Givare säkerställer transparens och effektivitet
HARTING förlitar sig på digitaliserade produktionsprocesser för att övervaka energianvändningen
HARTING Technology Group är en ledande global leverantör av industriell anslutningsteknik. Cirka 6 200 anställda arbetar i koncernen i 44 säljbolag och på 15 produktionsanläggningar över hela världen. Förutom målet att alltid förse sina kunder med produkter av bästa möjliga kvalitet har det familjeägda företaget också engagerat sig i hållbarhetsfrågor. För att kunna producera så effektivt som möjligt och minimera sin miljöpåverkan fokuserar HARTING på digitaliseringen av sina produktionsanläggningar vid huvudkontoret i Espelkamp.
"Den höga grad av datatransparens som vi har uppnått i våra tre anläggningar gör det möjligt för oss att ta en objektiv titt på våra produktionsprocesser", säger Thomas Kämper, chef för IIoT Solutions & Services på HARTING Electronics. Flera hundra maskiner sänder sina data till IT-nivån där de kontinuerligt analyseras av Thomas Kämpers team.
Eftermonteringsstandard för en heterogen maskinpark
Luca Manuel Steinmann, Process Data Engineer IIoT på HARTING Electronics, beskriver de utmaningar som är förknippade med att implementera en central lösning för datautvärdering: "Vi har mycket heterogena system med olika gränssnitt och protokoll i vår maskinpark som redan tillhandahåller en hel del relevanta processdata och information, t.ex. om cykeltider och stilleståndstider. För att göra denna information tillgänglig för analys på IT-nivå behövde vi integrera den i datainfrastrukturen på OT-nivå. Vi har också lagt till ytterligare givare, t.ex. för övervakning av kylvatten, tryckluft och elförbrukning."
Efter att ha övervägt olika eftermonteringsstandarder för anläggningsdigitalisering valde HARTING snabbt IO-Link. IO-Link-mastrar som är installerade på maskinen tar emot data från givarna som är monterade på maskinens plats och överför dem till IT-nivån. Detta skapar informationsgränssnittet mellan den operativa tekniknivån (OT), dvs. maskinerna, och informationstekniknivån (IT).
Bild 1: Alla maskindata samlas in och överförs till IT-nivån för att analyseras av HARTINGs dataanalytiker.
Bild 2: IO-Link-mastern samlar in data från de anslutna givarna och överför dem till fältbussen och till en edge-gateway.
IO-Link: en givare, mängder av information
"Fördelarna med IO-Link är uppenbara", säger Thomas Kämper. "Tack vare denna allmänt använda öppna standard kan vi enkelt ansluta ytterligare givare för att få ytterligare skärpa i den digitala maskinbilden. Med hjälp av standardgränssnitt som Modbus TCP eller IoT Core kan vi samla in data på ett standardiserat
och intuitivt sätt."
En annan fördel: Givarna kan överföra flera viktiga processvärden samtidigt. HARTING använder t.ex. SD-tryckluftsmätaren från ifm för att exakt övervaka tryckluftsförbrukningen. Denna givare överför inte bara de aktuella flödesvärdena via IO-Link, utan ger också andra relevanta data som tryck, temperatur och total mängd, vilket är relevant för övervakning av tryckluft. För att ge ett exempel: För tillförlitlig drift kräver maskinerna vanligtvis ett arbetstryck på 6 till 6,5 bar. Om detta värde sjunker kan det tyda på en läcka i rörsystemet.
Kostnadsminskning genom kontinuerlig övervakning av rören
ifm erbjuder ett omfattande sortiment av produkter för rörstorlekar från DN8 till DN250 för kontinuerlig övervakning av tryckluft – från kompressorn till maskinen – och dataöverföring till IT-nivån. Detta gör det möjligt att snabbt och exakt lokalisera och eliminera eventuella tryckförluster i rörsystemet, vilket på lång sikt är mycket mer kostnadsbesparande och effektivt än att öka kompressorns tryck för att kompensera för tryckfall: Faktum är att en minskning av drifttrycket med 1 bar kan sänka energikostnaderna med upp till 7 procent. Med sin IIoT-plattform moneo erbjuder ifm ett mjukvaruverktyg som automatiskt beräknar tryckskillnaden, ett snabbt och enkelt sätt att upptäcka läckor, igensatta filter och andra problem som leder till för hög tryckluftsförbrukning.
Värdefulla insikter i tryckluftssystemet. Framgår klart och tydligt: Basförbrukningen (1) och produktionsförbrukningen (2) ökar markant efter att ett läckage har uppstått (3). När det elimineras sjunker basförbrukningen nästan till noll (4).
SD-tryckluftsmätaren finns för rörstorlekar från DN8 till DN250.
Övervakning av den dyraste energiresursen
Redan i ett mycket tidigt skede av sin digitaliseringsresa fokuserade HARTING
på övervakning av tryckluft.
