Цель автоматизированной системы мониторинга – собрать в единый контур все технологические и производственные данные для перехода от управления по результатам к управлению в реальном времени. Получить достоверную информацию для уточнения планирования производства, конструирования изделий, технологической подготовки, увеличения ресурса оборудования.

div style="text-align: justify;">Цель автоматизированной системы мониторинга – собрать в единый контур все технологические и производственные данные для перехода от управления по результатам к управлению в реальном времени. Получить достоверную информацию для уточнения планирования производства, конструирования изделий, технологической подготовки, увеличения ресурса оборудования.

Применение системы мониторинга позволяет:

— выпускать продукцию в соответствии с планом (не срывать заказы);

— поддерживать стабильность технологии (уменьшить брак, недоработки, переделки), ускорить переналадку производства, оптимизировать ТП (скорость, точность, трудоёмкость, ресурсоёмкость);

— поддерживать оборудование в работоспособном состоянии, предотвращать отклонения (остановки, простои), аварии (или уменьшить их последствия);

— снизить ресурсоёмкость (рабочее и машинное время, материалоемкость, износ инструмента, незавершенное производство, брак, расходные материалы и т. д.);

— снизить нагрузку на персонал и требования к квалификации.

Компания «Экстенсив» (Екатеринбург), изучив реалии промышленных предприятий, сформулировала стандартные функции для современной системы мониторинга оборудования.

Сбор данных (источники входных данных):

— ручной ввод, когда сотрудник вводит в систему информацию, автоматическое получение которой не настроено, или экспертную оценку ситуации;

— специализированное оборудованиеВВ  (контроллеры, для сбора информации о производстве, цифровые измерительные приборы и т. п.);

— штатное оборудование (контроллеры и вычислительные устройства, являющиеся частью технологического оборудованияВВВ  и производственных линий (например: устройство ЧПУ станка);

— стандартный протокол передачи данных (использование универсальных протоколов (OPC, Euromap, MTconnect и т. п.), как правило, сопровождается потерей функциональности и эффективности);

— проприетарное ПО, разрабатываемое производителем оборудования для его использования и подключения к информационным системам;

— драйверы оборудования, разрабатываемые специально для управления устройством из информационных систем и контроля его состояния;

—внешнее оборудование (устройства, логически объединяемые в единую систему (температурные или вибродатчики, измерительные устройства и т. д.)

— внешние данные, уже собранные или обработанные другими системами.

Хранение данных в различных БД, при выборе которых учитываются характеристики СУБД, так как работа с большими объёмами данных влияет на скорость обработки и требуемую ёмкость хранения. Крупным и оборонным предприятиям необходима возможность работать с разными СУБД (избегать диктата единственного поставщика), в том числе отечественных и свободного ПО (Open Source). При выборе СУБД надо тестировать сжатие и очистку базы данных, так как эти операции нужны регулярно.

Первичная обработка «сырых» данных для получения интегрированных значений или более компактного хранения.

Анализ данных. Математический аппарат, заложенный в систему мониторинга, позволяет выявить неочевидные взаимосвязи между факторами производства, в т. ч. с применением технологий BigData, построить рейтинги производительности станков, станочников или инструмента. Ранжировать влияние на отклонения (причины брака) сырья, инструмента, исполнителей. Применять статистические методы для поддержания стабильности технологии и качества продукции.

Визуализация данных — важнейшая часть мониторинга. Светофор станка, АРМ оператора, андон-дисплей в цехах, трансляция информации через Internet должны своевременно отображать нужную информацию и сигналы, в т. ч. графики, диаграммы, таблицы, счётчики и т. п.

Вывод данных. Стандартные форматы xml, xls и pdf. Вывод в электронную почту, на печать, в промежуточные файлы. Сторонитесь кастомизированных форматов, придётся постоянно следить за их поддержкой и совместимостью.

