Интеграция данных измерений контроля качества в производственные системы

Интернет вещей (IoT) — и, в более широком смысле, Четвертая промышленная революция (Индустрия 4.0) — это вездесущая новая парадигма современного производства, глубоко влияющая на то, как производители работают или планируют работать. Повышение общей эффективности оборудования (OEE) — ключевое новое требование Интернета вещей, а для оптимизации OEE необходимы точные и актуальные данные по всей организации, включая данные измерений и испытаний, собранные как в лабораториях контроля качества, так и непосредственно на производственном участке.

Повышение скорости, объема и точности сбора данных измерений и проверок имеет решающее значение, поскольку оно обеспечивает ценную информацию, необходимую для повышения эффективности и стабильного производства качественных деталей. Что касается получения/сбора данных точных измерений для целей контроля качества, то самый очевидный путь к этим преимуществам — технология беспроводного и мобильного поиска.

Беспроводные системы сбора данных должны быть мобильными, а также надежно зашифрованными и защищенными, а также соответствовать множеству потребностей, начиная от неограниченного расстояния и совместимости датчиков и заканчивая простотой использования и практической интеграцией в автоматизированные производственные операции. Лучшие беспроводные системы сбора данных могут значительно повысить производительность, устранить вероятность ошибок, предоставить полную документацию и автоматизировать процесс сбора данных. Системы должны включать все эти преимущества, независимо от того, используются ли они одним сотрудником или всей компанией с интегрированной системой контроля качества.

Существует множество причин, по которым производителям необходимо собирать точные, своевременные и полные данные измерений и проверок. Инициативы OEE, Lean и Six Sigma требуют надежных данных для поддержки лучших методов контроля качества. Производители, особенно в таких отраслях, как медицина, биомедицина, аэрокосмическая и оборонная промышленность, часто должны соблюдать нормативные требования и предоставлять прослеживаемую и надежную документацию для производства критически важных деталей.

Общие ограничения систем сбора данных

Возможна человеческая ошибка и задержка: Системы, которые просят рабочих вручную отслеживать ключевые измерения, требуют чрезвычайно точного внимания к деталям, выполняемого много десятков или даже сотен раз за одну смену — все это часто сложно и нереально последовательно выполнять, даже если это делается в первую очередь. . Еще одна проблема — образование:у сотрудников может не быть опыта, необходимого для полного понимания, точного сбора и расшифровки данных. Обычно могут возникать переставленные цифры, неуместные десятичные точки и подобные проблемы. Кроме того, сотруднику может потребоваться приостановить производственную работу для сбора и записи измерений, что снизит общую производительность.

Проблемы цифровой безопасности: Незащищенные сети, которые используются для передачи данных измерений, могут предоставить хакерам возможность получить более общий доступ к данным компании. Когда данные измерений передаются без надлежащих цифровых мер безопасности, это представляет собой потенциально серьезную угрозу безопасности.

Недостаточная масштабируемость: Рост бизнеса и диверсификация могут потребовать большего количества процессов контроля качества, которые могут быть распространены на одном объекте или в нескольких местах. В лучшем случае, если система сбора данных не является масштабируемой, настройка отдельных процессов сбора данных требует много времени, громоздка и может привести к путанице, неточностям и задержке коммуникации. Хуже того, это может привести к отказу от продукта, сбоям и юридическим последствиям для клиентов.

Неполный анализ с помощью стратегии выборки: Стратегия выборки просто не может дать полной картины, предлагаемой 100-процентным измерением каждого произведенного компонента. Эта структура, характерная для некоторых традиционных процессов контроля качества, может привести к невозможности прогнозировать и идентифицировать дрейфующие производственные допуски. Кроме того, эта стратегия не подходит даже для таких отраслей, как медицина или военная промышленность, где требуется 100-процентная проверка деталей и отслеживаемая документация.

