Бесшовная интеграция данных QC-измерений в производственные системы для повышения OEE

Интернет вещей (IoT) — и в более широком смысле Четвертая промышленная революция (Индустрия 4.0) — сегодня является всепроникающей новой парадигмой в производстве, оказывающей глубокое влияние на то, как производители работают или планируют работать. Повышение общей эффективности оборудования (OEE) — ключевое новое требование IoT, а оптимизация OEE требует точных, актуальных данных во всей организации, включая данные измерений и испытаний, собираемые как в лабораториях качества, так и непосредственно на производственном участке.

Критическая важность скорости и точности сбора данных

Увеличение скорости, объема и точности сбора данных измерений и контроля критически важно, так как это обеспечивает мощные инсайты, необходимые для повышения эффективности и стабильного выпуска качественных деталей. В плане получения точных данных измерений для целей контроля качества, наиболее очевидный путь к этим преимуществам лежит через технологии беспроводного и мобильного сбора данных.

Системы беспроводного сбора данных должны быть мобильными, надежно зашифрованными и защищенными, а также подходить для множества потребностей: от неограниченных дистанций и совместимости с измерительными инструментами до простоты использования и практической интеграции в автоматизированные производственные операции. Лучшие системы беспроводного сбора данных могут драматически повысить производительность, устранить возможность ошибок, обеспечить полную документацию и автоматизировать процесс сбора данных. Системы должны включать все эти преимущества независимо от того, используются ли они одним сотрудником или во всей компании с интегрированной системой контроля качества.

Почему производителям нужен точный и своевременный сбор данных

Существует множество причин, по которым производителям необходимо собирать точные, своевременные и полные данные измерений и контроля. Инициативы OEE, Lean и Six Sigma требуют надежных данных для поддержки лучших практик контроля качества. Производители — особенно в таких отраслях, как медицинская, биомедицинская, аэрокосмическая и оборонная — часто должны соответствовать нормативным требованиям и предоставлять прослеживаемую, надежную документацию для производства критических деталей.

Распространенные ограничения систем сбора данных

Потенциал человеческих ошибок и задержек: Системы, требующие от работников ручного отслеживания ключевых измерений, нуждаются в экстремально точном внимании к деталям, которое должно проявляться десятки или даже сотни раз за одну смену — что часто трудно и нереально сделать последовательно. Образование — еще одна проблема: сотрудники могут не иметь необходимых знаний для полного понимания и точного сбора и переписывания данных. Перестановка цифр, смещение десятичных точек и подобные проблемы часто возникают. Кроме того, сотруднику может потребоваться остановить производственную работу для захвата и записи измерений, снижая общую производительность.

Проблемы цифровой безопасности: Незащищенные сети, используемые для передачи данных измерений, могут дать хакерам доступ к более общим данным компании. Когда данные измерений передаются без надлежащих мер цифровой безопасности, это представляет потенциально серьезный риск безопасности.

Отсутствие масштабируемости: Рост и диверсификация бизнеса могут потребовать больше процессов контроля качества, которые могут быть разнесены по одному объекту или нескольким локациям. В лучшем случае, если система сбора данных не масштабируема, настройка отдельных процессов сбора данных трудоемка, громоздка и может привести к путанице, неточностям и задержкам связи. В худшем — к браку продукции, отказам и юридическим последствиям с клиентами.

Неполный анализ через стратегию выборки: Стратегия выборки просто не может дать полной картины, которую обеспечивает 100% измерение каждой произведенной детали. Эта структура, распространенная в некоторых традиционных процессах ОК, может привести к невозможности предсказать и выявить дрейф производственных допусков. Кроме того, эта стратегия даже не является вариантом для отраслей, таких как медицинская или военная, требующих 100% контроля деталей и прослеживаемой документации.

Повышенная вероятность брака: Каждая бракованная деталь — это потерянные деньги, время и ресурсы. Без полной картины, предоставляемой 100% измерением, производители рискуют нести дополнительные расходы, а также потенциально ухудшать отношения с клиентами. Если потенциально бракованная деталь попадает к клиенту — особенно к тому, кто требует строгого соблюдения стандартов — последствия могут быть серьезными, если не катастрофическими.

Новые системы улучшают, модернизируют и оптимизируют сбор данных

Базовым принципом является обеспечение возможности для производителей точно и последовательно получать большие объемы данных измерений для выполнения требований Индустрии 4.0. Современные системы беспроводного сбора данных измерений должны быть полными, масштабируемыми, безопасными и надежными для Индустрии 4.0. Это означает предоставление базовых преимуществ через автоматизацию, простоту эксплуатации, оптимизированную масштабируемость, надежное шифрование и защиту данных, а также неограниченные дистанции и беспрепятственное использование для передачи. Результат — повышенная производительность, сокращение ошибок, обеспечение полной документации и надежный процесс сбора данных, управляемый автоматизацией.

