Решение головоломки анализа данных в цеху

Новые инструменты сбора и анализа данных в цехах могут облегчить задачу оцифровки производственных операций в эпоху Интернета вещей

По мере того, как набирает обороты переход к более взаимосвязанной производственной отрасли, а производители начинают собирать заводские данные, потребность в быстром и эффективном анализе данных становится все более важной. Инструменты сбора и анализа данных имеют первостепенное значение в эпоху цифрового производства/Индустрии 4.0, и производители готовятся к новым решениям, которые помогут им более эффективно собирать, управлять и анализировать производственные данные, используя преимущества ключевых показателей эффективности (KPI), таких как общая эффективность оборудования (OEE), время безотказной работы станка, загрузка станка/шпинделя и другие показатели.

Доступны многие варианты сбора производственных данных и мониторинга оборудования, причем большинство из них предлагают хотя бы некоторые базовые аналитические показатели производства в пакетах производственного мониторинга или в системах программного обеспечения для управления производством (MES). В некоторых случаях компании по автоматизации объединяются с признанными ИТ-поставщиками, как, например, в недавнем партнерстве, объявленном поставщиком автоматизации ABB Inc. (Кэри, Северная Каролина и Цюрих) и Hewlett Packard Enterprise Co. (HPE; Пало-Альто, Калифорния). объедините опыт ABB в области промышленной автоматизации и операционных технологий (OT) с опытом HPE в области гибридных ИТ и портфолио программного обеспечения.

Объединение ОТ и ИТ

В рамках партнерства ABB/HPE, о котором было объявлено в ноябре 2017 года, цифровое предложение ABB Ability будет объединено с гибридными ИТ-решениями HPE. Решения Ability будут работать на гибридных платформах, таких как HPE ProLiant для Microsoft Azure Stack, с развертыванием в предпочитаемых клиентами местах на промышленных предприятиях и в центрах обработки данных или в общедоступном облаке Microsoft, если это необходимо для удовлетворения требований к производительности, безопасности или межсайтовому размещению. сотрудничество.

Партнерство перемещает вычислительные ресурсы ближе к месту, где они требуются, используя «периферийные вычисления». ABB и HP интегрируют автоматизацию центра обработки данных Ability, которая контролирует и отслеживает инфраструктуру, с OneView, программным обеспечением HPE для автоматизации ИТ-инфраструктуры. «Откровенно говоря, мы не можем сделать это самостоятельно; нам нужен партнер для этого гибрида, а также ОТ/ИТ», — сказал Сиаран Фланаган из Дублина, вице-президент группы и руководитель глобальных решений для центров обработки данных в ABB. Он добавил, что объединение ИТ и ОТ, в значительной степени разрозненных сегодня, «открывает огромные возможности, и они быстро развиваются».

Предлагая пользователям защищенные периферийные центры обработки данных для удаленных промышленных сред, партнерство ABB и HPE также использует стоечную инфраструктуру Rittal с промышленными системами распределения электроэнергии ABB, а также программно-определяемую инфраструктуру и услуги HPE. «Уровень протокола в ОТ сильно отличается от уровня в ИТ, — заметил Фолькхард Брегулла, вице-президент HPE по глобальным производственным отраслям. «Информационная сторона находится далеко впереди». Решение ABB-HPE будет доступно в первой половине 2018 г.

Сбор и анализ данных магазина

В цехе существует множество вариантов мониторинга и сбора данных, большинство из которых предлагает как минимум базовую аналитику машин, так и сложный анализ в цеху.

При наблюдении за машинами руководителям магазинов в первую очередь необходимо знать, когда те или иные машины работают, не работают ли они или находятся в автономном режиме. По словам Дэвида Макфейла, президента и исполнительного директора компании Memex Inc. (Берлингтон, Онтарио), крайне важно знать, когда машина находится под программным управлением. «Мы равнодушны к тому, как вы подключаетесь», — сказал он.

С помощью платформы Tempus MERLIN (Manufacturing Execution Real-Time Lean Information Network) от Memex производители непрерывных и дискретных процессов могут подключать свои машины либо в локальной, либо в облачной среде. MERLIN Tempus — это программное обеспечение MES с информационными панелями, которое может подключаться с помощью FANUC FOCAS, MTConnect, OPC и других протоколов для подключения станков через Интернет.

Для устаревшего неинтеллектуального оборудования компания Memex разработала интерфейс MTConnect. «От машины поступает 16 цифровых входных сигналов, — сказал Макфейл. «Есть три потока данных:от оборудования; из человеческого капитала, что-то, что человек может контролировать [и] что машина не может нам сказать; и от сторонних решений, таких как ERP».

По словам Макфейла, пользователи могут запускать Tempus MES, который представляет собой портфолио управления производственными операциями (MOM), в цеху для проверки состояния оборудования. «Обычно наши люди запускают наше программное обеспечение на планшете и ходят по цеху. Допустим, у оператора возникли проблемы с деталью; вы получите сообщение «Поддержите внутреннего клиента». Это переводит оператора из реактивного режима в активный.

