RAFI – platforma moneo IIoT za preglednost pri brizganju plastike
|
|
Povzetek Od občutka do pristopa, ki temelji na podatkih: Pri RAFI v Bad Waldseeju senzorska tehnologija in platforma moneo IIoT zagotavljata preglednost procesa brizganja. Temperature, pretoki, stisnjen zrak in poraba energije se neprekinjeno zaznavajo, vizualizirajo in analizirajo. To podjetju RAFI omogoča zgodnje odkrivanje odstopanj, optimizacijo hlajenja in porabe medijev ter postavitev temeljev za dosledno kakovost, večjo učinkovitost in bolj trajnostno proizvodnjo. |
Digitalni vpogledi v orodje
Kako senzorska tehnologija in IIoT izboljšujeta kakovost in energetsko učinkovitost pri brizganju
Za sodobno predelavo plastike so značilne vse višje zahteve glede kakovosti, naraščajoč stroškovni pritisk in potreba po največji stabilnosti procesa. Zlasti pri brizganju so ponovljivi pogoji in natančno vodenje procesa ključni dejavniki, ki vplivajo na stopnjo izmeta, porabo energije in stroškovno učinkovitost. Ključni pogoj za to je razpoložljivost zanesljivih procesnih podatkov. Skupina RAFI na svoji lokaciji v Bad Waldseeju prikazuje, kako lahko ciljna uporaba senzorjev in platforme moneo IIoT surove podatke pretvori v dragocene vpoglede za optimizacijo proizvodnje.
RAFI na lokaciji v Bad Waldseeju proizvaja plastične brizgane dele tako za lastne standardne izdelke HMI kot tudi za prilagojene aplikacije kupcev. Področja uporabe segajo od medicinske in kmetijske tehnike do industrijskih in avtomobilskih aplikacij. Zato so zahteve glede dimenzijske natančnosti, kakovosti površine in dolgoročne stabilnosti komponent ustrezno visoke.
Pri postopku brizganja se predhodno osušeni plastični granulat stopi in pod visokim tlakom vbrizga v kalup. Naslednja faza hlajenja je odločilna za kakovost komponente. Temperaturo orodja, pretok hladilnega sredstva in temperaturno razliko med dovodnim in povratnim vodom je treba vzdrževati z visoko natančnostjo. Že manjša odstopanja lahko negativno vplivajo na čas cikla, dimenzijsko stabilnost ali vizualne lastnosti.
Motivacija: Narediti procese vidne namesto zanašanja na ugibanje
Projekt je temeljil na ciljni uporabi senzorjev in platforme moneo IIoT strokovnjaka za avtomatizacijo ifm. Cilj je bil odmakniti se od ocenjevanja procesa brizganja, ki temelji izključno na izkušnjah in občasnih preverjanjih. Namesto tega je bilo treba proces z uporabo podatkov narediti pregleden in sledljiv.
Guido Zoll iz oddelka za razvoj in konstrukcijo pri podjetju RAFI pristop opisuje takole: »Želeli smo natančno razumeti, kaj se dogaja med ciklom brizganja in kateri parametri resnično vplivajo na kakovost in učinkovitost.«
Poudarek je bil predvsem na toplotnih razmerah v orodju, izkoriščenosti hladilnih krogov in porabi pomožnih medijev, kot sta stisnjen zrak in električna energija. Cilj je bil ustvariti preglednost in na tej podlagi prepoznati konkretne možnosti za izboljšave.
Slika 2: Natančne temperature in točno časovno usklajevanje so osnova za vrhunsko kakovost izdelkov v procesu brizganja.
Slika 3: Različni hladilni krogi orodja za brizganje se nadzorujejo s temperaturnimi senzorji v dovodnih in povratnih vodih z natančnostjo desetinke stopinje.
Senzorji, ki služijo kot viri podatkov v orodju in na stroju
V praksi so različni hladilni krogi orodij za brizganje opremljeni s senzorji pretoka in temperature. Ti senzorji neprekinjeno merijo dovodne in povratne temperature ter pripadajočo količino hladilne vode. Na podlagi teh podatkov je mogoče natančno določiti temperaturne razlike, kar omogoča zanesljive sklepe o učinkovitosti hlajenja orodja.
