Streszczenie
Praca dotyczy wyznaczenia procedur oceny stanu technicznego maszyn linii produkcyjnej typu HOR 6000 znajdującej siĊ w zakładach produkcyjnych Philips Li-ghting Poland w Pile, dziĊki którym z kolei, zostaną uzyskane dane pozwalające na sformułowanie procedur prognozowania stanu linii produkcyjnej. Głównym celem pracy było okreĞlenie najodpowiedniejszej metody badawczej, dającej empiryczne podstawy wyznaczania procedur oceny stanu oraz prognozowania stanu.
Słowa kluczowe: linia produkcyjna HOR 6000, procedura oceny stanu technicznego, procedura prognozowania stanu technicznego, Philips Lighting Polska, algorytm wyzna-czania procedur oceny stanu, algorytm wyznawyzna-czania procedur prognozowania stanu
1. Wprowadzenie
W Īyciu codzienny mamy do czynienia z wyrobami, które czas wzrostu mają za sobą i znajdu-ją siĊ w okresie dojrzałoĞci. W fazie tej, kaĪdy produkt posiada wielu wytwórców, którzy przy po-równywalnej jakoĞci, konkurują przede wszystkim kosztem ich wytworzenia, a tym samym ceną sprzedaĪy. PoniewaĪ jakoĞü jest czynnikiem bezdyskusyjnym, dodatkowym atutem konkretnego wytwórcy danego wyrobu, moĪe byü terminowoĞü w realizacji dostaw.
Eksploatacja maszyn uwzglĊdniająca diagnozowanie, zapewniające informacjĊ o aktualnym stanie technicznym maszyn, oraz prognozowanie, które przy załoĪeniu monotonicznoĞci zmian wartoĞci parametrów diagnostycznych w czasie eksploatacji, umoĪliwia wyznaczenie kolejnego terminu i zakresu obsługiwania maszyn, a tym samym zapewnienia dotrzymania terminu dostawy wyrobów do klienta, przez co spełnia siĊ jedno z głównych wymagaĔ współczesnego klienta.
Diagnozowanie stanu maszyn oraz prognozowanie zmiany stanu moĪe równieĪ pomóc w speł-nieniu wymogu konkurencyjnoĞci produktu ze wzglĊdu na cenĊ, poniewaĪ pozwoli ograniczyü po-stoje przeglądowe oraz wymiany zespołów do minimum, a tym samym zminimalizuje koszt eks-ploatacji maszyn.
Trzecią czĊĞcią ciągłego rozpoznawania stanu maszyn jest genezowanie, pozwalające okreĞliü przyczyny zaistniałego stanu, co z kolei pozwala na ewentualne wyeliminowanie przyczyn zaistnia-łego stanu siĊgając nawet do załoĪeĔ konstrukcyjnych monitorowanego obiektu, udoskonalając go, a tym samym minimalizując, lub całkowicie eliminując prawdopodobieĔstwo wystąpienia podob-nego stanu w przyszłoĞci.
W celu spełnienia powyĪszych wymagaĔ, dla nowoczesnych systemów obsługiwania maszyn, formułuje siĊ potrzebĊ informacji o stanie maszyny w przeszłoĞci (genezowanie), teraĨniejszoĞci (ocena stanu) i przyszłoĞci (prognozowanie), stąd istnieje potrzeba opracowania metodyki, która powyĪsze umoĪliwi.
Na podstawie analizy literaturowej problematyki analizy stanu maszyn oraz badaĔ własnych moĪna stwierdziü, Īe:
1. genezowanie stanu powinno:
a) okreĞlaü (przy niepełnych lub niepewnych danych wartoĞci parametrów diagnostycznych) trend zmian ich wartoĞci;
b) przyrównaü genezowane wartoĞci parametrów diagnostycznych do ich wartoĞci granicz-nych;
c) umoĪliwiü analizĊ przyczyny zlokalizowanego w chwili badania stanu niezdatnoĞci maszy-ny
2. ocena stanu powinna:
a) okreĞliü stan techniczny maszyn w czasie bieĪącym na podstawie wyników badaĔ diagno-stycznych
b) lokalizowaü uszkodzenia w przypadku stanu niezdatnoĞci maszyn. 3. prognozowanie stanu powinno:
a) przewidywaü stan maszyny w czasie przyszłym na podstawie niepełnej historii wyników badaĔ diagnostycznych
b) umoĪliwiü oszacowanie czasu niezawodnego uĪytkowania maszyn;
System monitorowania stanu maszyn spełniający wymagania co do genezowania, diagnozo-wania i prognozodiagnozo-wania umoĪliwi zwiĊkszenie konkurencyjnoĞci oraz terminowoĞci, byłby równieĪ synonimem nowoczesnoĞci pozwalającym ukazaü pilską fabrykĊ Philips Lighting Poland jako lide-ra technologii nie tylko w blide-ranĪy oĞwietlenia, ale równieĪ szeroko rozumianego utrzymania ru-chu[1].
