Elke ongeplande productiestop, zelfs van individuele machines, zorgt voor extra inspanningen, hogere kosten en lagere productie. Een continue en best mogelijke toestandsbewaking, gebaseerd op data, vormt de fundamentele basis voor een maximale beschikbaarheid van machines en fabrieken.
Machinebewaking
Een essentieel gebruiksscenario is in geval een ononderbroken machinebewaking. Het doel is om met behulp van relevante gegevens zoals stroom, temperatuur of trillingen afwijkingen tijdens de werking in een vroeg stadium op te sporen, bij voorkeur om deze afwijkingen te kunnen classificeren en mogelijke fouten al vooraf te ontdekken. Dit betreft vaak tekenen van slijtage, die al vroeg en betrouwbaar worden gedetecteerd met behulp van op machine learning gebaseerde analyses. Zo is het mogelijk om service- en onderhoudswerkzaamheden tijdig te plannen, voor maximale beschikbaarheid tegen minimale kosten.
Procesbewaking
Een ander belangrijk gebruiksscenario is een voortdurende procesbewaking. Het doel is om afwijkingen van de procesparameters in een vroeg stadium op te sporen en zo nodig in te kunnen grijpen in het proces. Gebaseerd op de bestaande controleoplossing en de gegevens die gewoonlijk al beschikbaar zijn, wordt een op het model gebaseerde Machine Learning-oplossing hergebruikt om afwijkingen op te sporen en zo veel mogelijk te classificeren. Waar een op regels gebaseerde automatisering zijn grenzen bereikt, activeert ML volledig nieuwe inzichten in voorheen onbekende procestoestanden. Met als resultaat dat we eerder en gerichter kunnen ingrijpen in het proces.
Op basis van een continue bewaking van machines en fabrieken ontstaan diverse gebruiksscenario’s waaraan aandacht moet worden geschonken om te voldoen aan het doel van maximale beschikbaarheid van fabrieken, wat op zijn beurt de sleutel is tot economische productie. Uiteindelijk is de toestand van een fabriek voortdurend bekend, wat resulteert in maximale veiligheid voor de mensen die verantwoordelijk zijn voor de proces. Bovendien kunnen fouten of afwijkingen in de machinegegevens in een vroeg stadium worden gedetecteerd en kunnen de nodige maatregelen worden geroffen voordat een defect ontstaat of het systeem uitvalt.
Een toepassingsvoorbeeld is de automatische bewaking van hogesnelheidstransportbanden in de intralogistiek. Eén van de taken is om de lengte van de transportbandelementen, afhankelijk van verschillende invloedsfactoren zoals snelheid, lading, gedraaide tijd of temperatuur, te bewaken en te voorspellen. Dit omvat de vroegtijdige identificatie van afzonderlijke beschadigde kettinggebieden. Dit leidt er ook toe dat de kennis van de servicemonteurs over de toestand van het systeem wordt geïllustreerd of veiliggesteld, en dat het systeem voortdurend op basis van de gegevens wordt gecontroleerd. Tot de specifieke voordelen van een automatische bewaking behoren een verlaging van de kosten voor service en onderhoud, evenals een hogere beschikbaarheid en dus hogere productiviteit van het systeem. Met het oog op nieuwe bedrijfsmodellen wordt bijvoorbeeld de verkoop van beschikbaarheid in de vorm van nieuwe of uitgebreide service level agreements (SLA's) mogelijk gemaakt. Dergelijke IIoT-diensten leiden immers tot nieuwe zichtbare features voor de eindklanten en een dienovereenkomstig hogere klantloyaliteit.
Een andere toepassing is de automatische bewaking van ventilatoren in een productiehal voor het galvaniseren. Bij het galvaniseren is de ventilatie bij de productie van cruciaal belang. Zo ontstaat er bijvoorbeeld zuurstof-waterstofgas, dat bij kritische concentraties gevaar voor een explosie oplevert. Zure stoffen kunnen ook leiden tot corrosie van de apparatuur. Er geldt ook een verantwoordelijkheid op het gebied van gezondheid en veiligheid op het werk en de gezondheid van de werknemers. Daarom moeten de ventilatoren continu worden gecontroleerd met behulp van smart sensoren en op ML gebaseerde data-analyses. De te volgen weg is van preventief, regelgebaseerd naar toestandsafhankelijk onderhoud. Dit resulteert in een minimalisering van niet-geplande stilstandtijden in de productie en een verlaging van de kosten voor het onderhoud. Het eerste voordeel van deze typische end-to-end oplossing voor brownfield-toepassingen is een continue, automatische toestandsbewaking. Dit vormt de basis voor het verminderen of minimaliseren van inspecties, onderhoud en reparaties. In dit specifieke geval was het mogelijk om van een maandelijkse inspectie van de ventilatoren met een walk-through op het dak van de galvaniseerhal over te stappen op een halfjaarlijkse inspectie. Niet-geplande stilstandtijden konden worden teruggedrongen en de beschikbaarheid van de fabriek kon worden verhoogd. Een IoT-gebruiksscenario met specifieke voordelen.
Aan de hand van de procesgegevens en de evaluatie ervan met behulp van ML-technologieën is het in veel gevallen mogelijk om conclusies te trekken over de kwaliteit van de vervaardigde producten. Op basis van gekozen procesparameters kunnen op ML gebaseerde patronen worden herkend die kunnen worden toegewezen aan een specifieke processtatus. Afwijkingen van bijvoorbeeld tolerantiebereiken kunnen in een eerder stadium worden gecontroleerd, zodat kan worden herkend wanneer de toleranties afwijken of zullen afwijken van de voorspelling.
Slimme gegevensanalyse helpt Grenzebach bij het realiseren van real-time kwaliteitsborging en voorspellend machineonderhoud voor zijn innovatieve wrijvingsroerlassystemen. Op deze manier leveren de specialisten in de machine- en installatiebouw een bijdrage aan het verhogen van de 24/7-productie tot een nieuw niveau.
Een roterende wrijvingslas is het belangrijkste gereedschap bij het wrijvingslassen (FSW), het vernieuwende lasnaadproces dat Grenzebach heeft ontwikkeld voor lichte metalen zoals aluminium en aluminiumlegeringen. Door wrijving en druk produceert de pin de proceswarmte, die is vereist om het metaal kneedbaar te maken, die dan door een roterende beweging van de wrijvingspin langs het contactpunt wordt bewogen. Zonder de toevoer van extra lasdraad of inert gas wordt zo een massieve verbinding gemaakt, die wordt gekenmerkt door een langdurige stabiliteit en weerstand tegen vervorming. Een vereiste voor dit resultaat is dat de pin zich gedraagt zoals verwacht. Nauwkeurige trek- en drukkrachten zijn van essentieel belang voor het bereiken van de juiste mate van vervorming van het metaal. Tot nu toe werd de kwaliteitscontrole uitgevoerd door de machineoperatorr die de lasnaad visueel inspecteerde na het FSW-proces - een tijdrovende procedure waarbij het succes ook sterk afhing van de persoonlijke knowhow van de gebruiker.
Realtime bewaking tijdens het lasproces
Technologie-ontwikkelaar Dr. Carlos Paiz Gatica legt uit hoe de detectie van afwijkingen: door het vergelijken van het referentie-model en het stroomproces kan de kwaliteit in realtime worden beoordeeld. Als pionier op het gebied van Industry 4.0 maakt Grenzebach tegenwoordig gebruik van intelligente data-analyse processen die precieze voorspellingen mogelijk maken. En hiervoor gebruiken ze een op maat gemaakte industriële analyse-oplossing van Weidmüller.
Onze analysesoftware, die is aangepast aan de behoeften van Grenzebach, vergelijkt de krachten die tijdens het lasproces door de sensoren worden geregistreerd met een ideaal referentie data record. Zodra het systeem een afwijking detecteert die buiten de gedefinieerde parameters ligt, wordt de operator proces van de machine op de hoogte gesteld en weet direct dat er iets niet goed is met het lasapparaat. Handmatige inspectie van elke lasnaad is daarom niet langer nodig
Voor de bepaling van het referentiemodel werkte Weidmüller samen met de technici van Grenzebach om de datasets van enkele honderden lasnaden te beoordelen op hun relevantie en deze met behulp van intelligente data-analysemethoden te analyseren. Een aanzienlijk deel van de analyses werd geleverd door de knowhow uit Grenzebach. De software van Weidmüller kan een fout weliswaar met een zekere mate van waarschijnlijkheid voorspellen, maar daarvoor moet hij altijd vooraf zijn geclassificeerd. Alleen Grenzebach kan bepalen of een afwijking al dan niet als kritische fout moet worden geclassificeerd.