»Poleg hladilnega kroga analiziramo tudi porabo električne energije stroja, da bi v zgodnji fazi zaznali konice obremenitve. Spremljamo tudi dovod stisnjenega zraka tako do robotske roke kot do stroja za brizganje, saj se morebitna puščanja ali ohlapni priključki takoj odrazijo v krivuljah. moneo te podatke neprekinjeno zaznava in analizira. Programska oprema samodejno sproži alarm, če izmerjene vrednosti presežejo določene meje. To omogoča prepoznavanje napak v realnem času, na primer kadar robot zaradi prenizkega tlaka spusti komponento,« je povedal Guido Zoll. Ker je stisnjen zrak ena najdražjih oblik energije, imajo že majhna puščanja pomemben gospodarski vpliv.
moneo kot osrednja platforma IIoT
Velika količina senzorskih podatkov sama po sebi ne ustvarja dodane vrednosti. Pomembni so njihovo strukturirano zbiranje, analiza in interpretacija. Prav tu nastopi moneo: »Naša platforma IIoT zagotavlja preglednost v celotnem obratu in razkriva, kako se stroji dejansko uporabljajo,« pojasnjuje Christoph Schneider, podpredsednik za primere uporabe IIoT pri ifm solutions.
Guido Zoll dodaja: »Poleg tega ima vsak v ekipi, od vodje skupine do vodje izmene, dostop do ključnih kazalnikov uspešnosti. Vsak lahko iz krivulj takoj razbere, ali proces poteka nemoteno ali pa gre nekaj narobe.«
Uporabljeni senzorji IO-Link komunicirajo prek modulov IO-Link master, ki združujejo podatke in jih prek omrežja Ethernet posredujejo v omrežje podjetja. Od tam se izmerjene vrednosti prenesejo v moneo. Modularna zasnova platforme se je kot prednost izkazala že od samega začetka zagona:
»S programskim modulom moneo configure smo lahko senzorje vnaprej konfigurirali in jih nato zagnali brez večjih izpadov,« je povedal Christoph Schneider, ki je v imenu podjetja ifm podpiral izvedbo projekta.
moneo ima modularno strukturo in pokriva več ravni, od upravljanja naprav in zajema podatkov do analiz in alarmov.
Slika 4: Vsi digitalni in analogni senzorski signali se združijo prek modulov IO-Link AL2301 in kot signali IO-Link prenesejo tako v krmilnik kot v moneo.
Slika 5: Digitalna preglednost: moneo zaznava, vizualizira in analizira vse senzorske podatke ter samodejno izdaja opozorila, če so pragovi preseženi ali če so zaznane anomalije.
Zajem podatkov, analiza, vizualizacija in arhiviranje
V platformi moneo se vsi senzorski podatki beležijo, centralno shranjujejo in obdelujejo tako, da je omogočena zgodovinska sledljivost. Nadzorne plošče zagotavljajo številčni in grafični pregled trenutnih procesnih pogojev. Uporabniki lahko na prvi pogled vidijo, ali so temperature, pretoki ali vrednosti porabe znotraj določenih toleranc.
Ta preglednost je v kombinaciji z analizo izmerjenih vrednosti za izpeljavo smiselnih ključnih kazalnikov uspešnosti ključen korak, kot poudarja Christoph Schneider, podpredsednik za primere uporabe IIoT pri ifm solutions: »Šele ko so podatki vidni, lahko prepoznate, kje začeti.«
Poleg same vizualizacije podatkov moneo omogoča celovito zgodovinsko spremljanje. To omogoča analizo trendov procesa skozi ure, dneve ali tedne ter njihovo povezovanje s kakovostnimi značilnostmi proizvedenih komponent.
Pragovi, alarmi in zaznavanje anomalij
Ključna funkcija platforme moneo je samodejno spremljanje določenih pragov. Sistem sproži opozorila, na primer po e-pošti ali prek obvestil na nadzorni plošči, če so ti pragovi preseženi ali niso doseženi. To omogoča, da se odstopanja zaznajo in odpravijo v zgodnji fazi, še preden povzročijo neustrezne komponente.
Poleg tega moneo pomaga prepoznati anomalije v procesu. Spremembe temperaturnih ali pretočnih krivulj ter analize izračunanega prenosa toplote lahko na primer razkrijejo postopno zamašitev hladilnih kanalov.
»Ljudje pogosto domnevajo, da je vse v redu, dokler je komponenta videti dobra. Vendar pa podatki pokažejo, ali je hlajenje morda preintenzivno ali neenakomerno,« pravi Christoph Schneider. Te inteligentne analitične funkcije platforme moneo imajo ključno vlogo pri zagotavljanju stabilnih procesov in dosledno visoke kakovosti izdelkov.
Slika 1: Stroj za brizganje plastike z integriranim robotom za ravnanje z brizganimi deli.
Od nadzora do aktivne optimizacije procesa
Dodana vrednost platforme moneo ni le v nadzoru, temveč tudi v izpeljavi konkretnih ukrepov. Pri podjetju RAFI so podatki že pomagali prepoznati potencial za optimizacijo, na primer glede količin hladilne vode.
