Provozovatelé strojů potřebují spolehlivá data o používání a dostupnosti svých systémů, včetně klíčových hodnot OEE (Overall Equipment Effectiveness). To však bývá problém u starších strojů.
Häfele, výrobce montážní techniky, proto začal spolupracovat se společností SIC! Software, která se specializuje na softwarový inženýring a integraci IoT systémů, pro vybavení 18letého stroje technologií dodatečného vybavení IoT. Data stroje jsou nyní automaticky vyhodnocována bez nutnosti zasahovat do řízení stroje nebo citlivých procesů.
Ohýbací stroj – stará „Diva“
Stálý zdroj problémů byl osmnáctiletý ohýbací stroj, ústřední prvek ve výrobě plechových dílů. Docházelo k neplánovaným prostojům, dodávky materiálu se zastavovaly, počet zmetků se sporadicky navyšoval a stroj musel být často seřizován. Důvody poruch obvykle nebyly zřejmé. „Chyběla spolehlivá data o dostupnosti, využití a účinnosti stroje. Hledali jsme jednoduchý způsob, jak zaznamenávat a vyhodnocovat strojová data a zlepšovat účinnost systému,“ vysvětluje požadavek Stephan Hofmann, technický ředitel společnosti Häfele.
Ruční zaznamenávání poruch a prostojů nebylo spolehlivé. Proces měl být automatizován. Údaje by měly umožnit výpočet nákladů a přínosů a také poskytnout specifikace pro dlouhodobě plánovanou investici do nového stroje. Rozhraní k systému řízení stroje však nebylo k dispozici. Každému zásahu do řídicího systému nebo do stávající IT infrastruktury by se přesto mělo obecně zabránit. Sběr a přenos důležitých dat stroje proto musel být nezávislý na stávající infrastruktuře.
Dovybavení IoT senzorovou technologií a bránou Edge Gateway
V ohýbacím stroji bylo dodatečně namontováno pět senzorů. Senzor teploty nyní monitoruje hydraulický olej. Zaznamenává se také okolní teplota. Snímač zrychlení registruje pohyby stroje a senzory proudu určují, kolik kusů se pohybuje a opracovává. Všechny senzorové signály jsou sloučeny prostřednictvím senzorové skříně Modbus.
„Na pracovišti jsme měli vzdálenosti senzorů více než 10 metrů. Avšak z Modboxu stačilo položit pouze jeden kabel pro senzorová data a napájení. To nám umožnilo dokončit instalaci za půl dne,“ sděluje Rayko Enz, technický a generální ředitel společnosti SIC! Software. Senzorová data jsou přenášena z Modboxu do výpočetního systému HARTING Edge MICA. MICA je zabezpečený minipočítač schopný pracovat v síti. Modbus Box a MICA jsou speciálně navrženy pro náročná průmyslová prostředí. Jsou chráněny proti prachu, nárazům, vibracím a vlhkosti (IP65/67) a také proti vysokému EMC zatížení a vysokým teplotám.
Brána Edge Gateway zajišťuje předběžné zpracování dat
„Výpočetní systém HARTING Edge MICA je klíčovým prvkem k dovybavení již nainstalovaných strojů a systémů IoT. Přijímá a zpracovává senzorová data. Technologii MICA mohou uživatelé rozšířit o aplikace, jako jsou analytické funkce, a provádí předzpracování velkého množství dat,“ říká Rayko Enz s odkazem na centrální funkci komunikační brány Edge Gateway. Zdůrazňuje otevřenou softwarovou architekturu technologie MICA, kterou lze velmi flexibilně a pohodlně rozšířit vlastním softwarem.
Technologie MICA pracuje s operačním systémem založeným na Linuxu a virtualizovanými linuxovými kontejnery, které umožňují izolovaný běh několika aplikací současně. Každý uživatel nebo partner projektu si může vyvinout vlastní kontejnery, které komunikují se základním systémem.
SIC! vyvinul takový aplikační kontejner pro předzpracování dat: „Ve firmě Häfele se každý měsíc shromažďuje velmi velké množství dat získaných několika senzory. Jejich předzpracování dává velký smysl. V automatizovaném procesu jsou vybírány a ukládány pouze ty signály, které potřebujeme pro vyhodnocení. Tímto způsobem se objem dat sníží ze 2 GB na pouhých 120 MB. Předzpracování má opodstatnění také u zvláště citlivých dat, která by neměla ze společnosti odcházet.“
Pro předzpracování se senzorová data spojují s dalšími metadaty. U těchto metadat hlásí obsluha stroje na tabletu se čtyřmi ovládacími tlačítky, zda došlo k poruše, údržbě, vedlejší činnosti nebo úpravě. Tyto stavové informace se spojují se senzorovými signály a jsou předzpracovány automaticky.
