Elastyczność i łatwość monitorowania stanu maszyny

Eliminacja konieczności stosowania sztywnych okresów międzyserwisowych bez ryzyka przestoju produkcji – oto cel systemów monitorowania stanu. Firma Wittmann Battenfeld, we współpracy z B&R jako specjalistą w dziedzinie automatyzacji, opracowała taki system dla swoich wtryskarek. Motyw jest jasny: podstawą decyzji o zakupie maszyny nie jest już tylko jej cena, ale całkowite koszty w całym cyklu istnienia.

Dwie firmy, Wittmann i Wittmann Battenfeld, tworzą Grupę Wittmann będącą jednym z największych na świecie producentów wtryskarek, robotów i urządzeń peryferyjnych dla przemysłu przetwórstwa tworzyw sztucznych. Grupa posiada łącznie osiem zakładów produkcyjnych w pięciu krajach oraz 34 przedstawicielstwa na wszystkich głównych rynkach tworzyw sztucznych na świecie.

W mieście Kottingbrunn w Dolnej Austrii Wittmann Battenfeld konstruuje wtryskarki o sile docisku od 5 do 2 000 ton. Każdego roku produkuje się tam około 1000 wtryskarek, z których 95% trafia na eksport do klientów na całym świecie, głównie w UE. Lwia część nabywców reprezentuje przemysł motoryzacyjny (50 procent), produkcję wyrobów medycznych (15 procent) i przemysł zabawkarski.

Firma B&R, specjalizująca się w automatyce, jest jednym z głównych dostawców Wittmann Battenfeld. Producent zainstalował systemy sterowania maszyn B&R w każdej wtryskarce skonstruowanej w ciągu ostatnich 15 lat. Oprogramowanie APROL firmy B&R jest używane do monitorowania stanu od prawie trzech lat.

Przed przejściem na rozwiązania APROL, w firmie Wittmann Battenfeld sprawdzano wskazania kluczowych czujników w zaplanowanych odstępach czasu. Oprócz dalszego korzystania z coraz większej liczby czujników, firma chciała również mieć możliwość wykonywania czynności konserwacyjnych w trybie predykcyjnym. Celem było takie zastosowanie czujników wibracyjnych, aby można było jak najwcześniej zidentyfikować potencjalne awarie maszyn i urządzeń – najlepiej jeszcze zanim wystąpią. Pozwoliłoby to znacznie ograniczyć koszty utrzymania i zwiększyć dyspozycyjność. Właściwe rozwiązanie zaproponowała firma B&R. Moduły I/O nie tylko niezawodnie wykrywają potencjalne problemy związane z konserwacją, ale są także kompatybilne z dowolną topologią sterownika, ponadto łatwo je konfigurować.

Monitorowanie stanu opiera się na analizie drgań przeprowadzanej lokalnie na modułach. Wyniki zapewniają szczegółowy wgląd w mechanikę systemu i umożliwiają skuteczną ukierunkowaną optymalizację istniejących procesów. Producentowi wtryskarek ta funkcja pozwala wykrywać zanieczyszczenia spowodowane na przykład obecnością wody w oleju. Takie zanieczyszczenia, choć niewidoczne gołym okiem, mogą w ciągu kilku tygodni uszkodzić pompę. Dzięki systemowi czujników oleju, którego wskazania ocenia system APROL, problem należy już do przeszłości.

„To, co od dawna było powszechnie stosowane w turbinach wiatrowych i rafineriach, w przypadku wtryskarek było absolutną nowością. Monitorowanie stanu zaprezentowaliśmy jako pierwsi na targach K w 2016 r.” – mówi Dietmar Schabauer, szef działu obsługi technicznej klienta w Wittmann Battenfeld. „Największe korzyści odniosą zapewne klienci posiadający większe maszyny” – przewiduje Schabauer. "W ich przypadku koszt systemu monitorowania stanu łatwiej zrównoważyć oszczędnościami wynikającymi z zapobiegania przestojom.”

Wspólnie z B&R, firma Wittmann Battenfeld była w stanie przedstawić ukończony projekt monitorowania stanu po sześciu miesiącach od pierwszego spotkania. „Mieliśmy w B&R osoby specjalnie wyznaczone do kontaktów z nami i otrzymywaliśmy aktywne wsparcie – również w formie szkoleń – przez cały okres realizacji projektu. Projekt ten był dla nas przełomem, dlatego byliśmy szczególnie zadowoleni z tak dobrego przebiegu współpracy z B&R” – mówi Schabauer.

