СЕНСОРНЫЕ ДАТЧИКИ — ОСНОВА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ КОНЦЕПЦИИ «ИНДУСТРИЯ 4.0»

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: «КОНТРОЛЬ И ДИАГНОСТИКА»

Сенсоры являются основой для реализации множества процессов. Они регистрируют актуальную информацию о состоянии деталей и узлов различных машин и механизмов, делают её доступной, позволяют существенно ускорить автоматизацию производства. Однако разнообразие их возможностей и преимущества использования не всегда очевидны. Решение этой проблемы предлагает VDMA — Союз машиностроителей Германии — в своем Руководстве по использованию сенсорных датчиков. 

С помощью демонстрационного стенда можно наглядно проиллюстрировать работу сенсоров контролирующих смазку и состояние ШВП.

Практическое Руководство от VDMA по использованию сенсорных датчиков

Союз машиностроителей Германии (Verband Deutscher Maschinen und Anlagenbau e.V) (VDMA) в сотрудничестве с Технологическим институтом Карлсруэ (Karlsruher Institut für Technologie) (KIT) и при активном участии 13 ведущих немецких производителей техники выпустил Руководство по использованию сенсорных датчиков для промышленных предприятий.

Целью Руководства является выявление преимуществ использования данных технологий в производственных процессах и в ходе управления предприятием, а также для поиска путей снижения себестоимости продукции.

Контроль наличия смазки в шариково‑винтовых парах

 Jürgen Fleischer, ЮргенФляйшер, WBK, Karlsruhe:

«Благодаря моделированию конструкции компонентов, узлов и машин мы можем понять механику перемещений внутри объекта. Это знание мы используем для установки датчиков, чтобы эффективно интерпретировать процессы.

Одним из главных инициаторов издания Руководства стал доктор технических наук, профессор Юрген Флейшер (Jürgen Fleischer), руководитель отдела автоматизации процессов Института производственных наук КИТ (Institute of Production Science WBK), декан машиностроительного факультета КИТ Ассоциации немецких научно-исследовательских центров имени Гельмгольца (Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren), руководивший испытаниями датчиков, контролирующих наличие смазки в шариковых винтовых приводах.

Датчики являются точками соприкосновения цифрового и материального миров и, следовательно, одним из важнейших звеньев в реализации концепции «Индустрия 4.0». Они выполняют сбор информации о состоянии узлов станков, степени готовности и качестве исполнения изделий и направляют их к системам, занимающимся обработкой полученных данных и поиском путей оптимизации производственных процессов.

Например, с помощью сенсорного датчика можно определить осевое усилие и момент трения на гайке для шариковых винтов. После анализа полученных данных, сопоставления их с заданной моделью трения, система управления может определить потребность в смазке и подавать её автоматически по мере необходимости. Испытания системы управления процессом смазки в производственных условиях показали существенное увеличение срока службы шариковых винтовых приводов.

Программное обеспечение осуществляет контроль всех этапов производственного процесса

Анализ данных, собираемых датчиками, а также оценка качественных характеристик обрабатываемой детали требуют значительных временных затрат. Существенно сократить их позволяет программное обеспечение Xeidana, разработанное специалистами Института станков и технологий формовки им. Фраунгофера (IWU) (Fraunhofer- Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.) в Хемнице. С его внедрением пользователь получает пакет решений для широкого спектра задач — от сбора данных до автоматизации всего процесса производства и полного контроля над ним.

Автоматический контроль качества

Программное обеспечение Xeidana, основываясь на данных оптических датчиков, способно в режиме реального времени обнаруживать дефекты поверхности изделий. Данные о них поступают в систему управления, которая реагирует, если параметры отклонений выходят за пределы допустимых.

Спектр задач сенсорных датчиков

Сенсорные датчики способны регистрировать значения сил, возникающих в результате взаимодействия элементов оборудования как между собой, так и с деталью в процессе её производства, например при штамповке и резании, а программное обеспечение обрабатывает полученные данные. При этом возникает вопрос синхронизации поступающей информации и выбора частот дискретизации (частоты выборки сигнальных данных из поступающего массива), достаточных для описания процесса. Компания Consenses GmbH в Росдорфе, которой руководит доктор Йорг Штальманн (Dr. Jörg Stahlmann), создает и поставляет промышленные измерительные приборы и решения для оцифровки. Разработка и внедрение соответствующих датчиков, а также обработка предоставляемых ими данных является одной из основных компетенций Consenses.

Процесс автоматизации начинается с создания 3D-Step-модели, позволяющей воспроизвести весь технологический процесс. Благодаря ему можно грамотно оперировать данными, получаемыми от сенсоров, например сведениями о прилагаемых усилиях, колебаниях температуры и кинематике механизмов.

Моделирование перемещения отдельных компонентов и узлов станков позволяет лучше понять весь ход производственного процесса, выбрать оптимальные позиции для расположения датчиков и верно интерпретировать передаваемые ими данные.

Не всем приложениям требуется запись в реальном времени

Ошибочно полагать, что данные, поступающие в режиме реального времени, гарантируют лучшее качество. Такая информация часто поступает с приборов, изначально создававшихся для контроля определенных действий, и не всегда соответствует требованиям, предъявляемым к фактическим данным датчика. Поэтому важно различать в каждом конкретном случае, откуда поступил сигнал и о чем он свидетельствует, прежде чем делать выводы на его основании.

В случаях, когда нет необходимости в быстром реагировании, данные накапливаются в буфере, а затем переносятся на мощный сервер для анализа.

 Jörg Stahlmann, ЙоргШтальман, Consenses, Rossdorf:

«Возникает вопрос, как синхронизировать данные, какие параметры необходимы для достаточного описания процесса»

 

Thomas Päßler Томас Песслер, IWU, Хемниц:

«Учет процесов в режиме реального времени становится незаменимым, особенно когда может быть предотвращено повреждение оборудования или заготовки. Это относится и к таким случаям, как разрушение инструмента или чрезмерная нагрузка на узлы станка»

Д‑р Томас Песслер (Dr. Thomas Päßler), руководитель подразделения формовочных машин Института станков и технологий формовки им. Фраунгофера (IWU) (Fraunhofer- Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.) в Хемнице, считает нецелесообразным и экономически необоснованным накапливать и хранить весь объем данных, получаемых в режиме реального времени. Скажем, такие показатели, как производительность или сведения об энергопотреблении могут поступать в режиме реального времени, но нет необходимости сохранять их в полном объеме, достаточно архивировать только отдельные сигнальные значения. Например, для анализа энергопотребления достаточно одного показателя каждые 15 минут. Аналогична и ситуация с данными, предназначенными для анализа деятельности предприятия, такими, как рентабельность производства, количество изготовленных изделий.

Немецкое научное общество организации производства (WGP) (Deutsche Wissenschaftsgesellschaft für die Organisation der Produktion) опубликовало документ о целесообразности и адекватности автоматизации. В нем говорится: «Формирование добавленной стоимости должно осуществляться с использованием всех технических возможностей. Это означает, что высший уровень автоматизации не всегда необходим и полезен».

Сбор данных в режиме реального времени помогает избежать повреждений

 

Данные датчиков, поступающие в режиме реального времени, необходимы там, где речь идет о защите машины, инструмента или заготовки, а также о стабильности процесса, утверждает доктор Томас Песслер (Dr. Thomas Päßler). Это относится к случаям поломки инструмента или чрезмерной нагрузки на такие узлы, как подшипники или компоненты станины. Во избежание брака также необходимо в режиме реального времени отслеживать свойства исходного материала.

Профессор Юрген Флейшер (Jürgen Fleischer) рекомендует еще один обязательный момент для использования данных в режиме реального времени: обнаружение аномалий в производственном процессе, которые могут привести к поломке оснастки станков или к конфликтам в программе ЧПУ. Своевременное обнаружение подобных сбоев гарантирует существенное снижение материального ущерба.

Комплексный анализ данных датчиков обеспечивает целостную картину производственного процесса

В режиме реального времени ученые IWU рекомендуют контролировать все данные процессов, происходящих при прессовании: усилие, его направление и объем деформации. Однако они оцениваются не по отдельности, а направляются в Smart Stamp — программный модуль, выполняющий анализ всего комплекса полученной информации.

Именно он оценивает, правильно ли работает пресс, нет ли отклонения толкателя, на котором установлен верхний инструмент, что может привести к его быстрому износу или смещению заготовки.

Преимущества виртуальных датчиков

Следует, однако, помнить, что датчики не могут устанавливаться в любом месте, скажем из-за труднодоступности или дороговизны. В таком случае идеальным решением станут созданные IWU виртуальные датчики. Основой для них служат реальные датчики, размещенные в различных точках станков. На основании полученных от них данных виртуальный двойник вычисляет значения, которые реальный датчик принимал бы в соответствующем, но недоступном месте. Один из ярких примеров — деформация станины пресса: она может быть очень хорошо представлена с помощью такого виртуального датчика. Доктор Песслер (Dr. Thomas Päßler) сообщил, что проект ЕС iМаin продемонстрировал полное соответствие значений виртуального и реального датчиков.

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

Будьте в курсе наших последних новостей. Оформите бесплатно персональную новостную рассылку.