Smart Factory blisko maszyny

Zagadnienia związane z wdrożeniami inteligentnych fabryk często łączą się z wyobrażeniem o rozbudowanych systemach i długich czasach realizacji. Priorytetem wydaje się być system informatyczny wyższego poziomu. Jest on kluczowy, ale jednocześnie bezużyteczny w przypadku braku odpowiednich danych procesowych i prawidłowej integracji z urządzeniami linii.

W przypadku Smart Factory istotna jest zwłaszcza integracja pionowa, obsługująca przepływ danych od czujników do nadrzędnych systemów MES/ERP. Niezbędna jest przy tym dogłębna wiedza dotycząca systemów automatyki przemysłowej, zwłaszcza programowania sterowników PLC. Ważne jest też zastosowanie sprawdzonych i elastycznych standardów ułatwiających integrację pionową, takich jak IO-Link.

Producent maszyn i linii z własnym systemem Smart Factory?

Inwestycja w nową linię lub maszynę produkcyjną powinna być dobrze przemyślana. Konieczne jest przy tym uwzględnienie szeregu czynników technicznych i ekonomicznych. Kompetencje producenta powinny zapewnić właściwie dobraną koncepcję automatyzacji i przełożenie jej na szczegółowy projekt wielobranżowy.

Wykorzystując wiedzę o budowie maszyn, znajomość procesów produkcyjnych, bolączek personelu inżynieryjnego klienta oraz dostępność własnych zasobów osobowych IT można zaimplementować dopasowane oprogramowanie typu Smart Factory.

Taką drogą poszła ELPLC S.A., opracowując ELPLC Smart Factory.

Sytuacja zastana

Realizując zrobotyzowane linie i maszyny dla naszych klientów dostrzegliśmy, że personel inżynierów procesu czy utrzymania ruchu często wykonywał żmudne operacje analizy danych procesowych, które pochodziły z różnych systemów i poziomów. Diagnostyka i parametryzacja linii okazywała się czasochłonna oraz mało odporna na pomyłki.

Problem

Problematyczne były błędy i braki w integracji pionowej lub duża złożoność dostępnych systemów informatycznych, gdzie niuanse funkcjonowania maszyn potraktowano po macoszemu. Trudno było zdiagnozować problemy z jakością produktów czy szybko znaleźć przyczyny przestojów i awarii. Braki integracyjne często miały swoje źródło w zbyt małej liczbie odpowiednich sensorów i zastosowaniu niewłaściwych protokołów wymiany danych.

Zarówno zespoły utrzymania ruchu klienta, jak i ekipy ELPLC musiały przy modernizacjach mierzyć się z parametryzacją wielu referencji produkcyjnych czy kalibracją serwonapędów, co zajmuje wiele czasu. Problemem były też przypadki nieautoryzowanych lub doraźnych zmian parametrów produkcyjnych. Często zapominano o przywracaniu właściwych ustawień, czego efektem były liczne pomyłki, a konsekwencją wyprodukowane braki.

Rozwiązanie

Chcąc ułatwić pracę początkowo własnym zespołom, podjęliśmy się implementacji autorskiego systemu Smart Factory. Dostrzegliśmy, że to, co ułatwi nam pracę – rozwiąże również wiele problemów służb utrzymania ruchu klienta. Do tematu podeszliśmy kompleksowo. Wypracowaliśmy spójną strukturę oprogramowania PLC, którą można wdrożyć również na istniejących maszynach i liniach podczas ich modernizacji.

Takie rozwiązanie pozwala na elastyczną konfigurację wymiany danych z aplikacją nadrzędną ELPLC Smart Factory. Aplikacja rozrasta się o kolejne moduły, odpowiadające na zapotrzebowanie klientów. Pozostaje otwarta na integrację z różnymi bazami danych i systemami automatyki. Sprawdziła się z rozwiązaniami ułatwiającymi konfigurację czujników, takimi jak IO-Link.

Jak to działa?

ELPLC Smart Factory to system zarządzania i monitorowania produkcji, zbierający dane z maszyn, analizujący je on-line oraz przedstawiający wyniki w czytelnych dla obsługi raportach. Składa się z dwóch modułowych aplikacji: Monitoring oraz Web. Pozwala na wyznaczenie wskaźników OEE i zdefiniowanych KPI, poprzez analizę przepływu produkcji oraz mikro przestojów. Aplikacja Monitoring może być instalowana na komputerach panelowych równolegle z aplikacją HMI lub na komputerach dedykowanych.

Zbieranie danych

Gromadzone są informacje o parametrach produkcyjnych i globalnych, cyklach, procesach, pracy operatorów, przestojach, alarmach i zużyciu mediów. Są one dostępne do natychmiastowej analizy i mogą być zapisane w dedykowanej bazie danych. Domyślnie jest to lokalna baza MSSQL.

Łatwiej dzięki IO-Link

IO-Link jako międzynarodowy standard komunikacji (IEC 61131-9) zapewnia znaczne uproszczenie konfiguracji i parametryzacji różnych czujników, głowic RFID, aktuatorów. Protokół nie tylko dostarcza podstawowych informacji o czujnikach i ich stanie, ale umożliwia zbieranie informacji diagnostycznych. Nie bez znaczenia jest fakt ułatwienia pracy terenowej z urządzeniami IO-Link z wykorzystaniem standardowego okablowania i możliwości automatycznego ustawiania parametrów za pomocą modułu IO-Link Master.

