Совместная разработка и внедрение в эксплуатацию проекта оценки эффективности работы и диагностики технического состояния оборудования с ЧПУ «АИС Диспетчер»

Доброго времени суток, уважаемые коллеги!

В сегодняшней статье я познакомлю Вас с совместной работой над проектом оценки эффективности работы и диагностики технического состояния узлов оборудования с использованием АИС «Диспетчер».

В настоящее время на предприятиях машиностроения эксплуатируется большое количество станков с ЧПУ. Большинство из них имеет возраст интенсивной эксплуатации более 30 лет и различное техническое состояние, и при этом они морально и физически устарели. Из-за невозможности приобрести новое оборудование по известным причинам предприятиям необходимо создавать современные службы ТОиР оборудования на базе инновационных цифровых систем, которые позволят эффективно управлять процессами поддержки оборудования в технически исправном состоянии в соответствии с паспортом.

Для достижения эффективного управления ТОиР оборудования с ЧПУ необходимо иметь данные. О количестве и глубине данных можно говорить много, но я в первую очередь выделил бы, как практик, необходимость организации автоматического регулярного сбора данных и организации ведения статистики о состоянии оборудования и дефектах, чтобы понимать реальную картину причин неисправностей. В 2010 году мы приступили к решению данной проблемы, используя новую разработку ООО ИЦ «Станкосервис» (далее по тексту - ИЦ «Станкосервис») - автоматизированную информационную систему «Диспетчер». И как обычно, начали с разработки Технического задания.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

на разработку проекта системы удаленного мониторинга эффективности работы и технического состояния узлов оборудования с ЧПУ на базе АИС «Диспетчер»

1. Назначение системы

Система удаленного мониторинга предназначена для автоматизации и повышения оперативности управления эффективностью работы и техническим обслуживанием и ремонтом станков с ЧПУ, за счет реализации следующих функций:

  • контроля производительности станка;
  • безразборной диагностики технического состояния механических узлов станков;
  • автоматического отключения станка при угрозе столкновений;
  • учета всех причин простоев станка;
  • учета потребляемой электроэнергии;
  • оперативного оповещения ремонтных служб о неисправности оборудования;
  • оперативного оповещения руководителей производства, начальников цехов, технологических, конструкторских и материально-технических отделов о причинах простоя оборудования.

2. Основание для разработки

Распоряжение по предприятию.

3. Цель разработки

Обеспечить контроль эффективности работы и глубокую диагностику технического состояния узлов станков с ЧПУ в режиме реального времени с целью:

  • повышения общей готовности станков к выполнению плановых заданий;
  • повышения надежности за счет предотвращения внезапных отказов по механике и снижения брака;
  • повышения производительности работы оборудования с ЧПУ за счет учета эффективности использования;
  • повышения эффективности технического обслуживания и ремонта за счет планирования работ по фактическому техническому состоянию.

Цели и задачи внедрения АИС «Диспетчер» показаны на ниже изображенном рисунке.
4. Структура системы мониторинга эффективности работы и мониторинга технического состояния узлов оборудования с ЧПУ с элементами адаптивного управления АИС «Диспетчер»

На нижерасположенном рисунке представлена функциональная блок-схема системы мониторинга эффективности работы и диагностики технического состояния узлов станков с ЧПУ АИС «Диспетчер» для управления современным производством на машиностроительных предприятиях.
На нижерасположенном рисунке представлена структурная схема системы мониторинга эффективности работы и диагностики технического состояния узлов станков с ЧПУ АИС «Диспетчер».
На нижерасположенном рисунке представлена функциональная блок-схема системы мониторинга эффективности работы и диагностики технического состояния узлов станков с ЧПУ АИС «Диспетчер» с основными модулями и опциями.
4.1. Модуль «Управление простоями» должен в автоматическом режиме осуществлять сбор информации о состояниях работы станка и формировать причины простоя.

4.2. Модуль «Управление управляющими программами для станков с ЧПУ» должен в автоматическом режиме осуществлять прием, передачу, редактирование и хранение управляющих программ для станков с ЧПУ по локальной сети предприятия с возможностью разграничения доступа персонала к архиву управляющих программ. Загрузка управляющих программ в УЧПУ станка должна осуществляться по интерфейсам RS232, USB, Ethernet.

4.3. Модуль «Управление производственным заданиями» должен в автоматическом режиме

формировать производственные задания и отчеты об их выполнении оператору станка. А также осуществлять контроль за событиями, возникающими на оборудовании с созданием рассылок оповещений ответственным работникам предприятия (ремонтникам, технологам, конструкторам, руководству цеха и производства) для своевременного реагирования на такие события. Кроме вышеперечисленных действий модуль должен в автоматическом режиме осуществлять:

  • учет и обработку разнообразной информации о производственном использовании оборудования с ЧПУ;
  • учет изготовления деталей операторами станков;
  • учет бракованной продукции со спецификацией видов причин брака.

На нижерасположенном рисунке показана схема работы оператора станка и АИС «Диспетчер».
4.4. Модуль «Мониторинга и диагностики технического состояния узлов станка» должен в автоматическом режиме осуществлять сбор информации о техническом состоянии механических узлов станка в реальном режиме времени с формированием отчета об их состоянии и прогнозами об ориентировочной дате отказа узла.

АИС «Диспетчер» в своей архитектуре должна иметь нижеперечисленные опции:

  1. Опция «Контроля энергопотребления», включающая в себя следующие функции:

-контроль и регистрация потребляемой станком полной и активной мощности;
-контроль и регистрации общего электропотребления станком;
-контроля и регистрация электропотребления приводами главного движения и приводами подач;
-расчет затрат электроэнергии и коэффициента мощности на каждую единицу оборудования;
-формирование отчетов для анализа энергозатрат.

2. Опция «Табло эффективности», включающая в себя следующие функцию:

-расчета общей эффективности работы оборудования (ОЕЕ) с расчетом ключевых показателей (готовность оборудования к работе, производительность работы оборудования и качество выпускаемой продукции).

3. Опция «Генератор отчетов», включающая в себя следующие функции:

-создание произвольных отчетов, основанных на накопленной системе мониторинга информации о длительности контролируемых состояний станка с выбором различных типов диаграмм, данных, периода наблюдения;
-автоматическая рассылка сформированных отчетов об эффективности работы станков и об их техническом состоянии пользователям системы.

4. Опция «Видеомониторинг» должна обеспечивать:

-видеозаписи с применением IP-видеокамер на выбранных точках станка;
-просмотр видеоизображений в режиме «онлайн-видео»;
-воспроизведение ранее записанных видео в интересующих нас точках и за нужный момент времени.

5. Опция «Мобильное приложение» должна обеспечивать контроль за работой оборудования, оператора и ремонтника в реальном режиме времени с индикацией длительности состояний и причин простоя с применением мобильных устройств на базе Android и IOS и должна быть подключена к локальной интернет-сети предприятия.

6.Опция «Коллективный пульт мониторинга и диагностики технического состояния узлов станка», сформированная на базе устройств специализированных автоматизированных рабочих мест диагностов и ремонтников должна осуществлять:

-контроль за работой станков в реальном режиме времени с индикацией длительности состояний и причин простоя;
-регистрацию персонала (оператора, ремонтника);
-регистрацию начала и окончания работ п ТОиР станков.

Программное обеспечение должно быть выполнено на высоком уровне с визуализацией и анализом информации об объектах мониторинга и диагностики с формированием отчетности.

5. Технические требования к модулю автоматического сбора информации о состоянии работы станка

Модуль автоматического сбора информации о состоянии работы станка после реализации должен
обеспечивать выполнение следующих функций:

1. Автоматическая регистрация во времени и удаленная передача информации о состояниях работы станков, представленных в приложениях 1 и 2.
Перечень информации представлен в нижерасположенной таблице 1 и должен при необходимости расширяться.
2. Ведение учета времени простоя станка по причине, вводимой оператором станков, представленных в приложениях 1 и 2.
Перечень причин простоя станка представлен в таблице 2 и может быть расширен при необходимости.
3. Ведение автоматической регистрации времени потребляемой станком полной и активной мощности, а также расчет затрат электроэнергии, как на каждую единицу оборудования, так и на всю выпускаемую продукцию.

Модуль автоматического сбора информации о состоянии работы станка для оборудования, представленного в приложении 1, должен реализовываться на базе регистратора Р-01Д, терминала ввода-вывода ТВВ-10 и программного обеспечения АИС «Диспетчер».

Модуль автоматического сбора информации о состоянии работы станка для оборудования, оснащенного УЧПУ Siemens Sinumerik 840D, 840Dsl, представленного в приложении 2, должен реализовываться на базе программного обеспечения Siemens MCIS MDA, TPM и RCS.

4. Программное обеспечение модуля автоматического сбора информации о состоянии работы станка должно обладать возможностью анализа данных и формирования отчетности.

Модуль автоматического сбора информации о состояниях работы станка должен интегрироваться с

программным обеспечением высокого уровня для визуализации и анализа информации об объектах мониторинга.

6. Технические требования к модулю автоматического сбора информации о техническом состоянии механических узлов станка

Модуль автоматического сбора информации о техническом состоянии механических узлов станка после реализации должен обеспечивать выполнение следующих функций:

1. Автоматическую регистрацию и удаленную передачу информации о техническом состоянии механических узлов на особо ответственном оборудовании, представленном в приложении 3.

Перечень информации представлен в таблице 3.
2. Выполнение отключения подачи рабочих органов или выполнение аварийного останова станка при столкновении.

3. Формирование ошибок в УЧПУ о неисправности с выводом их на панели оператора.

4. В модуле автоматического сбора информации о техническом состоянии механических узлов станка

должна быть реализована регистрация в реальном режиме времени частоты вращения шпинделя.

5. Контроль технического состояния механических узлов должен осуществляться по параметрам вибрации, регистрируемым с датчиков, стационарно установленных на станке.

6. Модуль автоматического сбора информации о техническом состоянии механических узлов станка должен обладать возможностью автономной работы с сохранением данных во внутреннюю память.

7. Модуль автоматического сбора информации о техническом состоянии механических узлов станка должен интегрироваться с программным обеспечением высокого уровня для визуализации и анализа информации об объектах мониторинга.

7. Технические требования к программному обеспечению высокого уровня для визуализации и анализа информации об объектах мониторинга

Программное обеспечение должно выполнять следующие функции:

1. Визуализация данных, поступающих с модуля автоматического сбора информации о состояниях работы станка;

2. Визуализация данных, поступающих с модуля автоматического сбора информации о техническом состоянии механических узлов станка;

3. Проводить анализ полученной информации и вывод отчетов по загрузке и техническому состоянию оборудования.

Программное обеспечение должно обладать двухуровневой архитектурой:

  • Уровень 1 – «цех», «Технический центр»: визуализация состояния работы оборудования цеха (участка цеха) в целом;
  • Уровень 2 – «станок»: визуализация технического состояния механических узлов единицы оборудования.

Визуализация состояния работы оборудования (для уровня 1), на основе данных, представленных в таблицах 1 и 2, должна отображаться на экране монитора меняющейся цветовой индикацией на мнемосхеме в виде планировки цеха (участка).

Визуализация технического состояния механических узлов (для уровня 2) должна отображаться на экране

монитора меняющейся цветовой индикацией на мнемосхеме в виде кинематической схемы станка.

Элементы кинематической схемы (диагностируемые элементы) должны окрашиваться в один из трех цветов в зависимости от технического состояния:

  • зеленый, характеризующий нормальную работу диагностируемого элемента;
  • желтый, характеризующий уровень «ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ»;
  • красный, характеризующий уровень «АВАРИЯ».

8. Общие технические требование к системе мониторинга после ввода ее в эксплуатацию

  1. Система мониторинга должна полностью интегрироваться с ИВС предприятия с использованием технологии передачи данных Ethernet.
  2. Система мониторинга должна интегрироваться с системой прямого управления станками с ЧПУ.
  3. Система мониторинга должна обеспечивать защиту информации от несанкционированного доступа.
  4. Система мониторинга должна обеспечивать сохранность информации при сбоях путем резервного копирования.
  5. Аппаратное обеспечение системы мониторинга должно быть адаптировано для эксплуатации в цеховых условиях.
  6. Для обеспечения высокой надежности функционирования система мониторинга должна обладать возможностью самодиагностики.
  7. Данные с модулей должны поступать на единый сервер, откуда передаваться на клиентские ПК, обладающие различными правами доступа к информации.

9. Перечень работ, которые необходимо выполнить совместно.

9.1. Техническому центру выполнить работы по организации сетевой инфраструктуры в цехах (подвод ИВС к каждому станку с ЧПУ)».

9.2. Техническому центру и ИЦ «Станкосервис» выполнить проектные работы.

9.3. Техническому центру определить места установки датчиков на станках с ЧПУ.

9.4. Техническому центру определить выходные параметры, характеризующие техническое состояние узлов станков с ЧПУ.

9.5. ИЦ «Станкосервис» осуществить подбор и согласование аппаратного и программного обеспечения для реализации сбора и обработки данных.

9.6. ИЦ «Станкосервис» разработать схемы электрических подключения аппаратного обеспечения системы мониторинга к СЧПУ и электроавтоматике станка.

9.7. На первом этапе установить модули автоматического сбора информации о состояниях работы станка с возможностью указания причин простоя на базе системы АИС «Диспетчер» на оборудовании, перечень которого представлен в приложении 1.

9.8. На втором этапе установить модуля автоматического сбора информации о состояниях работы станка и об ошибках УЧПУ с возможностью указания причин простоя на базе системы Siemens MCIS (Motion Control Information System) на оборудовании, оснащенном СЧПУ Siemens Sinumerik 840D, 840Dsl, перечень которого представлен в приложении 2.

9.8.1. Выполнить работы по реализации «пилотного» проекта на одном станке с СЧПУ Sinumerik 840D в течении одного месяца.

9.8.2. Принять совместное решение об объемах и сроках реализации проекта.

9.9. На третьем этапе установить модули автоматического сбора информации о техническом состоянии механических узлов станка для безразборной диагностики с возможностью контроля столкновений (выполняется по результатам «пилотного» проекта).

9.9.1. Выполнить работы по реализации «пилотного» проекта и тестирования систем различных производителей на оборудовании с ЧПУ в течении 3х месяцев.

9.9.2. Принять совместное решение об объемах и сроках реализации проекта.

9.10. На четвертом этапе выполнить работы по внедрению программного обеспечения высокого уровня для визуализации и анализа информации об объектах мониторинга и формирования отчетности.

9.10.1. Разработать и согласовать техническое задание на программное обеспечение для визуализации в реальном режиме времени и анализа информации об объектах мониторинга.
На этом я заканчиваю данную статью о совместной разработке и внедрении в эксплуатацию проекта оценки эффективности работы и диагностики технического состояния оборудования с ЧПУ АИС «Диспетчер».

При написании данной статьи я использовал следующие материалы:
  1. Материалы, опубликованные в открытой печати в интернете.
  2. Материалы опубликованных собственных статей.
  3. Материалы собственных докладов на научно-технических конференциях.
  4. Материалы Технического центра по организации и внедрению АИС «Диспетчер» в эксплуатацию.
  5. Техническое описание и руководство по эксплуатации АИС «Диспетчер.
СТАТЬИ