CONDITION MONITORING

Sběr a analýza výrobních dat od A do Z

Autor: Siemens, s.r.o. 

Takovéto řešení nabízí i společnost Siemens. Její Condition Monitoring je softwarové řešení pro sběr dat z výrobních strojů a dalších souvisejících zdrojů. Dokáže sbírat data týkající se samotného výrobního zařízení, ale i výrobního procesu, výrobku nebo výrobního prostředí. Tato data se následně ukládají do úložiště, kterým může být buď lokální databáze, nebo cloudové úložiště. Nad těmito daty se v reálném čase provádí rozšířená analýza a vytvářejí se reporty či notifikace. Díky přesným a reálným informacím z výroby tak může uživatel včas odstranit zásadní příčiny poruch a prostojů a docílit tak klíčových přínosů.

Transparentní výroba

Společnost Siemens začala systém Condition Monitoring vyvíjet zhruba před šesti lety. Hlavním cílem vývojářů bylo vytvořit softwarový nástroj poskytující co největší transparentnost výrobního procesu. „Systém je zaměřen hlavně na sběr dat z řídicího systému stroje. V tom je naše velká síla, protože v Siemens dobře známe rozmanitost výrobních strojů, a to nám umožňuje vycházet servisním pracovníkům daného výrobního závodu maximálně vstříc a nabízet jim špičkovou preventivní a prediktivní údržbu,“ říká Jaromír Vrkoč, vedoucí oddělení Digital Service společnosti Siemens ČR. „Siemens Condition Monitoring poskytuje kompletní transparentnost výroby, včetně řešení mikroprostojů. Poskytuje rovněž detailní informace o stavu jednotlivých výrobních částí. Je tak velkým přínosem jak pro výrobu, tak pro údržbu,“ vyjmenovává přednosti systému Jaromír Vrkoč. Jeho velkou předností je i to, že jej lze implementovat do všech typů řídicích systémů bez ohledu na jejich verzi nebo stáří. Další výhodou je, že je modulární, tedy že zákazník může v prvním kroku začít jen se základními moduly, ale i ty mu již umožní dosáhnout konkurenční výhody. 

Tři vrstvy

Systém Condition Monitoring pokrývá tři základní vrstvy: první vrstvou je konektivita strojů, případně jiných datových zdrojů jako je SAP, MAS nebo jiné zákazníkovi již nainstalované systémy. Konektivita strojů je vůbec první a nejdůležitější krok v oblasti průmyslové digitalizace.

Druhou vrstvou je analýza získaných dat formou interaktivního webového prostředí nebo chytrého reportingu pro potřeby veřejné prezentace. Třetí vrstvou je pokročilá datová analytika, pro snadné vytěžení důležitých informací, tedy indicií k optimalizaci výroby. V ní je například zahrnuta reálná prediktivní údržba, která slouží k včasné predikci zařízení nebo k automatické optimalizaci technologického procesu s využitím neuronových sítí a strojového učení.

Vrstvy systému

Systém Condition Monitoring je komplexní řešení pro vyčítání dat z výrobních strojů a jejich analýzu. Je to řešení implementovatelné na všechny typy řídicích systémů bez ohledu na verzi a stáří. Tento systém se obecně skládá ze tří vrstev:

1. vrstva

První vrstvou je konektivita strojů, případně i jiných datových zdrojů (SAP, MES), což je první nejdůležitější krok v oblasti průmyslové digitalizace.

2. vrstva

Druhou vrstvou je analýza získaných dat formou interaktivního webového prostředí nebo chytrého reportingu. Klient obdrží hotovou „meeting-ready“ powerpointovou prezentaci, umožňující kombinovat data z různých systémů.

3. vrstva

Třetí vrstvou je pokročilá datová analytika pro snadné vytěžení důležitých a jasných informací a indicií k optimalizaci výroby. V tom je například zahrnuta reálná prediktivní údržba nebo automatické optimalizace technologického procesu s využitím neuronových sítí a strojového učení.

