krótki przegląd rozwiązań w zakładach Intela w Hillsboro w stanie Oregon.

– Sprawniejszy przepływ materiałów, nie licząc innych korzyści, takich jak wysoka jakość i satysfakcja, to oszczędność 45 tysięcy dolarów rocznie – mówi P. Rogers i porównuje tę sumę z 20 tysiącami wydanymi na wdrożenie w zakładzie systemu statystycznego sterowania procesem, obejmującego SPC Pro firmy Wonderware (SPC – Statistical Process Control). Do sukcesu przyczyniły się także inne produkty, takie jak Wonderware Industrial SQLserver czy interfejs HMI InTouch.

   Lepsze z definicji: Uchwyt głowicy wydłuża żywotność

 

   Unowocześnienie rozwiązań może z definicji skracać okresy przestojów i czas serwisu. Mapal Head Fitting Systems (HFS), czyli dosłownie „mapowany system dopasowania głowic” to przykład, jak można poprzez zmianę samego tylko projektu zwiększyć do trzech razy żywotność głowic dzięki zredukowaniu jałowego przebiegu. Niedokładne wyśrodkowanie może spowodować zahaczanie ściętej powierzchni o zęby mechanizmu. Poprzez dodanie jednej „konstrukcyjnej” powierzchni można uzyskać wzdłużne pozycjonowanie głowicy takdokładne jak w przypadku konstrukcji monolitycznej (one-piece). Posługując się systemem dopasowania głowic HFS zakłady MTU Aero Engines wydłużyły żywotność obrabiarek.

Wydajność procesu decyzyjnego

– Pracownicy obsługi i utrzymania ruchu, a także dyrektorzy zakładów rozumieją, że czas odejść od pasywnego podejmowania decyzji po fakcie i tradycyjnych metod pracy – stwierdza Neil Cooper, dyrektor ds. zarządzania zasobami Avantis, komentując niedawne badania przeprowadzone przez Invensys wśród 75 pracowników zakładów produkcyjnych.

– Wszyscy uznali, że najważniejszym kryterium jest obecnie zwiększenie udziału zakładu w wyniku przedsiębiorstwa – mówi N. Cooper. – Zadaniem jest przekształcenie danych w wiedzę. Aplikacje zalewają nas danymi, lecz brakuje infrastruktury do przesyłania ich poszczególnym działom, aby mogły podjąć rozważne decyzje. Przedsiębiorstwa zmniejszyły zatrudnienie, często tracąc osoby najbardziej wprawne w analizie danych. Problem ten będzie się nasilał, ponieważ w Stanach Zjednoczonych i Europie na emeryturę przejdzie w ciągu najbliższych 5–10 lat wyż demograficzny.

– Inteligentne technologie są wspaniałe, lecz przyrządy przekazują 27 rodzajów informacji bez żadnego kontekstu. Co z tego mamy? – pyta N. Cooper. – Komplikację bez żadnych korzyści. Dlatego dostawcy systemów utrzymania ruchu muszą oferować wiedzę, interpretować wskazania, tworzyć schematy podejmowania decyzji i przekazywać do centrum sterowania użyteczne informacje wtedy, kiedy trzeba.

 

Dane zdalnej diagnostyki

Zdolność do szybkiej i łatwej analizy zakłóceń tworzy nową wartość. Dave Skelton, dyrektor ds. automatyki w Phoenix Contact podkreśla, że produkty tej firmy współpracujące z Interbus mają funkcje diagnostyczne. Zatem inne produkty sieciowe
tej firmy także wyposażono w takie funkcje, w zakresie, na jaki pozwalają protokoły. Na przykład zwarcie powoduje, że sprzęt wysyła kod błędu. HMI lub serwer OPC wyświetla, przesyła, sygnalizuje lub przekazuje informację do innego systemu. – Większość funkcji diagnostycznych wykorzystuje się w serwisie interwencyjnym – przyznaje D. Skelton. – Trzeba dogłębnej wiedzy o procesie, by stworzyć układ, który będzie wysyłał sygnał, gdy podzespół wykazuje pierwsze oznaki zbliżającej się awarii, choć jeszcze zachowuje założone parametry. Wtedy można zawczasu przesłać odpowiednie informacje do działów utrzymania ruchu.

Oprogramowanie Phoenix Contact Diagnet stosowane jest w przemyśle motoryzacyjnym w powiązaniu z wizualizacją Genesis32 firmy Iconics. Korzystają z niego warsztaty i montażownie. – Na przykład, gdy zmniejsza się jasność sygnałów w światłowodach ramienia robota, trzeba wymienić kable, zanim zdarzy się nieplanowany przestój – wyjaśnia D. Skelton. – Wartość prądu rozrusznika, napięcie zasilania czy wskazania czujnika temperatury również mogą sygnalizować konieczny serwis – dodaje.

 

Zaprzęgnij dane do pracy

– Zdalne moduły We/Wy, sterowniki z logiką programowalną, sieci przemysłowe, szczególnie z funkcjami diagnostyki, przekazują użytkownikom informacje o niezbędnym serwisie poprzez interfejsy HMI czy moduły ethernetowe, korzystające z poczty elektronicznej lub pagerów – mówi Bill Cummings, menedżer rynku żywności i napojów w Omron Electronics. – Nadzorując synchronizację przekaźników, możemy wykryć zakłócenie pracy siłownika hydraulicznego lub urządzenia wykonawczego. Przekroczenie zadanej wartości progowej w nadzorowanym urządzeniu powoduje wysłanie wiadomości lubsygnału alarmowego.

Zmiany napięcia i błędy komunikacji mogą wskazywać – zależnie od okoliczności – na różne awarie, np. uszkodzenie przewodu. – Najnowsze interfejsy HMI przekazują alarm i przedstawiają operatorowi, na ekranie, sposób usunięcia awarii i rozruchu – objaśnia B. Cummings. – Z czasem oprogramowanie zdolne będzie do zestawiania wszelkich dostępnych danych i zacznie udostępniać jeszcze bardziej inteligentne funkcje.

Jak na tym tle wygląda Wasz zakład? Życzymy powodzenia w integracji i automatyzacji procesów sterowania i utrzymania ruchu, czyli wzrostu oszczędności i liczby inteligentnych aplikacji w firmie.

ABB – www.abb.pl
Iconics – www.iconics.com
Intel – www.intel.com.pl
Omron Electronics – www.europe.omron.com/pl_pl/cor/
Phoenix Contact – www.phoenixcon.com
Rockwell Automation – www.rockwellautomation.pl
Wonderware – www.wonderware.comwww.astor.com.pl/wonderware