Выявление ключевых причин отказа станков и стратегий предотвращения простоев

Отказ станка, когда-то принятая часть жизни для производителей и OEM, встретил свой матч в современной технологии с IoT-устройствами, облаком и Edge-вычислениями. Для предупреждения и предотвращения отказа станка важно сначала понять, что это и почему это происходит в промышленной среде.

Можно также рассмотреть существующие стратегии работы с отказом оборудования: реактивное ТО, диагностическую аналитику, превентивное ТО. Понимая, где эти стратегии терпят неудачу, узнаем, почему производители движутся к предиктивному ТО, которое решает проблемы всех трёх предшественников.

Что мы рассмотрим (перейдите к нужному разделу):

• Что такое отказ станка?
• Какие типы отказа оборудования?
• Наиболее частые причины отказа станка
• Как предотвратить отказ оборудования?
• Важность IoT в предотвращении отказа оборудования

Что такое отказ станка?

Отказ станка (Machine Failure) или отказ оборудования (Equipment Failure) — любое событие, в котором промышленная машина недопроизводит, полностью или частично, или перестаёт функционировать так, как предназначено. Термин «отказ станка» может охватывать разные сценарии и уровни тяжести.

Отказ в этом контексте — не только критичные show-stopper проблемы, останавливающие производство полностью, но и любая потеря полезности в машине. Порог толерантности к отказу будет варьироваться по обстоятельствам, так как все системы деградируют и теряют эффективность в той или иной форме со временем. Даже воспринимаемые незначительные потери полезности могут вести к огромному растрате ресурсов в масштабе.

Для наших целей любой сбой, вызывающий недопроизводство промышленной машины, полностью или частично, считается отказом станка.

Отказ станка — спектр, и многие отказы нельзя отнести к конкретной точке времени. Пока некоторые — явные поломки, выводящие оборудование из строя, другие коварно ползут, третьи — стабильно сливают эффективность дольше, чем оставлены без должного обслуживания. Есть три главные классификации отказа станка:

Внезапный отказ (Sudden Failure)

То, о чем большинство думает, слыша «отказ станка». Производственная линия гудит, когда случается неожиданный (но очевидный) сбой. Разбитый инструтель, порванный ремень, расплавленный провод и т.д. попадают в эту категорию.

Прерывистый отказ (Intermittent Failure)

Представьте закашливающийся двигатель в вашей производственной строке. Пойдёт немного, потом стоп. Запускаете снова, работает как надо чуть дольше, но снова начинает падать. Прерывистые отказы приходят и уходят, обычно по пути к «полному» отказу станка. Эти спорадические или случайные отказы по своей природе могут быть трудно идентифицируемыми. Прерывистые отказы часто можно предотвратить обслуживанием.

Постепенный отказ (Gradual Failure)

Это отказы, которые вы видите во времени как стабильное снижение полезности машины. Включает ремень, медленно сдирающийся, лезвия, ставшие тупее, трубы, в итоге забивающиеся накипью. Большинство постепенных отказов можно предотвратить регулярным обслуживанием, вооруженным пониманием ожидаемого срока службы деталей.

Наиболее частые причины отказа станка

Отказ начинается где-то. Следующие — некоторые из самых частых причин отказа станка, используемые для анализа, подготовки и предотвращения будущих случаев неисправности.

Ошибка оператора

Если вы слышали техподдержку термин PEBKAC (Problem Exists Between Keyboard And Chair), то же верно для промышленного оборудования. Несмотря на обширное обучение, люди всё ещё склонны к ошибкам, забыванию важных принципов обучения, лени, усталости, простому забыванию. Иногда неправильное использование и злоупотребление оборудованием операторами виновны в отказе. Это также включает простые аварии, вроде уронения оборудования.

Неправильное количество обслуживания

Это может быть слишком малое обслуживание, но также и слишком частое, ведущее к отказу. Обслуживание, происходящее слишком редко, может пустить проблемы незамеченными, что ведёт к домино-эффекту отказа. Но частое обслуживание, по сути, вносит хаос в систему каждый раз. Всякий раз, когда техник открывает машину, есть потенциал риска и отказа — сломанная панель, потерянный винт, случайно подернутый провод не так, сорванный болт… возможности бесконечны и растут с каждым касанием оборудования.

Физический износ

Эта причина включает отказ подшипников, металлическую усталость, коррозию, дескалибровку, общее деградацию поверхностей.

Провалы культуры надежности

Если операторов давят так же сильно, как оборудование, и производственные цели настолько тугоплавки, что они чувствуют, что не могут уделить минуту безопасному и полному разрешению проблемы — отказы неизбежны. «Пластыри-фиксы» в итоге изнашиваются, и повсеместная культура quick-and-dirty разрешений может вести к накапливающимся проблемам и масштабным головным болям отказов станков (в итоге приводя к более низкому общему производству в большинстве случаев).

Как предотвратить отказ оборудования?

Существует множество стратегий предотвращения отказа оборудования, выбор правильной зависит от критичности станка, предсказуемости его отказов, бюджета и доступной инфраструктуры мониторинга. Следующие методы работы с отказом станка в промышленной среде перечислены от наименее к наиболее сложным.

Реактивное обслуживание

Традиционная парадигма ТО. Сломалось — чиним. Не предотвращает отказ станка, а предлагает путь к разрешению проблемы после неисправности.

Диагностическая аналитика

Требует больше копания. В этой структуре ТО машинные данные и анализ корневой причины развёртываются для определения, почему станок отказал. Эта информация затем может использоваться в превентивной стратегии ТО.

Превентивное обслуживание

Включает регулярный осмотр станков перед использованием, установление и соблюдение расписания ТО, регулярную замену компонентов до конца их среднего срока службы, и всё, что пытается отвратить отказ до его наступления. Аналогия — замена масла в машине каждые несколько тысяч километров. Не ждём, пока масло станет грязью и забивёт остальное оборудование, а проактивно, превентивно поддерживаем на базе ожиданий когда отказ иначе бы произошёл.

Предиктивное обслуживание

Предиктивное ТО использует прошлую производительность станка для моделирования поведения актива. С достаточными данными алгоритмы могут предсказывать отказы оборудования на базе реальных данных с IoT-подключённых станков. Это значит, что превентивные задачи ТО не происходят ненужно — как замена идеально хороших деталей — а основаны на более глубоком и кастомизированном анализе когда отказ грядет или наиболее вероятен.

Важность IoT в предотвращении отказа оборудования

IoT-устройства дают беспрецедентный инсайт производителям и OEM благодаря данным, которые они предоставляют. IoT-подключённое оборудование может работать в интеллектуальной сети, мониторящие машинные данные для выявления узких мест, уведомления операторов о грядущих отказах, и — в паре с машинным обучением — даже предлагать предложения следующих действий на базе KPI, например: «Стоит ли остановить станок на 10 минут заменить этот бит и продолжить на нормальной скорости? Получим ли мы большую ценность от работы станка на 80% мощности следующие два часа, оставив только 10% шанс полного отказа против 60% вероятности отказа за тот же период при 100% мощности?»

Настоящий бонус IoT против более традиционных методов сбора данных и аналитики — его способность к сбору в реальном времени. Пока исторические данные могут дать отличный инсайт для превентивных стратегий ТО, IoT-инструментированное предиктивное ТО даёт конкурентное преимущество производителям за счёт увеличения uptime, сокращения растраты ресурсов и предоставления стратегических инсайтов, выходящих за рамки расписаний ТО в оптимизацию процессов и большее. Плюс, IoT-подключённое оборудование имеет потенциал использовать облако для глубокого, богатого анализа и Edge-вычисления для молниеносных инсайтов даже в защищённых и air-gapped средах.