RAFI — платформа moneo IIoT для забезпечення прозорості під час лиття пластику під тиском
|
|
Коротко Від інтуїції до підходу на основі даних: На підприємстві RAFI у Бад-Вальдзе сенсорні технології та платформа moneo IIoT забезпечують прозорість процесу лиття під тиском. Температури, потік повітря, споживання стисненого повітря та енергії безперервно відстежуються, візуалізуються та аналізуються. Це дає змогу компанії RAFI виявляти відхилення на ранній стадії, оптимізувати охолодження та споживання матеріалів, а також закладати основи для стабільної якості, підвищення ефективності й більш сталого виробництва. |
Цифровий аналіз інструменту
Як сенсорні технології та IIoT підвищують якість й енергоефективність під час лиття під тиском
Сучасна переробка пластику характеризується дедалі більшими вимогами до якості, посиленням цінового тиску й необхідністю забезпечення максимальної стабільності процесу. Зокрема, у процесі лиття під тиском відтворювані умови й точний контроль процесу є ключовими факторами, що впливають на відсоток браку, енергоспоживання та економічну ефективність. Ключовою умовою цього є наявність достовірних технологічних даних. На своєму підприємстві в Бад-Вальдзе група компаній RAFI демонструє, як цілеспрямоване використання датчиків і платформи moneo IIoT може перетворити неопрацьовані дані в цінну інформацію для оптимізації виробництва.
Компанія RAFI на своєму заводі в Бад-Вальдзе виготовляє деталі з пластику, виготовлені методом лиття під тиском, як для власних стандартних виробів HMI, так і для індивідуальних замовлень клієнтів. Сфери застосування варіюються від медичної та сільськогосподарської техніки до промислового й автомобільного застосування. Як наслідок, вимоги щодо точності розмірів, якості поверхні й довготривалої стабільності компонентів є відповідно високими.
У процесі лиття під тиском попередньо висушені гранули пластику розплавлюються та впорскуються у форму під високим тиском. Подальша фаза охолодження має вирішальне значення для якості компонентів. Необхідно з високою точністю підтримувати температуру інструменту, швидкість потоку охолоджувальної рідини й різницю температур між лініями подачі й зворотного потоку. Навіть незначні відхилення можуть негативно вплинути на час циклу, стабільність розмірів чи візуальні властивості.
Мотивація: зробити процеси прозорими, а не покладатися на здогадки
Проєкт було засновано на цілеспрямованому використанні датчиків і платформи moneo IIoT від фахівця з автоматизації, компанії ifm. Мета полягала в тому, щоб відійти від оцінки процесу лиття під тиском, ґрунтуючись виключно на досвіді й вибіркових перевірках. Натомість процес мав стати прозорим і відстежуваним за допомогою даних.
Гвідо Цолл із відділу розробки й дизайну компанії RAFI описує цей підхід так: «Ми хотіли точно зрозуміти, що відбувається під час циклу лиття під тиском і які параметри справді впливають на якість й ефективність.»
Основну увагу було приділено, зокрема, тепловим умовам усередині інструменту, використанню контурів охолодження та споживанню допоміжних середовищ, як-от стиснене повітря та електроенергія. Мета полягала в забезпеченні прозорості й, на основі цього, у виявленні конкретних можливостей для покращення.
Зображення 2: Точне дотримання температурного режиму й часу є основою для забезпечення чудової якості продукції під час лиття під тиском.
Зображення 3. Різні контури охолодження інструменту для лиття під тиском контролюються за допомогою датчиків температури в лініях подачі й зворотних лініях із точністю до однієї десятої градуса.
Датчики, що слугують джерелами даних усередині інструменту й на машині
На практиці різні контури охолодження інструменту для лиття під тиском оснащуються датчиками витрати й температури. Ці датчики безперервно вимірюють температуру подачі й зворотної лінії, а також відповідний об'єм охолоджувальної води. На основі цих даних можна точно визначити різницю температур, що дає змогу зробити достовірні висновки щодо ефективності охолодження інструменту.
