18.10.2024
Мониторинг оборудования на участке литья пластмасс
Сложно найти область, где цифровизация не давала бы преимуществ для развития бизнеса и снижения эксплуатационных издержек. В качестве перспективного цифрового инструмента можно выделить применение IIoT-платформы для мониторинга загрузки технологического оборудования. Такое внедрение на базе облачной аналитической платформы EKF Connect Industry было реализовано силами внутренних специалистов на заводе EKF в поселке Ставрово Владимирской области. В качестве контролируемого технологического оборудования выступили ТПА на участке литья пластмасс. Аналогичное решение может быть доступно любому предприятию, имеющему схожие задачи.
Удельное энергопотребление
Удельное энергопотребление на единицу продукции демонстрирует, сколько электроэнергии затрачивается на изготовление каждого изделия. Отслеживание этого параметра позволяет более точно рассчитывать и прогнозировать себестоимость выпускаемых изделий. Кроме того, на базе данной информации можно выбирать оборудование для производства той или иной детали, исходя из реальных данных энергопотребления. Например, ТПА 1 делает меньше деталей за смену, но затраты на изготовление меньше. ТПА 2 делает детали быстрее, но удельных затрат больше, следовательно себестоимость готовой продукции выше. Дальше можно выбрать, какой ТПА более предпочтителен для производства нужного изделия.
Распространенные подходы к подсчету себестоимости, а именно расчет времени цикла и номинальной потребляемой мощности ТПА (паспортная), не дают адекватных цифр, так как присутствует ряд меняющихся параметров. Подстановка паспортных данных ТПА в формулы расчета дает большую погрешность. Такие данные не могут быть использованы при планировании, поэтому необходим индивидуальный контроль уровня энергопотребления для каждого ТПА.
Загрузка и готовность оборудования
Для понимания текущей и потенциальной загруженности средств производства специалистам завода EKF необходимо было понимать, какое оборудование и в какое время функционирует, а также какой режим работы запущен. Данные о том, что эксплуатируемые машины задействованы на 60% или 90%, серьезно повышают прозрачность производственного процесса. Если оборудование не загружено, можно с уверенностью сказать, что у участка есть запас для наращивания количества изготавливаемых деталей. Если загрузка приближается к верхней планке, то такой производственный участок становится «узким горлышком», и повысить его производительность можно только путем изменения процессов или закупки нового оборудования.
Некоторые производители ТПА предоставляют облачное программное обеспечение для контроля работы оборудования, реализуемое, например, в мобильных приложениях. Однако, как правило, это зарубежные вендоры, поэтому возникает ряд следующих ограничений, мешающих полноценному использованию сервиса:
— отсутствует оперативная поддержка от вендора или его представителя. ПО относится к сложным техническим решениям, поэтому квалифицированная поддержка необходима, но она находится за рубежом. Причем часто покупатели из РФ не являются приоритетной целевой аудиторией вендора;
— сервера ПО находятся за границей, а в период действующих санкций это создает огромные риски, связанные как с информационной безопасностью, так и с работоспособностью системы;
— интеграция с ERP-системами, развернутыми в РФ, сложна, а часто и невозможна;
— нет возможности вносить специфические изменения в программу или добавлять другое оборудование;
— взаимодействие ПО с оборудованием непрозрачно и непонятно. Протоколы закрыты, управляющие команды могут поступать на оборудование извне, и специалисты предприятия не в состоянии что-либо изменить.
Все эти особенности затрудняли использование на предприятии в Ставрово зарубежного сервиса, при этом одним из ключевых стоп-факторов являлась некорректность определения уровня загрузки оборудования, так как перевод ТПА в определенный режим работы интерпретировался системой как «Работа». В итоге коэффициент использования машин был завышен на 25-35%, что мешало как планированию производства, так и разработке решений по увеличению производительности.
Этапы решения проблемы
Для организации мониторинга удельных энергозатрат специалисты EKF решили задачу, связанную с контролем загрузки оборудования. Данное решение оказалось универсальным и позволило выполнить несколько задач.
На первом этапе для контроля энергозатрат на питающую линию каждого ТПА установили многофункциональный измеритель электрических параметров (МФИ) — в Ставрово был применен EKF SM-G33H. Прибор в реальном времени измеряет все параметры электрической сети: напряжения, токи, мощность, потребление, высокочастотные гармоники и многие другие. Все результаты измерения МФИ может передавать по встроенному интерфейсу RS-485 мастеру сети, в качестве которого выступает сервер OPC UA.
Сервер OPC UA подключается к облачной платформе EKF Connect Industry, которая выступает в качестве клиента OPC UA. Таким образом, подключив МФИ к IIoT-платформе, можно в любой момент времени контролировать уровень энергопотребления каждого ТПА за любой промежуток времени. Далее посредством экспорта эти данные могут передаваться в ERP-систему, которая вычислит удельные энергозатраты и себестоимость продукции.
