Системы мониторинга работы оборудования

Блог

Система мониторинга позволяет следить за работой оборудования и при необходимости удаленно им управлять. Грубо говоря, оператору не придётся каждый раз идти к станку, чтобы узнать, как он работает и всё ли с ним в порядке. Это повышает эффективность работы персонала, особенно при большом парке оборудования. Собранная информация кроме того позволяет планировать и вовремя проводить техобслуживание и ремонты, что тоже хорошо для эффективности, снижения простоев и издержек.

Эта статья рассказывает о некоторых способах реализации системы мониторинга. Во второй части краткий обзор нескольких существующих на рынке решений.

В простейшем случае MDC-система (англ. Machine Data Collection) автоматически фиксирует время и длительность работы/простоев/аварийных состояний станка, в продвинутом варианте — собирает данные о технологических режимах (подаче, оборотах, нагрузке), выполняемой в данный момент управляющей программе (УП), кодах ошибок, причинах простоя.

Полученная информация используется для оценки эффективности работы как единицы оборудования, так и всего станочного парка, принятия управленческих решений, а также может быть передана в MES (англ. Manufacturing Execution System) — специализированное прикладное программное обеспечение, предназначенное для решения задач синхронизации, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции.

Реализация систем мониторинга

Схема работы любой системы MDC подразумевает передачу данных со станков по локальной (реже беспроводной) сети на сервер с последующей обработкой и визуализацией в клиентских приложениях — пользователи получают картину работы станочного парка в режиме реального времени, а также могут формировать отчеты о состоянии оборудования за определенный временной интервал, эффективности работы, причинах и времени простоя, коэффициенте загрузки и количестве обработанных деталей.

Можно выделить два основных варианта реализации MDC-системы:

аппаратный — используются датчики и/или специальные терминалы (блоки мониторинга), которые подключаются к электроавтоматике станка для регистрации его базовых состояний: включен/выключен, рабочий цикл/простой, сигнал ошибки (аварии) и др.;
программный — обеспечивается прямой коммутацией сервера мониторинга с устройством ЧПУ (УЧПУ) по локальной сети и позволяет автоматически фиксировать базовые состояния станка, читать память УЧПУ, собирать детальные сведения о текущих параметрах работы: подача, обороты, номер УП, нагрузка, код ошибки и др.

Комбинированный подход сочетает аппаратные и программные технологии в зависимости от характеристик и функциональных возможностей объекта мониторинга.

Очевидный плюс аппаратной реализации — возможность сбора дискретных сигналов практически с любого оборудования. Система мониторинга может объединить в единое информационное пространство не только станки с ЧПУ, но и универсальные станки, сварочные установки, печи термической обработки и т.д. Кроме того, если в качестве аппаратной части использовать блоки мониторинга в форм-факторе терминала с экраном и клавиатурой, то оператор станка может интерактивно взаимодействовать с системой мониторинга и различными подразделениями предприятия: например, указывать причину простоя станка и получать информацию из системы управления производством.

На практике для программного подключения необходимо, чтобы:

на УЧПУ была сетевая карта и порт Ethernet;
ЧПУ станка допускало свободный обмен системными данными;
полученная информация была в формате системы мониторинга.

Далеко не всегда оборудование отвечает этим требованиям. Обычно станочный парк предприятия представляет собой собрание станков различных типов и марок, многие из которых вовсе не имеют контроллеров. Некоторые производители станков снабжают свои изделия «фирменным» ПО для удаленной диагностики и мониторинга, но зачастую оно не способно работать совместно «чужими» программами. Поэтому на практике реализовать программный мониторинг может быть весьма проблематично.

Платформы промышленного интернета вещей предлагают для подобных задач готовые решения.

Задачи мониторинга: контроль параметров и повышение эффективности

Теперь разберемся, какие процессы, связанные с работой станочного парка, могут быть оптимизированы с помощью систем мониторинга.

Как показывает опыт, причин для простоя станка немного:

наладка;
холостая отработка (прогон) УП;
установка и снятие заготовки;
различные поломки и техническое обслуживание;
контрольно-измерительные и вспомогательные операции;
отсутствие заготовок, корректной программы, оснастки или необходимой документации.

Некоторые из перечисленных проблем естественно возникают в процессе производства, другие — из-за ошибок персонала или несогласованности действий различных служб предприятия, отвечающих за подготовку производства.

Если сократить время реакции специалистов и цеховых служб на возникающие проблемы, то можно уменьшить время неплановых простоев. При этом простая фиксация факта простоя без указания причины и информирования ответственных специалистов улучшить производственный процесс не поможет.

В большинстве случаев программная реализация позволяет собирать большой массив данных о работе оборудования, однако значительная их часть относится к технологическим параметрам или системным переменным станка (скорость, подача, координаты, нагрузка, код ошибки). Такая информация практически не помогает сократить простои, так как не выявляет их причины.

Некоторые аппаратные средства мониторинга позволяют обеспечить не только контроль состояния оборудования, но и реализовать мероприятия, направленные на уменьшение неплановых простоев. Здесь, например, может помочь видеофиксация с использованием ИИ, который при обработке видеоряда классифицирует простой, а в связке с программным продуктом высылает соответствующее сообщение на телефон оператора или начальника цеха о внеплановой остановке станка.

В общем случае классификация простоев оборудования лежит на плечах оператора того или иного станка. Важно, чтобы классификация не отнимала много времени и чтобы вносить данные в программу мониторинга было удобно. Тогда персонал сможет быстро и безболезненно освоить новые технологии.

Современные системы мониторинга не ограничивают количество возможных причин простоя. При желании в список причин можно включить даже такие, как «Обеденный перерыв» или «Ушел курить». Оптимальным количеством считается набор из 5–10 причин, которые характерны для любого производства. Среди них: наладка, техническое обслуживание, отсутствие материала (заготовки), отсутствие инструмента или оснастки, отсутствие программы и т. д. Слишком длинный список может запутать оператора и отобьёт желание лишний раз взаимодействовать с системой мониторинга.

Терминал с экраном и клавиатурой даёт оператору возможность не только указывать причины простоя, но и предоставляет ему необходимую технологическую и справочную информацию: список актуальных УП, сменно-суточное задание, параметры его выполнения и т.д.

Разнообразные аппаратные опции также могут оказаться весьма полезны:

датчик RFID используется для авторизации исполнителя по электронному пропуску;
сканер ШК применяется для считывания штрих-кодов на маршрутных и технологических картах;
IP-камера производит видеозапись, автоматически реагируя на аварийные ситуации со станком.

Классификацию простоев сложно завязать на один из контролируемых параметров. Например, для большей части металлообрабатывающего оборудования метод измерения увеличения потребляемой мощности для определения фактической обработки той или иной детали если и применим, то весьма ограничено. Во всех остальных случаях нельзя достоверно зафиксировать факт обработки детали, а не «воздуха», особенно при автоматизированном мониторинге превышения порогового значения, полученного при контрольных замерах потребляемой мощности.

Более современный и прозрачный метод, позволяющий отделить настоящую обработку от «липовой», основан на применении сканеров штрих-кода. Вместе с заготовкой на станок поступает маршрутная карта: оператор в начале обработки детали и по её завершении сканирует соответствующий штрих-код, а система анализирует и сравнивает количество фактически произведенных деталей с количеством зарегистрированных циклов.

При таком подходе появляются дополнительные возможности для учета подготовительно-заключительного и машинного времени обработки партии деталей. Этот метод, однако, имеет свои узкие места и применять его следует, исходя из конкретных производственных задач.

Еще одна из задач систем мониторинга — идентификация работника и действий, производимых на станке: собирается информация о том, какая партия изделий была произведена, на каком станке, за какое время и кто был оператором оборудования. Для своевременного обслуживания важно собирать данные об износе оборудования. Они помогают эффективнее планировать загрузку персонала и металлообрабатывающих станков.

Суммируя, программно-аппаратная реализация позволяет удовлетворить возрастающие потребности современного производства, обеспечить в равной степени получение данных из УЧПУ и уменьшение простоев, связать в единое информационное пространство станки и подразделения предприятия, повысить эффективность эксплуатации оборудования.

Качество и количество собираемых с оборудования данных и, соответственно, выбор технологии мониторинга определяются уровнем пользователя продукта и производственными задачами.

Обзор некоторых систем мониторинга

Winnum CNC

Платформа для промышленного Интернета Вещей, включающая полный набор инструментов для удалённого мониторинга, диагностики оптимизации работы оборудования и процессов его эксплуатации. Полностью готовое решение, внедрение которого занимает меньше недели.

В состав системы входят:

готовые приложения и web AR/VR;
набор интерфейсов и объектов для упрощения процесса разработки решений и интеграции данных;
облачное хранилище больших данных;
семейство микропрограммного обеспечения для безопасного подключения оборудования, устройств и любых других источников данных;
коммуникационный модуль.

DPA (Discrete Processes Automation)

DPA (Discrete Processes Automation) — производственная аналитическая платформа, выполняющая мониторинг станков с ЧПУ в режиме реального времени. Инструмент объективного контроля состояния оборудования, который позволяет подключать значительную часть существующего на рынке оборудования с ЧПУ «из коробки» без доработки и длительной дорогостоящей наладки.

Основные функции:

анализ и визуализация (графическое представление), собранных напрямую с оборудования, машинных данных (получение информации с контроллеров и цифровых датчиков);
управление данными (аварийные сообщения, сигналы и события), требующих реакции или ручного ввода значений, в режиме реального времени;
установка временных норм на выполнение операций и потребности в ресурсах, а также формирование недостающих норм и технологий по истории производства;
работа по технологии (последовательность операций с нормативами времени и ресурсами): вычитывание и сравнение загруженного и выполненного кода по УП;
контроль отклонений и немедленная реакция на них, что позволяет минимизировать брак и потери, благодаря чему сроки становятся реальными;
интеграция с ТОиР и ОТК учитывает операции на техобслуживание и контроль, позволяя сформировать выполнимое сменно-суточное задание, с учётом производственных мощностей и достижимой производительности, благодаря чему заказы выполняются в срок;
выбор критериев и методов оптимизации плана, обмен данными с другими информационными системами (внешние APS и BI системы);
возможность ведения справочной информации;
управление правами доступа к объектам системы, учётными записями и сеансами (сессиями) пользователей, в том числе в разрезе штатного расписания;
формирование отчётных форм.

CIMCO MDC-Max

CIMCO разрабатывает и продает программное обеспечение для автоматизации производства. Штаб-квартира CIMCO и главный учебный центр расположены в Копенгагене (Дания). Здесь базируется отдел продаж и команда техподдержки.

Продукт включает 10 приложений: редактор УП, приложение для управления файлами УП и цеховой документацией, программное обеспечение для сбора станочных данных, мониторинга оборудования в режиме реального времени и анализа эффективности работы цеха.

Пользователь может загрузить с сайта бесплатные пробные версии ПО CIMCO и опробовать их в течение 30 дней. После истечения срока демонстрационного периода необходимо приобрести коммерческую лицензию.

АИС «Диспетчер»

Система мониторинга станков с ЧПУ и персонала «Диспетчер» позволяет оценить реальную загрузку оборудования, найти узкие места технологических цепочек, оценить реальные потери рабочего времени, производственных ресурсов и определить ответственные службы и ответственных работников.

Дополнительные компоненты, реализованные по веб-технологии, предоставляют пользователям возможности сбора, обработки и отображения информации при помощи интернет-сервисов, агрегирующих территориально разнесенные хранилища данных и поддерживающих сеансы веб-доступа в масштабах локальной сети, либо сегмента глобальной сети, в том числе при помощи мобильных устройств.

Подключение станков как с помощью терминалов, так и путём непосредственной интеграцией УЧПУ в локальную сеть позволяет осуществлять развертывание системы мониторинга в короткие сроки. Хорошо отработанные типовые решения минимизируют стоимость работ на этапе внедрения и позволяют проводить монтаж системы мониторинга силами предприятий-заказчиков.

Технологические особенности:

подключение к любому оборудованию;
кроссплатформенный сервер, выполняющий сбор и обработку технических и технологических данных производственного оборудования;
интеграция с системами подготовки производства, системами планирования управления и контроля за производственным процессом, системами для управления простоями и надежностью оборудования;
клиентские места реализуются как через адаптированный web-интерфейс, так и с использованием приложения.

Ознакомиться с возможностями программно-аппаратного комплекса «Диспетчер» можно на базе демо-стендов компании в Смоленске, а также в демо-залах партнеров.

СМПО Foreman

Система мониторинга промышленного оборудования (СМПО) Foreman используется для мониторинга работы оборудования и повышения эффективности производственных процессов, связанных с работой станков с ЧПУ. Особенность решения заключается в способности объединить в единое информационное пространство как новейшие импортные, так и отечественные станки предыдущих поколений.

СМПО Foreman позволяет контролировать работу станочного парка и производственного персонала в режиме реального времени, выполнять классификацию и анализ простоев, проводить оперативную диспетчеризацию цеховых и сервисных служб, передавать управляющие программы на станки с ЧПУ, выпускать отчетную документацию, взаимодействовать с системами планирования и управления производством.

На сайте компании можно найти и скачать не только демо дистрибутивы программ, но и спецификации, инструкцию по монтажу и развёртыванию системы, руководство по эксплуатации.

НАВИМАН

Навиман — модульное программное обеспечение, состоящее из полноценных самостоятельных блоков, которое может быть дополнено аппаратной частью. Навиман позволяет осуществлять в реальном режиме времени контроль работы, как технологического оборудования, так и производственного персонала промышленных предприятий.

Система предназначена для машиностроительныx предприятий, заинтересованных в кратном росте производительности труда, а также в кратном сокращении объема закупок нового технологического оборудования.

Модули системы не зависят друг от друга и являются полноценными самостоятельными единицами, но в связке дают более полную и подробную картину о техническом состоянии оборудования, использовании фонда рабочего времени и о ходе производства в целом. Выбор тех или иных модулей зависит от задач, которые требуется решить на производстве.

Систему можно протестировать бесплатно.