RAFI – moneo IIoT-platform, der sikrer gennemsigtighed inden for sprøjtestøbning af plast
|
|
Opsummering Fra en mavefornemmelse til en datadrevet tilgang: Hos RAFI i Bad Waldsee sikrer sensorteknologi og moneo IIoT-platformen gennemsigtighed i sprøjtestøbningsprocessen. Temperaturer, gennemstrømningshastigheder, trykluftforbrug og energiforbrug måles, visualiseres og analyseres løbende. Dette gør det muligt for RAFI at opdage afvigelser på et tidligt tidspunkt, optimere køling og medieforbrug samt lægge grundlaget for ensartet kvalitet, større effektivitet og en mere bæredygtig produktion. |
Digitale indblik i værktøjet
Hvordan sensorer og IIoT forbedrer kvaliteten og energieffektiviteten inden for sprøjtestøbning
Moderne plastforarbejdning er kendetegnet ved stigende kvalitetskrav, et voksende omkostningspres og behovet for maksimal processtabilitet. Især inden for sprøjtestøbning er reproducerbare betingelser og præcis processtyring afgørende faktorer, der har indflydelse på spildprocenten, energiforbruget og omkostningseffektiviteten. En afgørende forudsætning herfor er, at der foreligger pålidelige procesdata. På sin fabrik i Bad Waldsee viser RAFI-koncernen, hvordan målrettet brug af sensorer og moneo IIoT-platformen kan omdanne rådata til værdifuld viden, der kan bruges til at optimere produktionen.
RAFI fremstiller sprøjtestøbte plastdele på fabrikken i Bad Waldsee, både til virksomhedens egne standard-HMI-produkter og til kundespecifikke applikationer. Anvendelsesområderne spænder fra medicinsk og landbrugsteknologi til industrielle og bilrelaterede applikationer. Derfor er kravene til komponenternes målnøjagtighed, overfladekvalitet og langvarig stabilitet tilsvarende høje.
I sprøjtestøbningsprocessen smeltes tørrede plastgranulater og sprøjtes ind i formen under højt tryk. Den efterfølgende afkølingsfase er afgørende for komponenternes kvalitet. Værktøjstemperaturen, kølevæskens gennemstrømningshastighed og temperaturforskellen mellem tilførsels- og returledningerne skal holdes nøjagtigt. Selv små afvigelser kan have en negativ indvirkning på cyklustiden, dimensionsstabiliteten eller de visuelle egenskaber.
Begrundelse: At gøre processerne synlige i stedet for at stole på gætterier
Projektet byggede på en målrettet anvendelse af sensorer og moneo IIoT-platformen fra automatiseringsspecialisten ifm. Målet var at gå væk fra udelukkende at vurdere sprøjtestøbningsprocessen på baggrund af erfaring og stikprøver. I stedet skulle processen gøres gennemsigtig og sporbar ved hjælp af data.
Guido Zoll fra RAFIs udviklings- og designafdeling beskriver fremgangsmåden således: »Vi ønskede at forstå præcis, hvad der sker under en sprøjtestøbningscyklus, og hvilke parametre der rent faktisk påvirker kvaliteten og effektiviteten.«
Der blev især lagt vægt på de termiske forhold i værktøjet, udnyttelsen af kølekredsløbene samt forbruget af hjælpemedier såsom trykluft og elektricitet. Formålet var at skabe gennemsigtighed og på det grundlag at identificere konkrete muligheder for forbedring.
Billede 2: Præcise temperaturer og nøjagtig tidsstyring udgør grundlaget for en fremragende produktkvalitet i sprøjtestøbningsprocessen.
Billede 3 De forskellige kølekredsløb i sprøjtestøbeværktøjet overvåges ved hjælp af temperatur sensorer i til- og returledningerne med en nøjagtighed på en tiendedel af en grad.
Sensorer, der fungerer som datakilder i værktøjet og på maskinen
I praksis er de forskellige kølekredsløb i sprøjtestøbeformene udstyret med flowvagter og temperatur sensorer. Disse sensorer måler løbende frem- og returtemperaturerne samt den respektive kølevandsmængde. På baggrund af disse data kan temperaturforskelle bestemmes præcist, hvilket gør det muligt at drage pålidelige konklusioner om effektiviteten af værktøjskølingen.
