Jak nástroje digitální transformace přispívají ke zvyšování úrovně udržitelnosti zařízení

OBRÁZEK 1: Komplexní portfolio zařízení, nástrojů pro připojení a analytických funkcí umožňuje digitální transformaci stroje, systému nebo celého zařízení. Všechny obrázky poskytla společnost Emerson OBRÁZEK 1: Komplexní portfolio zařízení, nástrojů pro připojení a analytických funkcí umožňuje digitální transformaci stroje, systému nebo celého zařízení. Všechny obrázky poskytla společnost Emerson

Je v nejlepším zájmu podniku předcházet problémům, ještě než nastanou.

Mnoho výrobních odvětví věnuje zásadní pozornost spotřebě energie, udržitelnosti a efektivnímu využívání nástrojů digitální transformace s cílem kontrolovat své náklady a eliminovat nehospodárnou spotřebu energie.

Odhaduje se, že některá průmyslová zařízení vynakládají téměř třetinu svého energetického rozpočtu na výrobu stlačeného vzduchu pro širokou škálu aplikací. Bohužel špatně udržované a provozované systémy mohou způsobit, že značná část tohoto stlačeného vzduchu uniká, je promrhána, místo aby byla použita k pohonu procesů.

Součást, která se časem znehodnotí nebo jejíž nastavení není zcela optimalizováno, může způsobit únik stlačeného vzduchu. Výrobní procesy s nedostatečným tlakem zase mohou spotřebovávat více stlačeného vzduchu, než potřebují, což má negativní dopad na opakovatelnost a kvalitu procesu.

Jedním ze způsobů, jak tento problém řešit, je použití postupů prediktivní údržby, které identifikují komponenty, jež mohou brzy selhat nebo ze kterých může začít unikat vzduch ještě před jejich poruchou. Včasná preventivní údržba dokáže lokalizovat netěsnosti a vypočítat náležité tlakové poměry při zachování doby cyklu. K tomu je zapotřebí mít k dispozici správné informace ve správný čas.

Mnoho podniků však neví, kde začít, protože nemají k dispozici zdroje nebo nástroje, které by jim umožnily kdykoli se k těmto informacím dostat, natož k těm správným. Provozovatelé, technici nebo externí dodavatelé údržby mohou ručně shromažďovat pravidelná měření stavu zařízení, ale tyto informace nemusejí být vždy aktuální a hrozí i riziko lidské chyby. Ačkoli je ruční hlášení přesné, výsledné tabulky nebo jednorázové zprávy jsou v době, kdy se mají použít k rozhodování, často zastaralé. Proto nemusí být skutečný stav majetku přesně zdokumentován, což způsobuje, že úniky nejsou diagnostikovány a spotřeba stlačeného vzduchu se nekontrolovaně zvyšuje. Pokud je údržba prováděna, jedná se zpravidla o „havarijní údržbu“, tedy opravu zařízení při poruše, nebo o výměnu komponentů na základě časového, nikoli zdravotního stavu. Tento přístup prakticky vždy přináší vyšší náklady a neplánované prostoje a negativně ovlivňuje celkovou energetickou účinnost, včetně podnikových cílů v oblasti udržitelnosti.

Nově existuje technologie, jež nabízí lepší způsob. Díky digitální transformaci pneumatických systémů lze nyní sledovat spotřebu stlačeného vzduchu v reálném čase a získat tak cenná a využitelná data a poznatky, které mohou provozy využít k optimalizaci pneumatických procesů a k řízení efektivní prediktivní údržby. Využitím inteligentních technologií pro přijímání přesnějších rozhodnutí a okamžitých opatření lze výrazně snížit spotřebu stlačeného vzduchu, zavést efektivnější prediktivní údržbu a zjednodušit aktivity v oblasti udržitelnosti.

Transformace pneumatické technologie

Digitální transformace je pro někoho stále nová a může se zdát, že se jedná o zcela abstraktní či nejednoznačný pojem. Ve skutečnosti je tomu právě naopak.

Digitální transformace je proces, kterým prochází podnik, systém nebo jednotlivý kus zařízení a který umožňuje koncovým uživatelům vidět data v reálném čase, rozhodovat se na jejich základě a jednat na podkladě těchto informovaných rozhodnutí, díky čemuž jsou vytvářeny chytřejší stroje a systémy, jež umožňují efektivnější fungování. Jednoduše řečeno, digitální transformace přináší správné informace správnému odborníkovi ve správný čas. Eliminuje tak odhadování parametrů procesu nebo čekání na případnou poruchu zařízení.

Průmyslový internet věcí (IIoT) představuje jeden z mechanismů digitální transformace, který umožňuje uživatelům uvolnit uvězněná data prostřednictvím integrace a propojení inteligentních snímačů a přístrojů, jež umožňují procesorům pracovat chytřeji a efektivněji než kdykoli předtím.

