Senzory zajišťují transparentnost a efektivitu
Společnost HARTING spoléhá při monitorování spotřeby energie na digitalizované výrobní procesy
Technologická skupina HARTING je předním světovým dodavatelem v oblasti technologií průmyslové konektivity. Po celém světě pracuje pro skupinu kolem 6200 zaměstnanců, ve 44 obchodních společnostech a 15 výrobních závodech. Tato rodinná společnost usiluje nejen o to, aby pokaždé dodávala svým zákazníkům výrobky té nejvyšší možné kvality, ale jejím cílem je také udržitelnost. Za účelem co nejefektivnější výroby a s cílem minimalizovat dopad na životní prostředí, se společnost HARTING zaměřuje, ve svém ústředí v Espelkampu, na digitalizaci svých výrobních závodů.
„Vysoká míra transparentnosti dat, které jsme dosáhli v našich třech závodech, nám dává objektivní pohled na naše výrobní procesy“, říká Thomas Kämper, vedoucí oddělení IIoT Solution & Services ve společnosti HARTING Electronics. Data z několika stovek strojů jsou odesílána na úroveň IT, kde je tým Thomase Kämpera průběžně analyzuje.
Standard pro retrofit v různorodém strojovém parku
Luca Manuel Steinmann, který pracuje jako procesní datový inženýr IIoT ve společnosti HARTING Electronics, popisuje výzvy spojené s implementací řešení centrálního vyhodnocování dat: „V našem strojovém parku máme velmi různorodé systémy s různými rozhraními a protokoly, které již nyní poskytují mnoho relevantních procesních dat a informací, např. co se týče doby cyklů nebo odstávek. Abychom tyto informace zpřístupnili pro analýzu na úrovni IT, museli jsme tato data integrovat do datové infrastruktury na úrovni OT. Přidali jsme také další senzory, např. pro monitorování chladicí vody, stlačeného vzduchu a spotřeby elektrické energie.“
Po zvážení různých standardů modernizace pro digitalizaci závodů se společnost HARTING rychle rozhodla pro řešení v podobě IO-Link. IO-Link mastery nainstalované na stroji přijímají data ze senzorů přidělaných na stroji a přenášejí tato data na úroveň IT. Toto řešení vytváří informační rozhraní mezi úrovní operačních technologií (OT), tj. stroji, a úrovní informačních technologií (IT).
Obrázek 1: Všechna data ze strojů jsou shromažďována a přenášena na úroveň IT, kde je analyzují datoví analytici společnosti HARTING.
Obrázek 2: IO-Link master shromažďuje data z připojených senzorů a přenáší je do sběrnice a do okrajové přenosové brány (gateway).
IO-Link: jeden senzor, spousta informací
„Výhody IO-Link jsou zřejmé“, říká Thomas Kämper. „Díky tomuto široce používanému otevřenému standardu můžeme snadno připojit další senzory a ještě více tak zpřesnit digitální přehled o stroji. Pomocí standardních rozhraní, jako je Modbus TCP nebo IoT Core, jsme schopni shromažďovat data standardizovaným
a intuitivním způsobem.“
Další výhoda: Senzory mohou přenášet několik důležitých procesních hodnot současně. Společnost HARTING například používá SD hlídač spotřeby tlakového vzduchu od společnosti ifm k přesnému sledování spotřeby stlačeného vzduchu. Tento senzor přenáší prostřednictvím rozhraní IO-Link nejen aktuální hodnoty průtoku, ale poskytuje také další důležité údaje, jako je tlak, teplota a celkové množství, které jsou důležité pro monitorování stlačeného vzduchu. Uveďme si příklad: Pro spolehlivý provoz strojů je obvykle vyžadován provozní tlak ve výši 6 až 6,5 baru. Pokud tato hodnota klesne, může to znamenat netěsnost potrubního systému.
Snížení nákladů díky průběžnému monitorování potrubí
Společnost ifm nabízí komplexní řadu produktů pro potrubí ve velikostech od DN8 do DN250 pro nepřetržité monitorování stlačeného vzduchu – a to od kompresoru až po stroj – a přenos dat na úroveň IT. Díky tomu je možné rychle a přesně lokalizovat a eliminovat případné ztráty tlaku v potrubním systému, což je z dlouhodobého hlediska mnohem úspornější a efektivnější než zvyšování tlaku kompresoru za účelem kompenzace tlakových ztrát: Skutečnost je taková, že pokles provozního tlaku o 1 bar může snížit náklady na energie až o 7 %. Společnost ifm díky své platformě IIoT moneo, nabízí softwarový nástroj, který automaticky vypočítá rozdíl tlaku a poskytuje tak rychlý a snadný způsob, jak odhalit netěsnosti, ucpané filtry a další problémy vedoucí k nadměrné spotřebě stlačeného vzduchu.
Cenné poznatky o systému se stlačeným vzduchem. Snadno lze rozpoznat, že: Základní spotřeba (1) i výrobní spotřeba (2) se po úniku výrazně zvýšily (3). Po odstranění úniku klesla základní spotřeba téměř na nulu (4).
SD hlídač spotřeby tlakového vzduchu je poskytován pro potrubí v rozměrech od DN8 do DN 250.
Sledování nejdražšího zdroje energie jako priorita číslo jedna
Již ve velmi rané fázi cesty k digitalizaci se společnost HARTING
zaměřila na monitorování stlačeného vzduchu.