Передача данных. Развитые системы мониторинга поддерживают Ethernet, IPV, Wi-Fi, SMS, сообщения электронной почты и мессенджеров (Telegram и т. п.) для передачи информации через очередь ОС Windows, представления Oracle, таблицы СУБД, хml и текстовые файлы, Web-интерфейс.

Учёт выработки, включая учёт числа произведённых технологических операций и затраченное на них время и ресурсы; анализ производительности в разрезе выбранного подразделения/оборудования за выбранный период.

Для достижения этих целей система мониторинга должна:

— содержать нормативно-справочную информацию, значения технологических параметров, заданных на этапе проектирования изделия, для сравнения их с фактическими значениями;

— ранжировать отклонения и причины их возникновений по частоте и степени отклонений (какие сотрудники, виды инструмента, заготовки и т. д. приводят к самым серьезным отклонениям или вызывают их чаще всего);

— сравнивать фактические параметры обработки изделия с их эталонными значениями, оценивать отклонения и формировать управляющие и информационные сигналы для персонала или других ИТ-систем.

Различают несколько видов реакции системы на отклонения. Автоматическая — отклонение обрабатывается системой, управляющие сигналы формируются и исполняются на основе алгоритмов, заложенных в системе мониторинга. Реакция с подтверждением — управляющие сигналы формируются на основе алгоритма, но исполняются только по явной команде персонала. Полуавтоматическая реакция — форма реакции на отклонение выбирается персоналом из предложенных системой вариантов. Неавтоматическая реакция — система отображает отклонения и ожидает реакции персонала, который самостоятельно определяет алгоритм реагирования.

Управление технологией обработки изделий. Значения фактических параметров производства, полученные системой мониторинга, передаются разработчикам изделий (конструкторам/технологам) непосредственно из системы мониторинга или через PLM-системы с целью дальнейшего совершенствования технологий.

Хранение управляющих программ (УП) в специальной библиотеке. Контролируются версии программ, проводится их централизованное резервное копирование. УП соотносятся с номенклатурой изделий, производственными операциями, оборудованием. Система отслеживает код УП, фактически выполняемый на станке. При этом учитывается не только имя программы, но и её содержимое (тело). На основе сравнения исходного и выполненного кода осуществляется управление версиями УП.

ТОиР. Служба главного механика часто выступает инициатором внедрения мониторинга и ожидает реализации следующих функций.

Автоматическое резервирование настроек. Все производители УЧПУ настаивают на периодическом сохранении настроек и параметров станка, «бэкап» спас многих.

Эталонная настройка — запись параметров станка (с картой температур и вибраций) при прогоне контрольной УП и периодическое сравнение параметров с эталонными, в процессе эксплуатации.

— Вибродиагностика.

— Учёт наработки оборудования в целях ППР.

— Обработка сообщений диагностических систем (ошибки УЧПУ).

— Контроль критических режимов работы оборудования и сигналы об их превышении.

— Контроль развития дефектов движущихся частей станка.

— Инициирование регламентных процедур по ТО.

Управление инструментом, включая функции библиотеки параметров инструмента, вывода инструмента на ТО по наработке, статистика наработки инструмента по производителям/моделям, контроль изменения нагрузки в серийных УП и пороговых значений, график смены инструментов в АСИ, рейтинг надёжности инструмента.

Определение длительности и ресурсоёмкости производственных операций по факту. Реальные данные позволяют строить реальные планы.

Обработка брака. Учитываются все производственные операции, следовательно, завершенные некорректно или незавершённые будут учтены для их анализа и обработки. Детали (партии деталей) произведённые с отклонениями от технологии, будут помечены для их более тщательного контроля в ОТК.

Правильно настроенная система мониторинга позволяет усовершенствовать или упростить работу всех служб, связанных с производством.

