Inteligentní pneumatika zvyšuje efektivitu a produktivitu
Článek Nilse Beckmanna, produktového marketingového manažera pro integraci IIoT, Emerson.
Nils Beckmann
Výrobní závody od zpracování potravin a nápojů až po balené zboží a automatizaci továren se obracejí k inteligentní pneumatice pro zlepšení energetické účinnosti. U systémů stlačeného vzduchu může zlepšení o pouhých několik procentních bodů znamenat měsíční úsporu desítek tisíc dolarů za energii.
Chytrá pneumatika však může nabídnout mnohem více než jen úspory energie. Shromažďováním dat procesu z dříve "neinteligentních" ventilů, válců a jednotek pro úpravu stlačeného vzduchu může synergická kombinace hardwaru a softwaru odhalit poznatky, které vedou ke zkrácení prostojů, zkrácení doby cyklu a zvýšení celkové produktivity.
Od zpracování potravin a nápojů až po balené zboží a automatizaci továren - výrobní zařízení se obracejí k inteligentní pneumatice pro zlepšení energetické účinnosti.
Výzvy reálného světa
V pneumatickém zařízení dochází k opotřebení komponent, což může vést k netěsnostem. Časem se tento únik zvýší, což vede k nadměrné spotřebě energie, vyšším provozním nákladům a větší uhlíkové stopě. Průměrný výrobní závod totiž ročně vyplýtvá až 35 % stlačeného vzduchu kvůli únikům, přičemž větší úniky přispívají ke značným energetickým ztrátám, delším odstávkám strojů a dodatečným nákladům. Viděli jsme, že některé závody přicházejí o více než 50 000 dolarů ročně na jeden stroj!
Pro mnoho provozovatelů může identifikace a řešení ztrát v systému stlačeného vzduchu ovlivnit také celkovou efektivitu zařízení (CEZ), protože únik vzduchu je často známkou dalších problémů s výkonem. CEZ je metoda měření produktivity dle "osvědčených postupů" v rámci výrobního procesu. V podstatě identifikuje procento plánovaného výrobního času, který je skutečně produktivní. CEZ lze určit pomocí následujících proměnných:
- Dostupnost: Jedná se o dobu provozuschopnosti stroje. Probíhá proces nepřetržitě během plánovaných výrobních časů?
- Výkon: Tento aspekt se týká rychlosti stroje. Probíhá proces tak rychle, jak je to jen možné, a bez pomalých cyklů?
- Kvalita: To se týká konečného produktu, který může být ovlivněn opotřebením součástí a špatným nebo nevyrovnaným výkonem stroje. Je výroba bez vad a potřeby předělávek?
Výsledek CEZ 100 % představuje dokonalou výrobu: stroj vyrábí pouze dobré díly, co nejrychleji a bez prostojů. Jakákoli známka nižší než perfektní z hlediska dostupnosti, výkonu nebo kvality sníží celkové skóre CEZ. Výsledek 85 % je považován za prvotřídní a mnoho výrobců jej považuje za vhodný dlouhodobý cíl.
Studie odborníků na pneumatické systémy společnosti Emerson ukazují, že CEZ typické balicí linky dosahuje pouze 45 až 55 %. Dobrá zpráva: je zde dostatek příležitostí ke zlepšení. Je zřejmé, že systémy, které fungují na projektované kapacitě nebo blízko ní, jsou energeticky účinnější – a ziskovější – než ty, které tak nefungují. Je však nutné maximalizovat produktivitu až na úroveň jednotlivých strojů, abychom skutečně pochopili, kde lze dosáhnout vyšší efektivity a snížení nákladů.
Příležitosti pro inteligentní pneumatiku
Průmyslový internet věcí (IIoT) způsobuje revoluci ve výrobě, balení a souvisejících procesních odvětvích a přináší digitální transformaci do pneumatických provozů v podstatě jakékoli velikosti. Tato transformace umožňuje provozovatelům zachycovat a zpracovávat data z pneumatických a dalších prvků stroje a odkrývat tak nové poznatky o výrobě.
Například optimalizace stlačeného vzduchu je pokrok v oblasti IIoT, který je možný díky nepřetržitému monitorování průtoku vzduchu v systému za účelem zjištění úniků v reálném čase, přičemž je možné zaznamenávat i další údaje, jako je tlak a teplota v přívodním potrubí.
Transformace hrubých dat z inteligentního pneumatického systému do podoby, která je využitelná, je klíčem ke snížení prostojů, snížení nákladů na energii, zkrácení doby cyklu a zvýšení celkové produktivity. Jak si ale můžete být jisti, že jsou vámi získaná data ze strojů použitelná? A jak můžete tato data použít ke zlepšení provozních činností v dílně a k rozhodování na vyšší úrovni?
Přímočaré přístupy
Inteligentního monitorování pneumatiky lze snadno dosáhnout na místní úrovni – bez nutnosti použití cloudu – a to již od několika datových bodů. Použitím komponent, jako je snímač průtoku AF2 řady AVENTICS™ od firmy Emerson pro měření průtoku vzduchu nebo přenosný analyzátor AVENTICS™ Smart Pneumatics Analyzer (SPA), dokáže systém identifikovat jakýkoli stroj, který vykazuje problém, a podle toho vytvářet výstrahy, prezentovat snadno použitelné ovládací panely nebo zasílat výstrahy koncovým uživatelům v reálném čase.
Snímač průtoku AVENTICS™ AF2 poskytuje informace o průtoku vzduchu v reálném čase a zároveň zaznamenává údaje o tlaku a teplotě v přívodním potrubí.
Pokud provozovatelé začnou pracovat jen s několika jednotlivými díly, mohou získat užitečné poznatky bez nutnosti náročné analýzy dat - a velmi rychle dosáhnout snížení nákladů, zlepšení kvality výroby, zvýšení průchodnosti a v případě pneumatických systémů i snížení spotřeby energie.
V jednom z nedávných příkladů spolupracovala firma Emerson s výrobcem balicích strojů na poskytování výkonné analytiky, která může pomoci zajistit efektivní a škálovatelné zvýšení CEZ u paletizačních a depaletizačních zařízení. Namísto složitých souborů dat umožňuje analytické řešení – založené na platformě PACEdge™ IIoT od firmy Emerson – přesně určit, které konkrétní pohony nebo ventilové rozvody jsou nevýkonné, a poskytnout vodítko k řešení předpokládaných problémů.
S analyzátorem AVENTICS™ Smart Pneumatics Analyzer (SPA) mohou zákazníci snadno získávat data v reálném čase pro zlepšení OEE sledováním parametrů pneumatického system
Tato platforma, kterou lze snadno vyvinout a implementovat, může také poskytovat návrhy prediktivní údržby založené na počtu cyklů nebo jiných parametrech. Může poskytovat analýzu hlavních příčin v reálném čase spolu s řadou varování nebo kritických výstrah. Data jsou shromažďována a vizualizována nezávisle na hlavní řídicí jednotce stroje, takže jsou vhodná pro starší řídicí jednotky nebo řídicí jednotky třetích stran.
Tím, že se zpočátku zaměříte na několik strojů nebo na konkrétní problematické body, lze definovat rozsah projektu a snáze kvantifikovat výsledky. Zároveň je důležité zajistit, aby zvolené řešení monitorování bylo škálovatelné a mohlo růst spolu s budoucími potřebami a očekáváními. Poskytovatel s kompletním portfoliem vám pomůže vyhnout se hromadění zařízení, které z dlouhodobého hlediska zvyšuje náklady.
