Konserwacja zapobiegawcza: Obniżenie kosztów, rozwój nowych modeli biznesowych

fot. Dane o maszynie mogą być wykorzystane do monitorowania stanu maszyny i planowania serwisowania, aby uniknąć nieplanowanych przestojów.

Według Bitkom (Niemieckiego Federalnego Stowarzyszenia Technologii Informacyjnych), segment budowy maszyn jest nadal najsilniejszym motorem wzrostu w aplikacjach Przemysłu 4.0, a za nim plasują się sektory motoryzacyjny i elektroniczny. Coraz więcej firm korzysta z nowych możliwości cyfrowych, aby poprawić wydajność swojej działalności i zmniejszyć koszty związane z produkcją, łańcuchem dostaw i konserwacją.

W dziedzinie innowacji cyfrowych wiele firm zakończyło już fazę testów i optymalizacji, a obecnie dąży jedynie do poprawy swojej globalnej konkurencyjności w zrównoważony sposób. W dzisiejszych czasach firmy są w stanie zarządzać wszystkimi procesami biznesowymi za pomocą zdefiniowanych wskaźników wydajności. Coraz więcej firm polega teraz na zarządzaniu sprzedażą poprzez systemy CRM, na optymalizacji marketingowej poprzez cyfrową ocenę wyników oraz na planowaniu produkcji poprzez MES (systemy realizacji produkcji).

W tym celu należy określić odpowiednie parametry poprzez dokładne pomiary i przedstawić je do analizy, aby podejmować decyzje przyjazne dla użytkownika. Procesy zarządzania produkcją już teraz opierają się na dużych ilościach danych, w tym na prognozach sprzedaży w kwestii planowania. Zarządzanie rzeczywistym procesem produkcyjnym wymaga jednak również planowania zasobów i optymalizacji procesów łańcucha dostaw. Oprócz gromadzenia danych eksploatacyjnych, cyfrowy zbiór danych o maszynach nabiera coraz większego znaczenia w celu optymalizacji, planowania, konserwacji i skrócenia czasu pracy maszyn i systemów.

Od IoT do IIoT

Internet Rzeczy (IoT) umożliwia łączenie w sieć standardowych produktów konsumenckich i generowanie danych o ich stanie, zarówno dla poprawy ich dostępności, jak i świadczenia dodatkowych usług. Przykładowo, nowe systemy grzewcze są teraz zwykle wyposażane w zintegrowany interfejs transmisji danych. Operatorzy zazwyczaj mogą uzyskać dostęp do istotnych informacji, takich jak zużycie energii przez grzejniki czy wszelkie zaplanowane interwencje konserwacyjne, za pośrednictwem aplikacji lub strony internetowej producenta.

Dodatkową korzyścią dla producentów jest to, że dzięki dostępowi do tych danych mogą uzyskać dodatkowe informacje, takie jak komunikaty o błędach lub wartości statusu określonych komponentów maszyn. Informacje statusowe pozwalają producentom na wcześniejsze zaplanowanie czynności konserwacyjnych systemu grzewczego, zgodnie z rzeczywistymi potrzebami, a nie tylko w oparciu o regularne przeglądy.

W kontekście aplikacji przemysłowych często używa się terminu Przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT). Opisuje on połączenie w sieć czujników i urządzeń przemysłowych, które mogą być połączone ze sobą również przez Internet. IoT i IIoT opierają się na tej samej infrastrukturze do przesyłu danych, ogólnoświatowej sieci www. W ramach IIoT szczególne znaczenie mają cyberbezpieczeństwo i ochrona danych. Transmisja danych jest zwykle szyfrowana i odbywa się za pośrednictwem wirtualnych sieci prywatnych (VPN). Systemy operacyjne bram internetowych muszą spełniać najnowsze standardy cyberbezpieczeństwa.

Jak przygotować maszynę do pracy w IIoT?

Od pewnego czasu komunikacja z maszyną to coś więcej niż tylko przesyłanie poleceń sterujących (np. wydanie polecenia uruchomienia przemiennika częstotliwości). Gromadzenie danych dotyczących temperatury i prądu silnika jest współcześnie standardem. W wielu przypadkach dane te są jednak wykorzystywane wyłącznie do wykrywania krytycznych odchyleń od normalnych warunków pracy w celu ochrony systemu przed uszkodzeniem.

Przykładowo, dzisiejsze wyłączniki silnikowe mogą mapować konfigurację silnika i rejestrować jego prądy. Jeśli zostanie przekroczona pewna wartość progowa w przypadku zwarcia lub przeciążenia, wyłącznik zadziała, aby chronić silnik przed uszkodzeniem. Jednakże, zadziałanie urządzenia ochronnego zwykle prowadzi do przerwy w działaniu systemu. Chociaż nie da się tego uniknąć w przypadku zwarcia, takie przerwy serwisowe są zazwyczaj możliwe do opanowania, pod warunkiem, że wyłącznik może być ponownie włączony po usunięciu przyczyny usterki. Jednakże, jeśli przeciążenie spowodowane jest zużyciem mechanicznym, na przykład uszkodzonym łożyskiem na taśmie przenośnika, rozwiązanie problemu może potrwać znacznie dłużej, w zależności od dostępności serwisantów i niezbędnych części zamiennych. W takich przypadkach idealnym rozwiązaniem byłoby nie tylko wyłączenie sprzętu w przypadku jego uszkodzenia, ale przede wszystkim niedopuszczenie do jego uszkodzenia. Tutaj właśnie wkracza transformacja cyfrowa, która pozwala maszynom na zbieranie dodatkowych danych i sprawia, że są one w stanie zrobić znacznie więcej niż tylko wyłączyć się w przypadku awarii.