Prevence a predikce

Klíčovým předpokladem správného fungování tohoto systému je znalost kondice daného zařízení, tedy historie alarmů a různých dalších důležitých hlášení. Tuto znalost zajišťuje tzv. smart alarming. Stroje totiž mohou hlásit až několik tisíc alarmů za týden, ale ne všechny jsou relevantní, nelze je totiž jednoduše filtrovat podle jejich četnosti či délky. Siemens proto do srdce celého systému vložil umělou inteligenci, která se postupně učí chování stroje a posuzuje relevanci jednotlivých hlášení. Pracovníkovi údržby následně reportuje, na co by se měl primárně zaměřit.

Součástí preventivní údržby je kromě monitoringu alarmů také sledování motohodin jednotlivých os, proudových vytížení nebo otáček hlavních os stroje. Ze získaných statistik pak lze vyčíst míru opotřebení konkrétních součástek.

Související prediktivní údržba pak umožňuje, jak její název napovídá, předpovídat poruchu, a to až s měsíčním předstihem. Obsluha má tedy dostatek času, aby si objednala servis nebo, aby si pořídila nový díl.

Případ Continental: jednoznačná spokojenost

Německá společnost Continental, známá široké veřejnosti především výrobou pneumatik, vyrábí ve svém závodě v Brandýse nad Labem multimediální jednotky a digitální clustery pro automobilový průmysl. Konkrétně se jedná o výrobu autorádií, multimediálních systémů a jejich předních displejů, palubních přístrojů, ovládacích panelů klimatizace, telematiky, eCall systémů, a také řídicích jednotek palivových systémů. Mezi zákazníky firmy patří největší světové automobilky, takže s jejími výrobky se můžete setkat ve vozech značek VW, PSA, Daimler, Renault, Fiat, Toyota a řady dalších.

Závod je jedním z mála na celém světě, kde se při výrobě displejů využívá unikátní technologie optical bonding. Zjednodušeně řečeno jde o vyplnění vzduchové mezery mezi displejem a jeho ochranným sklem. Výsledným efektem je snížení odrazu světla od displeje, zvýšení kontrastu, a tím zlepšení čitelnosti i za zhoršených podmínek, například na přímém slunci. Výroba probíhá v tzv. čisté místnosti, která je nutná pro zajištění kvality celého procesu.

Logickým krokem k tomu, aby tato technologicky náročná výroba probíhala co nejlépe, bylo rozhodnutí o její automatizaci. S ní brandýský závod Continental začal v roce 2018 automatizovat své výrobní linky. Plná automatizace však s sebou nese nutnost automatizovaného sledování prostojů, protože lidská obsluha již není bezprostředně přítomna. Sledování prostojů přitom musí být natolik přesné, aby údržba byla v případě potřeby okamžitě schopna problém analyzovat a v co nejkratším čase jej odstranit. Proto se vedení firmy rozhodlo pro instalaci systému Siemens Condition Monitoring.

„Instalace přitom byla specifická tím, že v našem závodě máme dvě identické linky, z nichž na jednu jsme nainstalovali monitoring a druhou nechali dál běžet bez ní. Přínos monitoringu byl pak vidět zcela jasně: umožnil zvýšit efektivitu výroby o 15%. Investice se navíc vrátila do jednoho roku, což byl rovněž vynikající výsledek,“ říká Jakub Hamerník, vedoucí oddělení digitalizace ve společnosti Continental Automotive Czech Republic. Nyní již je v brandýském závodě systém nainstalován na několika dalších linkách a dále se rozšiřuje.

„Rollout na další linky byl jednoduchý v tom, že u pilotu jsme definovali standardní strukturu dat pro každý stroj, která se vyčítají z PLC. Díky této univerzální (unifikované) struktuře bylo možné nasadit sběr dat pro různé typy pracovišť,“ dodává Jakub Hamerník.

