Údržba 4.0: Prediktivní údržba

Nefunkční zařízení (nebo výrobní linka) může znamenat velké ztráty a neschopnost uspokojit zákazníky. Dle výzkumu, více jak 80 % výrobních společností vykazovali v uplynulých 3 letech alespoň jeden neplánovaný výpadek. Monitorování stavu zařízení s cílem prevence poruch a jejich předčasnému zjištění je úsporou, kterou lze vyčíslit v okamžiku, kdy proces výroby není schopen dodávat produkt nebo službu. Unified Cloud Sensors nabízí partnerství s klienty při zajišťování prediktivní údržby, a to především na vážních systémech detailním vysledováním potřeb k lepší údržbě v nastávajícím procesu.

Standardní způsob údržby, sestávající z optické/dotekové kontroly, periodické kontroly stavu prvků a nově i časového plánování údržby, je důležitý a bude součástí procesu údržby i v následujících letech. Reakční údržba, formou oprav v okamžiku vynechání zařízení, je velice finančně a časově náročná.

Pokrokové řešení nazývané preventivní údržba je založeno na průměrné délce životnosti jednotlivých komponentů, známé jako střední čas před poruchou (MTBF – z anglického Mean Time Before Failure). I přesto se jedná o částečné řešení a porucha zařízení může nastat před očekávaným termínem, a to s doprovodnými vysokými náklady z důvodu prostojů. Nicméně implementace průmyslového internetu věcí (IIoT) umožňuje nově nahlížet na prediktivní údržbu, a to za přijatelných finančních a technických prostředků, přičemž přínos ve formě predikce nutného budoucího servisu nebo včasné výměny součástí je nevyčíslitelné. Pomocí senzorů, monitorující okamžitý stav zařízení s výhledem na vývoj měřené veličiny, a implementací výpočetních algoritmů včetně strojového učení a neuronových sítí, lze s mnohem větší pravděpodobností předejít nechtěným výpadkům. Kombinace dat používaných při preventivní údržbě a monitorování stavů zařízení je nejlepším řešením a základem prediktivní údržby.

Prediktivní údržbu zařízení a linek lze docílit monitorováním různých procesů souvisejících přímo či nepřímo se zařízením. Jedná se o:

• Kontrolu výstupního produktu kvalitativně a kvantitativně (opticky, hmotností, …).
• Měření vibrací v kritických bodech, kde jsou pohyblivé části.
• Monitorování teploty v různých místech, kde je možné očekávat teplotní změny z důvodu nechtěného tření, sálání, aj.
• Monitorování tlaků v různých okruzích (olejový, vzduchový, aj.) mající přímou souvislost se sledovaným procesem.
• Data z výstupů měřených veličin PLC a stav číslicových vstupů a výstupů patří k hlavním a dosažitelným monitorovaným hodnotám, které jsou lehce dostupné a mnohdy nesledované.

Postupy implementace

1. Pokud je zařízení řízené průmyslovým automatem (PLC) nebo jinou vyhodnocovací jednotkou lze přes jeho sériové rozhraní napojit systém pro monitorizaci (např. SensoCom modul s portem RS-232, RS-485) a data vysílat do cloudového úložiště. Jedná se o základní monitorování, které umožní sledovat různé údaje, které souvisí s nynějším procesem kontroly zařízení, a které se neukládají.
2. Při vhodnosti monitorování více parametrů (relativní vlhkost, CO2, teplota, atmosférický tlak, vibrace, náklon, …), provedení zajištění vhodného modulu s těmito měřicími prvky např. SensoCom-I (modul s vestavěným inklinometrem).
3. Zajištění zobrazení všech měřených parametrů na dedikovaném dashboardu.
4. Zprovoznění dalších služeb dashboardu jako jsou měsíční reporty, statistické výpočty, specifické algoritmy dle potřeb, implementace umělé inteligence.

Monitorování stavu (Condition monitoring)

Monitorování stavu je procesem sledování určitých parametrů strojů a zařízení (měřené parametry hmotnosti, teploty, vibrací, …) s cílem včasné identifikace důležitých změn indikujících vývoj poruchy. Je to hlavní součást prediktivní údržby. Právě monitorování stavu umožňuje, aby údržba byla naprogramována a byly provedeny činnosti zabraňující poruše v nejméně vhodném čase. Monitorování stavu má jedinečnou výhodu a ta je, že zkrácená životnost zařízení může být řešena před samotnou poruchou.

