Elke ongeplande productiestop, zelfs van individuele machines, zorgt voor extra inspanningen, hogere kosten en lagere productie. Een continue en best mogelijke toestandsbewaking, gebaseerd op data, vormt de fundamentele basis voor een maximale beschikbaarheid van machines en fabrieken.
Machinebewaking
Een essentieel gebruiksscenario is in geval een ononderbroken machinebewaking. Het doel is om met behulp van relevante gegevens zoals stroom, temperatuur of trillingen afwijkingen tijdens de werking in een vroeg stadium op te sporen, bij voorkeur om deze afwijkingen te kunnen classificeren en mogelijke fouten al vooraf te ontdekken. Dit betreft vaak tekenen van slijtage, die al vroeg en betrouwbaar worden gedetecteerd met behulp van op machine learning gebaseerde analyses. Zo is het mogelijk om service- en onderhoudswerkzaamheden tijdig te plannen, voor maximale beschikbaarheid tegen minimale kosten.
Procesbewaking
Een ander belangrijk gebruiksscenario is een voortdurende procesbewaking. Het doel is om afwijkingen van de procesparameters in een vroeg stadium op te sporen en zo nodig in te kunnen grijpen in het proces. Gebaseerd op de bestaande controleoplossing en de gegevens die gewoonlijk al beschikbaar zijn, wordt een op het model gebaseerde Machine Learning-oplossing hergebruikt om afwijkingen op te sporen en zo veel mogelijk te classificeren. Waar een op regels gebaseerde automatisering zijn grenzen bereikt, activeert ML volledig nieuwe inzichten in voorheen onbekende procestoestanden. Met als resultaat dat we eerder en gerichter kunnen ingrijpen in het proces.
Op basis van een continue bewaking van machines en fabrieken ontstaan diverse gebruiksscenario’s waaraan aandacht moet worden geschonken om te voldoen aan het doel van maximale beschikbaarheid van fabrieken, wat op zijn beurt de sleutel is tot economische productie. Uiteindelijk is de toestand van een fabriek voortdurend bekend, wat resulteert in maximale veiligheid voor de mensen die verantwoordelijk zijn voor de proces. Bovendien kunnen fouten of afwijkingen in de machinegegevens in een vroeg stadium worden gedetecteerd en kunnen de nodige maatregelen worden geroffen voordat een defect ontstaat of het systeem uitvalt.
Een toepassingsvoorbeeld is de automatische bewaking van hogesnelheidstransportbanden in de intralogistiek. Eén van de taken is om de lengte van de transportbandelementen, afhankelijk van verschillende invloedsfactoren zoals snelheid, lading, gedraaide tijd of temperatuur, te bewaken en te voorspellen. Dit omvat de vroegtijdige identificatie van afzonderlijke beschadigde kettinggebieden. Dit leidt er ook toe dat de kennis van de servicemonteurs over de toestand van het systeem wordt geïllustreerd of veiliggesteld, en dat het systeem voortdurend op basis van de gegevens wordt gecontroleerd. Tot de specifieke voordelen van een automatische bewaking behoren een verlaging van de kosten voor service en onderhoud, evenals een hogere beschikbaarheid en dus hogere productiviteit van het systeem. Met het oog op nieuwe bedrijfsmodellen wordt bijvoorbeeld de verkoop van beschikbaarheid in de vorm van nieuwe of uitgebreide service level agreements (SLA's) mogelijk gemaakt. Dergelijke IIoT-diensten leiden immers tot nieuwe zichtbare features voor de eindklanten en een dienovereenkomstig hogere klantloyaliteit.
Een andere toepassing is de automatische bewaking van ventilatoren in een productiehal voor het galvaniseren. Bij het galvaniseren is de ventilatie bij de productie van cruciaal belang. Zo ontstaat er bijvoorbeeld zuurstof-waterstofgas, dat bij kritische concentraties gevaar voor een explosie oplevert. Zure stoffen kunnen ook leiden tot corrosie van de apparatuur. Er geldt ook een verantwoordelijkheid op het gebied van gezondheid en veiligheid op het werk en de gezondheid van de werknemers. Daarom moeten de ventilatoren continu worden gecontroleerd met behulp van smart sensoren en op ML gebaseerde data-analyses. De te volgen weg is van preventief, regelgebaseerd naar toestandsafhankelijk onderhoud. Dit resulteert in een minimalisering van niet-geplande stilstandtijden in de productie en een verlaging van de kosten voor het onderhoud. Het eerste voordeel van deze typische end-to-end oplossing voor brownfield-toepassingen is een continue, automatische toestandsbewaking. Dit vormt de basis voor het verminderen of minimaliseren van inspecties, onderhoud en reparaties. In dit specifieke geval was het mogelijk om van een maandelijkse inspectie van de ventilatoren met een walk-through op het dak van de galvaniseerhal over te stappen op een halfjaarlijkse inspectie. Niet-geplande stilstandtijden konden worden teruggedrongen en de beschikbaarheid van de fabriek kon worden verhoogd. Een IoT-gebruiksscenario met specifieke voordelen.
Aan de hand van de procesgegevens en de evaluatie ervan met behulp van ML-technologieën is het in veel gevallen mogelijk om conclusies te trekken over de kwaliteit van de vervaardigde producten. Op basis van gekozen procesparameters kunnen op ML gebaseerde patronen worden herkend die kunnen worden toegewezen aan een specifieke processtatus. Afwijkingen van bijvoorbeeld tolerantiebereiken kunnen in een eerder stadium worden gecontroleerd, zodat kan worden herkend wanneer de toleranties afwijken of zullen afwijken van de voorspelling.
Slimme gegevensanalyse helpt Grenzebach bij het realiseren van real-time kwaliteitsborging en voorspellend machineonderhoud voor zijn innovatieve wrijvingsroerlassystemen. Op deze manier leveren de specialisten in de machine- en installatiebouw een bijdrage aan het verhogen van de 24/7-productie tot een nieuw niveau.
Een roterende wrijvingslas is het belangrijkste gereedschap bij het wrijvingslassen (FSW), het vernieuwende lasnaadproces dat Grenzebach heeft ontwikkeld voor lichte metalen zoals aluminium en aluminiumlegeringen. Door wrijving en druk produceert de pin de proceswarmte, die is vereist om het metaal kneedbaar te maken, die dan door een roterende beweging van de wrijvingspin langs het contactpunt wordt bewogen. Zonder de toevoer van extra lasdraad of inert gas wordt zo een massieve verbinding gemaakt, die wordt gekenmerkt door een langdurige stabiliteit en weerstand tegen vervorming. Een vereiste voor dit resultaat is dat de pin zich gedraagt zoals verwacht. Nauwkeurige trek- en drukkrachten zijn van essentieel belang voor het bereiken van de juiste mate van vervorming van het metaal. Tot nu toe werd de kwaliteitscontrole uitgevoerd door de machineoperatorr die de lasnaad visueel inspecteerde na het FSW-proces - een tijdrovende procedure waarbij het succes ook sterk afhing van de persoonlijke knowhow van de gebruiker.
Realtime bewaking tijdens het lasproces
Technologie-ontwikkelaar Dr. Carlos Paiz Gatica legt uit hoe de detectie van afwijkingen: door het vergelijken van het referentie-model en het stroomproces kan de kwaliteit in realtime worden beoordeeld. Als pionier op het gebied van Industry 4.0 maakt Grenzebach tegenwoordig gebruik van intelligente data-analyse processen die precieze voorspellingen mogelijk maken. En hiervoor gebruiken ze een op maat gemaakte industriële analyse-oplossing van Weidmüller.
Onze analysesoftware, die is aangepast aan de behoeften van Grenzebach, vergelijkt de krachten die tijdens het lasproces door de sensoren worden geregistreerd met een ideaal referentie data record. Zodra het systeem een afwijking detecteert die buiten de gedefinieerde parameters ligt, wordt de operator proces van de machine op de hoogte gesteld en weet direct dat er iets niet goed is met het lasapparaat. Handmatige inspectie van elke lasnaad is daarom niet langer nodig
Voor de bepaling van het referentiemodel werkte Weidmüller samen met de technici van Grenzebach om de datasets van enkele honderden lasnaden te beoordelen op hun relevantie en deze met behulp van intelligente data-analysemethoden te analyseren. Een aanzienlijk deel van de analyses werd geleverd door de knowhow uit Grenzebach. De software van Weidmüller kan een fout weliswaar met een zekere mate van waarschijnlijkheid voorspellen, maar daarvoor moet hij altijd vooraf zijn geclassificeerd. Alleen Grenzebach kan bepalen of een afwijking al dan niet als kritische fout moet worden geclassificeerd.
Aanbod van productkwaliteit en beschikbaarheid
De analysesoftware controleert niet alleen de kwaliteit van de lasnaden, maar registreert ook de procesparameters van elk geproduceerd onderdeel, waardoor volledige documentatie wordt geproduceerd. Dat is niet alleen een belangrijk voordeel van het juridische aspect, maar ook van de traceerbaarheid en de reproduceerbaarheid. Het systeem zorgt ook voor een tijdige waarschuwing als vervanging van de lassen pin raadzaam zou zijn. Gewapend met deze informatie kan de machineoperator het onderhoud zodanig plannen dat een eventuele stilstandtijd wordt vermeden.
"Naast het minimaliseren van afvalstoffen die kunnen ontstaan bij het breken van gereedschap, is vooral in de machine- en installatiebouw de beschikbaarheid van de machines van groot belang", benadrukt Kress.
De High-tech specialisten in Grenzebach zien nog een aantal voordelen met betrekking tot dit bedrijfsmodel: "Ten eerste kunnen we onze klanten zeer accurate en kwantificeerbare kwaliteitscontroles bieden en hen een prognose geven over de mogelijke stilstandtijd van de apparatuur, zodat op middelen en kosten kan worden bespaard. Tegelijkertijd zijn we in staat om datagestuurde diensten te implementeren en effectief gebruik te maken van de kwaliteit van het product of de beschikbaarheid van de apparatuur als verkoopargumenten", legt Michael Sieren, FSW Sales Manager bij Grenzebach uit.