RAFI – moneo IIoT-platform a műanyag fröccsöntés átláthatóságáért
|
|
Összefoglalás A megérzéstől az adatbázisig: A Bad Waldsee-i RAFI-nál az érzékelőtechnika és a moneo IIoT-platform átláthatóvá teszi a fröccsöntési folyamatot. A hőmérsékleteket, az áramlást, a sűrített levegőt és az energiafogyasztást folyamatosan rögzítik, megjelenítik és elemzik. Így a RAFI korán felismeri az eltéréseket, optimalizálja a hűtést és a közegfogyasztást, és megteremti az alapot a stabil minőséghez, a nagyobb hatékonysághoz és a fenntarthatóbb gyártáshoz. |
Digitális betekintés a szerszámba
Hogyan javítják az érzékelők és az IIoTaminőséget ésazenergiahatékonyságot a fröccsöntés során
A modern műanyag-feldolgozást a egyre szigorodó minőségi követelmények, a növekvő költségnyomás és a maximális folyamatstabilitás iránti igény jellemzi. Különösen a fröccsöntésnél a reprodukálható feltételek és a precíz folyamatirányítás határozzák meg a selejtarányt, az energiafogyasztást és a gazdaságosságot. Ennek egyik legfontosabb sikertényezője a megbízható folyamatadatok rendelkezésre állása. A Bad Waldsee-i telephelyen a RAFI-csoport bemutatja, hogyan lehet az érzékelők célzott alkalmazásával és a moneo IIoT-platform segítségével a nyersadatokból konkrét optimalizálási lehetőségeket kiaknázni a gyártás területén.
A RAFI a Bad Waldsee-i telephelyén műanyag fröccsöntött alkatrészeket gyárt mind saját HMI-szabványtermékeihez, mind pedig egyedi ügyféligényekhez. Az alkalmazási területek az orvostechnikától kezdve a mezőgazdasági technológián át egészen az ipari és autóipari alkalmazásokig terjednek. Ennek megfelelően magasak az alkatrészek méretpontosságára, felületi minőségére és hosszú távú stabilitására vonatkozó követelmények.
A fröccsöntési folyamat során az előszárított műanyag-granulátumot lágyítják, majd nagy nyomás alatt befecskendezik a szerszámba. Az ezt követő lehűtési szakasz döntő fontosságú az alkatrész minőségének szempontjából. A szerszám hőmérsékletét, a hűtőfolyadék áramlási mennyiségét, valamint az elő- és visszatérő vezetékek közötti hőmérséklet-különbségeket pontosan be kell tartani. Már a legkisebb eltérések is negatív hatással lehetnek a ciklusidőre, az alakstabilitásra vagy az optikai tulajdonságokra.
Indoklás: A folyamatok láthatóvá tétele a feltételezések helyett
A projekt kiindulópontja az érzékelők célzott alkalmazása, valamint az automatizálási szakértő ifm cég moneo IIoT-platformja volt. A cél az volt, hogy a fröccsöntési folyamatot ne kizárólag tapasztalati adatok és mintavételek alapján értékeljék. Ehelyett az adatokon alapuló, átlátható és nyomon követhető módon kellene bemutatni.
Guido Zoll, a RAFI fejlesztési és tervezési részlegének munkatársa, így írja le a megközelítést: „Pontosan meg akartuk érteni, hogy mi történik valójában egy fröccsöntési ciklus során – és mely paraméterek befolyásolják ténylegesen a minőséget és a hatékonyságot.”
Ennek során különösen a szerszám hőmérsékleti viszonyaira, a hűtőkörök kihasználtságára, valamint a segédanyagok – például a sűrített levegő és az elektromos energia – fogyasztására helyezték a hangsúlyt. A cél az volt, hogy átláthatóságot teremtsünk, és ebből konkrét intézkedési lehetőségeket vezessünk le az optimalizálás érdekében.
2. kép: A pontos hőmérséklet és a precíz időzítés képezik a fröccsöntési folyamatban a legmagasabb termékminőség alapját.
3. kép: A fröccsöntő szerszám különböző hűtőkörét az elő- és visszatérő vezetékekben elhelyezett hőmérséklet-érzékelők segítségével tizedfokos pontossággal figyelik.
Az érzékelők mint adatforrás a szerszámban és a gépen
A gyakorlati megvalósítás során a fröccsöntő szerszámok különböző hűtőkörét áramlásmérő - és hőmérséklet-érzékelőkkel látták el. Ezek folyamatosan rögzítik az elő- és visszatérő hőmérsékleteket, valamint az adott hűtővíz-mennyiséget. Ennek alapján pontosan meghatározhatók a hőmérséklet-különbségek, és megbízható következtetéseket lehet levonni a szerszámhűtés hatékonyságáról.
„A hűtőkör mellett a gép áramfelvételét is elemezzük, hogy időben felismerhessük a terhelési csúcsokat.” Ezen felül figyelemmel kísérjük a robotkar és a fröccsöntőgép sűrített levegő-ellátását, mivel a szivárgások vagy a meglazult csavarösszekötések közvetlenül megjelennek a jellemgörbéken. Ezeket az adatokat a moneo segítségével rögzítik és folyamatosan elemzik. Ha a mérési értékek túllépik a meghatározott határértékeket, a szoftver automatikusan riasztást indít. „Így valós időben felismerhetők a meghibásodások – például amikor egy robot a nem megfelelő nyomás miatt elveszíti az alkatrészt” – mondta Guido Zoll. Mivel a sűrített levegő az egyik legköltségesebb energiaforma, még a kis szivárgások is jelentős gazdasági következményekkel járnak.
A moneo mint központi IIoT-platform
Az érzékelőadatok nagy mennyisége önmagában még nem jelent hozzáadott értéket. Döntő fontosságú az adatok rendszerezett rögzítése, kiértékelése és értelmezése. Pontosan itt jön képbe a moneo: „Az IIoT-platformunk átláthatóságot teremt a berendezésben, és megmutatja, hogy a gépek valójában hogyan működnek” – magyarázza Christoph Schneider, az ifm solutions alkalmazás-termékmenedzsmentért felelős alelnöke.
Guido Zoll hozzáteszi: „Ezenkívül a csapat minden tagja – a csoportvezetőtől a műszakvezetőig – hozzáférhet a mutatószámokhoz.” „A jellemgörbékből mindenki azonnal láthatja, hogy egy folyamat stabilan zajlik-e, vagy valami elszabadul.”
A használt IO-Link-érzékelők az IO-Link mastereken keresztül kommunikálnak, amelyek összegyűjtik az adatokat, és azokat Etherneten keresztül továbbítják a vállalati hálózatba. Onnan kerülnek a mérési értékek a moneo rendszerbe. Már az üzembe helyezés során is kiderült, hogy a platform moduláris felépítése előnyt jelent:
„A moneo configure szoftvermodul segítségével előzetesen beállíthattuk az érzékelőket, majd jelentős leállási idő nélkül üzembe helyezhettük őket” – mondta Christoph Schneider, aki az ifm részéről támogatta a projekt megvalósítását.
moneo moduláris felépítésű, és több szintet is lefed – az eszközkezeléstől az adatgyűjtésen át egészen az elemzésig és a riasztásig.
4. kép: Az összes digitális és analóg érzékelőjelet az AL2301 IO-Link modulok összegyűjtik, majd IO-Link-jelekként továbbítják a vezérlésnek és a moneo-nak.
5. kép: Digitális átláthatóság: A moneo rögzíti, megjeleníti és elemzi az összes érzékelőadatot, és határérték-túllépés vagy rendellenesség esetén önállóan riasztást ad ki.
Adatgyűjtés, kiértékelés, vizualizálás és történeti áttekintés
A moneo rendszerben az összes érzékelőadatot rögzítik, központilag tárolják és a múltbeli adatok nyomon követhető módon feldolgozzák. A műszerfalak segítségével a folyamatok aktuális állapota numerikus és grafikus formában is megjeleníthető. A felhasználók egy pillantásra megállapíthatják, hogy a hőmérsékletek, az áramlási mennyiségek vagy a fogyasztások a meghatározott tűréshatárok között mozognak-e.
Ez az átláthatóság, valamint a mérési értékekből származó, informatív mutatószámok kiszámítása döntő lépés, ahogyan azt Christoph Schneider, az ifm solutions alkalmazás-termékmenedzsmentért felelős alelnöke hangsúlyozza: „Csak akkor lehet felismerni, hol kell kezdeni, ha az adatok láthatóvá válnak.”
A puszta vizualizáción túl moneo zökkenőmentes történeti nyomon követést is lehetővé tesz. Ezzel órák, napok vagy hetek alatt végbemenő folyamatokat lehet elemezni, és összefüggésbe hozni a gyártott alkatrészek minőségi jellemzőivel.
Határértékek, riasztások és rendellenesség-felismerés
A moneo egyik központi eleme a meghatározott határértékek automatikus figyelemmel kísérése. Ha ezeket az értékeket túllépik vagy alulmaradnak, a rendszer riasztást indít – például e-mailben vagy a vezérlőpulton megjelenő figyelmeztetés formájában. Így az eltéréseket már korai szakaszban fel lehet ismerni és kijavítani, még mielőtt azok hibásan gyártott alkatrészekben megnyilvánulnának.
Ezen felül a moneo támogatja a folyamatban fellépő rendellenességek felismerését. A hőmérséklet- vagy áramlási görbékben bekövetkező változások, valamint a kiszámított hőmennyiség elemzése például a hűtőcsatornák fokozatos elszennyeződését tárja fel.
„Gyakran azt feltételezik, hogy ha az alkatrész jól néz ki, akkor minden rendben van.” „Az adatok azonban azt mutatják, hogy esetleg túl erősen vagy egyenetlenül történik-e a hűtés” – mondta Christoph Schneider. A moneo ezen intelligens elemzési funkciói jelentősen hozzájárulnak a folyamatok stabilitásához és a termékminőség állandóan magas szintjének fenntartásához.
1. kép: Műanyag fröccsöntőgép, a fröccsöntött alkatrészek kezelésére szolgáló robotokkal együtt.
A nyomon követéstől az aktív folyamatoptimalizálásig
A moneo hozzáadott értéke nem csupán a nyomon követésben rejlik, hanem a konkrét intézkedések kidolgozásában is. A RAFI-nál az adatok alapján már azonosítottak optimalizálási lehetőségeket, például a hűtővíz mennyiségét illetően.
Egy esetben kiderült, hogy a tervezett két Celsius-fokos hőmérséklet-különbség helyett csupán 0,8 fokot sikerült elérni – ami egyértelműen a túlméretezett áramlási mennyiségre utal.
A hűtőkör módosításával energiát sikerült megtakarítani anélkül, hogy ez befolyásolta volna a folyamat stabilitását. Ugyanakkor az adatok lehetőséget nyújtanak a ciklusidők célzott lerövidítésére, így ugyanannyi idő alatt több terméket lehet előállítani.
„A hozzáadott érték csak akkor jön létre, ha az adatokból intézkedéseket vezetünk le, és azokat visszavezetjük a folyamatba” – mondta Christoph Schneider. Guido Zoll, a RAFI képviselője egyetért ezzel: „Az alapgondolat az volt, hogy kíméljük az erőforrásokat, és csak annyit használjunk fel, amennyi ténylegesen szükséges – vagyis a hűtővizet, az áramot vagy a sűrített levegőt célszerűen használjuk fel. Ezenkívül el akartuk kerülni a csúcsigényeket. Ha több gép egyszerre kapcsolja be a fűtőelemeit, akkor nagy terheléscsúcsok alakulnak ki. A rögzített adatok segítségével a jövőben úgy tudjuk irányítani, hogy a gépek egymástól időbeli eltolással induljanak be. „Így le lehet csökkenteni ezeket a csúcsértékeket, és energiát lehet megtakarítani.”