«Крім контуру охолодження, ми також аналізуємо енергоспоживання машини, щоб виявляти пікові навантаження на ранній стадії. Ми також контролюємо подачу стисненого повітря як до роботизованої руки, так і до ливарної машини, оскільки будь-які витікання або нещільні з'єднання негайно відбиваються на характеристичних кривих. moneo безперервно виявляє та аналізує ці дані. Програмне забезпечення автоматично подає сигнал тривоги, якщо виміряні значення перевищують установлені межі. Це дає змогу виявляти несправності в режимі реального часу, наприклад, коли робот упускає компонент через недостатній тиск», — сказав Гвідо Цолл. Оскільки стиснене повітря є одним із найдорожчих видів енергії, навіть невеликі витоки мають значні економічні наслідки.
moneo є центральною платформою IIoT
Великий обсяг даних датчиків сам по собі не створює жодної додаткової цінності. Важливими є структурований збір, аналіз й інтерпретація цих даних. Саме тут на допомогу приходить moneo: «Наша платформа IIoT забезпечує прозорість на всьому підприємстві й показує, як насправді працюють машини», — пояснює Крістоф Шнайдер, віцепрезидент із питань використання IIoT компанії ifm solutions.
Гвідо Цолл додає: "Крім того, кожен член команди, від керівника групи до начальника зміни, має доступ до ключових показників ефективності. За характеристичними кривими кожен може одразу визначити, чи процес іде гладко, чи щось іде не так.»
Використовувані датчики IO-Link взаємодіють через головні вузли IO-Link, які агрегують дані й передають їх в корпоративну мережу через Ethernet. Потім виміряні значення подаються в moneo. Модульна конструкція платформи виявилася вигідною із самого початку введення в експлуатацію:
«Використовуючи програмний модуль moneo configure, ми змогли заздалегідь налаштувати датчики, а потім ввести їх в експлуатацію без суттєвих простоїв», — сказав Крістоф Шнайдер, який надавав підтримку в реалізації проєкту від імені ifm.
moneo має модульну структуру й охоплює кілька рівнів, від управління пристроями й збору даних до аналізу й оповіщень.
Фото 4: Усі цифрові й аналогові сигнали від датчиків поєднуються за допомогою модулів IO-Link AL2301 і передаються у вигляді сигналів IO-Link як на контролер, так і в moneo.
Фото 5: Цифрова прозорість: moneo виявляє, візуалізує та аналізує всі дані з датчиків, автоматично видаючи попередження при перевищенні порогових значень або виявленні аномалій.
Збір, аналіз, візуалізація та архівування даних
У moneo всі дані з датчиків записуються, централізовано зберігаються та опрацьовуються так, щоб забезпечити можливість відстеження історії. Панелі моніторингу надають числовий і графічний огляд поточних умов процесу. Користувачі можуть із першого погляду побачити, чи перебувають температура, витрата або показники споживання в межах установлених допусків.
Така прозорість у поєднанні з аналізом виміряних значень для отримання значущих ключових показників ефективності є найважливішим кроком, як наголошує Крістоф Шнайдер, віцепрезидент із питань використання IIoT в ifm solutions: «Визначити, з чого почати, можна тільки після того, як дані стануть видимими.»
moneo не просто візуалізує дані, а й дає змогу здійснювати всебічний історичний моніторинг. Це дозволяє аналізувати тенденції технологічного процесу протягом годин, днів чи тижнів та зіставляти їх з якісними характеристиками вироблених компонентів.
Порогові значення, сигнали тривоги й виявлення аномалій
Ключовою особливістю moneo є автоматичний моніторинг заданих граничних значень. Система надсилає оповіщення, наприклад, електронною поштою або через повідомлення на панелі керування, якщо ці порогові значення перевищені або не досягнуті. Це дає змогу виявляти й виправляти відхилення на ранній стадії, до того, як вони призведуть до поломки компонентів.
Крім того, moneo допомагає виявляти аномалії в процесі. Зміни кривих температури або витрати, а також аналіз розрахованого теплообміну можуть, наприклад, виявити поступове забруднення охолоджувальних каналів.
«Люди часто вважають, що все гаразд, поки компонент виглядає добре. Проте дані показують, чи охолодження не є надто інтенсивним або нерівномірним», — каже Крістоф Шнайдер. Ці інтелектуальні аналітичні функції moneo відіграють ключову роль у забезпеченні стабільних процесів та незмінно високої якості продукції.
Фото 1: Ливарна машина для лиття пластику під тиском з інтегрованим роботом для обробки відлитих деталей.
Від моніторингу до активної оптимізації процесів
Додаткова цінність moneo полягає не лише в моніторингу, а й у визначенні конкретних заходів. У компанії RAFI ці дані вже допомогли виявити потенціал для оптимізації, наприклад щодо об’ємів охолоджувальної води.
