Monitorowanie stanu: brama do Przemysłu 4.0

Przemysł 4.0 odnosi się do czwartej rewolucji przemysłowej – i jest nazywany rewolucją nie bez powodu. Internet i jego możliwości łączności, wraz z Internetem rzeczy (IoT), uczeniem maszynowym i technologią sztucznej inteligencji (AI), dosłownie zmieniają sposób, w jaki zakłady produkcyjne są prowadzone i utrzymywane. Od czasu określenia celów w 2010 r. przemysł wytwórczy pracował nad wykorzystaniem automatyzacji w celu osiągnięcia wydajności na wyższym poziomie, jaką zapewniają technologie Przemysłu 4.0 i Przemysłowego Internetu rzeczy (IIoT).

Niektóre organizacje poczyniły już znaczne postępy w zakresie wdrażania tych potężnych, połączonych systemów w swoich obiektach. Ponadto wiele nowych lokalizacji włącza połączone technologie w fazie planowania, jeszcze przed zainstalowaniem aktywów.

Firmy, które przed pandemią COVID-4.0 zdecydowały się na Przemysł 19, były lepiej przygotowane na wyzwania i zakłócenia, z którymi musieli zmierzyć się producenci przemysłowi, zgodnie z badaniem przeprowadzonym przez McKinsey.

Tymczasem wiele organizacji wciąż zmaga się z pracą w przestarzałej infrastrukturze, aby sprostać nowym i ewoluującym wymaganiom, do których nigdy nie zostały zaprojektowane. Komplikując sprawę jeszcze bardziej, starsze zakłady często mają problemy z przezwyciężeniem kompartmentacji, silosów organizacyjnych i wbudowanych nawyków pracy, które mogą utrudniać adopcję IIoT.

W przypadku starszych roślin, które muszą stawić czoła tym wyzwaniom, niniejszy artykuł zapewni solidny przegląd przyczyn monitorowanie stanu jest najlepszym sposobem dla zakładów produkcyjnych na osiągnięcie celów efektywności obiecanych przez Przemysł 4.0.

Jakie są korzyści Przemysłu 4.0?

Środowiska Przemysłu 4.0 są połączone kręgosłupem połączonych systemów, tworzących inteligentną sieć maszyn i procesów. Wyobraź sobie cyfrową warstwę nad operacjami mechanicznymi i ludzkimi, która stale monitoruje, interpretuje, raportuje i w niektórych przypadkach kieruje działaniami fizycznej warstwy maszynowej.

Podczas gdy Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) już robi część tego, podobnie jak indywidualne maszyny producenta oryginalnego sprzętu (OEM) i wiele innych systemów zamkniętych, Przemysł 4.0 rzuca nam wyzwanie, aby postrzegać te systemy w kategoriach wartości ich danych operacyjnych. Dane te są niezbędne do przekształcania aktywów zakładu z indywidualnych systemów w ogólne połączone ramy wykraczające poza system realizacji produkcji (MES) i obejmujące zarządzanie aktywami przedsiębiorstwa (EAM).

Wcześni użytkownicy podejścia Przemysłu 4.0, tacy jak logistyka i zarządzanie łańcuchem dostaw, już udowodnili korzyści. Czas, aby inne obszary zakładu przyjęły nastawienie „Inteligentnej fabryki”.

Monitorowanie stanu, konserwacja predykcyjna i Przemysł 4.0

W zakresie konserwacji Przemysł 4.0 obiecuje zapewnić wyższy zwrot z inwestycji (ROI) niż kiedykolwiek wcześniej, zapewniając zespołom konserwacyjnym wgląd w czasie rzeczywistym w stan i wydajność aktywów, dzięki czemu mogą one skuteczniej planować i koncentrować zadania konserwacyjne tam, gdzie są naprawdę potrzebne. To jest znane jako konserwacja oparta na stanie i opiera się na monitorowanie stanu w czasie rzeczywistym za pomocą podłączonych czujników.

Monitorowanie stanu to proces monitorowania kluczowych danych o stanie aktywów, takich jak poziom wibracji lub temperatura, za pomocą czujników lub systemów w celu przewidywania nadchodzących awarii maszyn. Monitorowanie stanu w czasie rzeczywistym to potężna technologia Przemysłu 4.0, która zyskuje coraz większą popularność – 48% zakładów korzysta już z urządzeń podłączonych do sieci, aby ulepszyć swoje programy konserwacji, a 30% rozważa to rozwiązanie, zgodnie z badaniem z 2021 r. Inżynieria roślin.