2. Charakterystyka obiektu badaĔ – linii produkcyjnej HOR 6000
Aktualnie na teranie zakładów produkcyjnych Philips Lighting Poland w Pile znajdują siĊ cztery linie produkcyjne typu HOR 6000, dla których proponowane jest przejĞcie od strategii pla-nowo – zapobiegawczej do strategii obsługiwania według stanu. W zaleĪnoĞci od wdroĪonych mo-dyfikacji, są w stanie wytwarzaü liniowe lampy fluoroscencyjne TLD o Ğrednicy 8/8” z prĊdko-Ğciami od 6 900 do 7 400 sztuk na godzinĊ [2]. Początkiem linii są dwie maszyny – powlekarki kasetowe (Cassette Coating Machine). SłuĪą one do powleczenia rury szklanej mieszaniną lumino-forów, przetwarzającym Ğwiatło niewidzialne na widzialne o okreĞlonej barwie (rys. 1). Rura szklana dostarczana jest automatycznie przez automatyczne wózki widłowe, sterowane laserowo (LGV – Laser Guided Vehicles) w specjalistycznych pojemnikach (skidach), wstawianych do pod-systemu rozładunkowego (rys. 1).
Za powlekarkami znajduje siĊ system kontroli wizyjnej sprawdzający czy powleczenie rury luminoforem mieĞci siĊ w ĞciĞle okreĞlonych kryteriach jakoĞciowych. NastĊpnie w linii znajduje siĊ robot buforujący powleczone rury, np. na czas zmiany produkowanej barwy Ğwietlówki, co ma miejsce głównie na powlekarkach. Kolejnymi maszynami są czyszczarka oraz piec wypalający
le-pik z luminoforu. W czyszczarce koĔce rur są czyszczone z luminoforu, co jest istotne dla operacji zatapiania, a nastĊpnie mieszanina luminoforów jest wysuszana i wypalany lepik powodujący trwa-łe przywarcie luminoforów do Ğcianki rur szklanej. Operacja zatapiania, realizowana na zatapiarce, polega na obustronnym zamkniĊciu rury, przez połączenie jej z wnĊtrzami. Gdy wnĊtrza są trwale połączone z rurą, na pompownicy, nastĊpuje napełnienie lampy odpowiednią mieszaniną gazów. Na kolejnej maszynie odbywa siĊ połączenie lampy z trzonkiem (automat montujący). Po obróbce termicznej kleju (cementu), lampa jest kompletna i teoretycznie gotowa do uĪytku, pozostaje jedy-nie sprawdzejedy-nie jej parametrów na odpowiednim testerze, jakim jest wyĞwiecarka. Gotowe lampy są pakowane i wysyłane do klientów.
Podczas wytwarzania produktu finalnego, jakim jest liniowa lampa fluorescencyjna TLD, je-dyną wymaganą czynnoĞcią obsługową, pod warunkiem prawidłowego funkcjonowania linii, jest dostarczanie komponentów. Oprócz tego, w poszczególnych maszynach (np. w zatapiarce, pom-pownicy, nóĪkarce) znajdują siĊ czĊĞci szybkozuĪywające siĊ, które podlegają regeneracji w warsztacie.
Pomimo, iĪ linia produkcyjna jest zautomatyzowana (system Siemens S7), konieczny jest jej nadzór przez operatorów o wysokich kwalifikacjach procesowych. CiągłoĞü pracy linii produkcyj-nej jest w stanie zapewniü minimum siedem osób.
Mediami, dziĊki którym funkcjonuje linia są: prąd elektryczny, woda lodowa demineralizowa-na (< 5oC), gaz ziemny, tlen, sprĊĪone powietrze o dwóch stopniach kompresji.
Proces produkcyjny jest stabilny i nie wymaga ciągłych regulacji. Drobne korekty na maszy-nach są jednak konieczne ze wzglĊdu na zmiennoĞü komponentów.
Zmiana produkowanego asortymentu lamp polega na zmianie barwy lub zmiany mocy lampy. Zmiana barwy odbywa siĊ głównie w obszarze powlekarek, gdzie polega na wymianie roztwo-ru wodnego mieszaniny luminoforów – suspensji dotychczas produkowanej lampy, na suspensjĊ, której skład chemiczny jest dostosowany do wytwarzania Ğwiatła o barwie wymaganej po przesta-wieniu. Działania związane ze zmianą barwy, odbywają siĊ takĪe na linii bocznej – zmianĊ iloĞci rtĊci dozowanej do lampy, oraz w systemach kontroli produktu poprzez wprowadzenie parametrów referencyjnych odpowiednich dla danej barwy.
Zmiana mocy lampy polega przede wszystkim na zmianie geometrycznych ustawieĔ linii głównej, poniewaĪ lampy o róĪnych mocach mają róĪne długoĞci. Dodatkowo, na linii bocznej, naleĪy zmieniü skrĊtkĊ, a systemy kontroli lampy naleĪy przestawiü na odpowiednią moc lampy.
Obsługiwanie maszyn linii produkcyjnej HOR 6000 realizowane jest według strategii planowo – zapobiegawczej. Polega ono na tym, Īe raz w tygodniu przeprowadzany jest przegląd, podczas którego, zgodnie z harmonogramem, sprawdzane są poszczególne zespoły maszyn. Podobne prze-glądy o odpowiednim zakresie realizowane są raz na miesiąc oraz w ciągu roku.
ZwiĊkszenie efektywnoĞci eksploatacji linii produkcyjnej, jak wykazały badania podobnych systemów eksploatacji, moĪliwe jest poprzez zastosowanie strategii eksploatacji według stanu, któ-rej niezbĊdnym elementem jest monitorowanie stanu maszyn linii produkcyjnej.
Rysunek 1. Schemat funkcjonalny linii produkcyjnej HOR600
Linia główna: 1–powlekarki (2 x CCM), 2–system kontroli wizyjnej, 3–zrobotyzowany bufor po-wleczonych rur, 4–piec wypalania lepiku luminoforu, czyszczarka 5–zatapiarka, 6–pompownica, 7–automat trzonkujący, 8–wypalarka, 9–wyĞwiecarka. Gniazdo pakowania: 10–zautomatyzowany bufor lamp, 11–pakowaczka indywidualna, 12–pakowaczka zbiorcza, 13–smarowaczki.Linia boczna: 14–nóĪkarka, 15–montaĪówka (z kapsułką rtĊciową/bez kapsułki rtĊciowej)
3. Monitorowanie stanu obiektów przemysłowych
Problem opracowania monitorowania linii produkcyjnej, tzn. oceny stanu, prognozy i genezy stanu maszyny istotny jest zarówno na etapie opracowywania jej konstrukcji, produkcji i eksploat-acji. PrzystĊpując do wyznaczania procedur monitorowania stanu, jako testów kontroli stanu i lokalizacji uszkodzeĔ, prognozy oraz genezy stanu maszyn linii natrafia siĊ na problemy, które sprowadzają siĊ do nastĊpujących pytaĔ:
a) czy optymalny zbiór parametrów diagnostycznych jednoznacznie opisuje stan maszyn, czy jest skorelowany ze zmianą ich stanu, czy zawiera odpowiednią iloĞü informacji o stanie maszyn?
b) czy optymalny zbiór parametrów diagnostycznych jest stabilny, czy teĪ wykazuje istotne zmiany a jeĞli tak, to jaki jest charakter tych zmian w zaleĪnoĞci od czynników wynikają-cych z eksploatacji maszyn?
c) w jaki sposób na stabilnoĞü optymalnego testu i programu kontroli stanu i lokalizacji uszkodzeĔ wpływają czynniki charakterystyczne dla eksploatacji maszyn, mianowicie: po-datnoĞü diagnostyczna maszyn, wartoĞü poziomu wiarygodnoĞci diagnozy (o którym moĪe decydowaü uĪytkownik maszyny), zmienne warunki eksploatacji i zmienna niezawodnoĞü zespołów maszyny?
d) w jaki sposób na stabilnoĞü optymalnej prognozy lub genezy wpływają czynniki charaktery-styczne dla eksploatacji maszyn, mianowicie: wartoĞü horyzontu prognozy lub genezy (o którym moĪe decydowaü uĪytkownik maszyny), zmienne warunki eksploatacji i zmienna niezawodnoĞü zespołów maszyny?
Trafne rozwiązanie tych problemów jest niezbĊdne do efektywnego monitorowania stanu ma-szyn linii produkcyjnej, a tym samym wymusza koniecznoĞü badania wraĪliwoĞci procedur na po-wyĪsze czynniki. JeĪeli badanie wykazuje, Īe wyznaczone procedury są stabilne wówczas moĪna je wykorzystaü do wyznaczania programów kontroli stanu i lokalizacji uszkodzeĔ, prognozy oraz genezy stanu maszyn. W przeciwnym wypadku naleĪy podjąü decyzjĊ o modyfikacji załoĪeĔ i ograniczeĔ procesu wyznaczania procedur monitorowania stanu, np. poprzez Ğwiadome nie-uwzglĊdnienie czynników wywołujących niestabilnoĞü rozwiązania i tym samym zmniejszenie uniwersalnoĞci otrzymanego rozwiązania.
4. Analiza systemów monitorowania maszyn linii HOR 6000
Linia produkcyjna HOR 6000 posiada trzy systemy, które mogłyby zostaü włączone w system monitorowania stanu maszyn linii produkcyjnej, lecz informacja przez nie przekazywana jest w bardzo wysokim stopniu niepełna i post factum [2,3,4]. Dwa z przytoczonych systemów skupiają siĊ na danych procesowych, a jeden przede wszystkim na parametrach pracy maszyn. RównieĪ dwa spoĞród dostĊpnych systemów są w pełni zautomatyzowane, a jeden obsługiwany jest przez pra-cowników linii produkcyjnej HOR 6000.