В одному випадку стало очевидно, що замість цільової різниці температур у два градуси Цельсія досягнуто всього 0,8 градуса, що явно вказувало на надмірну швидкість потоку.
Завдяки регулюванню контуру охолодження вдалося досягти економії енергії без шкоди для стабільності технологічного процесу. Водночас отримані дані дають змогу цілеспрямовано скорочувати час виробничих циклів і, отже, збільшувати обсяг випуску продукції за той же період часу.
«Підвищення цінності відбувається лише тоді, коли дії випливають із даних та враховуються в процесі», — каже Крістоф Шнайдер. Гвідо Колл із компанії RAFI погоджується: «Основна ідея полягала в економії ресурсів і використанні тільки того, що дійсно необхідно, тобто в цільовому використанні охолоджувальної води, електроенергії або стисненого повітря. Ми також хотіли уникнути пікових струмів. Коли кілька машин одночасно включають свої нагрівальні елементи, це призводить до високих пікових навантажень. Використовуючи зібрані дані, ми зможемо забезпечити запуск машин із розподіленими інтервалами. Це дає нам змогу знизити ці пікові навантаження та зекономити енергію.»
У довгостроковій перспективі планується безпосередньо підключати такі зовнішні системи, як блоки керування температурою, щоб забезпечити автоматичне регулювання параметрів керування.
Енергоефективність та сталий розвиток
Поряд з оптимізацією якості й виробничих процесів, дедалі більшого значення набуває енергоефективність. moneo дає змогу детально реєструвати, аналізувати й оцінювати з точки зору економічної ефективності споживання енергії та ресурсів. Отже, потенційна економія стає не тільки наочною, а й піддається кількісному вимірюванню. Як конкретний приклад можна навести споживання стисненого повітря: «Невдовзі після введення системи в експлуатацію ми помітили стійке збільшення споживання стисненого повітря. Нам вдалося негайно визначити причину й вжити необхідних заходів», — каже Крістоф Шнайдер.
Завдяки безперервному збору даних, навіть найменші витоки, наприклад, що виникають під час зупинок обладнання, надійно виявляються. На основі отриманих даних можна точно визначити, коли заходи щодо технічного обслуговування стають економічно доцільними. Крім прямого зниження витрат, цей підхід на основі на даних також робить відчутний внесок у зниження енергоспоживання та викидів CO₂.
Масштабування та подальший розвиток
Компанія RAFI під час розробки проєкту навмисно враховувала його масштабованість. Підключення додаткових машин здійснюватиметься поетапно, і вже заплановано використання додаткових датчиків, наприклад, для вимірювання температури або вологості в приміщенні. Мета полягає в тому, щоб об'єднати всі фактори, що впливають на якість, у moneo та пов'язати їх один з одним.
«Зараз ми плануємо поширити це й на інші машини. Ми також плануємо інтегрувати додаткові датчики, наприклад, для вимірювання вологості в сушарці, тиску в інструменті, температури в цеху або системи кондиціювання повітря. Мета полягає в тому, щоб зафіксувати в moneo всі параметри, які можуть вплинути на якість деталей, виготовлених методом лиття під тиском», — говорить Гвідо Цолл.
Майбутні вдосконалення, як-от технічне обслуговування на основі стану, автоматизовані рекомендації щодо дій та аналіз з використанням ШІ, покликані ще більше полегшити перехід від прозорості до самооптимізації виробництва.
Фото 6: Лічильник стисненого повітря SD8500 вимірює витрати, споживання, тиск та температуру середовища з високою точністю. Усі виміряні значення передаються в цифровому вигляді через IO-Link як на контролер, так і в moneo.
Висновок
Приклад компанії RAFI демонструє, що датчики під час лиття під тиском розкривають свій повний потенціал лише в поєднанні з високопродуктивною платформою IIoT. moneo слугує центральною платформою для виробництва, збираючи, організовуючи й інтерпретуючи дані про процес та надаючи їх різним користувачам. Отримана в результаті прозорість забезпечує як стабільну якість, так і цілеспрямовану економію енергії, і навіть безперервну оптимізацію часу виробничих циклів. Це робить moneo ключовим інструментом для прийняття рішень на основі даних та забезпечення стійкої конкурентоспроможності у сфері лиття пластику під тиском.
