Megelőzhető leállások

Egy új fejlesztésnek köszönhetően már idejekorán látható, mikor hibásodhatnak meg a gyártóberendezések komponensei.

A termelésben a kiszámíthatóság és a biztonság elsődleges, hiszen a legkisebb hiba is egy gyártósor leállásához vezethet, ami jelentős problémákat okozhat az ellátási láncokban. A gyártók ezért minden körülmények között igyekeznek gondoskodni arról, hogy az esetleges műszaki hibák, így például a gépkomponensek meghibásodása a lehető legrövidebb időn belül korrigálható legyen. Ezt például a kritikus alkatrészek, gépelemek készleten tartásával, vagy a szervizpartnerek azonnali reagálását garantáló karbantartási szerződések megkötésével tudják biztosítani. Mindkét megoldás működőképes lehet, azonban az alkatrészek és szervizcsapatok rendelkezésre állásának finanszírozása jelentős teher is. Természetesen még mindig kisebb a költségvonzata annál, mintha leállna a gyártás. Az ideális állapot persze az lenne, ha soha, egyetlen alkatrész sem hibásodna meg, mert – mielőtt az bekövetkezne – nyugodt tempóban, tervezett módon kicserélhetnék azt. Az úgynevezett prediktív, megelőző karbantartás világa már közel van, közelebb, mint sokan gondolják. Ezt igazolja az a tény, hogy az erre szakosodott cégek által kínált megoldások és szolgáltatások piaca rendkívül dinamikusan növekszik. Számos gyártó saját termékeihez – a csapágyaktól a komplex nagyberendezésekig – kínál monitoring rendszert és szolgáltatást, de vannak független fejlesztők is. Közéjük tartozik például a neves német Fraunhofer kutatási hálózat, amelynek egyik tagintézménye, a Gyárüzemeltetési és Automatizálási Intézet (IFF) egy olyan figyelemreméltó megoldást mutatott be idén, április végén a Hannoveri Ipari Vásáron, amely kiválóan példázza, hogy miért is nevezik az Ipar 4.0 koncepciót az új ipari forradalomnak.

 

Fotó: Fraunhofer IFF

Felkészül: a feldolgozóipar

Amíg az autóiparban már hosszú évtizedek óta alkalmazzák az intelligens gyártási megoldásokat, beleértve a robotikát és a különféle digitális alkalmazásokat, addig a feldolgozóiparban inkább csak mutatóban jelennek meg az Ipar 4.0 koncepció szerinti rendszerek. Nem Magyarországról van szó – ezt a megállapítást a Fraunhofer IFF kutatói a német feldolgozóipar kapcsán tették, hozzátéve, hogy a vegyipari, gyógyszeripari, acél- és cementipari vállalatok körében már érezhető a technológiai lemaradás miatti aggodalom. A kutatóintézet munkatársai által fejlesztett rendszer – és az ahhoz hasonló egyéb megoldások – azonban segítséget jelentenek majd a feldolgozóiparnak, hogy nagyobb sebességre kapcsolhasson a termelési rendszerek „okossá” tételében.

A Fraunhofer IFF megoldása például egy olyan digitális monitoring eszköz, amely jelentősen egyszerűsíti a gyártási folyamatok rendszereinek, gépeinek karbantartását és szervizelését.

Minden másodperc számít

Ha egy gép vagy gyártósori komponens meghibásodik, az még akkor is gondot okozhat, ha a gyár – amennyire csak lehet – felkészült az ilyen helyzetekre. Jellemzően temérdek idő veszik el a releváns információk és dokumentumok keresésével, illetve ezek összekészítésével a hibaelhárításhoz. Ráadásul a legtöbbször nemcsak a gép vagy komponens rajzára, CAD-modelljére, továbbá a szerviznaplókra van szükség, hiszen fontos, általában nem dokumentált információk birtokában vannak az operátorok és a karbantartók. Ha pedig az érintett kollégák éppen betegszabadságon vannak, vagy már kilépett a cégtől az a szakember, aki „mindent tudott” az adott gépről, gyártósorról, könnyen eszkalálódhat a probléma. Az üzemek akkor érezhetnék magukat biztonságban, ha a termelési rendszer elemeinek szerviz- és karbantartási információi azonnal hozzáférhetőek lennének. A Fraunhofer automatizált rendszerfelügyeleti megoldása ennek lehetőségét teremti meg azáltal, hogy összekapcsolja az operáció három szintjét az úgynevezett „digital twin”, azaz a „digitális iker” koncepcióra alapozva. Ez nem más, mint egy fizikai gép, gépelem, vagy akár egy komplett rendszer digitális mása (testvére vagy klónja), amelyet leginkább az adott gép, komponens vagy rendszer 3D (CAD) modellje alapján hoznak létre. A különféle mérnöki szoftvermegoldásokban ezek képezik egy-egy gép vagy akár egy gyártósor, pontosabban működésük szimulációjának alapját, előredefiniált vagy akár valós idejű, szenzorok által szolgáltatott működési paraméterek, adatok alapján. A Fraunhofer mérnökei a fejlesztésnél – mivel az főként megelőző karbantartási célokat szolgál – a valós működés során keletkező adatokat is felhasználják. Ahhoz, hogy ilyen adatok keletkezzenek, a fizikai berendezésekhez, a gépek egyes elemeihez (akár azokba beépülő módon) szenzorokat kell telepíteni. A szenzorok az érzékelt információt továbbítják a központi rendszerbe, amely összeköttetésben áll a digitális ikerrel, azaz a rendszer vagy a gépelem digitális klónjával. A virtuális (modell) gépen, gépelemen pedig lefut a fizikai valóságban is végbement folyamat. Olyan ez, mintha Sebastian Vettel Forma 1-es versenyző autóját alaposan „beszenzoroznák”, és az ott érzékelt adatokat rádiós kapcsolaton keresztül, valós időben átadnák egy olyan rendszernek, amelyhez a mi számítógépünk is kapcsolódik. A gépünkön pedig egy F1-es játékszoftver fut, amelyben „karakterként” kiválasztjuk Sebastian Vettelt és autóját, illetve az adott versenypálya 3D modelljét, majd elindítjuk „versenyzőnket” a virtuális pályán. Innentől kezdve azonban játékszoftverünk Vettelje már a valódi, fizikai versenyző autójának mozgását követi. Ez nemcsak a vizuális kaland miatt lenne érdekes, hanem azért is, mert közben az autó működési paramétereit szintén kézhez kapnánk. Ha tehát az F1 csapat mérnökei lennénk, pontos képet kapnánk arról, hol lehet még javítani az autó teljesítményén, vagy behívjuk-e versenyzőnket a boxutcába, hogy kicseréljünk egy, a szenzoradatok szerint élettartama végéhez közeledő alkatrészt, még mielőtt az a pályán, menet közben hibásodna meg, és azzal véget is érne a futam a versenyzőnk számára. Bár az ipari termelést nem nézik milliók világszerte, a gyártók közötti verseny éppen olyan kiélezett, mint a versenyautóké a Forma-1 futamokon. A termelésben is meghatározóak a másodpercek, és jól kell időzíteni a „kerékcserét”, mert egy elhúzódó leállás, szervizelés miatt könnyen a mezőny végére lehet visszacsúszni. Vegyünk példaként egy gyártóberendezés részét képező komponenst, amely esetében a nyomásnak és a hőmérsékletnek meghatározott értéktartományon belül kell lennie a megfelelő működés, illetve az optimális élettartam elérése érdekében. Emellett a részegységen belül mozgó alkatrészek is vannak, amelyek élettartama szintén korlátos, azaz meghatározott számú mozgásra, például ki- vagy bezáródásra tervezték azokat. Ha intelligens termékről van szó, akkor a gyártó már eleve beépített szenzorokkal szállította vagy építette be egy berendezésbe ezt a részegységet. Ha nem, akkor utólag kell megfelelő érzékelőkkel ellátni. Olyanokkal, amelyek mérik a nyomást, a hőmérsékletet és számolják, hogy egy mechanikus alkatrész mennyi mozgást végzett az élettartam kezdete óta hányszor nyílt ki vagy záródott be, illetve egyáltalán ezt a funkciót ellátja-e még. A szenzorok adatait a digitális iker is megkapja, így a virtuális komponens is ugyanannyira „használódik el”, mint fizikai testvére, és azonosak lesznek a nyomás- és hőmérsékletadatai is, és innen válik komollyá ez a „játék”.

Megmutat és tanácsol

Ha van fejlett, mögöttes üzemirányítási rendszer, akár az is megoldható, hogy az adott komponens élettartamának végéhez közeledve vagy meghibásodás esetén automatikus jelzést kapjanak az illetékes kollégák, és ezáltal kényelmesen ütemezhessék az egység cseréjét, vagy, ha már akut a probléma, akkor azonnal megkezdhessék az elhárítást. Akár egy központi vezérlőből, akár a helyszínen, a komponensre helyezett QR-kód leolvasásával például a hőmérsékletre vagy a nyomásra vonatkozó aktuális és historikus adatok jeleníthetők meg. Azonnal látható, hogy a komponens megfelelően működik-e, ha pedig meghibásodásról van szó, a hiba oka is gyorsan feltárható. És ez még nem minden. Mivel egy termelési rendszert több ezer komponens is alkothat, még a legrutinosabb karbantartó csapattól sem várható el, hogy azonnali megoldással reagáljanak egy meghibásodásra, miközben a termelés ütemének megőrzése ezt megkövetelné. A Fraunhofer mérnök-kutatói erre is kiváló megoldást dolgoznak ki. Ha egy részegység meghibásodik, a rendszer az operátoroknak vagy a karbantartóknak automatikusan megjeleníti a teendőket, azaz a hibaelhárítás lépéseit, és persze megjeleníthető az adott komponens 3D modellje vagy a szereléshez szükséges rajz. Ez az operáció első szintjének összekapcsolása, de a fejlesztés nem éri be ennyivel.

„Kimatekozzák”, mikor érdemes cserélni

Az első szintet, azaz a mért/monitorozott üzemi adatokat összefűzi a kevéssé „megfogható”, de rendkívül fontos információkkal, mégpedig az operátorok, karbantartók know-howjával. Egy üzemben gyakran csak egy-egy kolléga az, aki egy adott gép, berendezés valódi ismerője. Ők azok az emberek, akik azonnal tudják, hova kell nyúlni, ha probléma van, vagy egyáltalán: mivel és mikor szokott gond lenni. Ez egy olyan információs kincs, amit nem szabad kiengedni a gyárkapun anélkül, hogy annak tartalmi lényegét be ne építenénk valamilyen módon a karbantartási rendszerbe. A Fraunhofer kutatói is pontosan ezt tették: célzott felmérésekkel „szerezték meg” a dolgozóktól a gyártási rendszerekre és elemeire vonatkozó releváns információkat, adatokat. Az operátorok, karbantartók válaszait a működési hibák, leállások matematikai modelljének fejlesztéséhez használták fel. Ezt a modellt az üzem mesterséges „idegrendszerén”, vagyis a hálózaton keresztül összekapcsolták a valós idejű szenzoradatokkal és a historikus adatokra alapuló élettartam- előrejelzéssel. Mindez lehetővé teszi, hogy az üzem vagy a karbantartó csapat, de akár a gép gyártója pontos előrejelzéseket kapjon az egyes alkatrészek, komponensek, gépek várható teljesítményéről, élettartamáról. Ezen információkra alapozva tervezetten lehet elvégezni a karbantartásokat, alkatrészcseréket, még mielőtt bármi elromlana, jelentős kárt okozva. Az adatok a beszerzési döntéseknél a gép teljesítményének, vagy a karbantartási rendszerek és folyamatok megfelelőségének monitorozására is alkalmasak.

A harmadik szint

A Fraunhofer IFF a fejlesztést egy harmadik szinttel, az ellátási lánccal is összekapcsolta. Megfelelő vállalat- vagy gyártásirányítási rendszer megléte esetén kivitelezhető, hogy amikor egy monitorozott alkatrész élettartama a végéhez közeledik, vagy egy komponens meghibásodott, azonnal ellenőrizhető, van-e készleten cserealkatrész. A rendszer pedig automatikus rendelést küldhet a raktárnak vagy a gyártónak a cserealkatrész beszállítására. Ezzel egyszerűsödik a kommunikáció, és nem fordulhat elő, hogy a felhasznált pótalkatrész utánrendelése elmaradjon.

SzM

Supply Chain Monitor
2017. május

Keresés
Kövessen minket facebookon