Egy gyártóüzemben sokféle adat keletkezik a gépek működéséről, de ezek nem mindig jutnak el időben ahhoz, aki be tud avatkozni. A gyártásban egy IoT szenzorhálózat abban segíthet, hogy a gépállapotról, ciklusokról, energiafelhasználásról vagy környezeti paraméterekről folyamatosan rendelkezésre álljanak a szükséges adatok, és ezek a termelésirányítás, a karbantartás vagy más vállalati rendszerek számára is felhasználhatók legyenek. Az ipari szenzorok kiválasztásáról itt írtunk részletesebben.

A technológia értéke nem önmagában a szenzorok felszerelésében van. Akkor lesz belőle üzleti érték, ha az adatok alapján korábban észlelhető egy rendellenes működés, pontosabban tervezhető a karbantartás, visszakereshető egy minőségi eltérés oka, vagy azonosítható, melyik gép, műszak vagy termék okoz aránytalan veszteséget. Ehhez azonban a szenzorhálózatot a gyártási folyamat, az adatfelhasználás és a meglévő IT-rendszerek figyelembevételével kell megtervezni.

Milyen problémákra ad választ az IoT szenzorhálózat a gyártásban?

Sok üzemben már rendelkezésre áll valamilyen gépadat, de az gyakran csak elszigetelten: a PLC-ben marad, kézi táblázatba kerül, vagy csak akkor vizsgálják meg, amikor már problémát okozott. Az IoT-alapú mérési infrastruktúra akkor indokolt, amikor az adatok gyakorisága, mennyisége vagy elérhetősége akadályozza a gyors reagálást.

Tipikus példa a nem tervezett állásidő. Ha egy berendezés teljesítményfelvétele, rezgésszintje, hőmérséklete vagy ciklusideje fokozatosan eltér a megszokottól, a karbantartásnak lehetősége nyílik beavatkozni még a meghibásodás előtt. Nem minden meghibásodás jelezhető előre ugyanazzal a pontossággal, de a kritikus gépeknél már a korai figyelmeztetés is számottevő termelési veszteséget előzhet meg.

Ugyanilyen gyakori feladat az energiafelhasználás feltárása. Egy üzem teljes fogyasztási adata kevés segítséget ad, ha nem látszik, melyik gépcsoport, technológiai lépés vagy üresjárat felel a kiugró értékekért. Almérőkkel és termelési adatokkal összekapcsolva jobban elkülöníthető, hogy mely fogyasztás kapcsolódik tényleges termeléshez, és hol jelentkeznek indokolatlan vagy csökkenthető fogyasztási értékek. Ez különösen akkor értékes, amikor a termelési volumen változik, és a fajlagos mutatókat kell összehasonlítani.

A szenzorhálózat a minőségbiztosításban is hatékony eszköz lehet. A megfelelő környezeti és technológiai paraméterek (pl. hőmérséklet, páratartalom, nyomás, levegőminőség vagy hűtési paraméter) mérése nélkül egyes eltérések csak utólag, a selejt vagy a vevői reklamáció oldaláról válnak láthatóvá. Ha a környezeti és gépadatok termelési tételhez, műszakhoz vagy operátorhoz köthetők, a gyökérok-elemzés gyorsabbá és bizonyíthatóbbá válik.

A mérési ponttól a döntésig

Egy jól kialakított IoT-rendszer több rétegből áll. A szenzor csupán az első elem. A következő kérdés az, hogyan jut el az adat az üzemi környezetből az alkalmazásig, miként lesz időbélyeggel ellátott, összehasonlítható és üzleti kontextusba helyezett információ.

A kialakítás során jellemzően négy területet kell együtt kezelni:

• Mérés: milyen fizikai jel szükséges, milyen pontossággal, milyen mintavételezéssel és milyen üzemi körülmények között.
• Kommunikáció: vezetékes ipari hálózat, ipari WLAN, Bluetooth Low Energy, LoRaWAN vagy más kapcsolat biztosítja-e megbízhatóbban az adatátvitelt.
• Adatfeldolgozás: hol történik a szűrés, a határérték-figyelés és a riasztás - helyben, edge eszközön vagy központi rendszerben.
• Integráció: hogyan kapcsolódik az adat a MES-, ERP-, karbantartási, raktári vagy minőségirányítási rendszerhez.

A kommunikációs technológia kiválasztásánál nincs univerzális nyertes. Nagy adatgyakoriságú vagy kritikus folyamatoknál indokolt lehet a vezetékes kapcsolat. Nehezen kábelezhető, kiterjedt vagy utólag bővített területeken a vezeték nélküli megoldás gyorsabb bevezetést adhat. Ugyanakkor fémes környezetben, mozgó anyagok, gépek és árnyékoló felületek között a rádiós lefedettséget mérni kell, nem feltételezni.