Provozovatelé by měli být obezřetní při zvažování partnerů nebo produktů, které by je mohly vázat na konkrétní zařízení, brány, cloudové služby nebo jiné omezené ekosystémy. Některá řešení mohou také vyžadovat značné časové a počáteční kapitálové investice. V jednom z přístupů mohou být například data shromažďována a předávána z programovatelného logického automatu (PLC) prostřednictvím brány do cloudu. Jiný přístup může připojit pneumatiku a další moduly přímo k PLC. Odtud musí data ještě putovat do cloudu k analýze a vizualizaci. Oba scénáře zahrnují průchod přes PLC. To může vyžadovat významné změny v logice PLC, aby bylo možné získávat analytické údaje prostřednictvím cloudu prostřednictvím PLC pro „lokální“ vizualizaci.
Software SPA společnosti Emerson lze použít v kombinaci s inteligentním analyzátorem pneumatiky, ale také s ethernetovým snímačem průtoku vzduchu AVENTICS™ AF2. Poskytuje snadno čitelné a akční informace o průtoku vzduchu, tlaku, spotřebě a únicích vzduchu (včetně nákladů na spotřebu a úniky), měření CO2 a další.
Pro výrobní provozy, které nechtějí nebo nemají infrastrukturu pro podporu komplexních cloudových scénářů, mohou vysoce flexibilní a bezpečné systémy, jaké nabízí firma Emerson, zajistit produktivitu a úsporu energie, aniž by vyžadovaly cloudové prostředí pro vizualizaci dat v reálném čase. Sběrné moduly, jako jsou senzory nebo jiná edge zařízení, se mohou připojit přímo přes bránu, aniž by bylo nutné měnit PLC. To je důležité, protože změna logiky PLC může vyžadovat značné investice do času a zdrojů, a mnoho provozů nemusí mít zájem měnit programování svých PLC, zejména u aplikací typu brownfield.
Díky flexibilnějším možnostem, jako jsou ty, které nabízí firma Emerson, mohou být data v brownfieldových provozech kontextualizována buď prostřednictvím cloudu, nebo v místním edge zařízení, bez ohledu na použitý systém řídicí jednotky. V aplikacích „na zelené louce“/greenfield může zákazník nahradit architekturu PLC univerzální edge řídicí jednotkou, jako je například PACSystems™ RXi2 společnosti Emerson, která kombinuje PLC a edge technologii v jediném zařízení.
Na rozdíl od tradičních, spotřebitelských zařízení IoT se průmyslová zařízení IoT obvykle vyznačují vysokou mírou vzájemné kompatibility – což je faktor, který je rozhodující pro zajištění hladké koexistence při používání open softwaru, který je programovatelný a škálovatelný, jako je například platforma PACEdge™. Otevřené komunikační protokoly mohou být založeny na cloudu, mohou být umístěny v prostorách firmy nebo integrovány do stávajících softwarových systémů. Příkladem jsou OPC UA a MQTT. Například již zmíněný snímač průtoku řady AF2 je kompatibilní s OPC UA, což uživatelům umožňuje přímé připojení k systémům vyšší úrovně nebo k jiné bráně IIoT pro pokročilou analýzu.
Nejlepší dodavatelé technologií IIoT, ať už lokální nebo cloudové, přizpůsobí své systémy stávající infrastruktuře provozovatele a následně mu poskytnou informace o strojích prostřednictvím bran, řídicích systémů nebo těchto otevřených protokolů IIoT. Kompetentní a flexibilní dodavatel technologií zaujme ke každé implementaci IIoT konzultační přístup a věnuje čas tomu, aby plně porozuměl požadavkům konkrétních potřeb provozovatele.
Digitální transformace pro diskrétní a hybridní aplikace. Inteligentní pneumatika v kombinaci s otevřenou softwarovou platformou, která je programovatelná a škálovatelná, zajišťuje, že zvolené monitorovací řešení může růst spolu s budoucími potřebami a očekáváními.
Hmatatelné přínosy
V minulosti nemělo smysl investovat do monitorování relativně levných pneumatických dílů - náklady a související odstávky výroby kvůli výměně se prostě braly jako běžná provozní záležitost. Nyní však informace změnily pravidla hry.