Systemami w pełni zautomatyzowanymi są: CIRCLE (Control, Information, Recording, Com-munication, Labeling, Evaluation) oparty na odpowiednio oprogramowanych komputerach PC oraz kontrolerach PLC Siemens S7, oraz diagnozowania niektórych zespołów maszyn linii HOR 6000 oparty o kontrolery PLC Siemens S7 z odpowiednim oprogramowaniem.
System CIRCLE jest systemem kolekcjonującym i archiwizującym dane procesowe, które do-tyczą niewielkiej liczby zespołów maszyn linii HOR (rys. 2), mających bezpoĞredni wpływ na pro-ces produkcyjny.
Na podstawie danych z systemu CIRCLE inĪynier procesu moĪe oceniü stan niektórych zespo-łów poszczególnych maszyn, mających bezpoĞredni kontakt z wyrobem, np. wielkoĞü odpadu wy-miarowaną w % produkcji z poszczególnych maszyn oraz jego rodzaj, czy parametry wyrobu go-towego. Nie jest w stanie oceniü stanu pozostałych podzespołów i tego jaki wpływ mają one na parametry procesu. Pierwszą reakcją na zwiĊkszanie siĊ odpadu jest regulacja moĪliwa do zreali-zowania w ruchu. Gdy brak jest pozytywnej reakcji na regulacjĊ, lub jest negatywna, a odpad nadal zmierza w kierunku wartoĞci granicznej, okreĞlonej warunkami ekonomicznymi, maszyna zostaje zatrzymana, co wiąĪe siĊ najczĊĞciej z postojem całej linii produkcyjnej.
W kolejnym kroku, przeglądane są poszczególne zespoły maszyny w celu lokalizacji uszko-dzenia wpływającego na zwiĊkszenie odpadu. CzĊsto zdarza siĊ, Īe wymiana danego zespołu nie wpływa znacząco na zmniejszenie iloĞci generowanego odpadu, co skutkuje kolejnym zatrzyma-niem maszyny oraz linii i wymianą kolejnego zespołu. Typ generowanego odpadu informuje eks-perta, jakie podzespoły mogą byü niezdatne, lecz tylko ich przejrzenie daje 100% pewnoĞci o traf-noĞci diagnozy.
Rysunek 2. Widok ekranu CIRCLE dla zatapiarki
System komputerowy Siemens S7 (rys. 3), który steruje i nadzoruje pracĊ linii jest zaprogra-mowany na grupĊ uszkodzeĔ, które jest w stanie zidentyfikowaü na podstawie sygnałów cyfro-wych z odpowiednich, jednobitocyfro-wych, czujników. Dodatkowo monitorowany jest czas pracy po-szczególnych maszyn i w odpowiednim momencie (przewidzianym przez konstruktora), za pomocą zaprogramowanych komunikatów, informuje o koniecznoĞci sprawdzenia wyspecyfikowanych ze-społów.
PoniewaĪ sygnał z czujników jest jednobitowy, daje to informacjĊ o zdatnoĞci lub niezdatno-Ğci danego zespołu. InformacjĊ tĊ otrzymuje siĊ w chwili, gdy linia zostaje zatrzymana z powodu uszkodzenia jednego z zespołów. Skraca to czas uzdatniania maszyny i linii, lecz nie pozwala na ocenĊ stanu danego zespołu (np. zdatne, obsługiwanie moĪliwe lecz nie konieczne, wymagające obsługiwania, niezdatny).
W ostatnim czasie (od połowy stycznia 2010) linia HOR6006 boryka siĊ z odpadem docho-dzącym do 18% produkcji linii. Wszelkie regulacje oraz wymiany podzespołów w oparciu o sys-tem CIRCLE oraz wiedzĊ ekspercką nie przynoszą wiĊkszego efektu (aktualnie odpad oscyluje wokół 10%). Sytuacja ta jest znakomitym dowodem na potrzebĊ rozszerzenia diagnozowania ma-szyn w systemie obsługiwaniu, a byü moĪe nawet połączenia systemu oceny z wykorzystaniem pa-rametrów procesowych z systemem obsługiwania według stanu.
Procedura oceny stanu, bĊdąca czĊĞcią systemu monitorowania stanu linii produkcyjnej, po-zwoliłaby na szybką lokalizacjĊ uszkodzenia, a takĪe na dyskretną, lub ciągłą, ocenĊ stanu danej maszyny linii, co pozwoliłoby na implementacjĊ logiki rozmytej oraz, w połączeniu z systemem monitorowania parametrów procesowych, na okreĞlenie czy pogarszające siĊ parametry procesowe mają przyczynĊ mechaniczną czy procesową (komponent, nastawy).