Результатом внедрения рассмотренного решения стала возможность контролировать потребление любого ТПА с частотой один раз в минуту. Поток данных также позволил осуществлять дополнительные вычисления для контроля состояния машины.
На втором этапе данные о ежеминутном потреблении пропускались через ИИ и статистические алгоритмы, благодаря которым определялись режимы работы оборудования «Работа/Простой/Выключено», после чего для мастера участка и аналитиков выводилась информация в разных разрезах. Например: текущее состояние оборудования — ТПА готово или не готово. Эта информация нужна для составления плана производства на смену. Также показывался коэффициент загрузки оборудования в процентах. Эти сведения позволяют определять, насколько эффективно эксплуатируется оборудование.
Выгоды от внедрения и планы по развитию
Сотрудникам предприятия EKF в Ставрово IIoT-платформа помогла точнее рассчитывать удельную себестоимость произведенной продукции и контролировать загрузку оборудования. За 7 месяцев пилотной эксплуатации удалось повысить загрузку оборудования на 8%, уменьшить время планирования сменных заданий и в целом повысить прозрачность процесса производства. Это поможет более четко планировать производство в будущем.
Описанная платформа является достаточно гибкой и позволяет самостоятельно, с помощью встроенных скриптов на языке Python, реализовать различные аналитические алгоритмы, поэтому можно с уверенностью сказать, что пилотное внедрение — только начало усовершенствований. В ближайшее время планируется подключение всех ТПА и другого оборудования, участвующего в производственной цепочке.
Также специалисты EKF планируют наладить более плотное взаимодействие с ERP и MES-системами для простого формирования сменных заданий и контроля общего коэффициента использования оборудования (OEE). Невозможно не упомянуть, что универсальность и гибкость платформы позволяет контролировать внутренние параметры оборудования и применять эти знания для планирования работ по техническому обслуживанию и ремонту оборудования (ТОиР).
Посмотреть в журнале
Андрей ЕЛЬЦОВ,
руководитель направления
отраслевых решений, EKF
Для повышения эффективности производства технологические процессы выстраиваются таким образом, чтобы максимально облегчить управляемость и предсказуемость выполнения заказов. Участок ТПА входит в цепочку поставки готовой продукции, и чем прозрачнее его функционирование, тем более качественно и своевременно предприятие отгружает продукты. Для обеспечения управляемости процессов было выделено несколько критериев для отслеживания раз в смену, а при необходимости чаще.
Удельное энергопотребление на единицу продукции демонстрирует, сколько электроэнергии затрачивается на изготовление каждого изделия. Отслеживание этого параметра позволяет более точно рассчитывать и прогнозировать себестоимость выпускаемых изделий. Кроме того, на базе данной информации можно выбирать оборудование для производства той или иной детали, исходя из реальных данных энергопотребления. Например, ТПА 1 делает меньше деталей за смену, но затраты на изготовление меньше. ТПА 2 делает детали быстрее, но удельных затрат больше, следовательно себестоимость готовой продукции выше. Дальше можно выбрать, какой ТПА более предпочтителен для производства нужного изделия.
Распространенные подходы к подсчету себестоимости, а именно расчет времени цикла и номинальной потребляемой мощности ТПА (паспортная), не дают адекватных цифр, так как присутствует ряд меняющихся параметров. Подстановка паспортных данных ТПА в формулы расчета дает большую погрешность. Такие данные не могут быть использованы при планировании, поэтому необходим индивидуальный контроль уровня энергопотребления для каждого ТПА.
Загрузка и готовность оборудования
Для понимания текущей и потенциальной загруженности средств производства специалистам завода EKF необходимо было понимать, какое оборудование и в какое время функционирует, а также какой режим работы запущен. Данные о том, что эксплуатируемые машины задействованы на 60% или 90%, серьезно повышают прозрачность производственного процесса. Если оборудование не загружено, можно с уверенностью сказать, что у участка есть запас для наращивания количества изготавливаемых деталей. Если загрузка приближается к верхней планке, то такой производственный участок становится «узким горлышком», и повысить его производительность можно только путем изменения процессов или закупки нового оборудования.
Некоторые производители ТПА предоставляют облачное программное обеспечение для контроля работы оборудования, реализуемое, например, в мобильных приложениях. Однако, как правило, это зарубежные вендоры, поэтому возникает ряд следующих ограничений, мешающих полноценному использованию сервиса:
— отсутствует оперативная поддержка от вендора или его представителя. ПО относится к сложным техническим решениям, поэтому квалифицированная поддержка необходима, но она находится за рубежом. Причем часто покупатели из РФ не являются приоритетной целевой аудиторией вендора;
— сервера ПО находятся за границей, а в период действующих санкций это создает огромные риски, связанные как с информационной безопасностью, так и с работоспособностью системы;
— интеграция с ERP-системами, развернутыми в РФ, сложна, а часто и невозможна;
— нет возможности вносить специфические изменения в программу или добавлять другое оборудование;
— взаимодействие ПО с оборудованием непрозрачно и непонятно. Протоколы закрыты, управляющие команды могут поступать на оборудование извне, и специалисты предприятия не в состоянии что-либо изменить.
Все эти особенности затрудняли использование на предприятии в Ставрово зарубежного сервиса, при этом одним из ключевых стоп-факторов являлась некорректность определения уровня загрузки оборудования, так как перевод ТПА в определенный режим работы интерпретировался системой как «Работа». В итоге коэффициент использования машин был завышен на 25-35%, что мешало как планированию производства, так и разработке решений по увеличению производительности.
Этапы решения проблемы
Для организации мониторинга удельных энергозатрат специалисты EKF решили задачу, связанную с контролем загрузки оборудования. Данное решение оказалось универсальным и позволило выполнить несколько задач.
На первом этапе для контроля энергозатрат на питающую линию каждого ТПА установили многофункциональный измеритель электрических параметров (МФИ) — в Ставрово был применен EKF SM-G33H. Прибор в реальном времени измеряет все параметры электрической сети: напряжения, токи, мощность, потребление, высокочастотные гармоники и многие другие. Все результаты измерения МФИ может передавать по встроенному интерфейсу RS-485 мастеру сети, в качестве которого выступает сервер OPC UA.
Сервер OPC UA подключается к облачной платформе EKF Connect Industry, которая выступает в качестве клиента OPC UA. Таким образом, подключив МФИ к IIoT-платформе, можно в любой момент времени контролировать уровень энергопотребления каждого ТПА за любой промежуток времени. Далее посредством экспорта эти данные могут передаваться в ERP-систему, которая вычислит удельные энергозатраты и себестоимость продукции.
Результатом внедрения рассмотренного решения стала возможность контролировать потребление любого ТПА с частотой один раз в минуту. Поток данных также позволил осуществлять дополнительные вычисления для контроля состояния машины.
На втором этапе данные о ежеминутном потреблении пропускались через ИИ и статистические алгоритмы, благодаря которым определялись режимы работы оборудования «Работа/Простой/Выключено», после чего для мастера участка и аналитиков выводилась информация в разных разрезах. Например: текущее состояние оборудования — ТПА готово или не готово. Эта информация нужна для составления плана производства на смену. Также показывался коэффициент загрузки оборудования в процентах. Эти сведения позволяют определять, насколько эффективно эксплуатируется оборудование.
Выгоды от внедрения и планы по развитию
Сотрудникам предприятия EKF в Ставрово IIoT-платформа помогла точнее рассчитывать удельную себестоимость произведенной продукции и контролировать загрузку оборудования. За 7 месяцев пилотной эксплуатации удалось повысить загрузку оборудования на 8%, уменьшить время планирования сменных заданий и в целом повысить прозрачность процесса производства. Это поможет более четко планировать производство в будущем.
Описанная платформа является достаточно гибкой и позволяет самостоятельно, с помощью встроенных скриптов на языке Python, реализовать различные аналитические алгоритмы, поэтому можно с уверенностью сказать, что пилотное внедрение — только начало усовершенствований. В ближайшее время планируется подключение всех ТПА и другого оборудования, участвующего в производственной цепочке.
Также специалисты EKF планируют наладить более плотное взаимодействие с ERP и MES-системами для простого формирования сменных заданий и контроля общего коэффициента использования оборудования (OEE). Невозможно не упомянуть, что универсальность и гибкость платформы позволяет контролировать внутренние параметры оборудования и применять эти знания для планирования работ по техническому обслуживанию и ремонту оборудования (ТОиР).
ВИЗИТНАЯ КАРТОЧКА
EKF — российский производитель электрооборудо-
вания, комплексных энергоэффективных решений по
электроснабжению промышленных предприятий, граж-
данских и инфраструктурных объектов, а также разра-
ботчик отечественного ПО под собственным брендом:
умный дом EKF Connect Home и IIoT EKF Connect Industry
для промышленности.
EKF обладает в России четырьмя логистическими ком-
плексами, которые позволяют осуществлять поставки в
срок и в полном объеме. Все склады переведены на про-
граммное решение WMS, которое помогает управлять
ежедневными складскими операциями от момента, когда
товары или материалы попадают в центр распределения
или выполнения заказов, до непосредственной отправки.
Номенклатура электротехнической продукции EKF
включает более 19 тыс. наименований, среди которых
модульное и силовое оборудование, корпуса электрощи-
тов, оборудование среднего напряжения, оборудование
и решения для автоматизации технологических процес-
сов и многое другое.
Посмотреть в журнале