Aanbod van productkwaliteit en beschikbaarheid
De analysesoftware controleert niet alleen de kwaliteit van de lasnaden, maar registreert ook de procesparameters van elk geproduceerd onderdeel, waardoor volledige documentatie wordt geproduceerd. Dat is niet alleen een belangrijk voordeel van het juridische aspect, maar ook van de traceerbaarheid en de reproduceerbaarheid. Het systeem zorgt ook voor een tijdige waarschuwing als vervanging van de lassen pin raadzaam zou zijn. Gewapend met deze informatie kan de machineoperator het onderhoud zodanig plannen dat een eventuele stilstandtijd wordt vermeden.
"Naast het minimaliseren van afvalstoffen die kunnen ontstaan bij het breken van gereedschap, is vooral in de machine- en installatiebouw de beschikbaarheid van de machines van groot belang", benadrukt Kress.
De High-tech specialisten in Grenzebach zien nog een aantal voordelen met betrekking tot dit bedrijfsmodel: "Ten eerste kunnen we onze klanten zeer accurate en kwantificeerbare kwaliteitscontroles bieden en hen een prognose geven over de mogelijke stilstandtijd van de apparatuur, zodat op middelen en kosten kan worden bespaard. Tegelijkertijd zijn we in staat om datagestuurde diensten te implementeren en effectief gebruik te maken van de kwaliteit van het product of de beschikbaarheid van de apparatuur als verkoopargumenten", legt Michael Sieren, FSW Sales Manager bij Grenzebach uit.
De toestandsbewaking leidt direct tot het concrete voordeel dat de service en het onderhoud van de machines en systemen wordt verbeterd. In de toekomst zullen service en onderhoud niet langer preventief of reactief zijn, maar al naargelang de toestand worden uitgevoerd. Als een machinefabrikant kunnen hieruit nieuwe bedrijfsmodellen worden ontwikkeld, bijvoorbeeld het aanbieden van nieuwe service level agreements (SLA) op basis van vroegtijdige informatie over de toestand van de machine en dienovereenkomstig snellere reactietijden of als een preventieve service voordat een storing optreedt. Als operator kan de behoefte aan service en onderhoud met behulp van de geïntegreerde analysefunctie in een vroeg stadium worden vastgesteld. Hierdoor kunnen noodzakelijke activiteiten in een vroeg stadium worden gepland, kunnen ongeplande stilstandtijden worden geminimaliseerd, kunnen personeelskosten worden verlaagd en kan het beheer van reserveonderdelen worden geoptimaliseerd.
Om fouten en operationele afwijkingen aan het licht te brengen voordat ze zich voordoen, implementeert de compressorfabrikant Boge Weidmüller software voor voorspellend onderhoud.
De start van het gemeenschappelijk project met Weidmüller voor voorspellend onderhoud van compressoren was eerder in oktober 2016. "We hebben eerst een haalbaarheidsstudie uitgevoerd naar de vraag of de software van Weidmüller geschikt was voor het detecteren van relevante fouten", legt Georg Jager uit, Turbomachinery Team Leader in Boge. "Het is nu duidelijk dat abnormale statussen en fouten met absolute betrouwbaarheid worden gedetecteerd dankzij de aangepaste analyseoplossing", vervolgt Jager. Voordat dit kon gebeuren, voerden de specialisten van Weidmüller een uitgebreide analyse van de gegevens uit. Op basis van de resultaten werd een individuele analyseoplossing ontwikkeld voor de eisen van Boges nieuwe top product, de hogesnelheidsturbocompressor (HST). De taak werd duidelijk geformuleerd: Welke gegevens zijn van belang voor het voorspellen van specifieke schade aan de compressor?
Gerichte selectie en beoordeling van gegevens
De High-Speed Turbo Compressor (HST) van Boge werkt absoluut olievrij en stelt nieuwe normen in de productie van olievrije perslucht. Bij het ontwikkelen van de compressor werd de maximale efficiëntie op het gebied van werking en onderhoud als doel gesteld. De compressoren worden aangedreven door een motor met permanente magneet en een hoge energiedichtheid. Een bijzonder kenmerk van de HST-compressor van BOGE is een geïntegreerde luchtondersteunde aandrijfas - de voorwaarde voor extreem hoge snelheden tot ver voorbij 100.000 rotaties. De schacht drijft een titanium waaier aan, die samen met een speciale behuizing voor een uiterst effectieve aanmaak van perslucht zorgt. Alle gegevens waren afkomstig van technische meetcomponenten die al aanwezig waren in de compressor, zodat achteraf geen sensoren ingebouwd hoefden te worden.
