Vyspělou technikou k jednoduchosti

Vyspělou technikou k jednoduchosti

IoT řešení pro sledování stavu celých výrobních a zpracovatelských zařízení.

Síť typu mesh ze snímačů vibrací, brána (gateway) se SIM kartou, datová analýza v cloudu a aplikace pro mobilní i stolní zařízení: S touto kombinací vyspělé techniky a rozsáhlého know-how chce Schaeffler revolučním způsobem změnit trh se systémy sledování stavu (CMS). A to nejlepší: Každý provozovatel výrobního závodu nebo jeho poskytovatel servisu dokáže tento nový systém sám nainstalovat a bude moci monitorovat stroje a agregáty ve vlastní režii na expertní úrovni.

Ve zpracovatelských a výrobních podnicích se nezřídka až 95 % pohonů a agregátů, jako jsou čerpadla, ventilátory, kompresory a podobně, vůbec nemonitoruje nebo jejich sledování probíhá jen na bázi pochůzek s manuálním měřením. Přestože bylo v posledních letech představeno několik slibných inovací z oblasti systémů sledování stavu (CMS) pro jednoduché a trvale běžící stroje v nejrůznějších podnicích, na trhu se dosud žádné z těchto řešení ve větší míře neprosadilo. Jako překážky bránící nasazení těchto systémů uvádějí provozovatelé zejména vysoké náklady spojené s náročnými instalacemi nebo konfiguracemi, dále pak nepředvídatelné dodatečné náklady na manuální analýzy signálů informujících o vibracích a také kvalitu i vypovídací schopnost analytiky. Nový CMS Schaeffler OPTIME poprvé přináší řešení všech uvedených překážek v rámci jednoho systému. Systém OPTIME proto může revolučním způsobem změnit celou oblast sledování stavu výrobních zařízení. Když jsme ho uváděli na trh, definovali jsme konkrétní cílová odvětví. Patří k nim mimo jiné zpracovatelský průmysl, papírenský průmysl a zpracování buničiny, báňský průmysl, ocelářský průmysl, pily, potravinářství a výroba nápojů.

00170CDA s04 3c 0o 0oTakto „štíhlý“ a jednoduchý může být systém sledování stavu několika set pohonů a agregátů

Minimální náklady, maximální užitek

Použití systému OPTIME přináší následující výhody:

  • Pokud společnost přejde z měsíčně prováděného sledování na bázi pochůzek s manuálním (offline) měřením na systém CMS OPTIME, náklady klesnou výrazně pod 50 %. Zároveň se mnohonásobně zvýší počet měření připadajících na každý kontrolní bod.
  • Celoplošné a automatizované monitorování stavu.
  • Konkrétní informace o poškozených komponentách.
  • Konkrétní informace o závažnosti poškození.
  • Konkrétní doporučení v podobě pokynů ohledně toho, jak zjistit příčinu poškození.

Provozovatelé výrobních a zpracovatelských závodů se tak mohou rozhodnout, na kterých agregátech je třeba provést určité servisní práce a zda lze tyto zásahy zvládnout v rámci dostupného času, např. během plánované provozní odstávky. Průmyslová zařízení se tak výrazně přiblíží realizaci ekonomicky atraktivní koncepce Prediktivní údržby.

Dramaticky se sníží počet neplánovaných odstávek, stejně jako náklady na ně a zároveň to podniku zvýší konkurenceschopnost. Není tak už potřeba držet skladem „pro všechny případy“ nejrůznější náhradní díly a agregáty.

Systémové řešení

Systém sestává z bezdrátových snímacích jednotek s bateriovým napájením, brány (gateway) se SIM kartou, analytického softwaru na IoT hubu a aplikace, resp. webového panelu ke zprovoznění a vizualizaci výsledků analýz. Použité snímače měří vibrace a průběhy teploty, z nichž vyvozují relevantní charakteristické hodnoty (KPI). Kromě toho se automaticky propojují do sítě s topologií mesh. Přes bránu (gateway) se pak příslušná data dostanou na IoT hub společnosti Schaeffler. Tam se implementují algoritmy, které na základě KPI a časových signálů odesílají odpovídající alarmy a doporučení ohledně dalších rozhodnutí či kroků na mobilní telefon nebo do velínu.

