Готовая к сборке начинка устройства

Контроль энергопотребления на производстве

Очень хорошо, когда клиент знает, чего он хочет. Вдвойне хорошо, когда он еще и делится этим видением с будущим подрядчиком, снабжая его схемами, примерами реализации подобных проектов или даже готовым техническим заданием. Такое хоть и крайне редко, но случается. В статье поэтапно рассмотрим проект цифровизации завода «Агромиг».

Любое более-менее серьезное производство требует тщательного контроля не только качества выпускаемой продукции (по нашему мнению, такой контроль необходим на любом предприятии), но и каждого из участков, поскольку даже незначительные поломки и простои оборудования на одном участке может привести к значительному превышению сроков, удорожанию конечных продуктов или даже к претензиям со стороны заказчика, если изделия предназначались для него. И само собой разумеется, что грамотное руководство предприятия старается если и не исключить подобные ситуации вообще, то хотя бы сделать все возможное для того, чтобы свести их к минимуму. Но это одна сторона модернизации. Другой стороной является стремление снизить стоимость производства и поиск способов по оптимизации использования имеющегося оборудования и станков. Ведь каждый станок на производстве — это капиталовложение, которое может приносить дополнительную прибыль, если использовать оборудование не на 20–50%, а, скажем, на 50–80% или даже на все 100%. Но для этого необходимо не только теоретически понимать, что и как работает на производстве, но и «ощущать» это на практике, то есть в реальных условиях и в реальном времени следить за каждым из станков, определяя загруженность в ретроспективе и делая прогнозы на перспективу. Конкретный пример: станок для плазменной резки металла функционирует в среднем 4–5 ч за смену. Примерно такое же количество времени он стоит выключенным. То есть за один рабочий день он выполняет лишь 50% от того объема, который может делать фактически. Обладая подобной информацией, можно понять, как и чем занять оборудование при простоях, сократив простои или изменяя производственный процесс либо дополнительно привлекая сторонние заказы, свести простои к нулю.

Завод «Агромиг» занимается изготовлением современных высокоэффективных зерносушилок и располагает собственным производством, состоящим из различных металлообрабатывающих станков, информацию о работе которых и планировалось виртуализировать.

Каким образом можно получать данные о работе станков в оперативном режиме? Вариантов может быть несколько. Можно за каждым станком закрепить ответственного человека, который будет обо всех событиях, связанных с работой станка, сообщать куда следует, вбивать данные в таблицы и т. д. Но в век информационных технологий это так себе решение, а потому данный вариант был отвергнут руководством завода в пользу специальных программных и инженерных средств, которые не только исключают человеческий фактор, но и сами могут накапливать данные, обрабатывать и выводить в удобном для анализа и принятия последующих решений формате.

 

Устройства

На рынке существует достаточно много готовых реализаций подобных проектов, но из-за универсальности или, наоборот, из-за крайней специфичности они не могут удовлетворить все потребности клиента, а если и могут, то процесс по их изучению и последующему изменению отнимает множество сил, времени и, соответственно, денежных средств. Да и совсем не факт, что такие изменения в принципе возможны. Поэтому было принято решение самостоятельно спроектировать и изготовить необходимые устройства на базе недорогих, но достаточно эффективных микроконтроллеров (ESP32) производства дружественного нам соседа. Тем более уже имелся успешный опыт применения подобных контроллеров на других проектах. Изучение предметной области и проектирование устройств не заняло много времени. Гораздо дольше пришлось ждать посылку с комплектующими. Печатные платы изготовили сами (рис. 1): это чуть дольше, чем при использовании технологии ЛУТ или ей подобной, но гораздо быстрее и дешевле, чем при заказе готовых плат у какого-либо производителя.

Готовая к сборке начинка устройства

Рис. 1. Готовая к сборке начинка устройства

 

Облако

Первоначальный вариант проекта предполагал развертывание сервера для сбора и анализа данных с последующим выводом необходимых отчетов на «железе» заказчика непосредственно на заводе. Но в процессе реализации стало понятно, что данный сервер должен не только быть надежным и стабильным, но и предусматривать мониторинг и внесение дополнений на протяжении всей жизни проекта с нашей стороны. Для этого необходимо открыть доступ извне к внутренней сети завода. Это небезопасно и требует специальных навыков от системных администраторов.