Rysunek 3. Ekran komunikatów Siemens 5. Analiza uszkodzeĔ maszyn linii produkcyjnej HOR 6000
Pierwszym etapem przechodzenia do strategii obsługiwania według stanu, która wydaje siĊ o wiele bardziej odpowiednia dla maszyn linii produkcyjnej o tak wysokim stopniu zaawansowania technologicznego, jest okreĞlenie słabych ogniw oraz identyfikacja ich stanów niezdatnoĞci [5,6,7,8]. W tym celu wykonano analizĊ uszkodzeĔ wszystkich maszyn linii HOR 6000, która wy-kazała, Īe dwie trzecie wszystkich uszkodzeĔ na linii produkcyjnej pochodzi od maszyn: monta-Īówka, pompownica, zatapiarka.
Rysunek 4. PrawdopodobieĔstwo wystąpienia uszkodzenia maszyn
Aby zwymiarowaü problem uszkodzeĔ grupy wymienionych maszyn zdefiniowano dwa wskaĨniki [5,9,10,11,12]:
a) główny – prawdopodobieĔstwo (p x 100%) wystąpienia uszkodzenia danej maszy-ny (rys. 4);
b) pomocniczy – czas niezdatnoĞci danej maszyny w minutach w skali roku (rys. 5).
Rysunek 5. Czas niezdatnoĞci maszyn w minutach
WskaĨnik pomocniczy, w postaci czasu niezdatnoĞci poszczególnych maszyn, został celowo wybrany ze wzglĊdu na warunki ekonomiczne. Kalkulacja kosztów wytworzenia lampy zakłada produkcjĊ lamp z okreĞloną wydajnoĞcią maszyn, a kaĪdy postój linii obniĪa powoduje jej obniĪe-nie. Wyniki analizy czasów postoju poszczególnych maszyn w ciągu roku potwierdziła, Īe naj-czĊstsze uszkodzenia maszyn są równieĪ najbardziej uciąĪliwe.
Samo okreĞlenie słabych ogniw w zbiorze kilkunastu maszyn jest informacją zbyt słabą do bu-dowy systemu monitorowania stanu maszyn, dlatego teĪ wykonano analizĊ uszkodzeĔ na niĪszym poziomie dekompozycji dla grupy maszyn zdefiniowanych jako słabe ogniwa, przykładowo przed-stawiono analizĊ uszkodzeĔ mechanizmów zatapiarki. Wynikiem przeprowadzonej analizy jest wskazanie grupy zespołów maszyn (słabych ogniw), stwarzających najwiĊksze problemy w
kon-tekĞcie uszkodzeĔ: palniki lewej strony maszyny, rozchylacz elektrod lewej strony, podajnik wnĊtrz i napĊd.
Podobnie jak dla wszystkich maszyn linii zdefiniowano prawdopodobieĔstwo uszkodzenia da-nego mechanizmu (rys. 6) oraz wprowadzono współczynnik pomocniczy w postaci czasu przywra-cania zdatnoĞci danego zespołu danej maszyny (rys. 7). WartoĞci wskaĨnika pomocniczego dla poszczególnych mechanizmów potwierdza wybór mechanizmów: palniki lewej strony, aparat roz-chylenia elektrod, podajnik wnĊtrz + napĊd jako determinujących stan maszyny, w tym przypadku zatapiarki.
Rysunek 6. PrawdopodobieĔstwo uszkodzenia mechanizmów zatapiarki
6. Identyfikacja stanów maszyn i parametrów diagnostycznych linii HOR 6000
Jednym z powszechnie znanych narzĊdzi pozwalających na identyfikacjĊ stanów obiektu oraz opisujących je parametrów diagnostycznych jest model topologiczny.
Modelem topologicznym obiektu jest nazywany pewien abstrakcyjny opis obiektu rzeczywi-stego, dokonany za pomocą kategorii pojĊciowych stosowanych w topologii. UwzglĊdniane są przy tym istotne cechy funkcjonowania obiektu oraz zbiór jego parametrów i związki miĊdzy nimi.
Jako przestrzeĔ topologiczną rozumie siĊ parĊ T=(X,Θ)ĺX={xi}, j=1…l – skoĔczony, abs-trakcyjny zbiór cech, Θ – topologia, okreĞlona w zbiorze X przez nałoĪenie związków binarnych. W zbiorze X nałoĪono zaleĪnoĞü binarnąϕ, jeĪeli w zbiorze X2 wszystkich uporządkowanych par <xi,xj> wydzielony został podzbiór Θϕ. Dla dowolnych xi oraz xj element xi∈X znajduje siĊ w sto-sunku ϕ do elementu xj∈X czyli xi ϕ xjļΘϕ∈ X2∧ <xi,xj>∈ Θϕ.