Díky bezdrátové verzi technologie MICA jsou data nakonec přenášena prostřednictvím LTE do cloudu Amazon Web Services (AWS), nezávisle na stávající IT infrastruktuře firmy Häfele.
AWS IoT Greengrass, připojovací prvek do cloudu
Pro synchronizaci s cloudem implementovala společnost SIC! „cloudovou funkcionalitu“ do technologie MICA pomocí softwaru AWS IoT Greengrass. Software Greengrass od Amazon Web Services byl speciálně navržen jako služba pro IoT a Edge aplikace a zajišťuje hladkou integraci brány Edge Gateway MICA do cloudu AWS. „Software AWS IoT Greengrass výrazně zjednodušuje analýzu, vizualizaci a ukládání do cloudu. To může zahrnovat také modely strojového učení nebo prediktivní schopnosti. Platforma AWS Lambda to umožňuje bez dalších administrativních úkonů.
Uživatelé se tedy nemusí obávat webových serverů, operačních systémů, upgradů nebo oprav,“ říká Fabian Hahn, architekt řešení společnosti AWS, o zvláštních funkcích softwaru Greengrass.
Jednou z nejdůležitějších výhod Greengrassu je podle Fabiana Hahna neustálá synchronizace technologie MICA s cloudem. Pokud je komunikační brána offline, data se ukládají do mezipaměti pomocí softwarové funkce. I když se stav aplikace změní v době, kdy je tato aplikace offline, po opětovném navázání spojení je to zohledněno správně. Greengrass také zajišťuje šifrovanou výměnu dat a bezpečné bezdrátové aktualizace. Greengrass se stará rovněž o předzpracování dat na technologii MICA a do cloudu přenáší pouze požadovaná data. Tímto způsobem lze snížit objemy dat a náklady na jejich přenos.
Zpočátku však musela být tato architektura nastavena na systém MICA. Generální ředitel SIC! zmiňuje počáteční potíže s kompatibilitou mezi kontejnerovými technologiemi Greengrass a MICA: „Technologie MICA má velmi flexibilní strukturu a podařilo se nám integrovat software AWS IoT Greengrass do koncepce MICA.“
Data stroje se vyhodnocují v cloudu
Senzorová data ohýbacího stroje jsou nyní automaticky vyhodnocována společně se stavovými informacemi (metadata) v cloudu. Firma Häfele každý měsíc dostává komprimovaný a snadno spravovatelný přehled produkčních časů, prostojů a poruch, vedlejších činností a úprav, jakož i celkových provozních časů stroje ve srovnání s plány. Hodnocení také poskytuje údaje a fakta pro výpočet nákladů a přínosů, jakož i pro stanovení klíčových údajů ukazatele OEE. Interaktivní řídicí panel navíc zobrazuje aktuální stav stroje.
„Dovybavení IoT senzory, technologií MICA a softwarem AWS IoT Greengrass je vhodné pro velmi různá vyhodnocení. Projekt s ohýbacím strojem Häfele však také potvrzuje, že musí být nejprve shromážděno dostatečné množství dat stroje pro smysluplné vyhodnocení. V prvních třech měsících došlo pouze ke dvěma poruchám, které zatím neumožňují učinit spolehlivá vyjádření,“ říká Rayko Enz. Je-li k dispozici dostatečné množství dat, lze hodnocení rozšířit o algoritmy pro strojové učení.
Generální ředitel společnosti SIC! Software uvádí jako příklad detekci poruch, aby zjistil odchylky od běžného chování. Pokud jsou takové anomálie oznámeny, lze předvídat kritické stavy stroje nebo selhání v jejich rané fázi.
Data stroje poskytují důležité informace
Stephan Hofmann, technický ředitel firmy Häfele, je s počátečními výsledky velmi spokojen: „Díky dovybavení stroje technologií IoT pro nás bylo velmi snadné začít vyhodnocovat data stroje. Poprvé máme nyní fakta o použití a faktorech, které mohou narušovat dostupnost.“ Mimo jiné zmiňuje data senzoru zrychlení. Prokazují, že velké vibrace ohýbacího stroje vedou k tomu, že stroj stojící na gumovém bloku se během zpracování pohybuje o několik mm a v noci se vrací do své původní polohy. Také tento pohyb může přerušit přísun materiálu. Společnost SIC! již nainstalovala další snímač vzdálenosti, aby mohla tento zdroj rušení podrobněji prozkoumat.
HARTING s.r.o.
Mlýnská 2, 160 00 Praha 6
Tel: +420 220 380 460
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
www.harting.cz