V enem primeru se je pokazalo, da je bila namesto ciljne temperaturne razlike 2 stopinj Celzija dosežena le razlika 0.8 stopinje, kar je jasno kazalo na previsok pretok.
S prilagoditvijo hladilnega kroga so bili doseženi prihranki energije brez poslabšanja stabilnosti procesa. Hkrati podatki omogočajo ciljno skrajševanje časov cikla in s tem povečanje izhodne količine izdelkov v enakem času.
»Dodana vrednost nastane šele, ko se iz podatkov izpeljejo ukrepi in se vrnejo v proces,« pravi Christoph Schneider. Guido Zoll iz podjetja RAFI se strinja: »Osnovna ideja je bila varčevati z viri in uporabiti le toliko, kolikor je bilo dejansko potrebno, z drugimi besedami, ciljno uporabljati hladilno vodo, elektriko ali stisnjen zrak. Želeli smo se tudi izogniti tokovnim konicam. Ko več strojev hkrati vklopi svoje grelne elemente, to povzroči visoke konice obremenitve. Na podlagi zbranih podatkov bomo lahko v prihodnje zagotovili, da se bodo stroji zaganjali v zamaknjenih intervalih. Tako lahko zmanjšamo te konice in prihranimo energijo.«
Dolgoročno je načrtovana neposredna povezava zunanjih sistemov, kot so temperirne enote, da bi omogočili samodejno prilagajanje krmilnih spremenljivk.
Energetska učinkovitost in kakovost
Poleg kakovosti in optimizacije procesa postaja energetska učinkovitost vse pomembnejše področje. moneo omogoča podrobno beleženje, analizo in stroškovno učinkovito vrednotenje porabe energije in medijev. Na ta način morebitni prihranki niso le vidni, temveč tudi merljivi. Konkreten primer je poraba stisnjenega zraka: »Kmalu po zagonu sistema smo opazili stalno naraščanje porabe stisnjenega zraka. Vzrok smo lahko takoj prepoznali in sprejeli potrebne ukrepe,« pravi Christoph Schneider.
Zaradi neprekinjenega zbiranja podatkov so zanesljivo zaznana tudi najmanjša puščanja, na primer tista, ki nastanejo med zaustavitvami strojev. Na podlagi pridobljenih spoznanj je mogoče natančno določiti, kdaj vzdrževalni ukrepi postanejo stroškovno upravičeni. Poleg neposrednega zmanjševanja stroškov ta pristop, ki temelji na podatkih, tudi merljivo prispeva k zmanjševanju porabe energije in emisij CO₂.
Širitev in nadaljnji razvoj
RAFI je projekt namerno zasnoval z mislijo na razširljivost. Dodatni stroji bodo povezani postopoma, načrtovani pa so že tudi dodatni senzorji, na primer za merjenje temperature v hali ali vlažnosti. Cilj je v platformi moneo združiti vse dejavnike, povezane s kakovostjo, in jih medsebojno povezati.
»Trenutno načrtujemo razširitev tudi na druge stroje. Poleg tega nameravamo vključiti dodatne senzorje, na primer za merjenje vlažnosti v sušilniku, tlaka v orodju, temperature v delavnici ali klimatskega sistema. Cilj je v platformi moneo zajeti vse parametre, ki bi lahko vplivali na kakovost brizganih delov,« pravi Guido Zoll.
Prihodnje nadgradnje, kot so vzdrževanje na podlagi stanja, avtomatizirana priporočila za ukrepanje in analize, podprte z umetno inteligenco, naj bi dodatno podprle prehod od preglednosti k samodejno optimizirajoči se proizvodnji.
Fotografija 6: Merilnik stisnjenega zraka SD8500 z visoko natančnostjo meri pretok, porabo, tlak in temperaturo medija. Vse izmerjene vrednosti se digitalno prek IO-Link prenašajo tako v krmilnik kot v moneo.
Zaključek
Primer podjetja RAFI kaže, da senzorji pri brizganju svoj polni potencial uresničijo šele v kombinaciji z zmogljivo platformo IIoT. moneo služi kot osrednja platforma za proizvodnjo, saj zbira, organizira in interpretira procesne podatke ter jih daje na voljo različnim uporabniškim vlogam. Nastala preglednost ne omogoča le doslednega zagotavljanja kakovosti, temveč tudi ciljno usmerjene prihranke energije in stalno optimizacijo časov cikla. Zaradi tega je moneo ključno orodje za odločanje na podlagi podatkov in trajnostno konkurenčnost pri brizganju plastike.