W praktyce zwykle wystĊpują skoĔczone zbiory cech parametrów obiektu, dlatego teĪ model topologiczny kaĪdego, realnego, rozwaĪanego obiektu moĪna przedstawiü w postaci skoĔczonego grafu skierowanego G(X,Q), czyli zbioru X punktów – wierzchołków, połączonych zbiorem Q={ql}, l=1…s łuków. Graf G(X,Q) jest rodziną uporządkowanych par ql=<xi,xj>, wskazujących jakie wierzchołki są ze sobą wzajemnie związane. KaĪda para ql=<xi,xj>, stanowi łuk grafu wy-znaczony przez wierzchołki xi oraz xj i skierowany od xi do xj, jeĪeli w zbiorze X pomiĊdzy xi oraz xj istnieje binarny stosunek ϕ, tzn. xi ϕ xj.
Podczas budowy topologicznego modelu funkcjonalnego obiektu, zbiór X jest wyznaczany ze zbioru cech istotnych dla jego normalnego funkcjonowania, natomiast topologia Θ wynika z kon-kretnych związków pomiĊdzy wybranymi cechami. Zbiór X moĪe byü ustalony na róĪnych pozio-mach szczegółowoĞci [13].
Rysunek 8. Szczegółowy model topologiczny zatapiarki
A – dostarczenie energii elektrycznej, B – dostarczenie gazu ziemnego, C – dostarczenie tlenu, D – dostarczenie powietrza, E – emisja spaliny, F – transport zamkniĊtej rury, a – przepływ prądu przez uzwojenia stojanu, a1 – przepływ prądu przez uzwojenia stojanu, a2 – przepływ prądu przez uzwojenia stojanu, a3 – wytworzenie pola elektromagnetycznego, a4 – zaindukowanie prą-dów w uzwojeniach wirnika, a5 – powstanie/pokonanie sił tarcia, a6 – obrót wirnika (wytworzenie energii mechanicznej), b – transfer energii mechanicznej do wału krzywkowo – napĊdowego, c – podział energii mechanicznej, d – transfer energii mechanicznej do podajnik rur, d1 – podjazd chwytaków po rurĊ, d2 – pobranie rury, d3 – podjazd pod pozycjĊ załadunku do zatapiarki, d4 – załadunek rury do zatapiarki, d5 – transfer energii mechanicznej do palców centrujących, d6 – pozycjonowanie rury, d7 – zamkniĊcie chwytaków, d8 – otwarcie chwytaków, e – transfer energii mechanicznej do podajnika wnĊtrz, e1 – podjazd chwytaka po wnĊtrze, e5 – pobranie wnĊtrza, e2 – transport wnĊtrza pod pozycjĊ załadunku do palnika, e3 – załadunek wnĊtrza do palnika, e4 – załadunek wnĊtrza do rury, f – transfer energii mechanicznej do karuzel, f1 – ruch indeksowy ka-ruzel, g – wytworzenie mieszanki grzewczej(a5), g1 – podanie mieszanki palnej do planików, g2 – odpalenie palników, g3 – spalanie mieszanki, g4 – grzanie szkła wnĊtrza, g5 – grzanie zatopienia, h – transfer energii mechanicznej do dobijaków prawej i lewej strony maszyny, h1 – połączenie rury z wnĊtrzami (zamkniĊcie rury), h2 – cofniĊcie palnika, h3 – rozchylenie elektrod, g6 – chło-dzenie zatopienia, g7 – wytworzenie mieszanki chłodzącej, g8 – odłączenie mieszanki od palników, i – transfer energii mechanicznej do mechanizmu wyładunku rur, i1 – podjazd łoĪa pod rurĊ, i2 – połoĪenie rury na transporterze (d7)
DziĊki sporządzeniu modeli topologicznych maszyn (tutaj zatapiarki) (rys. 8) moĪna okreĞliü zbiór „najlepszych” parametrów diagnostycznych X pozwalających trafnie okreĞliü stan maszyny.
Dla przytoczonej na schemacie zatapiarki proponowane są poniĪsze parametry: a) pobór energii elektrycznej prze napĊd (poĞredni pomiar oporów);
b) drgania (pomiar zuĪycia łoĪysk);
c) ciĞnienie dostarczanych gazów (pomiar stopnia niedroĪnoĞci palników; d) geometria karuzel (równoległoĞü, pochylenie, odkształcenia, rozstaw);
e) temperatura (ochrona przed zbyt szybkim zuĪywaniem zespołów naraĪonych na wysoką temperaturĊ);
f) centrycznoĞü podania komponentów; g) synchronizacja.
Przy opracowywaniu grupy najlepszych parametrów diagnostycznych naleĪy pamiĊtaü o ist-niejącym systemie CIRCLE, który dostarcza danych odnoĞnie procesu, przez które równieĪ moĪna oceniaü stan maszyny.
Pierwsze przeprowadzone eksperymenty mające na celu potwierdziü lub zanegowaü trafnoĞü wyboru parametrów najlepiej opisujących stan, wykazały, Īe czĊstotliwoĞü, amplituda, czy np. współczynnik impulsowoĞci drgaĔ, jako parametry mogą opisywaü stan maszyny, czy konkretnego mechanizmy. Na podstawie zebranych danych moĪliwe jest stworzenie mapy drgaĔ obiektu zdat-nego, która stanowiłaby referencjĊ do mapy drgaĔ stanu w którym znajdowałby siĊ problematyczna maszyna.
Pomimo tak szerokich moĪliwoĞci diagnostycznych, jakie daje analiza drgaĔ obraz stanu reali-zowany jedynie w oparciu o same drgania nie byłby pełny, dlatego teĪ trwają dalsze prace nad uzupełnieniem monitorowanych parametrów o parametry takie jak zuĪycie energii elektrycznej czy innych mediów. Dobór odpowiednich czujników nie jest jednak kwestią łatwą, ze wzglĊdu na Ğro-dowisko pracy, co bezpoĞrednio powiązane jest z kosztem budowy systemu.
7. WstĊpna koncepcja systemu monitorowania stanu maszyn linii produkcyjnej HOR 6000 Prawdopodobnie pokładowy system monitorowania stanu maszyn (rys. 9) bĊdzie mógł byü zbudowany w oparciu o mikrokontrolery Siemens S7 400 oraz 1200, w które wyposaĪone są linie HOR. PoniewaĪ dostĊpne sygnały diagnostyczne mają charakter binarny zapewne konieczne bĊ-dzie doposaĪenie sterowników w analogowe karty wejĞü, zbierające wartoĞci sygnałów diagno-stycznych proponowanych na podstawie modelu topologicznego.
PoniewaĪ linie HOR 6000 wyposaĪone są w rozbudowany system oceny procesu produkcyj-nego oparty równieĪ na mikrokontrolerach Siemens S7 400 oraz 1200, naleĪałoby wykorzystaü istniejący juĪ system oceny procesu i włączyü go do pokładowego systemu monitorowania stanu maszyn, dziĊki czemu wyjĞciowe informacje byłby pełniejsze i podawane na podstawie niezaleĪ-nych daniezaleĪ-nych uzyskiwaniezaleĪ-nych z dwóch podsystemów – mechanicznego i procesowego. Informacje generowane na podstawie Ĩródeł mechanicznego i procesowego przedstawiałby sobą równieĪ wiĊkszą wartoĞü co do ich wiarygodnoĞci.
System monitorowania stanu maszyn linii HOR, za pomocą jednego z ekranów oraz sygnali-zatorów Ğwietlno-dĨwiĊkowych miałby zwracaü informacjĊ o stanie maszyny oraz o uszkodzonych zespołach (w przypadku niezdatnoĞci maszyny) lub przewidywanym kolejnym terminie
obsługiwa-nia, ze wskazaniem szczególnych punktów przeglądu.
Aktualnie, sygnały moĪliwe do kolekcjonowania przez system zrealizowany w oparciu o za-implementowane sterowniki są ubogie, dlatego teĪ linia bĊdzie musiała byü wyposaĪona w odpo-wiednie czujniki przetwarzające wielkoĞci mechaniczne na elektryczne. Silną stroną jest jednak strona procesowa monitorowania linii, a połączenie nowego systemu monitorowania parametrów diagnostycznych z systemem monitorowania procesu moĪe daü pełen obraz stanu linii produkcyj-nej, co ułatwi genezowanie stanu i zmniejszy błąd prognozowania stanu.
Analiza kosztowa wskazuje, Īe przy budowie systemu monitorowania stanu naleĪy siĊ przede wszystkim skupiü na ocenie stanu i prognozowaniu stanu, jako najbardziej wartoĞciowych dla fir-my Philips Lighting jako przyszłego uĪytkownika systemu. Przeprowadzone eksperymenty oraz analiza zgromadzonych danych wykazały, Īe najczĊstszą przyczyną uszkodzeĔ na linii są zespoły maszyn o przekroczonych resursach i błĊdnie ocenionym stanie podczas planowego obsługiwania maszyn linii. Genezowanie realizowane za pomocą konwencjonalnych technik, jak metody delfic-kie, film szybkoklatkowy, wizja lokalna całkowicie sprawdza siĊ w aktualnej strategii obsługiwa-nia, poniewaĪ jedynie 1,6% czasu niezdatnoĞci linii jest skutkiem przyczyn wynikających ze Ĩródeł innych niĪ przekroczenie resursów.