Увеличена вероятность отказа: Каждая отклоненная деталь представляет собой потерянные деньги, время и ресурсы. Без полного понимания, обеспечиваемого стопроцентным измерением, производители рискуют понести дополнительные расходы, а также потенциально навредить отношениям с клиентами. Если потенциально забракованная деталь попадет к покупателю, особенно та, которая требует строгого соблюдения стандартов, результаты могут иметь серьезные, если не катастрофические, последствия.

Новые системы улучшают, модернизируют и оптимизируют сбор данных

Основной принцип заключается в том, чтобы позволить производителям точно и последовательно получать большие объемы данных измерений для удовлетворения требований «Индустрии 4.0». Современные беспроводные системы сбора данных измерений должны быть полными, масштабируемыми, безопасными и надежными для Индустрии 4.0. Это означает предоставление фундаментальных преимуществ за счет автоматизации, простоты эксплуатации, оптимизированной масштабируемости, надежного шифрования и защиты данных, а также неограниченных расстояний и беспрепятственного использования для передачи. Результатом является повышение производительности, снижение количества ошибок, предоставление полной документации и надежный процесс сбора данных, управляемый автоматизацией.

Работая на новейшей технологии беспроводной сети, которая использует коротковолновые радиочастоты для соединения мобильных телефонов, компьютеров и беспроводных электронных устройств, это обеспечивает гораздо более высокую скорость, большую пропускную способность и больший радиус действия для более высокой пропускной способности данных. Такие системы предлагают широкий спектр важных преимуществ, включая:

Автоматизация: Когда сотрудникам приходится неоднократно останавливать работу, чтобы записать измерение, это, безусловно, негативно сказывается на производительности. Кроме того, процессы ручного сбора данных могут вносить ошибки в базу данных записей, что может серьезно снизить точность и увековечить недостатки в будущем. Благодаря новейшим системам сбора данных измерений нажатие кнопки может передавать данные измерений, что значительно экономит время; например, нажать кнопку как минимум в четыре раза быстрее, чем записать данные, а затем ввести их в компьютер.

Автоматизация максимально автоматизирована на протяжении всего процесса сбора данных измерений контроля качества, что повышает эффективность процесса и точность полученных измерений. Такие функции, как автоматическая отметка времени, предоставляют важную информацию о каждой точке данных, необходимую для прослеживаемости и соответствия требованиям контроля качества/производства. Также полезно отправить обратно на измерительный инструмент сообщение, подтверждающее получение.

Скорость: Большие объемы данных могут обрабатываться без задержки, даже при полной мощности, с системами, которые используют более высокие скорости передачи данных и очень высокоскоростное соединение со временем передачи данных менее 50 мс, а также сеть со сверхнизкой задержкой.

Простота в эксплуатации: Организация процесса сбора данных измерений может столкнуться с сопротивлением на нескольких уровнях. Для руководства компании может возникнуть неуверенность в том, что внедрение нового метода принесет ощутимые выгоды. У операторов может возникнуть некоторый страх перед неизвестным и трепет при изучении нового процесса. Чтобы снять эти опасения, простота использования является первоочередной задачей, чтобы операторы могли быстро чувствовать себя уверенно, а процесс сбора данных был оптимизирован за короткий период времени; например, простота работы распространяется и на мобильное приложение, что устраняет необходимость использования более крупного оборудования, такого как ноутбук, в полевых условиях.

Универсальность: Новая структура топологии сети может быть настроена для многих простых или сложных ситуаций, а также могут использоваться распределенные удаленные шлюзы. Модульная структура современных систем позволяет легко расширять или сокращать процесс сбора данных измерений контроля качества без необходимости приобретения новой системы сбора данных. Данные передаются от датчиков со встроенными радиопередатчиками или внешними конечными узлами на шлюзы и работают как на Android™, так и на iOS ^® мобильные платформы и Windows ^® компьютеры на базе компьютеров, включая ноутбуки, настольные ПК, тонкие клиентские ПК и серверы. Компоненты повторителя и моста также можно напрямую подключать к ПЛК и другому высокоскоростному последовательному оборудованию автоматизации для сбора данных в реальном времени или удаленного управления машиной.

