MPLM IG™ ПРОМЫШЛЕННЫЙ ИНЖИНИРИНГ │ АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА │ ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛООБРАБОТКИ

07.03.2017

Киберфизическая система управления заготовительным производством металлообрабатывающего предприятия. CPS ленточнопильной резки металлопроката

КИБЕРФИЗИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЛЕНТОЧНОПИЛЬНОЙ РЕЗКИ МЕТАЛЛОПРОКАТА

Процесс резания ленточной пилой (далее пиление) – является одной из самых распространённых производственных операций на металлообрабатывающих предприятиях.
Производителей ленточных пил огромное количество, моделей ленточнопильных станков тысячи, от самых простых с высокой долей участия человека до полностью автоматических. На заводах можно встретить тысячи вариантов ленточных пил. ЗМК часто используют несколько разных ленточнопильных станков, покупая новый станок, от старого обычно не избавляются, новая и старая пила работают параллельно.
Производительность ленточнопильных станков может отливаться до почти 700% (эмпирические наблюдения). Производительность пиления зависит от многих параметров.   
Эксперимент: резка двутавра на ленточной пилой 👇


Другие ленточнопильные станки при тех же свойствах материала на стандартных рекомендованных параметрах резали со скоростью: 5 мин 26 сек, 7 мин 20 секунд, 12 минут (все эксперименты проводились без предварительной подготовки на рекомендованных параметрах).

Разница скорости пиления более чем в два раза, это существенно, но производительность состоит не только из скорости пиления, но и из сопутствующих действий без которых пиление не может быть произведено.
Производительность ленточнопильного станка – это сумма всех трудозатрат производственных операций без которых пиление не может быть произведено.
Формула расчёта производительности ленточнопильного стана Obₑ=Opⁿ(Ob). Что означает – объект (детали/полуфабрикат (в примере двутавровая балка)) Obₑ, получен выполнением операций Opⁿ над объектом Ob.
Obₑ – от анг. Object end (end-product) – рус.: конечный продукт (объект производства), готовое изделие. В примере – полуфабрикат детали.
Opⁿ  – от анг. Operation – рус.: операция, работа, эксплуатация, управление, действие, процесс. (ⁿ) - количество действий которые необходимо совершить для получения Obₑ.
Ob – от анг. Object – рус.: объект, предмет, вещь. В вышеприведённом эксперименте это двутавр.
Практически каждый проект модернизации завода металлоконструкций я начинаю со сбора данных индуктивным методом, для чего обычно привлекаю студентов.

Индуктивный метод получения данных о производственных операциях



Подробнее об индуктивном методе получения данных о производстве

За период профессиональной деятельности накопилось много данных, приведу примеры данных до и после модернизации заготовительного участка завода металлоконструкций.

Изучался производственный цикл изготовления балок с поперечным сечением 70Б2. В контексте темы весь цикл интереса не представляет, поэтому беру экстракт для определения трудоёмкости резки балок на ленточнопильном станке.

Вес двутавра (полуфабриката детали) – 1730 кг. Полуфабрикат представляет из себя двутавр длинной – 11980 мм.
 
Статистическим методом определили удельную трудоёмкость конструкторских работ и технологической подготовки (включая занесение данных в ERP-систему, печать чертежей, разработку сменно-суточных заданий):
Трудоёмкость информационных операций для всей сборки до реорганизации – 3,24 ч/ч, удельную трудоёмкость информационных операций ленточнопильной резки определили, как 45 минут.

Трудоёмкость физических операций:
Удельная трудоёмкость складских и транспортных операций на одну балку (от склада сортамента до пилы без загрузки на рольганги – 48 ч/мин.
Далее:
Операция или группа операций:  ч/сек
Вызов крана и движение крана до двутавра 62
Снятие с тележки (строповка двутавра) 54
Укладка двутавра на рольганг 82
Перемещение двутавра по рольгангам к пиле 25
Настройка станка для первого реза 238
Резка ленточной пилой 798
Перемещение двутавра обратно по рольгангу и разворот на 180 градусов 361
Зачистка торца от заусенцев 36
Перемещение двутавра по рольгангам к пиле 16
Настройка станка для второго реза 115
Резка ленточной пилой 775
Перемещение двутавра по рольгангам для зачистки торца 6
Зачистка торца от заусенцев 54
Перемещение двутавра в конец рольганга 4
Строповка балки, перемещение к месту разметки отверстий под сверление 252
Фиксация факта изготовления 24
ИТОГО  2893

Таким образом трудоёмкость резки ленточнопильным станком полуфабриката детали составила - 141 минуту под 100% надзором за действиями работников.

До провидения аудита, директор по производству утверждал, что максимальная трудоёмкость пиления этой детали на его заводе не может превышать 30 минут.

Номинальная производительность - 141 минута, но фактическая, по результатам анализа факта производства - привесила этот показатель более чем на 60%.

На основании полученных данных, было разработано технико-экономическое обоснования внедрения систем автоматизации и реорганизации производства. После модернизации были проведены новые исследования в которых были получены номинальные данные индуктивным методом, которые показали увеличение производительности под полным контролем операций до почти 800%, но фактическая на основании статистических данных не более 400% увеличение производительности пиления. Но это показатель локального эффекта точечной модернизации, производительность всего завода существенно не увеличилась до реорганизации участка сборки-сварки и внедрения дополнительной линии производства сварной балки.
После достижения баланса производственных мощностей и проведения оптимизации численности удалось достигнуть сокращения ФОТ на 15% и повышения производительности почти на 50%.