Om de ingestelde waarden te kunnen beoordelen, hebben de dataspecialisten van het Weidmüllers Industrial Analytics-team alle gegevens aan de hand van statistische methoden onderzocht, de feitelijke kwaliteit van de gegevens beoordeeld en samen met Boge besloten of ze relevant waren. Op dit punt was specifieke knowhow van het persluchttoestel nodig; de beoordeling werd aan de hand van uitgebreide ervaringen en op basis van alle systemen in het veld uitgevoerd. De experts van Weidmüller sorteerden de gegevens daarna op drastische wijze, zodat er uiteindelijk aanzienlijk minder data-bronnen overbleven. Het team moest ook ervaring opdoen over hoe de meetwaarden met elkaar correleren.
Tijdens de beoordeling werd duidelijk dat niet de individuele waarde van belang is, maar de datapatronen. Hierdoor ontstaat een complex gegevensmodel van de normale toestand dat kan worden gebruikt om de schade van een gebeurtenis nauwkeurig te voorspellen als de waarden op een bepaalde manier verschillen van het geleerde model. Het is ook belangrijk dat dit systeem voortdurend leert. Het verandert met elke nieuwe foutmelding, gebaseerd op feedback van de operator. De analyseoplossing is ontworpen om te leren van onbekende situaties - waardoor berekende voorspellingen steeds nauwkeuriger worden gedurende de gehele gebruiksduur van de compressor.
Voorspel - en voorkom - schade op het juiste moment
De gebruiker profiteert van een zeer effectieve software die informatie biedt over het aantal minuten of uren dat nog resteert voordat een technisch probleem zich voordoet bij een machine. Het verdere gebruik van de compressor is dan bepalend of deze waarde wel of niet juist is. Als het machinescenario verandert en de machine niet beschadigd raakt, wordt de getoonde "resterende levensduur" verlengd.
Zorgeloos met selectair
In elk geval kan aanzienlijke schade aan de technologie worden voorkomen als gebruikers tijdig reageren en een servicebezoek of onderhoud regelen. Dit is waar het allemaal samenkomt voor BOGE, omdat het hele servicepakket van de persluchtspecialist is gebaseerd op het beginsel "veiligheid eerst". Alles wordt in het werk gesteld om ervoor te zorgen dat de machine tijdens de gehele levensduur zo min mogelijk en zo kort stilstaat. Er zijn geen investeringen in overbodige systemen meer vereist. "Om dit doel te bereiken, zetten we innovatieve stappen en verrichten we baanbrekend werk op het gebied van service", legt Georg Jager van BOGE uit. Het resultaat is het Boge selectcair serviceconcept. Naast de analysesoftware, omvat het de bewaking op afstand met de Boge airstatus, die af fabriek in alle machines is geïntegreerd, evenals het "24-uurs herstel". Op deze manier garandeert Boge dat een machine in geval van stilstand uiterlijk na 24 uur weer in gebruik kan worden genomen. "Voorspellend onderhoud is hier belangrijk omdat het ervoor zorgt dat serviceoproepen nog eerder worden gepland. De machine wordt alleen uit geschakeld voor een korte onderhoudsduur, waardoor onnodig lange stilstandtijden tot het verleden behoren. We zijn ervan overtuigd dat deze technologie zal zegevieren op de persluchtmarkt en nieuwe benchmarks zal vastleggen."
BOGE - Marktleider voor compressoren
Met meer dan 110 jaar ervaring is Boge Kompressoren Otto Boge GmbH & Co. KG een van de oudste fabrikanten van compressoren en persluchtsystemen in Duitsland. Het bedrijf bouwt zuiger-, schroef-, scroll- en turbocompressoren die voornamelijk worden gebruikt in de medische technologie en de voedsel- en farmaceutische industrie. Ze worden ook gebruikt in de belangrijkste markt van automotive en machinebouw.
Het internationaal actieve familiebedrijf heeft 850 mensen in dienst, waarvan ongeveer 490 op het hoofdkantoor in Bielefeld, en levert haar producten en systemen aan meer dan 120 landen over de hele wereld.