Работая на основе новейших беспроводных сетевых технологий, использующих коротковолновые радиочастоты для взаимосвязи мобильных телефонов, компьютеров и беспроводных электронных устройств, это обеспечивает значительно более высокую скорость, большую пропускную способность и больший диапазон для более высокой пропускной способности данных. Такие системы предлагают широкий спектр критически важных преимуществ, включая:

Автоматизация

Когда сотрудникам приходится постоянно прерывать работу для записи измерения, производительность неизбежно негативно влияет. Кроме того, ручные процессы сбора данных могут вносить ошибки в базу записей, с потенциалом серьезного снижения точности и перпетуации дефектов вперед. С новейшими системами сбора данных измерений нажатие кнопки может передать данные измерения, значительно экономя время; например, нажать кнопку минимум в четыре раза быстрее, чем записывать данные и затем вводить их в компьютер.

Автоматизация максимизируется во всем процессе сбора данных QC-измерений, повышая эффективность процесса и точность захватываемых измерений. Функции, такие как автоматическое временное штампование, обеспечивают критически важный контекст для каждой точки данных, необходимый для прослеживаемости и соответствия спецификациям контроля качества/производства. Отправка сообщения обратно измерительному инструменту с подтверждением получения также полезна.

Скорость

Большие объемы данных могут обрабатываться без задержек, даже на полной мощности, системами, использующими более высокие битрейты и сверхвысокоскоростное соединение менее 50 мс времени передачи данных, а также сеть с ультра-низкой задержкой.

Простота эксплуатации

Внедрение процесса сбора данных измерений может встретить сопротивление на нескольких уровнях. У руководства компании может быть неопределенность в том, принесет ли новый метод осязаемые выгоды. У операторов может быть страх перед неизвестным и тревога при обучении новому процессу. Чтобы развеять эти опасения, простота использования является высоким приоритетом, чтобы операторы могли быстро почувствовать уверенность, а процесс сбора данных оптимизировался за короткое время; например, простота эксплуатации распространяется на мобильное приложение, которое устраняет необходимость приносить в поле более крупное оборудование, такое как ноутбук.

Универсальность

Новая структура сетевой топологии может быть настроена для многих простых или сложных ситуаций, а распределенные удаленные шлюзы также могут использоваться. Модульная структура современных систем делает простым расширение или сокращение процесса сбора данных QC-измерений без необходимости приобретать новую систему сбора данных. Данные передаются от измерительных инструментов, имеющих либо встроенные радиопередатчики, либо внешне установленные конечные узлы, к шлюзам и работают как на мобильных платформах Android™ или iOS®, так и на компьютерах под управлением Windows®, включая ноутбуки, настольные ПК, тонкие клиенты и серверы. Компоненты-репитеры и мосты также могут подключаться напрямую к ПЛК и другому высокоскоростному серийному автоматизированному оборудованию для сбора данных в реальном времени или удаленного управления станками.

Для беспроводных измерений крайне продуктивно использовать беспроводные измерительные инструменты со встроенными радиомодулями, что делает их более удобными для сбора данных. Также преимущественно, чтобы система сбора данных измерений была совместима с широким спектром брендов электронных точных инструментов и измерительных приборов. Рюкзачные радио 확장ют функциональность, невидимы и легко крепятся. Пользователи новейших систем сбора данных измерений могут использовать несколько шлюзов, служащих центральными или распределенными точками сбора данных, в отличие от традиционных систем, имеющих только один шлюз. Компактные шлюзы и репитеры легко помещаются в ладони.

Кроме того, приложения для сбора данных невероятно разнообразны, и система должна быть достаточно универсальной, чтобы охватывать все эти случаи использования. Новейшие системы сбора данных измерений адаптируются практически к каждому варианту использования: от автомобилестроения и сельского хозяйства до 100% измерения всех деталей и компонентов в строго регулируемых отраслях, таких как оборона, авиация, медицина, энергетика и другие.

Масштабируемость

Новейшие системы сбора данных предназначены для надежного и точного получения точных данных измерений в широком диапазоне приложений и дистанций. От всего одного или нескольких измерительных инструментов на коротких дистанций до конфигураций с множеством инструментов, расположенных в сотнях ярдов друг от друга на большом заводе или разнесенных на милю по нескольким объектам — расширенные дистанции и повышенные требования приложений легко принимаются по мере эволюции и роста потребностей в сборе данных измерений.

В самом простом применении схема Portable включает беспроводное приложение, работающее на мобильном устройстве. Эта простая установка может иметь один беспроводной измерительный инструмент со встроенным радио, передающий данные до 30 футов (10 метров) на мобильное устройство. Или, в зависимости от мобильного устройства, схема Portable может иметь от 5 до 8 измерительных инструментов, подключающихся к мобильному приложению для передачи данных до 30 футов (10 метров). Также пользователи могут легко передавать данные измерений до 30 футов (10 метров) от одного (или нескольких) беспроводных измерительных инструментов к ноутбуку или ПК с USB-шлюзом (Рисунок 1).

В типичной схеме (Typical Scheme) производитель может иметь компьютер или ноутбук, запускающий систему сбора данных измерений для поддержки 20 измерительных инструментов в процессе сбора данных на расстоянии до 200 футов. В этой установке включен один USB-шлюз, а рюкзачные конечные узлы на измерительных инструментах увеличивают диапазон передачи с 30 до 200 футов (Рисунок 2).