"Tryckluft är en av de dyraste energiformerna inom industrin", säger Luca Manuel Steinmann. "Därför är det viktigt att noga övervaka förbrukningen för att tidigt kunna upptäcka eventuella läckor i tryckluftssystemet. Eftersom tryckluft är en osynlig resurs och läckor är svåra att upptäcka i bullriga produktionsmiljöer inledde vi ett projekt för läckagesökning." Besparingspotentialen blev snabbt uppenbar: "Baserat på överförda data observerade vi en kraftig ökning av tryckluftsförbrukningen vid en maskin. Eftersom ökningen inte bara var märkbar under produktion utan även i viloläge stod det klart att underhåll behövde utföras på maskinen. Vid inspektionen upptäcktes ett läckage i tryckluftssystemet. Läckan lagades vid nästa möjliga tillfälle, vilket innebar att underhållstiden från läckagesökning till reparation minskade avsevärt", säger Thomas Kämper.
En annan fördel är den energibesparing som blir resultatet. På så sätt kan både ekonomiska förluster och energiförluster minskas kraftigt. Varje maskin sänder flera mätvärden till IT-nivån.
"Det är här pusselbitarna av information samlas för att skapa en helhetsbild, vilket ger oss exakta insikter om varje maskins aktuella funktionsstatus", säger Thomas Kämper. "I kombination med den kamerabaserade analysen av produktionskvaliteten kan vi inte bara garantera ett behovsanpassat maskinunderhåll, utan också en jämn och hög produktionskvalitet. Den höga grad av processtransparens som vi uppnår genom dataanalys minskar vår svarstid och möjliggör en mer målinriktad underhållsplanering. Allt detta bidrar till en högre kvalitets- och produktionsnivå, samtidigt som mängden kasserat material minskar."
AI-optimerade underhållsscheman
Optimeringsprocessen är dock långt ifrån slutförd, enligt Thomas Kämper och hans team: Analytikerna arbetar med en databaserad lösning för att avgöra den bästa tiden för att laga en läcka. "Att omedelbart stoppa en maskin för att utföra underhåll är inte alltid det mest kostnadseffektiva alternativet, eftersom det inte bara är läckan som orsakar ekonomisk förlust, utan även maskinens stilleståndstid. Jag är övertygad om att vi med hjälp av artificiell intelligens kommer att bli mer effektiva på det här området i framtiden."
För att uppnå full datatransparens är alla maskiner på HARTINGs anläggning i Espelkamp anslutna till nätverket.
Ingen färdig lösning
De data som samlas in hjälper inte bara HARTING med kvalitetssäkringen. De ger också insikter i koldioxidavtrycket för varje produkt som tillverkas vid fabriken i Espelkamp. "Vi började mäta och analysera energiförbrukningen digitalt här i produktionen som en del av ISO 50001-certifieringen av vårt energiledningssystem 2017. Eftersom det inte fanns någon färdig lösning för den här applikationen tog vi in ifm som partner för att stödja oss med den kunskap och de produkter som behövdes. Det utmärkta och nära samarbetet resulterade snabbt i de första digitaliseringsprojekten."
Tydlighet när det gäller koldioxid – även gentemot kunden
Givarinformationen och maskindata har också hjälpt HARTING att ta ett stort steg framåt när det gäller att uppnå målet om en hållbar och resursbesparande produktion, som Thomas Kämper förklarar: "Eftersom vi utför alla produktionssteg från råvarubearbetning till färdig produkt på plats kan vi exakt fastställa energikostnaderna och koldioxidavtrycket för varje färdig produkt. Vi avser också att vidarebefordra denna information till våra kunder i framtiden för att hjälpa dem att exakt fastställa sitt eget koldioxidavtryck."
Övertygade om mervärdet av digitalisering
Projekt planeras för att ytterligare förbättra effektiviteten och kvalitetssäkringen i produktionen. "Vi har för avsikt att noga följa upp andra energiformer på samma sätt som tryckluft", säger Thomas Kämper. "Vi planerar också att i framtiden centralt analysera kvalitetssäkringsfaktorer som kyl- och smörjmedelsvärden, t.ex. genom att mäta konduktiviteten."
Exakt analys av produktionseffektiviteten
I takt med att allt fler maskiner kontinuerligt överför allt större volymer data kan hela processförlopp jämföras: "Med hjälp av data kan vi objektivt avgöra vilken maskin som är mest effektiv för att producera vilken produkt. Genom att anpassa vår produktionsplanering efter detta kan vi uppnå ytterligare energibesparingar."
HARTING har möjlighet att fastställa energiförbrukningen för varje enskild produkt. Detta är värdefull information för företaget – men också för dess kunder.
Slutsats
Med stöd av ifm har HARTING tagit ett stort steg mot full datatransparens på sin anläggning i Espelkamp och kan nu tillverka sina högkvalitativa produkter mer effektivt tack vare IT-baserad analys.