«Нет специального программирования, — продолжил Макфейл, и система включает аналитические инструменты. «Часть сбора данных является основополагающей. Мы выбрали экономическое обоснование OEE, но вы можете добавить TPM [Total Predictive Maintenance] и многие другие. По сути, он рассчитывает финансовые последствия плохой работы».

Компания Memex разрабатывает модуль FOEE (Financial OEE), который будет выпущен позднее в этом году и будет рассчитывать для магазинов затраты на эксплуатацию оборудования с настройками ниже оптимальных. Модуль покажет менеджерам магазинов, что «сейчас вы работаете не с максимальной производительностью, с разницей в несколько процентов, и каждый час, который вы работаете [на этом уровне], стоит вам столько же», — сказал Макфейл.

Обязательный мониторинг, но избегайте аналитического паралича

Большой вопрос для магазинов, настраивающих мониторинг/анализ данных, заключается в том, сколько данных нужно собрать. В то время как индустрия рекламирует необходимость анализа «больших данных», для среднего магазина меньше может означать больше.

«Мы работаем с нашими клиентами, чтобы понять уравнение. Как — известная сущность. «Почему» и бизнес-кейс, лежащий в его основе», — вот над чем работает Memex, — сказал Макфейл.

В то время как некоторые компании работают над массовыми проблемами больших данных, включая среды моделирования, такие как данные CAE, в большинстве магазинов дело обстоит иначе. «Большие данные, мы называем это цифровым выхлопом», — добавил Макфейл. «Если вы возьмете машину Mazak, если вы подпишетесь на каждый тег, этот [объем данных] вас ошеломит. Вам действительно нужно знать каждую точку данных?»

Другой разработчик, Predator Software (Портленд, Орегон), нацеливает свой набор приложений Predator для мониторинга цехов на все, от магазинов с двумя людьми до крупных производственных организаций, по словам Майка Роджерса, директора Predator Software по автоматизации и отношениям с OEM. «Predator MDC [сбор машинных данных] — это наш основной продукт для мониторинга, и с более чем 20 различными протоколами, такими как Mori, OPC и OPC/UA, мы можем контролировать что угодно в цехе», — сказал Роджерс.

Сбор и анализ данных сегодня более приемлемы для магазинов. «Это станет самой горячей темой», — сказал Роджерс. «Все этого хотят, но не у всех это есть. … Крупным корпорациям нужны большие данные. Маленький парень [должен] научиться ходить, прежде чем бегать. В противном случае вы будете перегружены».

По его словам, главное — убедить клиентов сосредоточиться на простых вещах, таких как «будет ли машина работать в цикле? Сидит? Это работает? … Это может быть ошеломляющим процессом», — сказал Роджерс. «Одна из проблем, с которыми я сталкиваюсь, — это найти чемпиона в организации, которая доведет дело до конца».

По словам Роджерса, решение Predator MDC отличается интуитивно понятным интерфейсом, упрощающим начало работы для пользователей. «У MDC есть [встроенный] механизм построения графиков и отчетов. Если вы запустите перестановки, у нас будет где-то от 20 000 до 30 000 отчетов». MDC — один из восьми основных продуктов Predator, предназначенных для сбора и мониторинга данных в цехах, контроля и связи. Все продукты работают с одной базой данных, и когда клиенты покупают MDC, они также получают коммуникационный модуль DNC. По словам Роджерса, программное обеспечение Predator поддерживает базу данных Microsoft Access, используемую многими небольшими магазинами, а также базы данных Microsoft SQL Express, SQL Server и Oracle. Программное обеспечение Predator может работать локально или в облаке.

Следуйте OEE

Как малые, так и крупные магазины должны уделять пристальное внимание показателю OEE, который может позволить операторам машин и менеджерам оптимизировать эффективность. Визуализация процесса, позволяющая персоналу магазина быстро видеть, понимать и реагировать на изменяющиеся условия, имеет решающее значение.

«Мы предлагаем как сбор данных, так и анализ данных, и мы можем предоставить это как по заказу, так и в виде полного решения», — сказал Джефф Прайс, исполнительный вице-президент и генеральный менеджер 5ME LLC (Цинциннати). С пакетом Freedom от 5ME пользователи получают программное обеспечение и доступное оборудование для связи и управления различными машинами.

«Наша команда имеет большой опыт работы с устройствами типа OT, и у нас есть интерфейсы или адаптеры практически для любого объекта на предприятии, часто на контроллере ЧПУ», — добавил Прайс. «Когда у нас есть устаревшие контроллеры, у нас также есть аппаратное устройство» для подключения к сети. По словам Прайса, наряду с программным обеспечением Freedom eLog компания 5ME предлагает визуализацию данных с помощью настраиваемых интерактивных досок, отображаемых на телевизорах с плоским экраном.

«Благодаря технологии смарт-досок у нас есть дашлеты или мастера — набор данных с круговыми диаграммами и столбчатыми диаграммами, которые вы можете сохранять на смарт-досках», — сказал он. Смарт-доски используют встроенные системы Raspberry Pi, чтобы повысить скорость обработки там, где данные больше всего нужны. «Мы используем Raspberry Pi со смарт-досками для визуализации в цехах», — сказал Прайс. «В течение многих лет на автомобильных заводах у нас были доски Andon, но они были довольно жесткими».

На серверах Freedom, расположенных в облаке или в помещении, происходит обработка данных. По словам Прайса, благодаря предлагаемым возможностям подключения клиенты могут использовать преимущества, уже достигнутые отраслью, такие как бережливое производство и шесть сигм. «Мы сокращаем весь этот процесс», — добавил он. «Большинство наших клиентов увидят повышение производительности минимум на 20% благодаря OEE, которое включает в себя доступность, производительность и качество. Доступность — это то, работаете ли вы [на оптимальном уровне], производительность — это то, что вы производите на должном уровне, а качество — это ситуация, связанная исключительно с доходностью».

По его словам, с помощью одной только метрики OEE магазины могут добиться значительного прироста производительности. «Доступность — вот где большой выигрыш. Начальные улучшения составляют 10–20% через 30 дней». Пакет Freedom — это установка программного обеспечения через Интернет. «Это небольшая ИТ-инфраструктура, использующая всю мощь обработки на контроллерах. Мы можем изготовить 100 машин за четыре недели».

Прайс добавил, что магазины должны просеивать данные до самого важного. «Это зависит от инструментов анализа; мы называем это каплей — много данных, мало информации», — сказал он. «Если ваши системы показывают правильные показатели, вы можете получить массу улучшений».

Первый шаг к данным

Не все магазины, особенно небольшие, не имеющие больших бюджетов на ОТ/ИТ, легко убеждены в ценности мониторинга заводских данных. «Люди пытаются понять свой базовый уровень», — сказал Прайс. «Например, как часто работает ваше оборудование? Пробел все еще есть, и наша роль состоит в том, чтобы преодолеть этот разрыв. Они этого не понимают». По словам Прайса, клиенты 5ME, такие как Textron, Bell Helicopter, Caterpillar, Schlumberger и Cummins, заинтересованы в больших данных, но не у всех есть варианты их использования, хотя он видит одно такое применение в профилактическом обслуживании.

«Сбор и анализ данных необходимы любому современному производителю — от небольших магазинов до корпоративных предприятий», — сказал Джоди Романовски, генеральный директор Cimco Americas Inc. (Streamwood, IL). «Точные данные в режиме реального времени помогают определить области, которые можно улучшить, будь то оборудование, процессы или персонал. Эти данные необходимы для достижения значительных улучшений». Предложение Cimco для цехов, MDC-Max, представляет собой решение для сбора данных, обеспечивающее структурированный и автоматизированный мониторинг производства. По словам Романовски, масштабируемый MDC-Max может быть полезен как небольшим магазинам, так и крупным производителям.

«Когда клиенты рассматривают возможность анализа данных в реальном времени, они часто немного перегружены целым рядом точек данных. Наш подход заключается в том, чтобы изначально сделать проект простым, анализируя от трех до пяти точек данных, чтобы обеспечить успех на раннем этапе», — сказала она. «Затем производители могут начать постепенно анализировать дополнительные данные. В контексте OEE всем производителям сложно провести полный и последовательный анализ параметра качества.

«Мы не рекомендуем подход Big Data к сбору машинных данных», — продолжил Романовски. «Мы советуем не усложнять и сначала пожинать плоды, а затем опираться на опыт и преодоленные трудности. Когда компании, работающие в цехах по всему миру, стремятся получить согласованный глобальный обзор, в том числе по бизнес-подразделениям, сложность проекта резко возрастет, хотя и не обязательно с точки зрения больших данных. Вместо этого сложность обычно возрастает из-за работы с устаревшими машинами/системами и различными процедурами и/или культурами. Это делает дополнительный акцент на том, чтобы первые этапы были как можно более оперативными и простыми, при этом сохраняя фокус на тактических целях, таких как интеграция ERP, на последующих этапах проекта».

Для магазинов, которые собирают данные, но не анализируют их должным образом, новые инструменты анализа могут дать преимущество. «Часто их текущее программное обеспечение слишком ограничено, жестко или сложно», — сказал Романовски. «MDC-Max достаточно гибок, чтобы масштабироваться и соответствовать будущим потребностям наших клиентов. Данные должны быть легко доступны на любом устройстве, и они должны быть осмысленно агрегированы, например, в отчетах и ​​на информационных панелях в режиме реального времени».

Обращаясь к клиенту Cimco за пределами Тяньцзиня, Китай, Романовски сказал, что у производителя есть ключевая машина, которая является узким местом в производительности, влияя на другие машины. «При вводе в эксплуатацию простой системы MDC-Max с ограниченным числом точек данных производитель получил на 30% более высокий коэффициент использования этой конкретной машины, — отметила она, — тем самым увеличив производительность как за счет устранения этого конкретного узкого места, так и за счет увеличения производительность на всех других машинах также. Расчетное время окупаемости инвестиций в этом случае составило менее четырех месяцев».