В примере схемы для большого завода (Large Factory Scheme) 20 измерительных инструментов могут использовать мост и удаленный шлюз для расширения общего диапазона передачи данных до сотен футов или ярдов (Рисунок 3). А в корпоративной схеме (Enterprise Scheme) передача данных измерений может быть увеличена от сотен ярдов до более чем мили. Используя удаленные шлюзы, мосты и, возможно, добавляя репитеры, можно включить более 100 измерительных инструментов. Каждый удаленный шлюз может обслуживать 20 измерительных инструментов. Для еще больших дистанций в схему могут быть включены антенны Yagi Long Range (Рисунок 4).

Надежное шифрование и защита данных

Безопасность данных является приоритетом для всех производителей, включая военные. И хотя сами по себе данные QC-измерений могут быть не особенно ценны для хакеров, киберпреступники все равно могут подделывать сети, используемые для передачи данных QC, чтобы получить более общий доступ к цифровой инфраструктуре. Системы сбора данных измерений решают эту проблему через множество мер, включая усилия по безопасности, основанные на высокозащищенной беспроводной платформе. Передаваемые данные шифруются с использованием многослойного подхода, который абсолютно 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 устранение новых уязвимостей в радиопередаче на регулярной основе, чтобы системы оставались безопасными в будущем, и ваш поставщик систем сбора данных измерений должен быть посвящен поддержанию этого темпа.

Неограниченные дистанции и беспрепятственное использование для передачи

Использование удаленных шлюзов, мостов и репитеров предлагает эффективную и надежную структуру передачи данных. Структуры системы могут включать всего несколько компонентов, таких как рюкзачный или встроенный радио вместе с мобильным устройством, запускающим мобильное приложение, или использовать мосты, шлюзы и репитеры для значительного расширения диапазонов передачи в конфигурации большого завода.

Программное приложение новейших систем сбора данных измерений использует беспроводную сеть для сбора информации от множества измерительных инструментов. Беспроводная сеть полагается на встроенную беспроводную технологию измерительных инструментов или конечные узлы для сбора и последующей ретрансляции данных обратно к ПК. Система сбора данных также может посылать сигналы в сетевые компоненты для проверки передач и запроса данных. Аппаратные компоненты системы — это USB-шлюз, Удаленный шлюз, Мосты-расширители и Конечные узлы. Конечный узел — это радиопередатчик/приемник, который крепится к измерительному инструменту. USB-шлюз — это радиопередатчик/приемник, подключаемый к ПК. Удаленный шлюз такой же, как USB-шлюз, но также расширяет диапазон связи от ПК, используя Мост-расширитель для усиления сигналов между Удаленным шлюзом и ПК. Удаленный шлюз имеет тот же диапазон, что и USB-шлюз, но может быть установлен очень далеко от ПК.

Независимо от внедренной архитектуры системы, результатом является надежное, точное и быстрое решение для сбора данных QC-измерений из каждой точки операции, где требуется сбор данных.

Практическая применимость

Эффективно использовать конечные узлы и беспроводные измерительные инструменты, которые являются перезаряжаемыми, устраняя замену батарей и связанные затраты. Также стоит рассмотреть использование конечных узлов и беспроводных измерительных инструментов, предлагающих уровень защиты IP67 для использования в суровых цеховых условиях. Возможность адаптации к большинству существующих программ SPC, MRP и ERP — еще одно преимущество системы сбора данных измерений.

Другие детали и возможности для рассмотрения

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

• Рабочее расстояние от шлюзов составляет до 200 футов (61 метр) для рюкзачных конечных узлов.

• Одна система шлюза обрабатывает до 20 измерительных инструментов, в основном штангенциркули, микрометры и индикаторы.

• Дополнительные удаленные шлюзы расширяют количество поддерживаемых измерительных инструментов с шагом по 20 каждый, а репитер может увеличить диапазон передачи до миль.

• Радио конечных узлов может хранить до 10 показаний, если основная система выключена или занята.

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

• Виртуальные мультиплексоры, предоставляемые в системе сбора данных измерений, принимают множество входов (данные инструментов) и делят их через один выходной ресурс — виртуальный COM-порт. Виртуальный мультиплексор берет данные инструментов и отправляет их на COM-порт для обработки ПО SPC и других пакетов.

• Удаленный доступ через локальную сеть к серверу сбора данных через клиентское ПО удаленного доступа.

• Опциональные типы антенн для различных развертываний.

Знания, сервис и поддержка поставщика являются ключевыми при выборе беспроводной системы сбора данных измерений. Глубокий уровень опыта в сочетании с экспертизой в контроле качества пойдет далеко в установлении успешной реализации.

Эта статья была написана Джеффом Уилкинсоном, директором по исследованиям и разработкам и генеральным менеджером отдела передовых технологий компании L.S. Starrett (Атол, МА). Для получения дополнительной информации посетите сайт .