V případě systémů stlačeného vzduchu může jít o tak jednoduchou věc, jako je přidání snímače, který měří spotřebu, nebo o tak propracovanou, jako je propojení celé linky nebo podlaží. V obou případech se otevírají dříve nedostupné úrovně dat o stlačeném vzduchu a stavu aktiv, což provozovatelům poskytuje jasnější představu o současném, minulém a možném budoucím stavu jejich pneumatického systému. Tyto odborné znalosti umožňují s jistotou přijímat informovaná rozhodnutí a pohotově jednat.

Využitím technologie za účelem automatizace a optimalizace provozních procesů uvádějí podniky do chodu nepřetržitý cyklus. Tento cyklus je rozdělen do tří fází: zobrazení, rozhodování a jednání. V aplikacích stlačeného vzduchu jsou jednotlivé fáze automatizovány pomocí různých chytrých řešení.

Fáze zobrazení: Tato fáze zahajuje cyklus, který začíná u snímače, jenž vytváří příslušné údaje kontinuálním, opakovatelným a spolehlivým způsobem. V pneumatických systémech tento proces zahrnuje snímání zrychlení a cyklů pneumatických ventilů a ovládání válců, jakož i měření objemového průtoku, tlaku, teploty, hmotnostního průtoku a rychlosti proudění stlačeného vzduchu. Taková data v reálném čase poskytují nepřetržité informace o skutečném stavu zařízení a o spotřebě energie a jsou základem pro včasné a informované rozhodování.

Fáze rozhodování: V této fázi snímač poskytuje shromážděná data řídicímu zařízení nebo bráně, kde se tyto informace průběžně seskupují v reálném čase a prezentují trendy prostřednictvím snadno interpretovatelného vizualizačního nástroje. Takto pohotové odborné znalosti umožňují operátorům činit okamžitá a chytřejší rozhodnutí, která vedou k provedení rychlejších a adekvátnějších opatření.

Fáze jednání: Nástroje na podporu mobility používané v této fázi zasílají konkrétním pracovníkům oznámení, jež předepisují jasné a nezbytné kroky, které je třeba provést na základě aktuálního stavu operací. Může se jednat o to, u kterých válců se blíží konec jejich životnosti, u kterých dochází k nárůstu zrychlení v čase nebo které již překročily cílovou dobu cyklu. Tyto pokyny umožňují pracovníkům řešit problémy dříve, než mohou zpomalit nebo zastavit provoz.

Společně tyto fáze nabízejí cennou analýzu; jejich nekonečný cyklus vytváří technologickou smyčku, která zprostředkovává činnost prediktivní údržby a zároveň neustále zvyšuje úroveň odbornosti a energetické účinnosti.

PLE2208 MAG Emerson digital transformation fig 2OBRÁZEK 2: Snímač průtoku umožňuje nepřetržitě monitorovat průtok vzduchu v pneumatických systémech a poskytuje obsluze jasné a použitelné informace o průtoku, tlaku a teplotě

Předcházení neplánovaným odstávkám

Údržba je neodmyslitelnou součástí všech průmyslových zařízení. V pneumatických systémech se ventily časem opotřebovávají a způsobují netěsnosti, jež vedou k nadměrné spotřebě stlačeného vzduchu. Některé systémy mohou být vybaveny mnoha ventily, což může komplikovat identifikaci vadného ventilu. Odstraňování problémů s netěsnostmi může být časově náročné a vzhledem k přetrvávajícímu nedostatku pracovních sil a absenci kvalifikace může být personál údržby přetížen. Nemusí být dostatek pracovníků, kteří by stihli vše, co je třeba udělat, a mohou chybět historické znalosti. Když se kvůli opravám musí zastavit výroba, může to být velmi nákladné. U středně velkých potravinářských a nápojových provozů stojí neplánované prostoje zhruba 30 000 dolarů za hodinu.

V nejlepším zájmu podniku je předcházet problémům ještě před jejich vznikem. K tomu slouží právě prediktivní údržba. Prediktivní údržba může výrazně snížit náklady na provoz a údržbu a eliminovat neplánované prostoje.

Nyní když víme, jak funguje cyklus zobrazení – rozhodování – jednání, je snadné si představit, jak digitální transformace pneumatického systému umožňuje provádět prediktivní údržbu. Uvažujme o údržbě pneumatických systémů v potravinářském a nápojovém průmyslu, kde se stlačený vzduch hojně využívá k ovládání pomocných a hygienických ventilů prostřednictvím diskrétních pilotních ventilů nebo ventilových systémů.

Pomocné a hygienické ventily lze použít k ohřevu, chlazení, dávkování nebo plnění přísad a ingrediencí do sanitárních ventilů, které přepravují spotřební zboží nebo nápoje. Připojené inteligentní snímače, řídicí jednotky a koncové brány zachycují úplnější obraz stavu ventilů a umožňují systému zjistit, kdy jsou ventily opotřebované nebo kdy se blíží konec jejich životnosti. Pokud je takový ventil detekován, systém okamžitě odešle upozornění pracovníkům údržby, kteří naplánují údržbu.

Schopnost předvídat potenciální problémy, ještě než nastanou, pomáhá snižovat neplánované prostoje, zatímco analýza příčin v reálném čase jasně předepisuje vhodná opatření. Automatizované řešení problémů a jejich analýza dále zkracují dobu údržby, prodlužují dostupnost zařízení, zvyšují produktivitu a v případě úniků šetří energii.