A gyárban az adatátvitel megbízhatósága termelési kérdés. A gyenge WLAN lefedettség, a túlterhelt hozzáférési pont vagy a nem megfelelően elhelyezett antenna adatkimaradást, késést vagy téves riasztást okozhat, mint egy rosszul kiválasztott érzékelő. Ezért a hálózati felmérés és a helyszíni validáció nem adminisztratív lépés, hanem a beruházás működőképességének feltétele.

Ne az adatgyűjtéssel, hanem a problémával kezdj

A sikertelen IoT-projektek jelentős része nem technológiai okból akad el. A szenzorok működnek, adatok érkeznek, de nincs kijelölt döntési helyzet, felelős vagy intézkedési folyamat. Ilyenkor a dashboard rövid ideig érdekes, majd egy újabb, ritkán használt képernyővé válik.

Érdemes először egy konkrét veszteségforrást kijelölni. Például: a csomagológép váratlan leállásai, a kompresszorok indokolatlan csúcsterhelése, a hűtött tároló hőmérsékleti eltérései vagy egy kritikus gyártási lépés ingadozó ciklusideje. Ezután meghatározható, mely változókat kell mérni, milyen eltérésnél kell riasztani, ki kapja az információt, és milyen beavatkozás követi azt.

A megtérülés számításába a közvetlen költségeken túl a rejtett veszteségeket is célszerű bevonni. Egy gép leállása nemcsak javítási költség: késedelmes kiszállítást, túlórát, selejtet, újraütemezést és kapacitásvesztést is jelenthet. A másik oldalon nem kell minden gépet azonos mélységben mérni. A legjobb első projekt rendszerint egy magas kockázatú vagy jelentős költséget okozó területre koncentrál.

A pilot célja, hogy bizonyítsa a megoldás gyakorlati értékét

Egy pilot akkor hasznos, ha a későbbi üzemi bevezetés döntéseit készíti elő. Ennek része a valós mérési pontosság, a kommunikáció stabilitása, az adatminőség, a felhasználói visszajelzés és a várható üzemeltetési igény vizsgálata. A pilotnak előre rögzített sikerfeltételekre van szüksége: például az állásidő okainak meghatározott arányú automatikus felismerésére, a rendellenes energiafogyasztás azonosítására vagy a manuális leolvasások kiváltására.

A skálázhatóságot már ebben a szakaszban érdemes tervezni. Egyetlen gépen még elfogadható lehet egyedi adatstruktúrát vagy kézi konfigurációt használni, száz mérési pontnál viszont ez gyorsan üzemeltetési kockázattá válik. Egységes eszközmenedzsmentre, dokumentált címkézésre, jogosultságkezelésre, kalibrálási rendre és cserélhető, támogatott hardverekre van szükség.

A szenzoradatok akkor válnak igazán értékessé, ha összekapcsolhatók az anyag- és termékmozgással is. Egy RFID- vagy vonalkódos azonosítási folyamat megmondja, mely alapanyag, gyártási tétel vagy egységrakomány hol járt. Az IoT-mérés pedig hozzáteszi, milyen körülmények között történt a feldolgozás vagy tárolás. Ez a kapcsolat különösen erős nyomon követhetőségi alapot ad szabályozott, minőségérzékeny vagy sokváltozós gyártási folyamatokban. Az IIoT-megoldások fokozatos bevezetéséről ebben a cikkben írtunk részletesebben. 

A bevezetés kritikus pontjai

A megfelelő szenzor kiválasztásánál az ár csak egy szempont. Számít az IP-védelem, a hőmérsékleti tartomány, a rezgéstűrés, az akkumulátor-élettartam, a kalibrálhatóság és a gyártói támogatás is. Egy olcsó, de gyakran cserélendő vagy nehezen paraméterezhető eszköz teljes életciklus-költsége magasabb lehet, mint egy ipari kivitelű alternatíváé.

Kiberbiztonsági oldalról a szenzorhálózatot nem szabad különálló kísérletként kezelni. Az eszközazonosítás, a titkosított kommunikáció, a hálózati szegmentálás, a frissítési eljárás és a hozzáférési jogosultságok mind részei a tervezésnek. A termelési hálózat rendelkezésre állása kiemelt szempont, ezért az IT és OT területek közös döntése nélkül a rendszer később nehezen üzemeltethető.

A Smartindynél az IoT szenzorhálózatok kialakítását nem önálló technológiaként kezeljük. A szenzorok, az adatgyűjtés, a kommunikációs infrastruktúra és a vállalati rendszerek összekapcsolása együtt adja azt a megoldást, amelyre a gyártási folyamatban ténylegesen szükség van.

Ha azt keresed, hogy egy adott gépnél vagy gyártási folyamatnál milyen adatokat lenne érdemes mérni, hogyan lehet ezeket megbízhatóan összegyűjteni, és miként kapcsolhatók a meglévő rendszerekhez, a Smartindy csapata a megoldás megtervezésében és kialakításában is tud segíteni.