Для беспроводных измерений чрезвычайно продуктивно использовать беспроводные измерительные инструменты со встроенными радиомодулями, что упрощает их использование для сбора данных. Также выгодно, чтобы система сбора измерительных данных была совместима с широким спектром электронных прецизионных инструментов и измерительных приборов. Рюкзачные радиостанции расширяют функциональные возможности, ненавязчивы и легко крепятся. Пользователи новейших систем сбора измерительных данных могут использовать несколько шлюзов, которые служат центральными или распределенными точками для сбора данных, по сравнению с обычными системами, имеющими только один шлюз. Компактные шлюзы и повторители легко умещаются на ладони.

Кроме того, приложения для сбора данных невероятно разнообразны, и система должна быть достаточно универсальной, чтобы охватывать все эти приложения. Новейшие системы сбора измерительных данных адаптируются практически к любому варианту использования, начиная от автомобилей и сельского хозяйства и заканчивая стопроцентным измерением всех деталей и компонентов в строго регулируемых отраслях, таких как оборонная, аэрокосмическая, медицинская, энергетическая и другие.

Масштабируемость: Новейшие системы сбора данных предназначены для надежного и точного сбора данных прецизионных измерений в широком диапазоне приложений и расстояний. От одного или нескольких измерительных инструментов на коротких расстояниях до конфигураций с большим количеством измерительных инструментов, расположенных в сотнях ярдов друг от друга на большом заводе или разбросанных на милю по нескольким объектам, увеличенные расстояния и повышенные требования к приложениям легко приспосабливаются к данным измерений. требования к коллекции развиваются и растут.

В самом простом приложении Portable Scheme представляет собой беспроводное приложение, работающее на мобильном устройстве. Эта простая установка может иметь один беспроводной измерительный инструмент со встроенным радиомодулем, передающим данные на мобильное устройство на расстояние до 10 метров. Или, в зависимости от мобильного устройства, портативная схема может иметь от 5 до 8 измерительных инструментов, которые подключаются к мобильному приложению для передачи данных на расстояние до 30 футов (10 метров). Кроме того, пользователи могут легко передавать данные измерений на расстояние до 10 метров с одного (или нескольких) беспроводных измерительных инструментов на ноутбук или ПК с USB-шлюзом (рис. 1).

В типичной схеме производитель может иметь компьютер или ноутбук с системой сбора данных измерений для поддержки 20 измерительных инструментов в процессе сбора данных на расстоянии до 200 футов. В эту настройку включен один USB-шлюз, а конечные узлы на измерительных инструментах увеличивают дальность передачи с 10 до 200 футов (рис. 2).

В примере схемы крупного завода 20 измерительных инструментов могут использовать мост и удаленный шлюз для увеличения общего диапазона передачи данных до сотен футов или ярдов (рис. 3). А в корпоративной схеме передача данных измерений может быть увеличена с сотен ярдов до более мили. Используя удаленные шлюзы, мосты и, возможно, добавляя повторители, можно объединить более 100 измерительных инструментов. Каждый удаленный шлюз может поддерживать 20 измерительных инструментов. Для еще больших расстояний в схему можно включить антенны дальнего действия Yagi (рис. 4).

Надежное шифрование и защита данных: Безопасность данных является приоритетом для всех производителей, включая военные. И хотя данные измерения контроля качества сами по себе могут не представлять особой ценности для хакеров, киберпреступники все же могут подделывать сети, используемые для передачи данных контроля качества, чтобы получить более общий доступ к цифровой инфраструктуре. Системы сбора измерительных данных решают эту проблему с помощью различных мер, включая усилия по обеспечению безопасности с использованием высокозащищенной беспроводной платформы. Передаваемые данные шифруются с использованием многоуровневого подхода, который полностью предотвращает любой внешний доступ к данным, будь то пассивный или активный.

Кроме того, мобильное приложение не подключается к ОС смартфона или планшета, ограничивая непреднамеренный доступ в критической точке. Поддержание хорошей безопасности также включает в себя регулярное устранение возникающих уязвимостей в радиопередаче, чтобы поддерживать безопасность систем в будущем, и ваш поставщик систем сбора измерительных данных должен идти в ногу с этим.