Для эффективного автоматизированного управления производством требуются достоверные данные от производства в режиме реального времени. Разработка и внедрение киберфизических модулей позволяет внедрить концепцию цифровой тени производства.

Наиболее продвинутые производители ленточнопильных станков оснащают производимое ими оборудование модулями CPS. Приобретая ленточнопильный стан с модулем CPS, его остаётся только интегрировать в физическою и информационную среду, для чего требуется минимум оборудования для подключения промышленной сети.
Важно: 
Не все производители металлообрабатывающего оборудования из числа тех, кто оснащает пилы модулями CPS, предлагают интероперабельные киберфизические системы. Неинтероперабельная система требует больших затрат на интеграцию. При провидении тендерных процедур необходимо уделить особое внимание функциональным возможностям API. Не верьте на слово коммерсантам, не ограничивайтесь простыми вопросами типа: Можно ли интегрировать ПО идущее в комплекте с MES, ERP? Интегрировать можно всё, вопрос стоимости интеграции. Вопрос интероперабельности нужно ставить на первое место, иначе может получится как в поговорке: Скупой платит дважды, а дурак трижды    

Принцип работы CPS-модулей ленточнопильной резки металлопроката

CPS ленточнопильной резки металлопроката отличаются друг от друга, у каждого производителя оборудования своя архитектура и функциональный набор. Модуль CPS - это совокупность инструментов и методов киберфизического управления производством.

Интеграция с CAD-системами:

Могут быть разные варианты интеграции CPS с CAD, обычно CPS управляется системами MES или ERP, которые управляют базой данных PDM. Чаще всего CPS ленточнопильной резки металлопроката работает с двумя типами данных:
Геометрические данные в формате DSTV (могут быть другие варианты).
Сопутствующие структурированные данные в формате XML.   

Экстракт геометрических данных DSTV из 3D модели Tekla Structures 👇
 
Экстракт геометрических данных DSTV из Tekla Structures
Подробнее об использовании стандарта DSTV на заготовительном производства ЗМК.

Экстракт XML из 3D модели Tekla Structures 👇

Экстракт XML из из Tekla Structures
Далее по ходу действий на примере Voortman, ПО "VACAM"

Открытая платформа API программы VACAM позволяет осуществлять обмен данными с ERP/MES системами, то есть доступна возможность мониторинга процессов в реальном времени. VACAM имеет стандартный протокол интеграции с Tekla Structures, с другими САПР придётся повозится и немного раскошелится на интеграцию.

Импорт DSTV из базы данных 👇

Импорт DSTV из базы данных

Программа VACAM анализирует информацию об импортированных изделиях и исходя из неё создает пакеты размещая изделия на профиле с учетом минимального использования материала. 👇

Создание пакетов изделий
Интерфейс оператора 👇

Ленточная пила Voortman-VB1250
Интерфейс оператора Voortman-VB1250



Интерфейс оператора
Самая пожалуй полезная функция в киберфизических системах управления производством - это обратная связь (факт совершения операции). Эта функция является средством наполнения АСУ адекватной информацией в режиме реального времени. От того как она реализована зависит эффективность автоматизации системы управления производством. 👇   

обратная связь
Подробнее о "VACAM" на сайте Voortman, при желании в интернете вы можете найти мануал по VACAM.  

Киберфизические модули системы управления предприятием решают 3 наиважнейшие задачи организации управления производством:
1 – Обеспечение обратной связи от производственных операций, что позволяет контролировать производство в режиме реального времени и адекватно определять слабые звенья производственной цепи регулируя баланс производственных мощностей. Киберфизические системы становятся основными поставщиками достоверной информации о производстве. 
2 – Предсказательное техническое обслуживание. Инфраструктура и оборудование требуют постоянного мониторинга и регулярного обслуживания. Внеплановый ремонт может оказаться дорогостоящим и трудозатратным, а выход оборудования из строя ставит под угрозу соблюдение сроков, что в некоторых случаях и вовсе может избавить вас от лояльных клиентов и как следствие коммерческой прибыли. С другой стороны, избыточное техническое обслуживание также влечет за собой дополнительные расходы. Возможность заранее предсказывать отказы оборудования позволяет своевременно спланировать техническое обслуживание и ремонт либо заказать запасные части, а значит, сократить общие расходы.
3 – Многоуровневая интеграция, интернет вещей. CPS позволяет объединять производственные центры, цеха, отделы, заводы и всех участников жизненного цикла в единое информационное пространство.
Анализ исторических данных о производстве, а также информации, которая доступна в реальном времени от телеметрических датчиков, сенсоров и других устройств, открывают огромные перспективы для повышения эффективности и автоматизации производства. 

Значительное сокращение производительности резки ленточной пилой наблюдается при отсутствии должного ухода и контроля технического состояния оборудования и расходных материалов. CPS позволяет решать эти производственные проблемы за счёт автоматизации контроля и предсказательного технического обслуживания методом внедрения алгоритмов машинного обучения на основании статистических данных.

В одной из следующих публикаций я расскажу об автоматизации контроля технического состояния ленточнопильных станков и о технологиях "Предсказательного технического обслуживание".  

Техническое состояние оборудования в режиме реального времени

Комментариев нет:

Отправить комментарий

ПРОМЫШЛЕННЫЙ ИНЖИНИРИНГ АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛООБРАБОТКИ