Cada paragem de produção não planeada, mesmo de máquinas individuais, causa um esforço adicional, custos mais altos e menor produtividade. O monitoramento contínuo, baseado em dados e nas melhores condições possíveis é uma base essencial para a máxima disponibilidade de máquinas e instalações.
Monitorização da máquina
Um caso de uso essencial aqui é a monitorização contínua da máquina. O objetivo é utilizar dados relevantes, como corrente, temperatura ou vibração, para detetar anomalias na operação em curso numa fase precoce, de preferência para poder classificar estas anomalias e detetar possíveis erros com antecedência. Isso geralmente envolve sinais de desgaste e rutura, que são detectados precocemente e de forma fiável usando lógica analítica baseada na programação da máquina. Isso dá-nos oportunidade de planear intervenções de serviço e manutenção em tempo útil, para disponibilidade máxima a um custo mínimo.
Monitorização de processos
Outro caso de uso essencial é a monitorização contínua dos processos. O objetivo é detetar desvios em relação aos parâmetros dos processos numa fase precoce e poder intervir no processo, se necessário. Com base na solução de controlo existente e nos dados que geralmente já estão disponíveis, é novamente usada uma solução de programação da máquina baseada em modelo para detetar anomalias e classificá-las na medida do possível. Quando a automação baseada em regras atinge os seus limites, a ML ativa perspetivas completamente novas sobre estados de processos antes desconhecidos. Isso resulta na capacidade de intervir no processo mais cedo e de uma forma mais direcionada.
Com base na monitorização contínua das condições das máquinas e instalações, surgem vários casos de uso que prestam atenção ao objetivo da disponibilidade máxima das instalações, o que por sua vez é a chave para a produção económica. Em última análise, a condição das instalações é sempre conhecida, o que dá uma segurança máxima às pessoas responsáveis pelo processo. Além disso, os erros ou as anomalias nos dados da máquina podem ser detetados numa fase inicial, podendo ser tomadas as medidas necessárias antes de ocorrer a avaria ou mesmo a falha do sistema.
Um exemplo de aplicação é a monitorização automática de correias transportadoras de alta velocidade em intralogística. Uma das tarefas é monitorizar e prever o alongamento dos elementos da cadeia transportadora, dependendo de vários fatores influenciadores, como velocidade, carregamento, tempo de funcionamento ou temperatura. Isto envolve a identificação precoce de áreas individuais danificadas da cadeia. Isso também leva a uma ilustração ou garantia do conhecimento dos técnicos de serviço sobre a condição do sistema e, portanto, também a uma transformação da monitorização contínua do sistema com base em dados. As vantagens específicas da monitorização automatizada são uma redução nos custos de serviço e manutenção, bem como uma maior disponibilidade e, portanto, produtividade do sistema. Com vista a novos modelos de negócio é possível, por exemplo, a venda da disponibilidade em forma de novos ou alargados acordos do nível de serviço (SLA). Afinal, esses serviços lloT geram novas funcionalidades perceptíveis para os clientes finais e uma correspondentemente maior fidelidade do cliente.
Outra aplicação é a monitorização automatizada de ventiladores em um pavilhão de produção de galvanoplastia. Na galvanoplastia, a ventilação é um processo crítico para a produção. Por exemplo, é produzido oxigénio gasoso, o que representa um risco de explosão em concentrações críticas. As substâncias ácidas podem também provocar a corrosão do equipamento. Há também uma responsabilidade no domínio da saúde e da segurança no trabalho e da saúde dos trabalhadores. A tarefa é monitorizar continuamente os ventiladores usando sensores inteligentes e a análise de dados baseada em ML. O caminho a seguir é o da manutenção preventiva, baseada em regras para uma manutenção baseada nas condições. Isso resulta numa minimização dos tempos de inatividade da produção não planeados e uma redução dos custos de manutenção. A primeira vantagem desta solução de ponta a ponta exemplar para aplicações de campo aberto é a monitorização automatizada contínua das condições Esta é a base para reduzir ou minimizar inspeções, manutenções e reparações. Neste caso específico, foi possível mudar de uma inspeção mensal dos ventiladores com um passeio no telhado de galvanoplastia para uma inspeção semestral. Os tempos de inatividade não planeados poderiam ser reduzidos e a disponibilidade das instalações aumentada. Um caso de uso IoT com vantagens específicas.