Неограниченное расстояние и неограниченное использование для передачи: Использование удаленных шлюзов, мостов и повторителей обеспечивает эффективную и надежную структуру передачи данных. Системные структуры могут включать в себя всего несколько компонентов, таких как рюкзак или встроенная радиостанция вместе с мобильным устройством, на котором запущено мобильное приложение, или использовать мосты, шлюзы и повторители для значительного увеличения дальности передачи в большой заводской конфигурации.

Программное приложение новейших систем сбора измерительных данных использует беспроводную сеть для сбора информации с нескольких измерительных инструментов. Беспроводная сеть опирается на встроенную беспроводную технологию измерительных инструментов или конечные узлы для сбора и последующей передачи данных обратно на ПК. Система сбора данных также может отправлять сигналы сетевым компонентам для проверки передачи и запроса данных. Аппаратными компонентами системы являются USB-шлюз, удаленный шлюз, удлинители моста и конечные узлы. Конечный узел представляет собой радиопередатчик/приемник, который подключается к измерительному инструменту. USB-шлюз — это радиопередатчик/приемник, подключенный к ПК. Удаленный шлюз — это то же самое, что и USB-шлюз, но он также расширяет диапазон связи с ПК за счет использования удлинителя моста для усиления сигналов между удаленным шлюзом и ПК. У удаленного шлюза такой же радиус действия, как и у USB-шлюза, но его можно установить очень далеко от ПК.

Независимо от используемой архитектуры системы в результате получается надежное, точное и быстрое решение для сбора данных измерений контроля качества на каждой рабочей точке, где требуется сбор данных.

Практичность: Эффективно использовать перезаряжаемые конечные узлы и беспроводные измерительные инструменты, что исключает замену батареи и связанные с этим расходы. Кроме того, рассмотрите возможность использования конечных узлов и беспроводных измерительных инструментов, обеспечивающих уровень защиты IP67, для использования в неблагоприятных условиях цеха. Возможность адаптации к большинству существующих программ SPC, MRP и ERP является еще одним преимуществом системы сбора измерительных данных.

Другие детали и возможности, которые следует учитывать

• Рабочее расстояние от шлюзов или мобильных устройств составляет до 30 футов (10 метров) для беспроводных измерительных инструментов.

• Рабочее расстояние от шлюзов составляет до 200 футов (61 метр) для оконечных узлов в рюкзаке.

• Одна система Gateway поддерживает до 20 измерительных инструментов, в основном штангенциркули, микрометры и индикаторы.

• Дополнительные удаленные шлюзы расширят количество поддерживаемых измерительных инструментов с шагом 20 каждый, а повторитель может увеличить дальность передачи до миль.

• Радиоузлы конечных узлов могут хранить до 10 показаний, если основная система не работает или занята.

• Диапазон вещания между удаленными шлюзами и мостом составляет до 2000 футов (610 метров).

• Виртуальные мультиплексоры, предусмотренные в системе сбора измерительных данных, принимают множество входных данных (данные инструмента) и распределяют их по одному выходному ресурсу, который является виртуальным COM-портом. Виртуальный мультиплексор принимает данные инструмента и отправляет их на COM-порт для обработки программным обеспечением SPC и другими программными пакетами.

• Удаленный доступ по локальной сети к серверу сбора данных с помощью удаленного клиентского программного обеспечения.

• Дополнительные типы антенн для различных вариантов развертывания.

Дополнительные знания, сервис и поддержка являются ключевыми факторами при выборе измерительной беспроводной системы сбора данных. Глубокий опыт в сочетании со знаниями в области контроля качества будет иметь большое значение для успешного внедрения.

Эта статья была написана Джеффом Уилкинсоном, директором по исследованиям и разработкам и генеральным директором отдела передовых технологий в L.S. Компания Starrett (Атол, Массачусетс). Для получения дополнительной информации посетите здесь .