Role údržby v koncepci Průmysl 4.0 – 1. část

Nicméně Česká společnost pro údržbu (ČSPÚ) a TF České zemědělské univerzity v Praze šíří osvětu aplikování myšlenek Průmyslu 4.0 do údržby ve všech vzdělávacích aktivitách od roku 2016 jak ve svých kurzech, tak i seminářích a konferencích – viz sborníky [3, 4, 5, 6, 7].

Cílem tohoto příspěvku je doporučení rozšířit koncepci Průmyslu 4.0 o detailnější pohled na koncepci Údržby 4.0.

Údržba a zajištění údržby

Podmínky pro údržbu výrobních zařízení se budou i v podmínkách Průmyslu 4.0 čím dál více zlepšovat. Výrobci se budou ještě více než dosud zaměřovat na bezporuchovost, udržovatelnost a další aspekty, nebo na celou zajištěnost údržby. Bude třeba také mnohem více sledovat provozní spolehlivost v celém životním cyklu zařízení, tj. od koncepce a stanovení požadavků, návrh a vývoj, přes výrobu, instalaci, provoz a údržbu až po vypořádání.

Pokud jde o zajištění údržby interními a externími zdroji (insourcing a outsourcing), bude mnohem citlivěji vyvažován jejich poměr podle jednoduché zásady. Insourcingem budou zajišťovány procesy, které udělám interně kvalitněji, levněji a s celoročně vytíženými vlastními údržbáři. Procesy, které budou vykonány externě ještě s vyšší kvalitou, levněji a v nichž by nebyly využity interní kapacity na 100 %, budou zajišťovány outsourcingem. Lze říci, že údržba výrobního zařízení bude i nadále ve většině případů zajišťována vyváženým smíšeným způsobem obou zdrojů údržeb.

Nepředpokládáme, že by se měnila definice údržby, jíž se míní kombinace všech technických a administrativních činností, včetně činností dozoru, zamýšlených k udržení objektu ve stavu, ve kterém provádí požadovanou funkci, nebo k obnově toho stavu.

Na druhé straně manažeři údržby budou muset věnovat mnohem větší pozornost politice údržby, která vymezuje obecný přístup pro poskytování údržby a zajištění údržby na základě cílů a politik vlastníků, uživatelů a zákazníků v průběhu celého životního cyklu objektu.

Údržbou 4.0 se rozumí údržba, která vychází ze zásad a je podporována nástroji Průmyslu 4.0. Ke klíčovým nástrojům patří:

1. Digitalizace (pasportizace strojů a zařízení)
2. Robotizace (robotizace čištění, robotizace diagnostiky integrity potrubí apod.)
3. Automatizace (automatizovaný sběr dat pro výpočet OEE, čištění, mazání apod.)
4. Internet věcí (označení pro síť složenou z fyzických strojů a řízení, vybavených elektronikou, senzory, softwarem, pohyblivými částmi a síťovou konektivitou, která umožňuje těmto strojům a zařízením se propojit a vyměňovat si data)
5. Komunikace (sběr dat, inteligentní brýle, rozšířená realita)
6. Big data (velký objem dat ze senzorů, monitorování a diagnostiky, jejich zpracování na charakteristiky spolehlivosti, dispoziční doby provozu (predikci) aj.)
7. Informační a výpočetní technologie (hardware)
8. Metody a techniky kybernetiky a umělé inteligence (predikce budoucího vývoje, např. poruch, poklesu kvality, na základě čehož je možné plánovat údržbu nebo upravit nastavení výroby) využívané pro preventivní údržbu obecně a pro prediktivní a preskriptivní údržbu zvláště (software)
9. Logistika ND (řízení struktury zásob ND, 3D tiskárny, aditivní výroba ND aj.)
10. Nové materiály (uhlíkové a jiné kompozity, lepidla, speciální těsnění, uhlíková vlákna apod.)
11. Personál – údržbáři (sociální aspekty, vzdělávání, výcvik aj.) [1, 2]

Bude to všechno zadarmo, bez vícenákladů? Určitě ne, ale předpoklad je dán hypotézou, že vložená koruna přinese časem násobně více.

Nelze očekávat, že se změní typy údržbářských úkolů zachycených na obr. 1, pouze se přesune význam na údržbu preventivní a zejména pak podle technického stavu (diagnostickou údržbu) a prediktivní (předpovídanou) údržbu – obr. 2. 

Obr. 2 Systém (strategie, politika) údržeb

Stále je třeba připomínat normovanou terminologii [8], zejména pokud jde o systémy (typy) údržeb, neboť v praxi je používána různá hantýrka.

Údržba po poruše – údržba prováděná po zjištění poruchového stavu a zaměřená na uvedení objektu do stavu, ve kterém může vykonávat požadovanou funkci.

Údržba s předem stanovenými intervaly (periodická údržba) – preventivní údržba prováděná v souladu se stanovenými časovými intervaly nebo stanoveným počtem jednotek používání (Usage Based Maintenance, mth, km, tkm, počet cyklů, m³ spotřebovaného paliva aj.), avšak bez předchozího zjišťování stavu objektu.

Údržba podle technického stavu (diagnostická údržba) je preventivní údržba, která se skládá z monitorování výkonnosti nebo parametrů a z následných opatření. Monitorování je plánováno v pravidelných intervalech (obr. 3) a rozhodování o dalším provozu je prováděno dvoustavově (vyhovuje/nevyhovuje) vůči stanovenému meznímu stavu pro obnovu a neobsahuje informaci o dispoziční době provozu.

Monitorování výkonnosti a parametrů může být časově plánováno, prováděno na požádání nebo může být nepřetržité – obr. 3, 4 a 5. Vývoj směřuje k nepřetržitému monitorování (diagnostice) pomocí různých senzorů.

Obr. 3 Plánované monitorování, Obr. 4 Monitorování na požádání, Obr. 5 Nepřetržité monitorování (MSO – mezní stav pro obnovu)

Prediktivní údržba (předpovídaná) podle stavu je prováděná na základě předpovědi odvozené z analýzy a vyhodnocení významných parametrů degradace objektu – viz obr. 6.

Obr. 6 Princip předpovídání doby provozu do mezního stavu pro obnovu (PF křivky) (1 – nepredikovatelný objekt – žárovka, pojistka apod., 2 – predikovatelný objekt – ložisko, píst aj. Jak se doba rozhodování t1 blíží k meznímu stavu pro obnovu, tak je predikce dispoziční doby provozu přesnější)

Predikování je založeno na analýze a extrapolaci parametrů degradace objektu (obr. 5, 6, 7 a 8), či na jiných sofistikovanějších metodách (např. neuronové sítě, umělá inteligence, multi-parametrické diagnostické signály a analýza aj.).

Nelineární extrapolace pomocí polynomů n-tého stupně (1) se nedoporučuje, protože není jisté, jak se bude vyvíjet předpověď trendu podle této funkce.

S(t) = a₀ + a₁t + a₂t² + … + a_ntⁿ              a_n ≠ 0  (1)

Co lze očekávat od prediktivní údržby?

Výhody:

• vyšší využití fyzického života,
• lepší předcházení výskytu poruch.

Nevýhody:

• musí být monitorován a vyhodnocován technický stav objektu,
• vícenáklady na monitorování (diagnostiku),
• obtížnější plánování – okamžik obnovy pro stejný typ objektu je různý.

Zásada: Aplikuj prediktivní údržbu všude tam, kde je to technicky možné a ekonomicky výhodné. Toto je důležitý perspektivní požadavek na údržbu. V současné době se o prediktivní údržbě hodně mluví, ale plně funkčních aplikací v provozu je pořád hodně málo.

U všech typů údržby bude stále více uplatňována proaktivní údržba, která je založena na analýze příčin, ať již potenciálních nebo reálných poruch, a na odstraňování všech nežádoucích zjištěných příčin. Např. než údržbář vymění porouchané valivé ložisko, přesvědčí se, zda příčinou poruchy a krátkého života nebyla nesouosost, vibrace nebo špatné mazání. Při uplatnění proaktivní údržby údržbář v průběhu výměny ložiska odstraní tyto nedostatky, a tím zajistí nominální (předepsaný, vypočtený) užitečný život tohoto ložiska.

Obr. 7 Lineární jednoparametrická extrapolace

Obr. 8 Nelineární jednoparametrická extrapolace

Odpovědnost managementu údržby

Manažer údržby s podporou vrcholového managementu organizace je odpovědný za zajištění, že jsou údržba a zajištění údržby poskytovány jako součást celkového plánu provozu a provozní spolehlivosti výrobního zařízení tak, aby byly splněny ekonomické provozní podmínky. Do této činnosti managementu musí být stále více zahrnovány tyto aktivity:

1. stanovení politiky údržby,
2. rozhodování o optimalizaci nákladů a přínosů mezi funkčními potřebami, způsobilostí, náklady životního cyklu a bezporuchovostí, udržovatelností a zajištěností údržby,
3. poskytování a zlepšování zdrojů údržby a zajištění údržby během etapy provozu a údržby.

Definování politiky údržby v organizacích je na nízké, nebo žádné úrovni. Požadavky na definování politiky údržby porostou. Politika údržby má minimálně stanovit, jak se bude řídit plánování, provádění, posuzování, analýza a zlepšování údržby a zajištění údržby. Cíle údržby se stanovují na základě politik organizace. Tyto cíle mohou zahrnovat pohotovost, bezpečnost, výkonnost a náklady na údržbu a mají být sděleny všem pracovníkům zapojeným do údržby a zajištění údržby včetně externích stran.

Při plánování údržby a zajištění údržby je třeba stále více uvážit, posoudit a realizovat:

1. cíle provozní spolehlivosti (pohotovosti) a cíle týkající se bezpečnosti a nařízení či předpisů,
2. systémy údržby, které se budou používat (údržba po poruše, periodická, diagnostická a prediktivní s výrazným prosazením proaktivní údržby až preskriptivní údržby),
3. metodiku optimalizace údržby s využitím metod FMECA, RCM, RCFA, matematicko-ekonomického modelování aj.,
4. zdroje, zejména personální, potřebné k zajištění a uplatnění aktualizovaných programů údržby,
5. spoluodpovědnost vrcholového managementu organizace za údržbářské činnosti a zejména za uplatnění požadavků koncepce Průmysl 4.0 i do údržby.

Plánování prediktivní údržby se stává obtížnější, neboť pro stejný objekt vychází různě velká doba provozu do údržby (do obnovy), okamžik provedení údržby je při prediktivní údržbě i pro stejný objekt variabilní. 

Autory článku jsou prof. Ing. Václav Legát, DrSc., doc. Ing. Martin Pexa, Ph.D., doc. Ing. Zdeněk Aleš, Ing. Jan Hroch; Katedra jakosti a spolehlivosti strojů TF ČZU v Praze + Česká společnost pro údržbu

Konec první části článku. Pokračování naleznete v příštím vydání časopisu.