Руководитель и владелец получают информацию в обобщенном виде с возможностью детализации. Акцент на эффективности производства и сравнение текущих показателей с аналогичными показателями прошлых периодов и с плановыми. В случае надлежащей защиты, данные могут выводиться на мобильные устройства или обрабатываться помощником. Руководитель не всегда находится на предприятии и получает мощное средство дистанционного контроля.

Менеджер анализирует фактические показатели производства и обрабатывает отклонения для достижения заданной производительности; может своевременно организовать помощь специалиста (технолога, механика, контролера и т. д.) или ресурсное подкрепление (заготовки, инструмент, оснастка, транспорт, расходники, удаление отходов и т. п.).

Технолог в реальном времени контролирует параметры режимов обработки, критические нагрузки на оборудование и инструмент, фактическое время распределения режимов обработки и состояний станка.

Обычно именно технолог отвечает за подготовку УП, её тестирование, хранение, передачу в производство и обновление. Технологу доступны коды УП, фактически выполненные на станке. Можно сохранить правки оператора, либо настоять на выполнении программы без вмешательства. Можно вводить значения и переменные в код УП и получать их значения как выходные параметры системы. Технолог может управлять библиотекой УП.

Механик видит наработку оборудования (моточасы) в интересах планово-предупредительных ремонтов; сообщение о критических параметрах; критические и запредельные режимы; информацию с внешних датчиков; реестр и анализ ошибок; анализ вибраций; анализ температуры технологических узлов оборудования и рабочих жидкостей; автоматически формируются регламентные процедуры в случае запроса техпомощи.

Оператор станка получает АРМ, оснащённый приборными панелями, где:

— по каждому станку указывается состояние, режим работы, работающая УП, её версия и код изделия, данные с устройств ЧПУ совмещаются с данными производственной системы;

— отображаются производственные задания, назначенные на рабочий центр, имеется возможность их своевременного запуска;

— фиксируется факт простоя оборудования и причины простоя;

— инициируется запрос поддержки (помощь мастера, технолога, механика; запуск регламентных процедур; ресурсная поддержка при недостаче материала, инструмента, оснастки, транспорта и т.д.);

— отображается график технологических переходов, что позволяет планировать ближайшие действия, предсказывается потребность в ресурсах и рационально используется время персонала.

Служба персонала учитывает квалификационные уровни работников и имеет данные о реальных трудозатратах в привязке к результатам работы.

Служба безопасности получает сигналы о нарушениях регламентов, входящих в их компетенцию (попытки выполнения незапланированных операций или фальсификации данных).

Сервисная служба оптимизирует обслуживание станка или его восстановление после аварии, при наличии доступа к протоколам (лог-файлам) о значениях параметров перед инцидентом, проводит диагностику станка с применением автоматических процедур.

Поставщик станка сохраняет эталонные параметры, использует накопленные за период эксплуатации данные для улучшения послепродажного обслуживания и совершенствования оборудования.

Служба качества (ОТК) получает уведомление об отклонениях (inspection report), об операциях, произведённых с отступлением от технологии.

Система мониторинга описывает структуру предприятия с учётом подхода ISA-95 к описанию иерархической структуры оборудования объекта автоматизации и включает уровни: предприятия, производственная площадка (цех), подразделение (участок/линия), оборудование (рабочий центр). Поддерживается территориально-распределенная архитектура. Ядро системы устанавливается на сервере обработки. Оно включает модули: настройки системы, управления хранением данных, справочники, систему аналитики, средства визуализация, отчётов, сообщений и сигналов, безопасности и распределения прав доступа, АРМ оператора, библиотеку и редактор УП, систему вибродиагностики, систему энергоаудита. Серверы данных располагаются ближе к оборудованию, и их может быть несколько в одной системе.

В системе мониторинга предусмотрены справочники рабочих центров (в разрезе подразделений, должностей, бригад и смен), номенклатуры изделия (в привязке к управляющим программам), инструмента, причин простоев и т. д., и они должны иметь режим автономного использования и синхронизацию с профильными системами (справочники редактируются в системе мониторинга или загружаются извне).

