Сложное промышленное оборудование часто подвержено поломкам и неисправностям, что может привести к значительным финансовым потерям. Оптимизация всех производственных процессов и предотвращение всех аварийных ситуаций являются ключевыми задачами для любого развитого предприятия. Мониторинг промышленного оборудования играет важную роль в решении этих проблем, обеспечивая автоматизацию производства, планирование ремонта и контроль работы оборудования. Система мониторинга охватывает весьма широкий спектр промышленного оборудования, включая станки, компрессоры, насосы, трубопроводы и др. Она позволяет отслеживать параметры работы оборудования в режиме реального времени, управлять им удалённо, а также контролировать температуру и другие параметры окружающей среды.

Данные о состоянии оборудования собираются с помощью датчиков и обрабатываются специальным программным обеспечением, что позволяет своевременно планировать техническое обслуживание и ремонт, предотвращая дорогостоящие простои и аварии.

Датчики можно установить на любое оборудование на производстве либо просто в помещении, например, чтобы контролировать температуру в цехе. С помощью систем мониторинга производственного оборудования можно в масштабах всего завода собирать очевидную информацию — например, когда оборудование работает, а когда простаивает. А можно и скрытую, которую не может уловить человек: появились ли в работе задержки на долю секунды или при каких условиях температура оборудования повышается на градус.

Говоря о технологическом аспекте повышения эффективности производства, сегодня большие ставки делаются на промышленный интернет вещей, или IIoT (Industrial Internet of Things). Ожидается, что именно IIoT поможет оцифровать всю цепочку создания изделий, создать интеллектуальное производство и существенно повысить его эффективность. Промышленные разработки сейчас занимают более 60% отечественного рынка IoT. Вопрос: как с помощью этого инновационного инструмента поднять отечественную промышленность на новый уровень эффективности?

Система мониторинга как первый шаг к IIoT

Индустрия 4.0 и полная информатизация производства – это пока еще далекая перспектива. Сейчас основная цель не в том, чтобы научить машины обходиться без людей, а в том, чтобы помочь людям и машинам взаимодействовать. Эту задачу как раз и берут на себя системы класса MDC/MDA (Machine Data Collection/Machine Data Acquisition), проще говоря системы мониторинга. Они позволяют совершенствовать современное производство без существенных вложений, повышая его эффективность и параллельно решая множество смежных проблем. Это и есть определяющая задача и первый шаг на пути к промышленному интернету вещей.

Принцип работы MDC-систем простой. Для современных станков с ЧПУ разрабатываются программы протоколов мониторинга, обеспечивающие получение от УЧПУ подробной информации о состояниях станка и происходящих на нем изменениях. На станки более старых моделей ставятся терминалы-регистраторы, которые подключаются к системе ЧПУ или электроавтоматике станка. Такие программно-аппаратные «агенты-посредники» собирают информацию о работе станков и производственного персонала (сколько станки работали, сколько простаивали, по каким причинам простаивали, кто из операторов в этот момент работал и др.) и отправляют на сервер. В итоге руководители получают отчеты об эффективности работы производства, а отдельные службы предприятия получают объективный инструмент для принятия управленческих решений направленных на повышение эффективности производственного процесса.

За рубежом уже существует ряд подобных разработок (Omative, KEPServerEX). Принцип их работы в том, чтобы объединить все оборудование в локальную сеть и превратить телеметрические данные в полезную информацию.

Объективный контроль производства и повышение прибыли предприятия

Первая задача, которая возникает в действующем производстве, — это создание условий для максимально эффективного использования оборудования. Система мониторинга позволяет оценить реальную загрузку оборудования, которая в свою очередь указывает на узкие места технологических цепочек, перегрузку оборудования. Это дает возможность объективно формулировать направления технического развития. Классификация простоев оборудования помогает оценить реальные потери рабочего времени, производственных ресурсов и определить ответственные службы и ответственных работников за указанные потери.

Понимая, что объективных методов оценки, кроме заключения цеховых технологов сейчас нет, а анализ загрузки оборудования и эффективность использования они делают по остаточному принципу, такая система – это инструмент объективного контроля, особенно когда это касается производственных подразделений, которые территориально разнесены. Ведь не секрет, что в условиях слабого контроля возникает ситуация, когда идет часть неучтенной продукции либо наоборот не полностью используется отдельное оборудование, которое могло бы дать дополнительную прибыль. Только благодаря повышению коэффициента использования оборудования на 15% на участке из 10 станков, можно сэкономить 10 – 20 млн. рублей в год. Кроме этого стабилизируется трудовая дисциплина, сокращаются потери энергетических ресурсов, оптимизируется работа сервисных служб, появляется возможность отказаться от работы в выходные или третью смену.

Контроль производства. Дополненная функциями и данными в разрезе конкретных технологических операций, система мониторинга позволяет более глубоко контролировать производство. За счет точного контроля за основными временными интервалами выполняемого техпроцесса применительно к каждой технологической операции, а также подсчета изготовленных и бракованных деталей, можно дополнительно увеличить производительность работы станков и сэкономить финансовые средства предприятия.

Задачи которые решаются на этой ступени использования системы мониторинга: оптимизация технологических процессов изготовления продукции, формирование обоснованных технологических норм, сокращение выпуска бракованной продукции, целенаправленное выделение финансовых средств на приобретение нового инструмента и приспособлений и контроль эффективности их использования.

На этом же уровне выполняется расчет показателя ОЕЕ, который является комплексным показателем и учитывает потери времени из-за простоев оборудования, потери в скорости и потери в качестве.

Как правило, решение вышеперечисленных задач позволяет повысить эффективность еще на 8-12%.

Управление простоями. Следующая ступень оптимизации потерь – это управление простоями оборудования. По сути это решение двух задач: во-первых, оперативной и оптимальной диспетчеризация сервисных служб и, во-вторых, рациональной организации и контроля исполнения плановых работ по ТОиР. Эти задачи реализованы в соответствующих модулях системы.

Любой зафиксированный необоснованный простой автоматически появляется в системе, классифицируется оператором и активирует вызов ответственной за данный тип простоев службы. Все в системе фиксируется в отчетах разного уровня, позволяющих быстро оценить проделанную работу, если необходимо провести разбор конкретной ситуации.

На этом этапе внедрения система позволяет решать следующие задачи:

1. Сокращение продолжительности внеплановых простоев оборудования за счет правильно организованной диспетчеризации оборудования.
2. Предотвращение внеплановых простоев и увеличение срока службы оборудования за счет современных методов планирования ТОиР и контроля за выполнением работ.
3. Формирование отчетов, справок и вспомогательных документов за счет наличия в системе справочников, журналов и удобной системы отчетности.

Подобная оптимизация позволяет на 10-15% сократить необоснованные простои, тем самым заметно влияя на прибыль предприятия.

Контроль за эффективностью энергопотребления. Наибольшие затраты энергоресурсов на предприятиях, где в основном эксплуатируется технологическое оборудование, приходятся на электроэнергию. Система мониторинга, благодаря возможности контроля состояний станков, умеет контролировать потери электроэнергии с точностью до оборудования и работника, а также определять причины этих потерь. Это позволяет планировать расход электроэнергии непосредственно для плана выпуска продукции, реально контролировать энергоэффективность оборудования, сравнивая планируемые удельные затраты электроэнергии с фактическими.

Эффективное управление энергопотреблением позволяет снизить расходы производства еще на 5-7%.

Таким образом, практика применения системы мониторинга показывает, что обеспечиваемые этой системой информация и функционал могут использоваться для решения самых различных вопросов управления производством. С помощью динамической аналитики системы мониторинга руководитель предприятия или конкретного производственного подразделения может быстро оценить основные показатели эффективности как в целом, так и углубляясь на уровень цеха, участкам, станка и конкретного оператора.

Прослеживая изменение ключевых показателей эффективности во времени, руководитель получает возможность оценки тенденций, проведения углубленного анализа и своевременного принятия мер по улучшению ситуации. И наоборот, столкнувшись с неблагоприятной ситуацией, например, жалобами цехов на плохое обеспечение инструментами, руководитель производства может исследовать влияние соответствующей причины простоя на различные подразделения, конкретные станки, определить, по каким видам деталей и технологических операций проблема с инструментами носит ярко выраженный характер и с какого момента времени данная проблема стала проявляться.

Опыт предприятий

Сегодня система мониторинга используется на более чем 50 крупных российских предприятиях. После внедрения данной технологии руководители ИТ-отделов и топ-менеджеры предприятий отмечают значительное улучшение эффективности производства: повышается коэффициент загрузки оборудования, станки меньше простаивают, меняется психология рабочих – люди начинают работать не на свой карман, а на благо компании. В результате экономятся серьезные ресурсы.

Мониторинг работы персонала и оборудования – это всего лишь инструмент для получения информации, однако при грамотном использовании этой информации можно более уверенно принимать обоснованные управленческие решения, позволяющие, в конечном итоге, вывести предприятие на новый уровень эффективности. Главное – сделать первый шаг и открыть глаза на проблемы.

9 методов мониторинга состояния оборудования

Мониторинг состояния состоит из измерения параметров оборудования, которые указывают на неисправность.

Надеюсь, вы сможете вовремя обнаружить изменения в обычных схемах, чтобы предотвратить поломку, сэкономить на реактивном обслуживании и продлить срок службы своего актива. Но так будет, только если выбрать правильные методы мониторинга состояния оборудования и операций.

Мониторинг состояния, конечно же, пересекается с профилактическим обслуживанием, которое нужно для отслеживание поведения активов. Собранные данные служат основой для выявления тенденций и алгоритмов. Однако имеет смысл говорить о мониторинге состояния в режиме реального времени даже без программы профилактического обслуживания.

Мониторинг состояния, IIOT и надежность

Когда дело доходит до профилактического обслуживания, два самых больших препятствия — это требуемые инвестиции и сложность разработки алгоритмов. Но Интернет вещей (IoT) и Промышленный Интернет вещей (IIoT) привели к большим изменениям в отрасли. Датчики и устройства мониторинга состояния теперь подключены к платформам технического обслуживания и предоставляют данные в режиме реального времени.

Это новое подключение является более доступным и простым в реализации, чем профилактическое обслуживание. Актуальные данные позволяют менеджерам корректировать свои планы превентивного сервиса, а также обеспечивают повышенную надежность. В то же время искусственный интеллект может обрабатывать эти сведения для распознавания закономерностей. А это уже одно из самых многообещающих достижений в области надежности с использованием цифровых технологий.

Независимо от того, сможете ли вы сразу же внедрить план профилактического обслуживания, мониторинг состояния ценен сам по себе.

Типы мониторинга состояния

Мониторинг состояния начинается с основных проверок. Небольшие изменения, такие как аномальная температура или давление, странные звуки, чрезмерная вибрация или странный запах, часто являются признаками проблем. Однако методы мониторинга состояния варьируются от самых простых проверок до передовых технологий.

1. Анализ масла

Этот анализ применим к машинным маслам, смазочным материалам и жидкостям. Он может обнаруживать ухудшение качества, перегрев и загрязнение. Например, высокий уровень железа часто указывает на наличие сора и песка. Своевременное обнаружение снижает количество отказов редуктора на 50 % . Предотвращение загрязнения уменьшает вероятность выхода подшипников из строя на 75 % . Окупаемость инвестиций на анализ масла составляет 20:1.

Если вы хотите предотвратить эти сбои, существует несколько доступных методов анализа масла:

• тесты на наличие воды,
• тесты вязкости,
• ИСП/спектроскопия,
• тест электрической прочности,
• микробный анализ,
• содержание железа (индекс количественного определения частиц),
• феррография,
• инфракрасная спектроскопия,
• ультрафиолетовая спектроскопия,
• потенциометрическое титрование (общее кислотное число/общее щелочное число),
• анализ осадка.

Мы ничего не пропустили?

2. Анализ вибрации

Анализ вибрации является одним из самых известных методов профилактического обслуживания. Он может обнаруживать перекосы, дисбаланс и износ примерно за 3 месяца до того, как они приведут к поломке. Это также возможность снизить энергопотребление, поскольку, например, водяные насосы с несоосностью потребляют до 15 % больше энергии . Измерение вибрации также широко используется в ISO 22096 .

Методы мониторинга состояния анализа вибрации включают:

• анализ ударных импульсов (например, для вращающегося оборудования),
• быстрый анализ Фурье,
• широкополосный анализ вибрации (например, для обнаружения износа подшипников ),
• ультразвуковой анализ (например, для обнаружения утечек ),
• спектральную плотность мощности,
• анализ временной формы волны (например, для машины с датчиками XY ),
• спектрограммы.

3. Анализ цепи двигателя

5. Ультразвуковой мониторинг

Мы уже упоминали об этом виде мониторинга в разделе «вибрационный анализ». Но он заслуживает отдельного места в этом списке. Ультразвуковой мониторинг использует высокочастотные волны для обнаружения утечек, посадки деталей и кавитации, что может сократить количество проверок на 30% .

Ультразвуковой мониторинг особенно экономичен, когда он применяется вместе с анализом вибрации (некоторые датчики фиксируют и то, и другое) и инфракрасной термографией. Воздушный и структурный УЗ набирают популярность как хорошие варианты для обнаружения «волн напряжения» на вращающихся механизмах. К другим методам относятся обратное рассеивание и ослабление эха .

6. Рентгенография

Как и термография, радиография (включая радиационный анализ и нейтронную радиографию) является очень тщательным методом неразрушающего контроля. Визуализация позволяет техническим специалистам проверять внутренние дефекты, такие как коррозия в спеченных деталях и изъяны сварки. Однако основным преимуществом является то, что его можно использовать со всеми типами материалов при условии, что мастера используют защиту.

7. Лазерная интерферометрия

Лазерные интерферометры замеряют изменения для расчета смещения на основе длин волн, генерируемых лазером. Они используются при мониторинге состояния для выявления поверхностных и подповерхностных дефектов, таких как коррозия и полости. Интерферометрия включает:

• лазерную ширографию,
• лазерный ультразвук,
• картирование деформации,
• интерферометрию с электронной спекл-структурой,
• цифровую голографию.

8. Контроль электричества

Чуть более 53% всех случайных бытовых пожаров в Великобритании связаны с возгоранием проводки. Точно так же электричество является одной из основных причин травм и смертельных случаев на работе . Предотвращение сбоев в энергоснабжении с тщательным контролем не только позволяет избежать поломок, но и повышает безопасность. Сюда входят тесты для оценки сопротивления, индукции, емкости, импульсной характеристики, частотной характеристики и деградации.

Методы контроля электрического состояния включают в себя:

• проверку мегаомметром,
• испытание на высокое напряжение или испытание на диэлектрическую стойкость (например, чтобы определить, в хорошем ли состоянии изоляция),
• анализ характеристик мощности (для проверки тока и напряжения),
• испытание импеданса батареи,
• испытание на перенапряжение и перенапряжение (также для обнаружения дефекты изоляции),
• в некоторой степени, анализ цепи двигателя.

9. Электромагнитные измерения

Электромагнитные измерения не следует путать с электрическими. Здесь идет мониторинг искажения магнитного поля для выявления трещин, вмятин, коррозии, слабых мест и других дефектов (например, утонения). Пожалуй, наиболее известным методом такого контроля является вихретоковый контроль (ВКТ), который используется в нефтехимической промышленности для обнаружения плотных трещин.

Помимо ЭТП, существуют и другие методы, такие как:

• импульсные вихревые токи,
• вихревые токи в удаленном и ближнем поле,
• испытание вихревыми токами с насыщением низкой частоты,
• массив вихревых токов,
• магнитопорошковая дефектоскопия,
• утечка магнитного потока,
• магнитная память металла.

Эти методы кажутся особенно подходящими для цветных проводящих материалов, таких как трубы, конденсаторы, котлы и поверхности самолетов.

Вывод

Существуют десятки методов контроля состояния и подсчета. Некоторые из них более дорогие, но нет ни одного, который не обеспечивает хорошего соотношения цены и качества.

Обзор систем класса MDC на рынке РФ

Как мы уже разобрались ранее, промышленное производство – это достаточно сложный механизм, для эффективного управления которым требуется полная и объективная картина всех процессов. Одного современного оборудования и обученного персонала недостаточно, чтобы создать эффективное и гибкое производство, готовое подстраиваться под изменения рынка и требований к продукту. Необходимо также иметь специальные инструменты, помогающие управлять этим производством, такие как системы класса MES (Manufacturing Execution System), ERP (Enterprise Resource Planning), BI и DSS (Business Intelligence и Decision Support System). Но в основе этих IT-решений фундаментом служат системы класса MDC (Machine Data Collection), которые обеспечивают прозрачность производства и объективную картину производственных процессов с возможностью передачи своих данных в вышеуказанные системы. Внедрение системы класса MDC является первым шагом к цифровизации производства в традиционном подходе.

До введения санкционных ограничений при выявлении узких мест на производстве можно было с легкостью устранить эти проблемные участки за счет расширения станочного парка, приобретения нового зарубежного оборудования, технологий и решений. В настоящий момент многие предприятия испытывают сложности в приобретении необходимого оборудования и требуется повышать эффективность существующего парка машин, сохраняя при этом дорогостоящие станки, т.е. эксплуатировать оборудование эффективнее без перегрузок и аварий. Решения класса MDC (мониторинг оборудования) как раз помогают решать поставленные задачи. Хочется отметить, что в области MDC-систем наши отечественные решения не уступают зарубежным продуктам. Более того, на нашем рынке существуют такие системы класса MDC, которые во многом превосходят зарубежные аналоги и даже начинают вытеснять своих конкурентов в других странах.

В своей статье мы рассматриваем отечественные решения класса MDC, ориентированные в первую очередь на мониторинг станков токарной и фрезерной группы (система мониторинга станков с ЧПУ). При этом у лучших систем есть возможность подключения различных других групп и типов оборудования. Т.е. с помощью продвинутой MDC-системы вы можете охватить все производственные участки и подключать любое необходимое оборудования в контур мониторинга.

DPA (Discrete Processes Automation)

DPA позволяет получить достоверную цифровую картину производства в реальном времени, мгновенно реагировать на отклонения, планировать работу оборудования на предприятии и управлять инструментом.

Можно выделить следующие технологические особенности:

• Решение охватывает механообработку и машиностроение, переработку пластмасс, обработку древесины и текстильное производство;
• Анализ и визуализация данных, собранных с оборудования;
• Возможность интеграции с ТОиР и ОТК;
• Контроль работы по технологии, отслеживание изменения кода УП в процессе работы на станке;
• Возможность ведения справочной информации и формирование отчетных норм.

АИС «Диспетчер»

Пожалуй, самое распространенное решение на сегодняшний день, так как появилось одним из первых на рынке РФ. Система мониторинга АИС «Диспетчер» позволяет оценить эффективность использования подключенного оборудования, с помощью дополнительных модулей отслеживать работу персонала и выявлять узкие места технологических цепочек.

По технологическим особенностям в части мониторинга производственного оборудования:

• Есть возможность подключения нового станочного оборудования и универсального оборудования;
• Есть возможность создания цифрового 3D-двойника производства;
• Отслеживание проведение техопераций с привязкой к оборудованию и персоналу;
• Аналитические отчеты по выработке производственных единиц.

CNC-VISION

CNC-VISION – это достоверность предоставляемой информации в каждый момент времени без участия персонала заказчика при ее сборе. Система полностью автоматизирована и не требует аппаратного дооснащения. Сбор данных выполняется напрямую из ЧПУ.

Технологические особенности:

• Система не требует установки дополнительных устройств для подключения современных станков с ЧПУ;
• Подробное отображение текущего состояния станков с ЧПУ в режиме реального времени;
• Система обладает возможностью предоставления расширенной статистики и отчетов;
• Возможность сбора данных с оборудования независимо от оператора.

WINNUM Platform

WINNUM Platform – готовый продукт, включающий полный набор инструментов для создания собственных приложений и сервисов по мониторингу, управлению и оптимизации работы датчиков, устройств, оборудования, автоматизированных систем, в том числе разработка специализированных диагностических алгоритмов для обработки данных. Данное решение является полностью отечественным ПО и обладает самым широким функционалом на сегодняшний день.

Отдельно хотелось бы отметить следующие преимущества:

• Мониторинг состояния оборудования любых производителей (станки, универсальное оборудование, термообработка, гальванообработка, литье, испытательные стенды, системы видеонаблюдения, участки сборки и логистики и т.д.);
• Короткие сроки ввода в эксплуатацию с объединением разнородного оборудования в сеть;
• Контроль работы по технологии, отслеживание изменения кода УП в процессе работы на станке;
• Простая и быстрая интеграция с любыми внешними системами класса MES, ERP, АСУТП, PLM, BI/DSS и др.;
• Возможность работы с графиками ТОиР и ППР, уходя от календарного планирования к планированию работ по моточасам станка;
• Моделирование изделий, систем и их окружения с использованием редактора 3D сцен;
• Встроенный редактор пользовательских интерфейсов с готовыми библиотеками графических элементов (виджеты, графики и пр.) и поддержкой сторонних элементов, доступных на специализированных ресурсах, для создания своих дашбордов;
• Редактор геолокационных оффлайн-карт высокого разрешения для визуализации перемещения активов (транспорт, продукция) и наглядной визуализации и аналитики по загрузке производственных мощностей с детализацией по географическому признаку;
• Самое высокое быстродействие в обработке данных и подготовке отчетов в режиме реального времени;
• Принципиально другие механизмы работы с сигналами – доступ ко всем сигналам контроллера оборудования, больше отчетов и автоматически рассчитываемых KPI, диагностика;
• Гибкая настройка интерфейса под индивидуальные задачи пользователя.

Наши рекомендации

Наша команда специалистов уже имеет большой опыт работы с системами класса MDC. По некоторым из представленных решений мы лично проводили пилотные проекты на базе нашего демонстрационного зала с множеством оборудования и производства Ульяновского станкостроительного завода. Мы можем помочь вам с выбором лучшего решения MDC и организовать для вашего предприятия пилотный проект, чтобы вы могли убедиться в эффективности предлагаемого решения на примере собственного производства.