I jediný vadný pohon může způsobit větší problém, který ovlivňuje efektivitu celého systému. Při správném využití může chytrá pneumatika využívající IIoT pomoci výrobcům najít například vadné pohony a další věci – může propojit ostrůvky automatizace, odemknout zadržená data o stroji a radikálně zvýšit CEZ. Tam, kde se na výrobě jednoho výrobku podílí několik, možná i desítky strojů, může být dopad zásadní. Neúčinnost či snížená výkonnost jednoho stroje může způsobit kaskádový efekt v celém závodě. Díky propojení ostrůvků informací může typický provozovatel očekávat návratnost investic několika způsoby:
- Méně prostojů: Chytrá pneumatika může pomoci lépe informovat týmy údržby a výroby o rostoucích problémech ve stroji měřením využití a doby cyklu pro monitorování opotřebení. V kombinaci s indikátory cyklu mohou provozovatelé získat přehled o zbývající životnosti systému a pomocí prediktivní údržby zkrátit prostoje ve výrobě.
- Větší úspory: Při menším počtu netěsností bude celý systém potřebovat méně energie, čímž se ušetří náklady na energii a zároveň se sníží celková uhlíková stopa.
- Zvýšení produktivity: Chytrá pneumatika může poskytovat upozornění a výstrahy, které informují o netěsnostech, anomáliích nebo překročení prahových hodnot během výrobního procesu. To zase může pomoci zajistit optimální hodnotu CEZ a maximalizovat produktivitu.
Spolupráce se skupinou, která dokáže zajistit komplexní přístup – od pneumatiky přes řízení stroje až po platformu pro podporu aplikací – může pomoci provozovatelům jakékoli velikosti optimalizovat jejich procesy a odhalit nové poznatky o výrobě. Znalosti, které umožňují předcházet neplánovaným odstávkám, snižovat náklady na energii, zkracovat dobu cyklu a zvyšovat celkovou produktivitu, jsou možné díky inteligentní pneumatice a výkonným poznatkům, které může poskytnout systém, jako je platforma PACEdge™.
Detailní pohled na PACEdge™
Platforma PACEdge™ IIoT od firmy Emerson kombinuje edge analytiku, vizualizaci a pokročilý software pro podporu aplikací, což umožňuje koncovým uživatelům a výrobcům OEM zvýšit přehled o stavu a výkonnosti prostředků/strojů. PACEdge™ zjednodušuje vývoj, implementaci a administraci díky moderní sadě nástrojů s otevřeným zdrojovým kódem a intuitivnímu rozhraní, které pomáhá zvýšit rychlost a škálovatelnost projektů digitální transformace. V kombinaci s výkonnými produkty PACSystems™ edge computing od firmy Emerson mohou uživatelé využívat výhod jediného, bezproblémového řešení edge s otevřenou průmyslovou konektivitou, což zkracuje dobu vývoje a snižuje náklady.
Edge počítač PACSystems™ RXi2-BP, edge brána RXi2-LP a průlomová edge řídicí jednotka PACSystems™ RX3i CPL410 od firmy Emerson jsou podporovány a dostupné se softwarovým stackem PACEdge™ IIoT, který poskytuje širokou sadu řešení pro potřeby zákazníků v oblasti programování, vizualizace a analýzy.
Ve skutečnosti uvedla firma Emerson nedávno na trh novou verzi inteligentního monitoru pneumatiky AVENTICS™ (SPM) založeného na systému
PACEdge™. Tento nový Smart Pneumatics Monitor, využívající edge bránu RXi2-LP, má oproti předchozímu SPM několik výhod. To zahrnuje větší výpočetní výkon a úložiště dat, stejně jako možnost připojit k jednomu edge zařízení více snímačů průtoku vzduchu nebo ventilových systémů. Nabízí také pokročilejší vizualizaci dat v rámci zařízení.
www.emerson.com