IO-Link przesyła 4 typy danych:

1. dane procesowe do 32 bajtów,

2. status ważności danych procesowych,

3. dane urządzenia,

4. dane zdarzeń alarmowych lub serwisowych.

Zarządzanie referencjami produkcyjnymi i autoryzacją

Zarządzanie parametrami referencji (PPM – Product Parameters Management) i autoryzacją dostępu do maszyn i urządzeń jest scentralizowane. Możliwy jest eksport i import referencji z innymi systemami, porównywanie parametrów, synchronizacja między maszynami. Podobne referencje produkcyjne mogą być grupowane w rodziny o wspólnych parametrach, co przyspiesza ich edycję. Zmiany parametrów są rejestrowane. Wiadomo kto, kiedy i co zmienił. Obsługa autoryzacji może wykorzystywać karty RFID lub inne nośniki identyfikacyjne.

Podgląd aktualnego stanu linii

Możliwe jest śledzenie produkcji w czasie rzeczywistym ze szczegółami dotyczącymi danych pomiarowych oraz trwających alarmów. Można szybko uzyskać statystyki i raporty, śledzić historię aktualnie produkowanej części i jej BOM. Ekrany podsumowań pozwalają na uzyskanie szybkiej informacji graficznej dotyczącej alarmów i stanu produkcji na poszczególnych stacjach.

Podgląd aktualnego stanu linii

Możliwe jest śledzenie produkcji w czasie rzeczywistym ze szczegółami dotyczącymi danych pomiarowych oraz trwających alarmów. Można szybko uzyskać statystyki i raporty, śledzić historię aktualnie produkowanej części i jej BOM. Ekrany podsumowań pozwalają na uzyskanie szybkiej informacji graficznej dotyczącej alarmów i stanu produkcji na poszczególnych stacjach.

Diagnostyka i analiza danych historycznych

Różnorodne możliwości raportowania i eksportowania wyników ułatwiają zrozumienie danych napływających z linii. Dostępna jest pełna historia każdej sztuki, zestawienia wyników z wielu stacji, analiza zależności między parametrami produkcyjnymi, analiza wydajności linii, powodów przestojów, wydajności operatorów.

Analiza zużycia mediów

Możliwa jest bieżąca analiza i predykcja zużycia mediów. Wykrywa się możliwe zależności między zmianami zużycia mediów a stanem zużycia komponentów maszyn oraz różnice w konsumpcji mediów podczas produkcji i przestojów.

Predictive maintenance

Źródłem danych są tutaj zarówno czujniki monitorujące stan maszyny jak i zapisy liczników produkcyjnych, informacje o zmianach zużycia mediów zasilających czy wyniki analizy kroków cyklu sterownika. Wzrastające zużycie mechaniczne jakiegoś elementu maszyny powoduje odchylenia w czasie wykonania konkretnego kroku sterownika. Dzięki temu z wyprzedzeniem można zareagować i naprawić lub wymienić problematyczny element.

Jak to wdrażamy?

Całość wdrożenia to nie tylko kwestia instalacji odpowiedniego oprogramowania, ale również dostosowania struktury oprogramowania PLC i komunikacji z systemami IT wyższego rzędu.

Linie i maszyny produkowane przez ELPLC są standardowo przygotowane do pracy z ELPLC Smart Factory i proces wdrożeniowy zamyka się w 2-4 tygodniach w zależności od stopnia złożoności.

Wdrożenia na liniach istniejących wymagają dostosowania oprogramowania PLC, opracowania komunikacji z systemami wyższego poziomu i mogą trwać nieco dłużej. Konfiguracja całości przebiega znacznie sprawniej z zastosowaniem protokołów ułatwiających parametryzację sieci sensorycznej, na przykład IO-Link.

Korzyści dla klienta

Wśród najważniejszych korzyści należy wymienić:

ELPLC Smart Factory wdrożyliśmy już u wielu klientów i bazując na różnym sprzęcie. Spotykamy się z bardzo pozytywnym odbiorem naszego rozwiązania ze strony inżynierów, zwłaszcza utrzymania ruchu. Cenią oni sobie przede wszystkim dopasowanie do realnych problemów w pracy z liniami produkcyjnymi, znajomość specyfiki oprogramowania PLC, znajomość protokołu IO-Link, dostępność danych i użytecznych analiz w pożądanej formie.

Po poznaniu możliwości systemu, korzystanie z niego staje się preferowanym wyborem w sytuacjach, gdzie potrzebna jest szybka i szczegółowa analiza problemów jakościowych i technicznych na danej linii.

O firmie

ELPLC S.A. jest producentem specjalistycznych i prototypowych rozwiązań automatyzacji i robotyzacji procesów produkcyjnych. Specjalizuje się w projektowaniu i budowaniu maszyn, kompletnych zrobotyzowanych linii montażowych, zautomatyzowanych stacji oraz tworzeniu oprogramowania dla przemysłu. Dostarcza rozwiązania Przemysłu 4.0/Smart Factory, wspierające systemy zapewnienia jakości, całkowite produktywne utrzymanie ruchu maszyn (TPM) i dobre praktyki produkcyjne (GMP). Od 2021 roku posiada ministerialny status Centrum Badawczo-Rozwojowego. Dysponuje nowoczesnym systemem produkcji, pracowniami projektowymi oraz parkiem maszynowym.