Cíle udržitelnosti, optimalizace energie

Dnešní chytrá pneumatická zařízení poskytují ucelenější obraz o výkonu pneumatického systému. Podniky tak lépe rozumějí tomu, jak efektivně řídit spotřebu energie prostřednictvím lokalizace a diagnostiky netěsností a optimalizace tlaku v kompresorovém systému.

Kompresory spotřebovávají na svůj provoz velké množství energie a toto množství je často větší, než je potřeba pro běžné provozní podmínky. Odhaduje se, že 20 až 30 % spotřeby energie typického pracoviště připadá na výrobu stlačeného vzduchu. Jestliže středně velké provozy často utratí za energie 2,5 milionu dolarů ročně, může se jakékoli snížení spotřeby stlačeného vzduchu rovnat značným úsporám. Čím lépe dokáže podnik sledovat úniky a vyhodnocovat provozovaný ventil, tím větší kontrolu má nad spotřebou energie. Optimalizace stlačeného vzduchu, který ventil spotřebovává, a zároveň dosažení požadované doby cyklu omezují množství práce, kterou musí kompresor vykonat, a dovolují mu spotřebovávat pouze energii, již k tomu skutečně potřebuje.

Díky digitální transformaci pneumatických systémů za účelem diagnostiky netěsností a výpočtu správných tlakových poměrů mohou podniky obvykle zaznamenat snížení spotřeby stlačeného vzduchu a nákladů na energii.

PLE2208 MAG Emerson digital transformation fig 3OBRÁZEK 3: Tento přístrojový panel pro pneumatické aplikace nabízí na jedné obrazovce přehled o výkonnosti pneumatického systému zařízení, což umožňuje rychlé a informované rozhodování, které podporuje provádění prediktivní údržby

Na cestě vpřed

Digitální transformace by měla být trvalým procesem. Bez ohledu na to, kolik chytrých technologií již podnik do svých výrobních systémů zavedl, je modernizace systémů na nejnovější generaci pneumatických systémů s digitálními technologiemi základem pro lepší přehled a kvalitnější řízení využití stlačeného vzduchu. Jedním ze způsobů, jak pokročit v transformaci pneumatické techniky, je spolupráce s dodavatelem komplexních pneumatických řešení, který nabízí osvědčené odborné znalosti, snímače a hardwarové vybavení. Odborní poskytovatelé řešení mohou ve spolupráci s podnikem identifikovat problémy a stanovit priority řešení, jež je třeba zavést. Každý výrobní systém a každé zařízení je specifické; digitální transformace funguje nejlépe, když se vyvíjí případ od případu a úzce spolupracuje s osvědčeným poskytovatelem.

Některé provozy se mohou bránit digitální transformaci nebo ji odkládat kvůli obavám z nákladů a možných narušení. Odpověď na tyto obavy zní: „Začněte v malém, pak rychle rozšiřujte.“ V rámci koncepce digitální transformace s minimálními překážkami se můžete zaměřit na jednu klíčovou oblast nebo výzvu – třeba i na jeden stroj – a pak využít získané zkušenosti k postupnému rozšiřování. Existují poskytovatelé technologií, kteří nabízejí kompletní, vertikálně integrovaná řešení, která kombinují komponenty, snímače a řídicí jednotky, jakož i analytické balíčky navržené tak, aby umožnily podnikům využívat výhod digitální transformace na úrovni, jež nejlépe odpovídá jejich jedinečným požadavkům. Pro podniky, které již ve vývoji postoupily dále, nabízejí poskytovatelé řešení, která kombinují stávající infrastrukturu snímačů a řídicích jednotek také s koncovými analytickými nástroji.

Digitální transformace může rychle přinést významnou návratnost investic díky poskytování přesnějších informací a efektivnějšímu rozhodování. Aplikace pragmatické koncepce skládající se ze tří základních fází, tj. zobrazení – rozhodování – jednání, pomáhá podnikům nastartovat jejich cestu. Výsledek: informace v reálném čase jsou shromažďovány a převáděny na užitečné analýzy a poznatky, které slouží k řízení a zlepšování postupů prediktivní údržby a k optimalizaci spotřeby energie.

Amit Patel je vedoucí manažer marketingu pro oblast digitální transformace v rámci divize Fluid Control & Pneumatics společnosti Emerson. Zaměřuje se na řízení marketingového směru a strategické vize pro obchodní segment Fluid Control & Pneumatics. Amit Patel získal bakalářský titul v oboru elektrotechniky na New Jersey Institute of Technology a je držitel titulu Six Sigma Black Belt pro zlepšování procesů pomocí statistických metodik.

Řízení a údržba průmyslového podniku

Časopis Řízení a údržba průmyslového podniku již přes 10 let patří mezi neodmyslitelný zdroj informací v oblasti průmyslové údržby a diagnostiky. Část obsahu je z pera licenčních autorů Plant Engineering z USA.

www.udrzbapodniku.cz