Технологии дополненной реальности, применяемые при выполнении работ по ТОиР оборудования с ЧПУ. Часть 2.

В данной статье я продолжу тему "Технологии дополненной реальности, применяемые при выполнении работ по ТОиР оборудования". И на практическом примере покажу современный подход к управлению и организации интеллектуальной АСУ ТОиР оборудования с ЧПУ с использованием технологий дополненной реальности.

14. Практическое применение AR технологий в службах ТОиР оборудования с ЧПУ на предприятиях.

Современный уровень развития технологий промышленных предприятий предъявляет высокие требования к надежности оборудования, а также эффективной и экономичной работе технологического оборудования при минимальных затратах времени и средств. Ситуация, сложившаяся в различных отраслях промышленности с системой технического обслуживания и ремонта (ТОиР), – неоднозначна.

В связи с оптимизацией технологических процессов, реструктуризацией всех секторов промышленности и внутренних подразделений предприятий на первое место выходят два ключевых фактора – это используемое технологическое оборудование и система ТОиР имеющегося оборудования. В связи с финансовыми трудностями используемое технологическое оборудование обновить не представляется возможным, поэтому система ТОиР во всех отраслях промышленности выходит на приоритетное первое место. Эта проблема напрямую оказывает влияние на эффективную деятельность предприятий.

Моей целью было создать и внедрить интеллектуальную систему технического обслуживания оборудования с ЧПУ на базе достижений науки и решений предприятий разработчиков и промышленных предприятий. Начиная с 2014 года Технический центр стал лидером отрасли в разработке, внедрении и продвижении методов, средств и технологий интеллектуальных систем технического обслуживания оборудования с ЧПУ. Методы и технологии, разработанные Техническим центром, были внедрены и апробированы на предприятии в ряде проектов по интеллектуальным системам диагностики и мониторинга технического состояния формообразующих узлов станков с ЧПУ.

В настоящее время с растущими требованиями к повышению производительности работы оборудования с ЧПУ и качеству обработки существенно повышается роль ТОиР по фактическому состоянию с использованием современных инновационных методов:

-мониторинга с глубокой диагностикой технического состояния узлов станков, основанной на проведении оценки узла без разборки станка и выявления неисправностей.

- применения технологий дополненной реальности в качестве удаленного эксперта и помощника ремонтнику.

В 2005 году мы у себя в Техническом центре начали работы по разработке инновационного проекта мониторинга с глубокой диагностикой технического состояния узлов многокоординатных станков с ЧПУ.

В 2009 году мы закончили пилотный проект и внедрили его в производство, как АСУ ”Мониторинг”, интегрированную в АСУ “ТОиР” в виде, изображенном на нижерасположенном рисунке.

В последующем АСУ “Мониторинг“ постоянно совершенствовалась и превратилась в интеллектуальную систему с АРМ Диагноста. На нижерасположенном рисунке показан его общий вид.

В настоявшее время к более сотни станков, которые находятся в режиме постоянного мониторинга, подключены специализированные датчики на все формообразующие узлы станков.

В 2016 году мы приступили к разработке и внедрению инновационного проекта создания удаленного помощника ремонтника на базе технологий дополненной реальности.

В настоящее время множество предприятий, эксплуатирующих оборудование с ЧПУ, испытывают ряд сложностей в организации их эффективной работы из-за низкой эффективности ремонтных работ. Предприятия несут постоянные убытки из-за простоя оборудования по техническим причинам и его неоптимальной эксплуатации. Это связано не только со случившимися пандемией и СВО, но и проблемами нехватки квалифицированных специалистов, а также недостаточным уровнем автоматизации ремонтных служб. В результате в службах ТОиР возникает необходимость постоянного оказания технической поддержки ремонтникам. В этих непростых условиях ремонтному производству необходима новая инновационная система или инструментарий (экстренной экспертной помощи), оцифровки экспертных инженерных знаний и предиктивной аналитики.

Коллектив Технического центра постоянно занимался решениями подобных задач, постоянно находился в творческом поиске по внедрению инновационных методов и инструментов, и технологиями цифровой трансформации и дополненной реальности в составе типовых решений предиктивного ТОиР оборудования.

Эти решения базировались на технологиях промышленного интернета вещей, 3-Д моделирования, машинного обучения и дополнительной реальности.

Увязав эти технологии между собой, мы получили усовершенствованную платформу по созданию цифровых двойников оборудования и их узлов, которые являются источниками предиктивной аналитики, базовыми элементами планирования работ по ТОиР и создания системы удаленного помощника ремонтнику.

На нижерасположенном рисунке вы видите схему ремонта формообразующих узлов станка с использованием стационарной системы мониторинга с глубокой диагностикой технического состояния и удаленного помощника ремонтника.

Основными интеллектуальными узлами системы мониторинга являются:

14.1. АРМ ДИАГНОСТА в составе рабочего места с мониторами, подключенными в сеть предприятия, системой ЧПУ типа Sinumerik 840D и набором модулей диагностики и набором различных программных продуктов.

14.2. АРМ РЕМОНТНИКА в составе передвижного инженерного терминала, подключенного к сети предприятия, и набора различных программных продуктов.

На нижерасположенном рисунке мы видим АРМ ДИАГНОСТА- эксперта станков с ЧПУ, оснащенных УЧПУ типа Sinumerik 840 D и программными приложениями.

На нижерасположенном рисунке мы видим АРМ РЕМОНТНИКА, оснащенного различными модулями, необходимыми для эффективного проведения ремонтных работ.

АРМ РЕМОНТНИКА

15. Пример проведения ремонта шпиндельной бабки многокоординатного станка модели ИР 500 ПМФ4 с применением AR технологий.

Теперь я приведу на примере станка модели ИР 500 ПМФ4 один из сценариев устранения неисправностей формообразующих узлов, конкретно шпиндельного узла. Фокус быстрого и качественного ремонта направлен на использование данных мониторинга и глубокой диагностики технического состояния узлов станка и технологии дополненной реальности.

16. Немного о станке

Многокоординатный станок модели ИР 500 ПМФ4 состоит из следующих основных узлов:

На нижерасположенном рисунке показана структурная схема станка.

Из них формообразующими узлами являются:

16.1. Шпиндельная бабка.

16.1.1. Мотор-шпиндель.

16.2. Приводы подач по координатам X, Y, Z.

16.3. Приводы оси “B” (поворотный стол)

Особенности работы станка:

• Переменные скорости вращения шпинделя и приводов подач.
• Переменные нагрузки на узлы станков.
• Реверсивные движения.
• Различная температурная деформация узлов станка.

17. Порядок работы ремонтника по ремонту шпинделя многокоординатного станка модели ИР500

В бюро ремонта на АРМе ремонтника появляется сообщение о нестабильной работе шпиндельного узла по параметрам вибрации, температуры и силы тока.
Ремонтник выходит к неисправному станку и проводит следующую работу:

17.1. В личном кабинете ремонтник имеет возможность ознакомиться с деталями заказа на ремонт.

17.2. Когда ремонтник пребывает на место проведения ремонтных работ он открывает ситуационную заявку и активирует функцию фото–видео фиксации.

17.3. После чего ремонтник переходит к ремонту, использовав полученный код доступа.

17.4. Получив код для идентификации оборудования, ремонтник наводит камеру планшетника на метку и тем самым активирует процесс воспроизведения технологии ремонта и картинок шпиндельной бабки станка.

17.5. Опрашивает оператора о поведении станка перед аварийным остановом.

17.6. Подключает к сети около станка интерактивный инженерный терминал работающий по технологии AR.

17.7. Авторизуется по индивидуальному логину и паролю.

17.8. Для дальнейшего действительного предоставления вида ремонтных работ ремонтник входит в меню приложения и видит назначенные ему:

- заявки на выполнение работ;
- фиксирует время начала и окончания ремонтных работ.
- просматривает информацию с датчиков и ПЛК станка.
- визуально просматривает всю индикацию на станке и в электрошкафе, на пульте оператора, гидростанции и узлах станка.

17.9. Просматривает результаты мониторинга за последние 6 месяцев.

17.10. Просматривает тренд развития дефектов. 17.11.Просматривает историю неисправностей.

17.12. Просматривает информацию с датчиков и ПЛК станка.

17.13. Визуально просматривает всю индикацию на станке и в электрошкафе, на пульте оператора, гидростанции и узлах станка.

17.14. Пробует вручную провернуть шпиндель.

17.14.1. Шпиндель не вращается, производится его демонтаж, согласно полученной на планшет или рабочее место ремонтника инструкции. Демонтированный шпиндель оправляется на централизованный участок ремонта шпинделей для капитального ремонта.

17.14.2. Шпиндель вращается с характерным металлическим постукиванием, повышенной вибрацией, температурой, силой тока. Консультация с экспертом в удаленном режиме. Демонтаж шпинделя, согласно полученной на планшет или рабочее место ремонтника инструкции. Демонтированный шпиндель отправляется на централизованный участок ремонта шпинделей для капитального ремонта.

17.14.3. Шпиндель вращается с характерным металлическим постукиванием (хрустом), повышенной вибрацией, исходящей от передних подшипников и узла зажима инструментальной оправки.

17.14.3.1. Проводит прибором измерение силы зажима инструментальной оправки.

17.14.3.2. Если сила зажима оправки меньше допустимой величины, ремонтник консультируется (при необходимости) с экспертом в удаленном режиме. Производит демонтаж шпинделя, согласно полученной на планшет или рабочее место ремонтника инструкции. Вынимает узел зажима инструментальных оправок и осматривает его состояние, особенно состояние тарельчатых пружин. При обнаружении дефектных тарельчатых пружин производит их замену.

17.14.3.3. Собирает шпиндель и монтирует его на станок.

17.14.3.4. Включает станок и проверяет усилие зажима инструментальных оправок. Если усилие зажима в допуске, то переходит к следующему шагу.

17.14.3.5. Ремонтник с помощью планшета или переносного рабочего места ремонтника подключается к АСУ Мониторинг и смотрит изменения результатов измерений.

17.14.3.6. Если общий уровень вибрации находится в предаварийной зоне, ремонтник по согласованию с экспертом сдают станок в эксплуатацию под постоянным контролем с помощью АСУ Мониторинг и делают заказ на приобретение подшипников.

17.14.4. Шпиндель вращается с повышенной вибрацией и допустимой температурой и силой тока. Тренд общей вибрации увеличивается, уровень виброускорения находится в зоне предаварийного состояния.
Ремонтник консультируется с экспертом. Совместно принимают решение продолжить эксплуатацию станка, поставив его на постоянный мониторинг и произвести заказ подшипников.

17.14.5. Включает станок и шпиндель на малых оборотах.

17.14.6. Подключается к АСУ Мониторинг и получает информацию о текущем состоянии узлов шпиндельной бабки.

На нижераспложенных рисунках изображены картинки процесса вибродиагностики.

И измерения температуры шпинделя

17.14.7.В результате просмотра и анализа полученных текущих и паспортных значений на графиках и диаграммах ремонтник обнаруживает расхождения предельных физических показателей от показателей цифрового двойника и паспортных значений сразу по “n” показателям (зависит от возможности системы мониторинга) повышенной вибрации и температуры в районе передних подшипников.

17.14.7.1. Ремонтник переходит к устранению неисправности. На экране пользовательского интерфейса появилось описание первой операции. Ремонтник пользуется подсказкой, в которой выводится изображение шпиндельной бабки.

17.14.7.2. При переходе к последующей операции ремонтник загружает изображения графиков виброхарактеристики и спектрального анализа работы исправного (эталонного) шпинделя из базы данных АСУ Мониторинг и делает снимок, затем загружает изображения графиков виброхарактеристики и спектрального анализа работы неисправного шпинделя в режиме реального времени, делает снимок. Накладывает оба снимка друг на друга и фиксирует несоответствия, выразившиеся в росте амплитуд на частотах переднего подшипника. Снимки некорректной работы шпинделя станка ремонтник сохраняет в базе данных для последующих заполнений отчетов и отправки их на сервер.