»Ud over kølekredsløbet analyserer vi også maskinens strømforbrug for at opdage spidsbelastninger på et tidligt tidspunkt.« Vi overvåger også trykluftforsyningen til både robotarmen og sprøjtestøbemaskinen, da eventuelle lækager eller løse samlinger straks afspejles i karakteristikkurverne. moneo registrerer og analyserer løbende disse data. Softwaren udløser automatisk en alarm, hvis de målte værdier overskrider de fastsatte grænseværdier. »Dette gør det muligt at opdage fejl i realtid, for eksempel når en robot taber en komponent på grund af utilstrækkeligt tryk,« sagde Guido Zoll. Da trykluft er en af de dyreste energiformer, har selv små lækager en betydelig økonomisk indvirkning.
moneo som en central IIoT-platform
En stor mængde data fra sensorer i sig selv skaber ikke nogen merværdi. Det afgørende er den strukturerede indsamling, analyse og fortolkning af dataene. Det er netop her, moneo kommer ind i billedet: »Vores IIoT-platform skaber gennemsigtighed på tværs af anlægget og afslører, hvordan maskinerne rent faktisk betjenes,« forklarer Christoph Schneider, vicepræsident for IIoT-anvendelsestilfælde hos ifm solutions.
Guido Zoll tilføjer: »Desuden har alle i teamet, lige fra gruppelederen til produktionslederen, adgang til de vigtigste præstationsindikatorer. "Alle kan straks se på de karakteristiske kurver, om en proces forløber problemfrit, eller om der er noget galt."
De anvendte IO-Link-sensorer kommunikerer via IO-Link-mastere, som samler dataene og sender dem videre til virksomhedens netværk via Ethernet. Derfra overføres de målte værdier til moneo. Platformens modulopbyggede design viste sig at være en fordel allerede fra idriftsættelsens start:
»Ved hjælp af softwaremodulet moneo configure kunne vi konfigurere sensorerne på forhånd og derefter tage dem i drift uden nævneværdig driftsstop,« sagde Christoph Schneider, der på vegne af ifm bistod med gennemførelsen af projektet.
moneo har en modulopbygget struktur og dækker flere niveauer, lige fra enhedsstyring og dataindsamling til analyse og alarmer.
Billede 4: Alle digitale og analoge sensorsignaler samles via AL2301 IO-Link modulerne og overføres som IO-Link-signaler til både controlleren og moneo.
Billede 5: Digital gennemsigtighed: moneo registrerer, visualiserer og analyserer alle sensordata og udsender automatisk advarsler, hvis tærskelværdier overskrides, eller der konstateres afvigelser.
Indsamling, analyse, visualisering og arkivering af data
I moneo registreres alle sensordata, lagres centralt og behandles på en måde, der muliggør historisk sporbarhed. Dashboards giver et numerisk og grafisk overblik over de aktuelle procesforhold. Brugerne kan med et blik se, om temperaturer, gennemstrømningshastigheder eller forbrugstal ligger inden for de fastlagte tolerancer.
Denne gennemsigtighed, kombineret med analysen af måleværdier med henblik på at udlede meningsfulde nøgletal, er et afgørende skridt, som Christoph Schneider, Vice President for IIoT Use Cases hos ifm solutions, understreger: »Man kan først finde ud af, hvor man skal begynde, når dataene er tilgængelige.«
Ud over blot at visualisere data giver moneo mulighed for en omfattende historisk sporing. Dette gør det muligt at analysere procestendenser over timer, dage eller uger og sammenholde dem med kvalitetskarakteristikaene for de fremstillede komponenter.
Tærskelværdier, alarmer og afvigelsesdetektering
Et af de vigtigste funktioner i moneo er den automatiske overvågning af fastlagte tærskelværdier. Systemet udløser advarsler, f.eks. via e-mail eller meddelelser på kontrolpanelet, hvis disse tærskelværdier overskrides eller ikke opfyldes. Dette gør det muligt at opdage og rette afvigelser på et tidligt tidspunkt, inden de fører til defekte komponenter.
Derudover hjælper moneo med at identificere afvigelser i processen. Ændringer i temperatur- eller gennemstrømningskurver samt analyser af den beregnede varmeoverførsel kan f.eks. afsløre en gradvis tilstopning af kølekanalerne.
"Folk går ofte ud fra, at alt er i orden, så længe komponenten ser fin ud." »Dataene viser dog, om afkølingen måske er for kraftig eller ujævn,« siger Christoph Schneider. Disse intelligente analysefunktioner i moneo spiller en afgørende rolle for at sikre stabile processer og en konstant høj produktkvalitet.
Billede 1: Plastsprøjtestøbemaskine med en integreret robot til håndtering af de støbte emner.
Fra overvågning til aktiv procesoptimering
Moneos merværdi ligger ikke kun i overvågningen, men også i udarbejdelsen af konkrete tiltag. Hos RAFI har dataene allerede bidraget til at afdække muligheder for optimering, for eksempel med hensyn til kølevandsmængderne.
I et tilfælde viste det sig, at man i stedet for det tilsigtede temperaturmålemne på to grader Celsius kun havde opnået 0,8 grader, hvilket tydeligt tydede på en for høj gennemstrømningshastighed.
Ved at justere kølekredsløbet blev der opnået energibesparelser uden at gå på kompromis med processtabiliteten. Samtidig gør dataene det muligt at reducere cyklustiderne målrettet og dermed øge produktionen inden for samme tidsramme.
»Merværdien opstår først, når der ud fra dataene udledes handlinger, som føres tilbage i processen,« siger Christoph Schneider. Guido Zoll fra RAFI er enig: »Grundtanken var at spare på ressourcerne og kun bruge så meget, som der rent faktisk var behov for – med andre ord at anvende kølevand, elektricitet eller trykluft på en målrettet måde.« Vi ønskede også at undgå spidsstrømme. Når flere maskiner tænder for deres varmeelementer på samme tid, medfører det store belastningsspidser. Ved hjælp af de indsamlede data vil vi fremover kunne sikre, at maskinerne starter op med forskudte intervaller. "Det giver os mulighed for at reducere disse spidsbelastninger og spare energi."
På lang sigt er det planen at tilslutte eksterne systemer, såsom temperaturregulatorer, direkte for at muliggøre automatisk justering af reguleringsvariablerne.
Energieffektivitet og bæredygtighed
Ud over kvalitets- og procesoptimering bliver energieffektivitet et stadig vigtigere fokusområde. moneo muliggør detaljeret registrering, analyse og omkostningseffektiv evaluering af energi- og medieforbruget. På denne måde bliver de potentielle besparelser ikke blot synlige, men også målbare. Et konkret eksempel er forbruget af trykluft: »Kort efter, at systemet blev taget i brug, bemærkede vi en støt stigning i trykluftforbruget.« »Vi kunne straks finde årsagen og træffe de nødvendige foranstaltninger,« siger Christoph Schneider.
Takket være løbende dataindsamling opdages selv de mindste lækager pålideligt, f.eks. dem, der opstår, når maskinerne er standset. På baggrund af de indhøstede erfaringer er det muligt at fastslå præcist, hvornår foranstaltninger vedrørende vedligeholdelse bliver omkostningseffektive. Ud over at reducere omkostningerne direkte bidrager denne datadrevne tilgang også på en målbar måde til at sænke energiforbruget og CO₂-udledningen.
Skalering og videreudvikling
RAFI har bevidst udformet projektet med henblik på skalerbarhed. Der skal gradvist tilsluttes flere maskiner, og der er allerede planer om at installere yderligere sensorer, f.eks. til måling af hallens temperatur eller luftfugtighed. Målet er at samle alle kvalitetsrelaterede faktorer i moneo og knytte dem sammen.
»Vi planlægger i øjeblikket at udvide dette til andre maskiner.« Vi har desuden til hensigt at integrere yderligere sensorer, for eksempel til måling af luftfugtigheden i tørreren, trykket i værktøjet, temperaturen i værkstedet eller klimaanlægget. »Målet er at indsamle alle de parametre i moneo, der kan påvirke kvaliteten af de sprøjtestøbte emner,« siger Guido Zoll.
Fremtidige forbedringer, såsom tilstandsbaseret vedligeholdelse, automatiske anbefalinger til handling og AI-understøttede analyser, har til formål yderligere at understøtte overgangen fra gennemsigtighed til selvorganiserende produktion.
Foto 6: SD8500-flowmåleren måler gennemstrømning, forbrug, tryk og medietemperatur med høj præcision. Alle måleværdier overføres digitalt via IO-Link til både controlleren og moneo.
Konklusion
RAFI-eksemplet viser, at sensorer i sprøjtestøbning kun udnytter deres fulde potentiale, når de kombineres med en højtydende IIoT-platform. moneo fungerer som den centrale platform for produktionen, hvor procesdata indsamles, organiseres og fortolkes, hvorefter de gøres tilgængelige for forskellige brugerroller. Den deraf følgende gennemsigtighed muliggør ikke blot en konsekvent kvalitetssikring, men også målrettede energibesparelser og en løbende optimering af cyklustiderne. Dette gør moneo til et centralt værktøj til datadrevet beslutningstagning og bæredygtig konkurrenceevne inden for sprøjtestøbning af plast.