„Z pohledu zákazníka není implementace náročná. Výhodou naší dodávky je to, že jsme schopni řešit celou spodní vrstvu strojů, přípravu a vyčítání dat z řídicích systémů (na tato data se primárně zaměřujeme, neboť stroj jako takový si nic nevymýšlí a nic neoptimalizuje). Díky tomu pak implementace vyjde podstatně levněji, než když zákazník musí poptat přípravu dat u různých dodavatelů/výrobců strojů,“ doplňuje Jaromír Vrkoč ze společnosti Siemens.

Pokud má zákazník odpovídající technické kapacity, tak na implementaci projektu může aktivně participovat, to znamená, že přípravu dat může udělat sám, což opět vede k optimalizaci nákladů na implementaci.

Lépe než konkurence

Součástí maximalizace transparentnosti, kterou Condition Monitoring nabízí, mohou být například i statistiky výkonnosti směn, porovnání výrobních taktů nebo sledování mikroprostojů, tedy specifických malých prostojů daných konkrétní linkou. „Oproti konkurenci je naší velkou výhodou, že umíme po detekci příčin těchto mikroprostojů rychle provést příslušné opravy řídicího kódu stroje, rozumíme totiž jak strojům, tak jejich řídicím systémům,“ upozorňuje Jaromír Vrkoč. Systém Condition Monitoring od společnosti Siemens je aktuálně nasazován především na výrobních linkách v automobilovém průmyslu a na obráběcích strojích, ale uplatnění již našel třeba i ve výrobě skladových regálů nebo parních turbín.

Dosavadní největší instalace tohoto systému se uskutečnila v automobilce Škoda, v její mladoboleslavské kovárně a slévárně, kde se souběžně monitorují desetitisíce údajů. Condition Monitoring pochopitelně již funguje v českých výrobních závodech Siemens, například v brněnském závodě na výrobu turbín. Využívá jej i nošovická automobilka Hyundai, kde mají systém nainstalován ve výrobě převodovek.

Systém do svého provozu nasadil i výrobce autoskel AGC, kterému se investice vrátila již za čtyři měsíce. Díky eliminaci mikroprostojů totiž mohla firma navýšit výrobu a výrazně tak navýšit zisky.

Hlavní funkcionality řešení

• monitoring stavu výrobního zařízení a jednotlivých stavů zařízení z PLC (např. práce v automatickém režimu, seřizování, manuální režim, porucha, zapnuto)
• obrazovky pro sledování aktuálního průběhu výroby dle jednotlivých strojů/linek s možností uživatelského nastavení
• časová osa – TimeLine – provozních stavů v čase
• identifikace produktivních a neproduktivních časů
• definice počátku a konce směny
• vyhodnocení historie dat podle zadaných kritérií (časový interval, zakázka, operátor, stroj)
• zpřístupnění dat pro systémovou komunikaci (DB access, Web services, …)
• komunikace v českém jazyce (angličtina a němčina je volitelná)
• možnost nastavení přístupových práv k nastavení aplikací a datum
• alarmy stroje (pokud nějaké budou identifikovány)
• možnost vložení NOK kusů ze strojních terminálů
• analýza přihlášených operátorů a seřizovačů ke stroji

Princip technického řešení

Princip řešení spočívá v pravidelném vyčítání datových bloků z PLC jednotek přes standardní Siemens software Simatic SoftNET z výrobního zařízení nebo dalších senzorů přes datový koncentrátor a ukládání do MS SQL databáze. Z databáze pak probíhá následná vizualizace dat přes webové rozhraní ke skupinám uživatelů prostřednictvím PC, tabletů nebo mobilů. Data jsou prezentována na profesně orientovaných obrazovkách/dashboardech, kde jsou seskupeny informace relevantní pro příslušné skupiny uživatelů. Vedení závodu, pracovníci výroby či údržby mohou jednoduše pracovat s utříděnými informacemi, mají aktuální přehled a mohou provádět okamžitou změnu nebo optimalizaci. Celý systém pracuje on-line a poskytuje reálný obraz výroby v daném okamžiku.