Sběr dat na straně zařízení

Na straně stroje – linky je vhodné provést analýzu parametrů, které jsou vhodné k měření a jejichž měření je realizovatelné. Více měřených parametrů není na škodu jelikož někdy je korelace skrytá a není na první pohled rozpoznatelná (např. chyby v mobilní dávkovací lince mohou být zapříčiněny nevhodným náklonem linky, který nastal během času provozu linky). K tomuto účelu slouží zařízení a čidla provádějící monitorování na straně stroje (edge device). Zařízení provádí měření čidel, data zasílá do Cloudu, a to bezdrátově pomocí 5G sítě (popř. 4G sítě s NB-IOT).

Uložení dat do Cloudu

Data přijatá od zařízení u stroje se ukládají do zabezpečeného Cloudového serveru. Tento server běžící s redundancí na serverech společnosti AWS uloží naměřená data do databáze. Zde lze data následně zpracovávat.

Zpracování dat v Cloudu a zobrazení

Uložena data v databázi lze v Cloudu dále zpracovat a zobrazit za účelem vzdáleného pozorování dějů na zařízení. Důležité je také sledovat historický vývoj provedených měření. Na tyto data lze pohlížet jako na velice bohatý zdroj skrytých informací, ze kterých lze pomocí matematických/statistických nástrojů zjistit informace o trendech v chování. Pokud je v databázi dostatek informací, lze provést implementaci strojového učení pro zjištění predikce chování měřených procesů, tj. lze provádět prediktivní údržbu.

Aplikace na vážní systémy

Aplikace monitorování stavu ve vážicích zařízeních je postaveno na sledování výstupu jednotlivých snímačů síly, stavové hlášení vyhodnocovací jednotky nebo PLC a další parametry, které mohou mít vliv na konečný proces (např. teplota v prostoru vážení, popř. snímačů, vibrace na specifických částech váhy atp.)

Aplikační případy vážních systémů:

• Mostní váhy: Sledujeme zatížení jednotlivých snímačů síly a jejich možné přetížení, sledujeme možné stavy „tečení“, které mohou mít souvislost s mechanikou struktury nosiče břemene.
• Dávkovací váhy: Sledujeme zatížení jednotlivých snímačů síly a jejich možné přetížení. Sledujeme stavy klapek (jejich frekvence a četnost aktivizací) a vibrace na stanovených místech konstrukce.
• Pásové váhy a šnekové váhy: Sledujeme zatížení snímače síly, stavové výstupy vyhodnocovací jednotky nebo PLC, vibrace na stanovených místech konstrukce, síla napnutí dopravního pásu.
• Sila a násypky: Sledujeme hodnoty v jednotlivých snímačích, jejich zatížení (počet cyklů) a další parametry dle typu uchovaného materiálu.

Aplikační případy jiné než vážní systémy:

• Solární systémy: Sledujeme výstupní proudy jednotlivých bloků, prašnost v okolí (PM10 a PM2,5), relativní vlhkost s cílem optimalizace čištění panelů ve vztahu k výnosům.

Závěr

Údržbu je možné pojmout komplexně na všechna zařízení, stroje či celky nebo dílčím způsobem a to tak, že specializované firmy zajistí patřičnou část procesu prediktivní údržby. Firma specializující se na silové motory nebude znát veškeré detaily senzoriky, které jsou vhodné pro dávkování. Je někdy proto vhodné rozdělit monitorování dle specializace v oboru. Tak jako čerpadlo opraví specializovaná firma a výpočetní síť IT firma, totéž platí pro stroje a zařízení ve výrobě. Díky tomu, že sledovaná data jsou k dispozici v Cloudu, v budoucnosti lze zajistit sloučení veškerého monitorování do jednoho dashboardu pro komplexní řešení údržby.

info@unifiedcloudsensors.eu
+420 546 427 053
https://www.unifiedcloudsensors.eu
https://www.sensoweight.eu