8. Podsumowanie
Reasumując przedstawione powyĪej rozwaĪania oraz dotychczas przeprowadzone badania, aktualny system obsługiwania maszyn linii nie jest wystarczająco efektywny, poniewaĪ wystĊpują uszkodzenia, których lokalizacja podczas obsługiwania według stosowanej obecnie strategii pla-nowo – zapobiegawczej nie jest moĪliwa. Przekłada siĊ to na obniĪenie poziomu ufnoĞci wystar-czającego do planowania produkcyjnego, co bezpoĞrednio przekłada siĊ na wizerunek firmy, która traci w oczach klientów nie dotrzymując podjĊtych zobowiązaĔ. PrzejĞcie do strategii obsługiwa-nia według stanu, oprócz zwiĊkszeobsługiwa-nia jakoĞci kontroli nad procesami produkcyjnymi umoĪliwi prawdopodobnie planowanie postojów według potrzeb, co moĪe przynieĞü korzyĞci w postaci zmniejszenia iloĞci pozycji magazynowych, zmniejszenia pracochłonnoĞci obsługiwania i bezpo-Ğrednio moĪe wyraziü w zaoszczĊdzonych Ğrodkach finansowych.
DziĊki połączeniu istniejącego juĪ systemu oceny procesu z projektowanym systemem mecha-nicznym zostanie osiągniĊty efekt synergii w dziedzinie monitorowania stany linii HOR 6000.
Dla uĪytkownika systemu monitorowania stanu linii HOR 6000 (Philips Lighting) najwaĪniej-szymi byłyby moĪliwoĞci oceny i prognozowania stanu, co moĪe przynieĞü wymierne korzyĞci fi-nansowo – marketingowe.
Oprócz parametrów opisujących drgania, niezbĊdne do opisu stanów są dodatkowe parametry związane np. z konsumpcją mediów przez maszyny oraz ich zespoły.
Aktualnie, badania nad rozwiązaniem problemu zdefiniowania procedur monitorowania stanu maszyn linii HOR 6000 są na etapie doboru czujników przetwarzających wielkoĞci nieelektryczne na elektryczne, co pozwoli na ich łatwe kolekcjonowanie i przetwarzanie.
Bibliografia
1. ĩółtowski B., Tylicki H.: Elementy diagnostyki technicznej maszyn, PWSZ, Piła 2008. 2. Linia produkcyjna HOR 6002, Materiały Philips Lighting Poland S.A., Piła 2006. 3. Cholewa W., Diagnostyka techniczna maszyn, Wyd. Politechniki ĝląskiej, Gliwice 1992 4. Korbicz J., KoĞcielny J.M., Kowalczuk Z., Cholewa W. (red.): Diagnostyka procesów. WNT,
Warszawa 2002
5. BĊdkowski L.: Elementy diagnostyki technicznej, WAT, Warszawa 1991. 6. Box G., Jenkins G.: Time series analysis, forecasting and control, London 1970.
7. Cempel C.: Ewolucyjne modele symptomowe w diagnostyce maszyn, Materiały I Kongresu Diagnostyki Technicznej, GdaĔsk 1996.
8. Tylicki H.: Optimization of the prognosis method of mechanical vehicles technical state, Wy-dawnictwa uczelniane ATR, Bydgoszcz 1998.
9. NiziĔski S., Michalski R.: Diagnostyka obiektów technicznych, ITE Radom 2002. 10. Uhl T., Batko W.: Wybrane problemy diagnostyki maszyn, CCATIE 4, Kraków 1996 11. ĩółtowski B.: Podstawy diagnostyki maszyn. Wydawnictwa Uczelniane ATR, Bydgoszcz
1997.
12. ĩółtowski B., NiziĔski S.: Modelowanie procesów eksploatacji maszyn, WITPiS, Sulejówek 2008.
13. Hebda M, NiziĔski S., Pelc H.: Podstawy diagnostyki pojazdów mechanicznych, WKŁ, War-szawa 1980
TECHNICAL STATE EVALUATION PROCEDURE OF THE MACHINES IN THE HOR 6000 LINE IN PHILIPS LIGHTING POLAND PRODUCTION PLANT IN
PILA Summary
The article concerns determination of the technical state evaluation procedures of the machines in the HOR 6000 production line placed in Philips Lighting Poland production plant in Piła. The data gathered this way will allow for formulation of the state of the production line prognostic procedures. The main objective of the article is determination of the most appropriate research method which will give empirical basis for determination of the evaluation procedures and prognosis.
Key words: production line HOR 6000, technical state evaluation procedure, technical state prog-nosis procedure, Philips Lighting Poland, technical state procedure defining algorithm, technical state prognosis defining algorithm
3UDFč]UHDOL]RZDQRZUDPDFKSURMHNWX„Techniki wirtualne w badaniach
stanu, zagroĪeĔ bezpieczeĔstwa i Ğrodowiska eksploatowanych maszyn”.
Numer projektu: WND-POIG.01.03.01-00-212/09. Rafal Bochen
Industrial Engineer Philips Lighting Poland ul. Kossaka 150, 64-920 Piła
e-mail: rafal.bochen@philips.com Henryk Tylicki
Wydział InĪynierii Mechanicznej
Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy al. Prof. S. Kaliskiego 7, 85-789 Bydgoszcz