„Stlačený vzduch je jednou z nejnákladnějších forem energie v průmyslu“, říká Luca Manuel Steinmann. „Je proto důležité pečlivě sledovat jeho spotřebu, aby bylo možné včas odhalit případné netěsnosti v systému se stlačeným vzduchem. Vzhledem k tomu, že je stlačený vzduch neviditelnou surovinou a v hlučném výrobním prostředí se úniky jen obtížně odhalují, zahájili jsme projekt, kterému říkáme ‘detekce úniků‘.“ Potenciál úspor se rychle projevil: „Na základě přenesených dat jsme u jednoho stroje zaznamenali prudký nárůst spotřeby stlačeného vzduchu. Protože byl tento nárůst patrný nejen při výrobě, ale i v pohotovostním provozu, bylo jasné, že stroj vyžaduje údržbu. Kontrola odhalila netěsnost v systému se stlačeným vzduchem. Netěsnost byla odstraněna při nejbližší možné příležitosti, což znamená, že doba údržby od zjištění netěsnosti po její odstranění se výrazně zkrátila“, říká Thomas Kämper.
Další výhodou je ve výsledku úspora energie. Tímto způsobem lze výrazně snížit finanční i energetické ztráty. Každý stroj přenáší na úroveň IT řadu naměřených hodnot.
„Zde se jednotlivé části skládačky s informacemi spojují a vytváří celkový obraz, který nám poskytuje přesný přehled o aktuálním stavu každého stroje“, říká Thomas Kämper. „V kombinaci s analýzou kvality výroby založené na kamerovém systému můžeme zaručit nejen údržbu strojů podle potřeby, ale také trvale vysokou úroveň kvality výroby. Vysoká míra transparentnosti procesů, které dosahujeme díky analýze dat, zkracuje naši reakční dobu a umožňuje cílenější plánování údržby. To vše přispívá k celkově vyšší úrovni kvality, což se projevuje i na výsledném produktu, a zároveň snižuje množství vadných výrobků.“
Umělou inteligencí optimalizovaný plány údržby.
Podle Thomase Kämpera a jeho týmu však proces optimalizace ještě zdaleka není ukončen: Analytici pracují na řešení založeném na datech, které umožní určit nejvhodnější dobu pro opravu úniku. „Okamžité zastavení stroje za účelem provedení údržby není vždy tou nejefektivnější variantou z hlediska nákladů, protože finanční ztráty způsobuje nejen únik samotný, ale také odstávka stroje. Jsem přesvědčen, že s pomocí umělé inteligence budeme v této oblasti v budoucnu efektivnější.“
Pro dosažení plné transparentnosti dat jsou všechny stroje v závodě společnosti HARTING v Espelkampu připojeny k síti.
Neexistují žádná předem hotová řešení
Shromážděná data pomáhají společnosti HARTING nejen při zajišťování kvality. Poskytují také přehled o uhlíkové stopě každého výrobku vyráběného v závodě v Espelkampu. „V roce 2017 jsme v rámci certifikace našeho systému energetického managementu podle normy ISO 50001 začali digitálně měřit a analyzovat spotřebu energie zde ve výrobě. Protože pro tuto situaci neexistovalo žádné předem hotové řešení, zapojili jsme společnost ifm jako partnera, který nám poskytl potřebné know-how a produkty. Vynikající a úzká spolupráce rychle vyústila v první digitalizační projekty.“
Jasno v CO2 – i směrem k zákazníkovi
Jak vysvětluje Thomas Kämper, informace ze senzorů a data ze strojů pomohly společnosti HARTING udělat velký krok vpřed při plnění jejího cíle dosáhnout udržitelné výroby šetřící zdroje: „Vzhledem k tomu, že každý výrobní krok od zpracování surovin až po hotový výrobek provádíme přímo u nás, můžeme přesně určit náklady na energii a uhlíkovou stopu každého hotového výrobku. Tyto informace hodláme v budoucnu předat i našim zákazníkům, abychom jim pomohli přesně určit i jejich vlastní uhlíkovou stopu.“
Přesvědčení o přidané hodnotě digitalizace
Připravují se projekty zaměřené na další zvýšení efektivity a zajištění kvality ve výrobě. „Podobně jako v případě stlačeného vzduchu hodláme pečlivě sledovat i další formy energie“, dodává Thomas Kämper. „V budoucnu plánujeme také centrálně analyzovat faktory zajištění kvality, jako jsou hodnoty chladicí kapaliny/maziva, a to např. prostřednictvím měření vodivosti.“
Přesná analýza efektivity výroby
Vzhledem k tomu, že dochází k neustálému přenosu stále větších objemů dat ze stále více strojů, lze porovnávat celé sekvence procesů: „Data nám umožňují objektivně určit, který stroj je při výrobě daného produktu nejefektivnější. Přizpůsobíme-li tomu plánování výroby, můžeme dosáhnout dalších úspor energie.“
Společnost HARTING je schopna určit spotřebu energie každého jednotlivého výrobku. To jsou cenné informace nejen pro společnost samotnou, ale také pro její zákazníky.
Závěr
S podporou od ifm udělala společnost HARTING ve svém závodě v Espelkampu velký krok k plné transparentnosti dat a díky analýze založené na IT může nyní vyrábět své vysoce kvalitní výrobky efektivněji.