Посредством системы мониторинга можно выдавать задания на рабочие центры в разрезе заведенной в справочники номенклатуры. Задания заводятся вручную или формируются на основе сменно-суточных заданий планируемых в MES или ERP.

Система мониторинга должна интегрироваться в единое информационное пространство предприятия, взаимодействовать с системами уровня ERP – MES – PLM – WMS – APS и иметь для этого средства коммуникации.

Испытана интеграция DPA с лидирующими в своих классах системах:

— ERP: SAP, 1C, КСТ-M3, Parus, Microsoft Dynamics AX(Axapta), ODOO, IFS;

— PLM — Siemens Teamcenter, PTC Windchill,

— MES: 1C, MEScontrol.

Методы и функции систем мониторинга, показавшие свою неэффективность.

— Дублирование функций УЧПУ аппаратными средствами. Основные разработчики переходят к прямому чтению УЧПУ. Внешние устройства используются только при оцифровывании данных с оборудования без ЧПУ.

— Анализ обработки по энергонагрузкам. Точная обработка, наиболее нуждающаяся в контроле, незначительно изменяет энергопотребление. Изменения в энергозатратах могут быть вызваны наложением косвенных факторов.

— Дублирование ввода или ручной ввод машиночитаемых данных.

— «Толстый клиент». Клиентские части, реализованные в виде отдельных систем, требуют технического сопровождения и адаптации терминалов, что ведёт к потерям.

— Полагаться на встроенные средства безопасности. Система должна иметь механизмы совместимости с внешними средствами защиты: системными службами, межсетевыми экранами, DLP-системами и др.;

— Кастомизированные справочники и форматы поддерживать дорого и опасно;

— Нераспределённые потоки данных, при значительном объеме оборудования, приведут потере в производительности системы или потребуют дополнительных затрат на критических участках;

— Ограничительные меры по использованию систем при изменении состава оборудования или по сроку лицензии недопустимы для реального производства.

— Загрузка оборудования не может быть основным показателем эффективной работы предприятия, а в случае менее чем трёхсменной работы, вообще не важна. Главным результатом предлагается избрать качество продукции и сроки исполнения заказов, минимизацию незавершённого производства или себестоимости.

Практически все серьёзные разработчики оборудования и устройств ЧПУ имеют собственные системы мониторинга: Cybermonitor — Mazak (Япония); MCIS — Siemens (Германия), интегрированная в среду цифрового предприятия;

Есть универсальные: СIMCO MDC Max (Швеция) — «родственник» популярного редактора УП СIMCO Edit; Omative (Израиль)- известный модулем анализа вибраций.

Российский рынок осваивают российские производители: СМПО Foreman, компании ЛО ЦНИТИ (Санкт -Петербург), родоначальник российского мониторинга; «АИС Диспетчер» от Станкосервис (Смоленск), ныне принадлежащий «Ренова Групп», резидент Сколково; СИНТИЗ – имеющий в основе компетенции OSTEC в анализе энергоэффективности; платформа интернета вещей Winnum, включающая модуль мониторинга оборудования, от Signum (Сколково), система Naviman, купленная «Солвер» (Воронеж), «Палантир» (бывш. «Черный ящик») компании КАМ-Инжиниринг (Ижевск); программный комплекс обработки машинных данных DPA от X-Tensive («Экстенсив», Екатеринбург), работающий как автономный продукт и как опорная часть системы управления производством MEScontrol.

В перспективе системы мониторинга станут центром технологической информации, поступающей со всех участков производства: механообработка, гальваника, эрозионная, термообработка, лазерный, плазменный и гидроабразивный раскрой, нанесение покрытий, аддитивные технологии, порошковая металлургия, термопластавтоматы, литьевые машины, манипуляторы, внутрицеховой транспорт.

Системы мониторинга скрепляют единый ИТ-ландшафт предприятия APS – MES – PLM – MDC.дам.