Com base nos dados do processo e respetiva avaliação usando tecnologias ML, é possível, em muitos casos, tirar conclusões sobre a qualidade dos produtos fabricados. Com base em parâmetros de processo selecionados, padrões baseados em ML podem ser reconhecidos que podem ser atribuídos a um estado de processo específico. A partir daí, é possível monitorizar intervalos de tolerância, por exemplo, e reconhece-se numa fase inicial quando as tolerâncias estão ou estarão fora da linha no sentido de uma previsão.
A análise inteligente de dados ajuda a Grenzebach a conseguir uma garantia de qualidade em tempo real e a manutenção preditiva de máquinas para os seus inovadores sistemas de soldagem por fricção. Desta forma, os especialistas em construção de máquinas e sistemas contribuem para elevar a produção de série 24/7 a um novo nível completamente novo.
Um pino de atrito rotativo é a ferramenta central com soldadura por fricção (FSW), o inovador processo de soldadura por costura que Grenzebach desenvolveu para metais leves, como alumínio e suas ligas. Através do atrito e da pressão, o pino gera o calor do processo necessário para tornar o metal maleável, que é então agitado ao longo do ponto de contacto pela ação rotativa do pino de atrito. Sem a necessidade de adição de fio de solda ou gás inerte, isso cria uma junta sólida caracterizada por sua estabilidade a longo prazo e sua resistência à distorção. Um requisito para esse resultado é que o pino de atrito se comporte como esperado. Forças precisas de tensão e pressão são fundamentais para alcançar o grau correto de deformação do metal. Até agora, o controlo de qualidade era realizado pelo operador da máquina que inspecionava visualmente a costura da solda após o processo FSW - um procedimento demorado cujo sucesso também dependia fortemente do know-how pessoal do utilizador.
Monitorização em tempo real durante o processo de soldadura
O desenvolvedor de tecnologias Dr. Carlos Paiz Gatica explica como funciona a deteção de anomalias: A comparação do modelo de referência e do processo de corrente permite uma avaliação da qualidade em tempo real. Como pioneira no campo da Industry 4.0, Grenzebach faz hoje uso de processos de análise de dados inteligentes que ativam previsões precisas. E para este fim, usam uma solução adaptada Industrial Analytics da Weidmüller.
O nosso software de análise, que foi adaptado para atender às necessidades de Grenzebach, compara as forças registadas nos sensores durante o processo de soldadura com um registo de dados de referência ideal. Assim que o sistema detetar um desvio que esteja fora dos parâmetros definidos, o operador da máquina será notificado e saberá imediatamente que algo não está certo com o processo de soldadura. A inspeção manual de cada costura de solda deixa, assim, de ser necessária
Para determinar o modelo de referência, a Weidmüller trabalhou em conjunto com os engenheiros da Grenzebach para avaliar os conjuntos de dados de várias centenas de costuras de solda para sua relevância e avaliou-os usando métodos inteligentes de análise de dados. Um elemento significativo das análises foi possibilitado pelo know-how proveniente de Grenzebach. O software da Weidmüller pode muito bem ser capaz de prever uma falha com um certo grau de probabilidade, mas para fazê-lo precisa sempre ter sido classificado antecipadamente. Apenas Grenzebach pode determinar se uma anomalia deve realmente ser classificada como um erro crítico ou não.
Qualidade do produto e disponibilidade na oferta
Além de realizar verificações do controlo de qualidade nas juntas de soldadura, o software de análise também regista os parâmetros de processo de cada peça que é produzida, produzindo assim documentação completa. Trata-se de uma vantagem significativa, não só do ponto de vista jurídico, mas também em termos de rastreabilidade e reprodutibilidade. O sistema também fornece um aviso oportuno, se for aconselhável substituir o pino de soldagem. Na posse desta informação, o operador da máquina pode planear o cronograma da manutenção, de modo a evitar qualquer tempo de inatividade.
"Ao lado da minimização dos resíduos, que podem resultar de uma quebra de ferramenta, um fator importante, particularmente na construção de máquinas e sistemas, é a disponibilidade das máquinas", enfatiza Kress.
Os especialistas de alta tecnologia na Grenzebach veem ainda várias outras vantagens em relação ao seu modelo de negócios: "Em primeiro lugar, podemos oferecer aos nossos clientes controlo de qualidade muito preciso e quantificável, bem como dar-lhes uma previsão sobre o possível tempo de inatividade dos equipamentos, permitindo a poupança de recursos e custos. Ao mesmo tempo, estamos em posição de implementar serviços orientados por dados e usar efetivamente a qualidade do produto ou a disponibilidade do equipamento como argumentos de venda", explica Michael Sieren, Gerente de Vendas da FSW em Grenzebach.