Inteligentne urządzenia, takie jak elektroniczne rozruszniki silnikowe, nie tylko chronią silnik przed uszkodzeniem, ale również dostarczają przydatnych informacji dotyczących procesu.

W wielu zastosowaniach prąd silnika jest dobrym wskaźnikiem uszkodzeń mechanicznych, ponieważ jego stopniowy wzrost w czasie sygnalizuje prawdopodobieństwo zbliżającej się awarii. Informacje te mogą być następnie uzupełniane o dane z dodatkowych czujników. Inteligentny aparat łączeniowy, który wymaga mniejszego okablowania i ma mniejszą powierzchnię zabudowy, jest często najlepszym rozwiązaniem w tej sytuacji.

Nasze rozruszniki bezpośrednie ze zintegrowanymi wyłącznikami silnikowymi PKE lub kompaktowe przemienniki częstotliwości DE1 zastępują elektromechaniczne rozruszniki DOL lub trójkąt-gwiazda. Dane o prądzie silnika mogą być łatwo przesyłane do sterownika poprzez system połączeń SmartWire DT lub protokoły komunikacji Modbus czy CAN. Nasze cyfrowe wyłączniki mocy NZM umożliwiają pomiar zarówno prądu jak i zużycia energii z dużą dokładnością. Dzięki wielu możliwym interfejsom magistrali, przemienniki częstotliwości firmy Eaton mogą dostarczać również informacje z silnika. Ponieważ wymiary inteligentnych urządzeń są zgodne z wymiarami ich odpowiedników elektromechanicznych, mogą one być stosowane zarówno w nowych maszynach, jak i przy modernizacji istniejących instalacji.

Przechowywanie i porównywanie danych w celu konserwacji zapobiegawczej

Po wyposażeniu maszyny w cyfrowe czujniki/urządzenia pojawia się następujące pytanie: Co zrobić z tymi wszystkimi danymi?

W prostych aplikacjach sterownik może być nadal używany do przechowywania danych lub porównywania odczytów w czasie rzeczywistym z wartościami zadanymi. Jednakże, znaczący wzrost objętości danych może wyczerpać możliwości sterownika. W takiej sytuacji konieczne jest ich zewnętrzne przechowywanie, wizualizacja i ocena. Można to zrealizować lokalnie, tzn. w ramach sieci firmowej (Edge processing), albo poprzez bezpieczną bazę danych hostowaną na serwerze przez zewnętrznego dostawcę (przetwarzanie w chmurze, np. platforma Microsoft Azure). W obu przypadkach, sterowniki zintegrowane z panelem dotykowym XV300 lub sterowniki modułowe XC300 firmy Eaton mogą być używane do przetwarzania i przesyłania danych na zewnętrzne nośniki danych poprzez dedykowany do tego celu interfejs. Systemy Edge i chmury oferują wiele wstępnie zainstalowanych narzędzi programowych do wizualizacji danych lub wyzwalania alarmu po osiągnięciu danego progu wartości.

Na przykład, jeśli prąd silnika jest mierzony przez dłuższy okres czasu i jego średnia wartość nadal rośnie, alarm może zostać uruchomiony po osiągnięciu pewnego progu, wskazując, że konieczna jest konserwacja. Taki ukierunkowany alarm umożliwia optymalizację planowania konserwacji.

Kiedy serwisanci są dostępni? Czy niezbędna część zamienna jest dostępna? Kiedy nastąpi następna planowana przerwa w świadczeniu usług? Konserwacja zapobiegawcza może być dostosowana do rzeczywistych procedur operacyjnych, co również pozwala optymalizować koszty. Takie działania pozwalają uniknąć nieplanowanych przerw w świadczeniu usług.

Sposób wprowadzania rozwiązań ma znaczenie

Cyfrowa przemiana maszyny lub całego zakładu produkcyjnego jest procesem ciągłym, a jej wymierne wyniki są dostrzegalne stopniowo. Nawet po włączeniu i uruchomieniu cyfrowej maszyny, błędy mogą nadal występować dlatego, że wcześniej nie były one rejestrowane, lub po prostu nie zostały one wzięte pod uwagę. Firma Eaton konsekwentnie aktualizuje swoją ofertę cyfrowych aparatów łączeniowych w celu wspierania cyfrowych aplikacji. Nasze sterowniki PLC spełniają najnowsze wymagania w zakresie cyberbezpieczeństwa i idealnie nadają się do integracji z sieciami IT lub systemami typu chmura i Edge.

Wspólnie z naszymi partnerami ds. rozwiązań opracowujemy kompleksowe produkty i usługi dla naszych klientów, które są precyzyjnie dopasowywane do ich potrzeb. Każdy projekt jest inny, podobnie jak potencjał optymalizacji procesów w każdym przypadku. Niemniej jednak, nie ma wątpliwości, że maszyny cyfrowe i konserwacja zapobiegawcza są w stanie zwiększyć produktywność i zmniejszyć koszty.