Rozważać: Jakie dane są niezbędne do zbudowania cyfrowego obrazu stanu zdrowia roślin w czasie rzeczywistym? Skąd pochodzą te dane? Co musimy z nimi zrobić, aby były wykonalne? W przypadku operacji celem jest radykalna poprawa widoczności stanu maszyn z wystarczającą historią danych i mocą obliczeniową AI, aby generować spostrzeżenia dotyczące konserwacji i niezawodności zakładu.

Przemysł 4.0 pomaga firmom porzucić przestarzałą reaktywną konserwację i przejście na konserwację predykcyjnąKonserwacja predykcyjna wykorzystuje dane z monitorowania stanu i algorytmy uczenia maszynowego do przewidywania potrzeb konserwacyjnych w celu zapobiegania nieoczekiwanym awariom.

Lata temu rutyna konserwacji 80/20 była uważana za idealną – 80% zaplanowanej, kalendarzowej pracy i 20% bieżącej konserwacji naprawczej. Jednak wczorajsze najlepsze praktyki nie przeniosą nas w jutro. Z czasem zdaliśmy sobie sprawę, że konserwacja oparta na kalendarzu może wiązać się z ryzykiem. Czy ta śruba była dokręcona? Czy części eksploatacyjne były prawidłowo pozyskane? Czy smarowanie zostało wykonane perfekcyjnie? Co więcej, pieniądze na konserwację są często wydawane za dużo w niektórych obszarach i za mało w innych, gdy stosuje się podejście oparte na kalendarzu.

Coraz więcej organizacji preferuje podejście predykcyjne, skoncentrowane na aktywach – dzięki temu pieniądze przeznaczane na konserwację są wydawane tylko tam, gdzie jest to absolutnie konieczne. Grupa CXP w 2018 r. ustalono, że 91% przedsiębiorstw skraca czas napraw i nieplanowanych przestojów po zainwestowaniu w konserwację predykcyjną.

Technologia i procesy Przemysłu 4.0 mają na celu minimalizację nieplanowanych awarii związanych z konserwacją i zwiększenie efektywności zarządzania zapasami, pracy i napraw opartych na stanie technicznym.

Dlaczego monitorowanie stanu jest podstawą Przemysłu 4.0

Skuteczny plan monitorowania stanu jest niezbędnym przejściem do realizacji nowej wartości biznesowej w ramach Przemysłu 4.0. Kluczem do pomyślnie wdrożonego planu monitorowania stanu jest łączność danych – przepływ danych z monitora do systemów oprogramowania zespołu konserwacyjnego. Jest to również najtrudniejsza część do zrobienia. Rozwiązania analityczne są tak zaawansowane, jak ich zaplecze danych może obsłużyć. Innymi słowy, ilość i jakość dostępnych danych będzie miała wpływ na skuteczność planu monitorowania stanu.

Osiągnięcie korzyści konserwacja predykcyjna wymaga odpowiedniego systemu przechwytywania danych, który jest w stanie monitorować najważniejsze aktywa zakładu i dostarczać te znaczące dane tam, gdzie są potrzebne. W związku z tym automatyzacja przechwytywania danych jest często najbardziej realistycznym sposobem na postęp dla zespołu operacyjnego. Wiele zespołów zgłasza:

• Zbyt wiele aktywów do obsługi
• Niedobór ekspertów w zakresie niezawodności aktywów
• Zmiana z członków zespołu opartych na wiedzy specjalistycznej na członków zespołu opartych na wiedzy ogólnej
• Brak czasu

Wszystkie te wyzwania są skutecznie rozwiązywane przez wysokiej jakości system monitorowania stanu. Zespoły zazwyczaj odnoszą największe korzyści z podejścia skoncentrowanego na zasobach, w którym dane są specjalnie przechwytywane i organizowane w celu dostarczania informacji o stanie zasobów. Czujniki powinny śledzić sygnatury wibracji, temperatury i mocy dla 20% najbardziej krytycznych zasobów zakładu.  

Wiele zakładów priorytetowo traktuje wdrożenie monitoringu stanu w przypadku urządzeń, które są zbyt niebezpieczne dla standardowych procedur inspekcji i zbyt krytyczne, aby niespodziewanie uległy awarii: pompy w trudno dostępnych miejscach, obszary narażone na niebezpieczne temperatury, wentylatory sufitowe zablokowane w kanałach i wentylatory z napędem pasowym z osłonami uniemożliwiającymi dostęp do łożysk. Instalacja monitoringu stanu w tych systemach poprawia warunki bezpieczeństwa i higieny pracy oraz dostarcza wymiernych danych na temat ryzyka uszkodzenia i ostatecznie zapobiega przestojom.

Integracja systemów umożliwia komunikację między zasobami i zespołami

Same w sobie dane monitorowania stanu są niekompletne. Nie wiedzą, kiedy zasób był ostatnio serwisowany, jakie czynności zostały wykonane ani kiedy jest następny termin konserwacji. Nie widzą historii awarii zasobu, jakie części są potrzebne do wykonania konkretnych zadań i czy te części są dostępne.

Tak więc, gdy odpowiednie dane zostaną zebrane, system musi przekierować je na platformę, gdzie mogą być agregowane i integrowane z danymi z innych systemów. Tam mogą być porównywane ze wskazaniami awarii maszyn. Im więcej możemy zobaczyć z wyprzedzeniem, tym lepiej możemy się przygotować, aby uniknąć awarii maszyn.

Ciągły monitoring musi być połączony ze starannie sporządzoną historią aktywów, a także konkretnymi danymi dotyczącymi czasu pracy i awarii, aby utworzyć plan konserwacji oparty na stanie. Technicy są powiadamiani, gdy stan aktywów ulega zmianie, a praca jest priorytetyzowana na podstawie stanu aktywów w czasie rzeczywistym.

Skuteczne systemy monitorowania stanu powinny obejmować:

• Łączność danych: Dane są łączone w użyteczną formę i przechowywane w dostępnym miejscu
• Łączność systemu: Integracja danych o stanie zasobów z powiązanymi systemami używanymi przez zespoły konserwacyjne
• Łączność zespołu: Cały personel ma dostęp do informacji o majątku trwałym, co pozwala na skuteczniejsze działania konserwacyjne.

Wizualizacja planu działania na rzecz Przemysłu 4.0

Wiele operacji zaczyna się od monitorowania stanu – staje się to punktem wyjścia dla ciągłego postępu w kierunku systemów połączonych. Jeśli napotykasz wyzwania integracyjne lub ograniczenia budżetowe, postępuj zgodnie z klasycznym modelem pilotażowym – skup się na wykonalnych projektach, które rozwiązują pilne potrzeby z widocznymi korzyściami. Bądź wybiórczy i staraj się unikać uprzedzeń.

Oto trzy kluczowe zasady pozwalające na osiągnięcie postępu:  

1. Skup się na czynnikach napędzających wartość

• Myśl w perspektywie wartości, a nie technologii i skup się na kluczowych czynnikach wartości charakterystycznych dla danej branży.
• Opracuj porywającą wizję i zainspiruj organizację poprzez pilotażowe działania latarni morskich.

2. Mobilizacja organizacji

• Wdrażaj transformację odgórnie, zapewniając jasną strukturę własności przedsiębiorstwa.
• Szybko zapewnij sobie korzyści finansowe, aby już na początku udowodnić ich wartość.
• Kultywuj kulturę wysokiej elastyczności.
• Zbuduj wielofunkcyjny zespół reprezentujący różne działy i silosy.

3. Innowacja infrastruktury

• Zdefiniuj zintegrowany zestaw technologii docelowych w oparciu o szczegółową analizę status quo.
• Wybierz ścieżkę przejścia i włącz ją lokalnie przed skalowaniem globalnym.

Zacznij od małych rzeczy i szybko skaluj

Zacznij od małych rzeczy. Ograniczona grupa przeszkolona w podstawowych aspektach Przemysłu 4.0 i monitorowaniu stanu w dużym stopniu przyczyni się do kultywowania wewnętrznego wsparcia dla połączonego systemu.

Możesz łatwo wykazać skuteczność Przemysłu 4.0, ustalając mierzalne cele projektu, które nieznacznie przekraczają to, co mogą osiągnąć istniejące procesy. Upewnij się, że kadra zarządzająca wyższego szczebla w pełni popiera projekt — a jeśli pojawią się jakiekolwiek wątpliwości, zrób wszystko, aby zaangażować ich jako kierowców i pretendentów.

Zmierzanie w kierunku Przemysłu 4.0 wskazuje na nieskończone możliwości. Technologie łączą się: czujniki, sieci i moc przetwarzania poprawiają się, a ceny spadają.

Zespoły mogą teraz realnie skalować swój program monitorowania stanu poza swoje 20% najlepszych aktywów do następnego poziomu operacji, wykorzystując swoją początkową inwestycję do znacznie większych zwrotów. Zanim się obejrzysz, będziemy mówić o monitorowaniu stanu w całym zakładzie, obsługując jeszcze wyższy poziom łączności.