Szybka realizacja była po części możliwa dzięki zaangażowaniu wewnętrznego działu rozwoju oprogramowania firmy Wittmann Battenfeld. To właśnie tam ustalano wstępne specyfikacje, na przykład parametry przewidziane do monitorowania, pomiaru i oceny. Opracowany w ten sposób system jest obecnie stale aktualizowany i rozbudowywany, aby sprostać nowym i zmieniającym się wymaganiom klientów. „Chcieliśmy na przykład monitorować olej i temperatury w skrzyni biegów, a także wprowadzić pewne zmiany w interfejsie człowiek-maszyna. Zależało nam na równoczesnym podglądzie danych z czujników dwóch maszyn w celu bezpośredniego porównania” – wyjaśnia Schabauer. „Jednocześnie zadbaliśmy o przestrzeganie jednolitych standardów, aby utrzymać nasze długoterminowe koszty rozwoju na zrównoważonym poziomie.

Monitorowanie stanu odbywa się w trakcie procesu przebiegającego na trzech poziomach. Pierwszym poziomem jest zbieranie danych pomiarowych. W zależności od rodzaju danych, w określonych punktach pomiarowych instalowane są odpowiednie czujniki, które przekazują rzeczywiste wartości do systemów analitycznych. Możliwa jest ocena drgań, momentu obrotowego, temperatury, wilgotności, jakości oleju, natężenia przepływu lub działania ślimaka, a także wszystkich danych z szafy sterowniczej. Na drugim poziomie, zebrane dane są analizowane i przygotowywane. Sercem systemu CMS jest jednostka oceniająca, składająca się z procesora i modułu pomiarowego, który przetwarza wyniki pomiarów na zmienne analityczne. Trzeci poziom jest tym, na którym przeprowadza się ocenę danych i analizę stanu.

Obecnie możliwe jest monitorowanie i przechowywanie około 80 różnych parametrów stanu maszyny. Wartości te są przechowywane na serwerach APROL przez okres do jednego roku i mogą być wyszukiwane i porównywane retrospektywnie – co jest szczególnie pomocne w analizie dla serwisu. Do tej pory system był wykorzystywany przez samych klientów jako samodzielne rozwiązanie do monitorowania mierzonych wartości na miejscu. Długofalowym celem firmy Wittmann Battenfeld jest jednak podłączenie jej maszyn do Internetu i przesyłanie zarejestrowanych danych do klienta za pośrednictwem chmury. Dzięki temu może on otrzymywać powiadomienia o różnych stanach maszyn, np. o konieczności wymiany oleju lub konieczności wykonania usługi serwisowej.

Monitorowanie stanu stało się integralną częścią łańcucha wartości. Tylko systemy, które mogą przesyłać i analizować szczegółowe dane na temat zużycia, są w stanie przewidzieć długość pozostałego okresu eksploatacji instalacji, maszyn i komponentów.

„Sam pracowałem jako technik serwisowy przez 10 lat” – wspomina Schabauer. „W przeszłości trzeba było polegać na własnych zmysłach i osobistych doświadczeniach. Teraz każdy proces jest monitorowany cyfrowo, z dużo większą precyzją”. Obecnie klienci korzystają również z faktu, że stan maszyny jest monitorowany i oceniany automatycznie. Informacje o wszelkich zmianach w wynikach pomiarów mogą otrzymać e-mailem lub SMS-em. Dzięki temu mogą przeprowadzać ukierunkowaną konserwację bez przerywania bieżącej produkcji.

„Prototyp został bardzo dobrze przyjęty przez odwiedzających targi K w 2016 r.” – z satysfakcją informuje Schabauer. „Mogliśmy sprzedawać systemy od samego początku – zanim jeszcze ustaliliśmy cenę sprzedaży”.

Najwyraźniej można to przypisać przesunięciu punktu zainteresowania operatorów instalacji, którzy coraz częściej rozumują w kategoriach kosztów cyklu życia. Liczy się już nie tylko cena zakupu maszyny, ale wszystkie koszty, które gromadzą się w całym jej cyklu życia. W efekcie znacznie większy nacisk kładzie się na utrzymanie ciągłości pracy maszyn i ich sprawności. Jeśli klient zostanie poinformowany, że np. konserwacja będzie potrzebna w ciągu kilku dni, może włączyć to zadanie do zaplanowanego wcześniej przestawienia produkcji.