0016BE7D s04 3c 0o 0oIdentifikace a aktivace snímače OPTIME prostřednictvím NFC

Chytrá kombinace

Po stránce koncepce se systém OPTIME od jiných monitorovacích řešení liší následující kombinací vlastností:

  1. Minimální náročnost instalace a NFC
  2. Vlastní konfigurace
  3. Vlastní konektivita
  4. Automatizovaná analýza
  5. Agregovaná vizualizace výsledků
  6. Transparentní nákladový model

Minimální náročnost instalace a NFC

Podlouhlý snímač OPTIME se na plášť stroje připevní šroubovým spojem. Není třeba instalovat elektrickou kabeláž, protože snímače mají bateriové napájení. Díky optimalizovanému datovému přenosu se dosahuje pětileté provozní životnosti baterie. Jednorázová aktivace a identifikace snímačů se provádí přes NFC (Near Field Communication) na mobilním telefonu, a to přes aplikaci OPTIME.

Vlastní konfigurace, parametrizace a zprovoznění za 2 až 5 minut

Montáž a zprovoznění snímače OPTIME lze obvykle zvládnout za několik minut. Po aktivaci snímače prostřednictvím NFC a jeho jednoznačné identifikaci pomocí ID může uživatel měřicímu bodu přidělit označení a upevnit snímač na agregátu. Následující parametrizace vyžaduje jen minimum informací. Zahrnuje výběr druhu stroje: Zda jde o kompresor, elektromotor, ventilátor, ozubený převod, řemenový pohon, čerpadlo, kladku, hřídel, vodní turbínu, či pilu; volitelně se uvádí třída ISO a dále pak to, zda se jedná o pohon s (konstantními) jmenovitými otáčkami, nebo s variabilními otáčkami. Podle vybraného druhu stroje pak aplikace provede uživatele souborem jednoduchých dotazů – například u elektromotorů je třeba zvolit „tuhé“, nebo „pružné“ upevnění.

Za jediný den tak lze bez problémů zvládnout instalaci a zprovoznění několika stovek měřicích bodů. Aby uživatel neztratil přehled, může aplikace hierarchicky uspořádat snímače, resp. stroje do více úrovní, např. čerpací stanice, čistá nádrž 3, čerpadlo 2. V rámci pilotních projektů použili zákazníci hierarchii i stávající označení např. ze svého systému plánování údržby nebo systému pro správu majetku.

0016F612 s04 3c 0o 0oJednoduché přišroubování. A hotovo. Konfigurace se provede pomocí aplikace z mobilního telefonu

Vlastní konektivita

V zájmu bezproblémového přenosu dat ze stovek snímačů OPTIME na IoT hub společnosti Schaeffler je systém OPTIME vybaven nejmodernější síťovou technologií. Snímače se spolu automaticky propojují do sítě s topologií mesh. Když má snímač výpadek nebo se mu vybije baterie, přenos dat se automaticky přesměruje na jiné, fungující snímače. Díky tomu je síť mesh systému OPTIME maximálně spolehlivá a zajišťuje trvalý přehled o aktuálním stavu celého výrobního závodu. 

Automatizovaná analýza

Analýzu vibrací provádí systém OPTIME zcela automaticky. Oproti jiným systémům monitorování vibrací nevyžaduje OPTIME žádnou náročnou konfiguraci. Prahové hodnoty pro vyvolání alarmu nemusí manuálně definovat odborník, a systém je připraven k okamžitému nasazení. Pro všechny monitorované stroje se provozovateli nebo poskytovateli servisu zobrazí informace o stavu, klasifikované do třech stupňů dle závažnosti („Suspect“, „Warning“ a „Severe“). Systém navíc nabízí i přístup k některým hodnotám KPI, kalkulovaným dle normy, jako je např. RMS („low“ a „high“), ISO („velocity“) nebo koeficient špičatosti – tzv. kurtosis („high“). Systém OPTIME se s přibývající dobou provozu podrobněji seznamuje se specifickými vlastnostmi monitorovaného stroje – a to zcela automaticky. Analýza pak vychází z kombinace automatizovaných funkcí (např. generování dynamických prahových hodnot), algoritmů pro specifické typy poškození a také funkcí strojového učení. Systém OPTIME tak umožňuje na expertní úrovni monitorovat velmi vysoký počet různých druhů strojů.

Dokáže mimo jiné identifikovat tyto nežádoucí stavy:

  • poškození valivých ložisek,
  • nevyváženosti,
  • nesprávná zarovnání,
  • kavitace u čerpadel,
  • poškození převodového ústrojí a 
  • problémy s mazáním.

Určitou zvláštností je skutečnost, že analýza probíhá bez doplňkového signálu udávajícího otáčky. Teprve díky tomu bylo možné snížit náklady na instalaci a hardware do té míry, aby bylo použití tohoto systému ekonomicky atraktivní také u značného množství měřicích bodů.

001720CC s05 3c de deSíť typu mesh systému OPTIME je nezávislá na stávající infrastruktuře IT. Tu proto není třeba pro nasazení systému OPTIME nijak přizpůsobovat

Agregovaná vizualizace výsledků

Aby byl systém OPTIME přehledný i v případě, že je nasazený u stovek měřicích bodů, nabízí nejprve agregované zobrazení výsledků analýzy. Z něj lze pak přejít na podrobnější úrovně až k jednotlivému stroji. Z informací o stavu („Suspect“, „Warning“ a „Severe“) je pak v aplikaci na první pohled zřejmé, jak si stroje ve výrobním závodě stojí. V rámci těchto informací se uživatel dozví, který agregát vyžaduje naléhavou kontrolu nebo které stroje začínají vykazovat určité anomálie. Kromě toho zjistí i to, o jaké poškození nebo anomálie se jedná a do jaké míry ohrožují produkci. Tyto informace usnadní pracovníkům údržby, aby včas přijali nákladově efektivní opatření a předešli výpadkům.

Jen několik centů na snímač a den

Automatizovaná analýza dat umožňuje udržovat náklady na monitorování stavu na mimořádně nízké úrovni. Náklady na celé řešení sestávají z výdajů za hardware a pravidelně placeného poplatku za poskytování digitálních služeb. Tento jednoduchý a předvídatelný model účtování chrání provozovatele a poskytovatele servisu před finančními překvapeními, k nimž dochází u jiných koncepcí na trhu. V současné době se totiž ještě standardně uplatňují účetní modely s jednotlivými nákladovými položkami za hardware, příslušenství, zprovoznění, přenos dat, parametrizaci, analýzu a doporučení ohledně dalších kroků.

001724E0 s04 3c 0o 0oCílovou skupinou systému OPTIME jsou provozovatelé strojů, zpracovatelských zařízení i celých výrobních závodů. Důležitou cílovou skupinu také představují profesionální poskytovatelé služeb v oblasti monitorování stavu, jakož i specialisté na techniku pohonů, kteří by chtěli své portfolio rozšířit o sledování stavu.

V rámci obvyklého životního cyklu snímače dosahují náklady několika centů za den. Schaeffler tak stanovuje nový standard, pokud jde o hospodárnost řešení pro monitorování stavu průmyslových zařízení. Plošné pokrytí tisíců strojů ve výrobním provozu se tak stává zajímavým nejen po stránce technické, ale i ekonomické. Při použití systému OPTIME ví zákazník s jistotou, za jakou cenu získá monitorování stavu zařízení s doporučeními ohledně dalších kroků – a to jako kompletní řešení na expertní úrovni.

Souhrn

Důležitým rysem softwarového řešení systému OPTIME je automatizovaná analýza dat na expertní úrovni. Tím se systém OPTIME výrazně liší od nabídek služeb mnoha servisních firem, jejichž obchodní model spočívá v nasazení vlastních specialistů. V kombinaci s minimální náročností instalace a rychlým zprovozněním lze nyní ve výrobním zařízení zajistit sledování stavu velmi vysokého počtu strojů a agregátů, u nichž dosud nebylo monitorování stavu z ekonomických důvodů dostupné. Systém OPTIME proto vykazuje díky použití nejmodernějších technologií, jako jsou algoritmy strojového učení, analýzy v cloudu, bezdrátová síť mesh a bezdrátové 3kHz nebo 5kHz snímače, velmi dobrý poměr signálu k šumu (tzv. signal to noise ratio).

Schaeffler Česká republika

Skupina Schaeffler je celosvětově lídrem mezi dodavateli pro automobilový a ostatní průmysl. Portfolio zahrnuje přesné komponenty a systémy v motorech, převodovkách a podvozcích, jakož i řešení valivých a kluzných ložisek pro řadu průmyslových použití. Prostřednictvím inovativních a udržitelných technologií v oblastech elektromobility, digitalizace a Průmyslu 4.0 skupina Schaeffler rozhodující mírou už dnes přispívá k "Mobilitě pro zítřek".

https://www.schaeffler.cz/content.schaeffler.cz/cs/index.jsp