17.14.7.3. Ремонтник оказывается на следующем шаге и получает инструкцию о дальнейших действиях. Он открывает предложение дальнейшего действия, знакомится и приступает к их исполнению.

17.14.8. Работа со шкафом управления.

Ремонтник открывает картинку с изображением электрошкафа, для того чтобы убедиться в соответствии реального оборудования с оборудованием, представленным на изображении и открывает дверцу электрошкафа для доступа во внутреннее пространство. Здесь ремонтник видит слаботочное электрическое оборудование, привод главного движения, привода подач, ПЛК, трансформаторы. Ремонтнику нужно просмотреть всю цепочку электрической схемы управления приводом главного движения и понять причину повышения температуры, силы тока и вибрации шпинделя. Ремонтник открывает техническую документацию электрошкафа, привода главного движения, шпинделя и ПЛК для изучения. Он находит нужную схему и описание и приступает к их изучению. В результате ремонтник обнаруживает, что он не может найти причину отключения шпинделя. Возникает проблема. Ремонтнику нужна техническая поддержка удаленного эксперта по направлениям: электрика, механика, специалистов по электрическим приводам и диагностики. Тогда ремонтник возвращается на свое мобильное рабочее место и инициирует сессию с удаленными экспертами. Данная сессия позволяет транслировать аудио-видео поток так, чтобы удаленные эксперты могли увидеть состояние узлов оборудования газами ремонтника. Удалённые эксперты принимают входящий вызов и со слов ремонтника пытаются понять суть проблемы. Ремонтник последовательно наводит камеру планшета на шпиндель, преобразователь привода главного движения, на ПЛК, на панель оператора. И получает подсказки в виде голосовых инструкций и графических пометок на экране. Ремонтник переходит к выделенному узлу станка и выполняет инструкции удаленного эксперта. После чего ремонтник подтверждает выполнение работ красными галочками на своем планшете. Когда помощь эксперта больше не нужна и ремонтник получил ответы на свои вопросы, он завершает сессию. При этом каждое действие ремонтника и эксперта фиксируется в виде списка с экрана и отправляется в виде отчета на север.

17.14.9. Ремонтник возвращается к режиму “Технологическая карта” и продолжает работу.

Ремонтник открывает закладку «элемент управления» станка, выбирает преобразователь привода главного движения и ПЛК и просматривает ошибки, появившиеся до отказа. Ремонтник инициирует сессию с удаленными экспертами по направлению «электрические привода производства фирмы Siemens». Данная сессия позволяет транслировать аудио-видео поток так, чтобы удаленные эксперты могли увидеть состояние преобразователя и ПЛК глазами ремонтника. Удалённые эксперты принимают входящий вызов и со слов ремонтника и записи результатов мониторинга до наступления аварии пытаются понять суть проблемы. Ремонтник получает подсказки в виде голосовых инструкций и графических пометок на экране и переходит к и выполнению инструкций удаленного эксперта.

17.14.10. После выполнения работ ремонтник включает шпиндель на низких оборотах с постепенным увеличение оборотов. Эксперт-диагност на своем АРМе просматривает выходные характеристики и сравнивает их с паспортными или модельными. И принимает решение продолжить эксплуатацию или вывести станок из эксплуатации и приступить к ремонту шпинделя на специализированном участке. Если эксперт принимает решение о ремонте шпинделя, то ремонтник получает инструкцию по демонтажу шпинделя. Он выполняет работы согласно инструкции и отправляет шпиндель на ремонт на специализированный участок ремонта шпинделей.

Таким образом, наше решение предиктивного ТОиР оборудования с элементами технологии AR позволяет значительно повысить производительность и качество регламентных и аварийных работ оборудования с ЧПУ за счет сравнения характеристик цифровых двойников формообразующих узлов станка с фактическими характеристиками. Отклонения фактических характеристик от модельных за период эксплуатации показывают тренд развития дефекта. А сама система дает возможность удаленного взаимодействия ремонтника с экспертами и через фото-видео фиксацию получать инструкции для выполнения ремонтных работ.