Hosszú távon azt tervezik, hogy külső rendszereket – például hőmérséklet-szabályozó berendezéseket – közvetlenül csatlakoztatnak a rendszerhez, hogy automatikusan befolyásolhassák a szabályozó változókat.
Energiahatékonyság és fenntarthatóság
A minőség- és folyamatoptimalizálás mellett az energiahatékonyság is egyre nagyobb figyelmet kap. A moneo segítségével az energia- és közműfogyasztás részletesen nyomon követhető, elemezhető és gazdasági szempontból értékelhető. Így a megtakarítási lehetőségek nem csupán láthatóvá válnak, hanem számszerűsíthetővé is. Konkrét példaként említhető a sűrített levegő-fogyasztás: „Már röviddel az üzembe helyezés után észrevettük, hogy a sűrített levegő-fogyasztás folyamatosan emelkedett – ezt azonnal be tudtuk azonosítani, és meg tudtuk tenni a megfelelő intézkedéseket” – mondta Christoph Schneider.
Még a legkisebb szivárgásokat is – például egy gép leállása esetén – a folyamatos adatgyűjtés segítségével megbízhatóan felismerik. A megszerzett információk alapján pontosan meghatározható, hogy melyik ponttól kezdve válnak a karbantartási intézkedések gazdaságilag kifizetődővé. A közvetlen költségcsökkentés mellett ez az adatalapú megközelítés egyúttal mérhető mértékben hozzájárul az energiafogyasztás és a CO₂-kibocsátás csökkentéséhez is.
Méretezés és továbbfejlesztés
A projektet a RAFI szándékosan skálázható módon tervezte meg. A jövőben fokozatosan további gépeket is bekapcsolnak a rendszerbe, és már tervezés alatt állnak további érzékelők – például a csarnok hőmérsékletének vagy a páratartalom mérésére. A cél az, hogy a moneo-ban összesítsük és összekapcsoljuk az összes minőséget befolyásoló tényezőt.
„Jelenleg azt tervezzük, hogy a rendszert további gépekre is kiterjesztjük. Ezenkívül további érzékelőket is be szeretnénk építeni, például a szárítóban lévő páratartalom, a szerszámban uralkodó nyomás, a csarnok hőmérséklete vagy a légkondicionáló rendszer mérésére. „A cél az, hogy a moneo-ban rögzítsük mindazokat a paramétereket, amelyek hatással lehetnek a fröccsöntött alkatrészek minőségére” – mondta Guido Zoll.
A jövőbeli bővítések – mint például az állapotalapú karbantartás, az automatikus intézkedési javaslatok vagy a mesterséges intelligencián alapuló elemzések – tovább fogják támogatni az átmenetet a puszta átláthatóságtól az önoptimalizáló termelés felé.
6. kép: Az SD8500 sűrített levegő-mérő rendkívül pontosan méri az áramlást, a fogyasztást, a nyomást és a közeg hőmérsékletét. Az összes mérési értéket IO-Link segítségével digitálisan továbbítják a vezérlésnek és a moneo-nak.
Összegzés
A RAFI példája jól mutatja, hogy a fröccsöntés során az érzékelők alkalmazása csak egy nagy teljesítményű IIoT-platform segítségével tudja teljes mértékben kibontakoztatni előnyeit. A moneo ebben a folyamatban a gyártás központi rendszerének szerepét tölti be: Összegyűjti, rendszerezi és értelmezi a folyamatadatokat, és azokat a különböző felhasználói szerepkörök számára felhasználhatóvá teszi. Az így elért átláthatóság nemcsak a stabil minőségbiztosítást teszi lehetővé, hanem célzott energiamegtakarítást és a ciklusidők folyamatos optimalizálását is. Így a moneo a műanyag fröccsöntés területén az adatokon alapuló döntéshozatal és a fenntartható versenyképesség szempontjából kulcsfontosságú szerszámává válik.