Решено было разместить сервер на сторонней площадке с привычной нам непрерывной интеграцией/доставкой кода (CI/CD), автоматическим резервным копированием данных и другими любимыми нами «плюшками». Дополнительным значительным преимуществом такого подхода является возможность доступа к системе из любой точки планеты, при наличии устройства с веб-браузером и выходом в Интернет.

 

Логика

Готовые устройства (рис. 2) подключаются при помощи специальных датчиков (бесконтактный датчик тока) к электропроводке станков (рис. 3). На данный момент это пять металлообрабатывающих станков — плазменной и лазерной резки, гибки листовых материалов, координатно-пробивные ленточнопильные, которые получают данные с датчиков тока и переводят показания в числовые значения силы тока.

Готовые устройства

Рис. 2. Готовые устройства

Через Wi-Fi-соединение устройства подключаются к серверу (облаку) и передают на него показания. На сервере данные идентифицируются, обрабатываются и сохраняются в базе. Для каждого из станков в облаке настраиваются пороговые значения, по которым система определяет статус для каждого из станков в режиме реального времени: включен, выключен или находится под нагрузкой. В случае если информация от какого-либо из устройств не приходит в систему в течение заданного промежутка времени, система фиксирует разрыв соединения и заносит информацию об этом в базу данных. Пользователи, зарегистрированные в системе, при помощи веб-браузера по специальным ссылкам попадают на страницы с настройками системы, состоянием оборудования или необходимым отчетам. Отчеты формируются на основе заданных фильтров и могут быть выведены на печать в удобном для последующего анализа виде.

Подключение устройства к щитку станка

Рис. 3. Подключение устройства к щитку станка

 

Результаты

Разработанная система в режиме реального времени контролирует работу станков на производстве, собирая и анализируя данные по их работе. Пользователи системы могут через веб-интерфейс увидеть состояние станков (рис. 4), сформировать отчеты за выбранный период с визуальным отображением функционирования станков в течение дня (рис. 5) и получить печатную форму (рис. 6) или круговую диаграмму с отображением работы, простоя и отключенного состояния (рис. 7), с возможностью получения печатной формы (рис. 8).

Интерфейс облака: таблица устройств

Рис. 4. Интерфейс облака: таблица устройств

Планы по практическому применению и развитию проекта грандиозные. На основе данных о реальном использовании станков становится понятно, нужно ли докупать оборудование или необходим лишь пересмотр производственных процессов с целью снижения простоев или для перенесения отдельных видов работ на другие станки.

Интерфейс облака: работа устройства за период времени

Рис. 5. Интерфейс облака: работа устройства за период времени

Другое возможное применение данной системы — контроль оборудования для сторонних заказов. Дело в том, что станков, подобных тем, что есть у «Агромига», нет у других производителей, но выполняемые ими операции часто необходимы таким производствам. Поэтому «Агромиг» планирует в скором времени выполнять подряды, и разработанная система позволит избежать ситуаций, когда менеджеры будут брать сторонние заказы, не обладая информацией по фактической загруженности станков.

Печатная форма: статистика работы станка плазменной резки

Рис. 6. Печатная форма: статистика работы станка плазменной резки

Интерфейс облака: диаграмма с производительностью станка

Рис. 7. Интерфейс облака: диаграмма с производительностью станка

Следующим улучшением системы будет чат-бот, установленный на смартфоны операторов станков и мастеров производства. Этот чат-бот сможет опрашивать операторов станков, на которых превышено время простоя, по поводу причин вынужденного бездействия и уведомлять о них мастеров, сохраняя всю информацию в базе данных для последующего анализа и принятия управленческих решений. Заказчик всерьез задумывается над возможностью масштабирования системы на другие производства с предоставлением последним отдельных веб-интерфейсов и специальных разделов с необходимыми именно этим производствам отчетами. Так что вполне вероятно, что уже в текущем году на рынок выйдет удобный и мощный продукт для контроля производства.

Печатная форма: диаграмма производительности станка плазменной резки

Рис. 8. Печатная форма: диаграмма производительности станка плазменной резки

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *