Jakie cyfrowe usługi wspierają zdalne monitorowanie i konserwację predykcyjną instalacji mieszających?
Zdalne monitorowanie i wyprzedzająca konserwacja instalacji mieszających opierają się na ciągłym rejestrowaniu, bezpiecznym przesyłaniu i ukierunkowanej analizie danych eksploatacyjnych i danych o stanie. Celem jest wczesne wykrywanie zmian, redukcja nieplanowanych przestojów oraz planowanie działań konserwacyjnych w sposób możliwie oparty na stanie technicznym. Rzeczywiście osiągalne korzyści zależą jednak od jakości danych, zastosowanych czujników, krytyczności instalacji oraz organizacji utrzymania ruchu w danym zakładzie.
Podstawę stanowi monitorowanie stanu (condition monitoring) oparte na IoT. Czujniki rejestrują istotne dane stanu i procesu, takie jak drgania łożysk, temperatury przekładni i uszczelnień, pobór prądu i moment obrotowy napędów oraz prędkość obrotową, czas mieszania i przebieg wsadu. W zależności od typu mieszalnika i procesu istotne mogą być również ciśnienie, wilgotność, próżnia, przepływ lub temperatura produktu. Bramki brzegowe (edge gateways) zbierają dane w instalacji i przekazują je do lokalnej, hybrydowej lub opartej na chmurze platformy danych.
Wizualizacja danych na pulpitach (dashboardach) umożliwia śledzenie stanów instalacji, komunikatów alarmowych i długoterminowych trendów niezależnie od miejsca. Dla utrzymania ruchu szczególnie interesujące są powolne, stopniowe zmiany, na przykład rosnące wartości drgań, nietypowe przebiegi temperatury, zmieniony pobór mocy lub wydłużone czasy mieszania przy niezmienionej recepturze. Takie odchylenia mogą wskazywać na zużycie, przywieranie produktu, problemy z łożyskowaniem lub nieodpowiednie ustawienia procesowe.
Zdalny dostęp (remote access) i teleserwis uzupełniają monitorowanie stanu. Zabezpieczony dostęp zdalny umożliwia autoryzowanym specjalistom diagnostykę sterowania, wizualizacji i techniki napędowej. Dzięki temu awarie można szybciej zaklasyfikować, a interwencje serwisowe lepiej przygotować. Zmiany parametrów, oprogramowania lub sterowania mogą jednak być dokonywane wyłącznie w ramach jasno zdefiniowanych procesów dopuszczenia, z odpowiednimi uprawnieniami użytkownika i w uzgodnionych oknach czasowych konserwacji.
Bezpieczna koncepcja zdalnego dostępu obejmuje wyraźne rozdzielenie sieci biurowej IT i sieci produkcyjnej, indywidualne konta użytkowników, uwierzytelnianie wieloskładnikowe, szyfrowaną komunikację, rejestrowanie dostępów oraz kontrolowane udzielanie zgody przez operatora. Standaryzowane standardy komunikacyjne i magistrali polowej mogą ułatwić ustrukturyzowane przesyłanie danych. Do zabezpieczania przemysłowych środowisk automatyzacji ważnym punktem odniesienia są serie norm, takie jak IEC 62443.
Predictive Analytics rozszerza czyste monitorowanie wartości granicznych. Metody statystyczne i modele wykrywania anomalii porównują aktualne dane z historycznymi stanami eksploatacyjnymi. Dzięki temu można rozpoznać nietypowe wzorce, zanim wystąpi jednoznaczna awaria. Wartość informacyjna rośnie, gdy dostępna jest wystarczająca ilość danych z normalnych stanów eksploatacyjnych, znanych awarii i porównywalnych warunków procesowych.
Wiarygodna prognoza pozostałego okresu eksploatacji poszczególnych komponentów jest możliwa tylko wtedy, gdy dostępne są odpowiednie dane, wiarygodne modele zużycia i wystarczająca liczba przypadków porównawczych. W wielu zastosowaniach bardziej realistyczne jest najpierw rozpoznawanie odchyleń trendów i anomalii. Na tej podstawie można wyprowadzić inspekcje, dostarczanie części zamiennych i okna czasowe konserwacji. Redukuje to ryzyko, ale nie zastępuje fachowej oceny działu utrzymania ruchu.
Inteligentne systemy alarmowe i zgłoszeniowe (ticketing) pomagają przekształcać dane w konkretne działania. Zamiast monitorować tylko pojedyncze wartości graniczne, mogą one wspólnie oceniać kilka wielkości pomiarowych. Na przykład wzrost mocy silnika jest bardziej informacyjny, gdy jednocześnie rosną drgania i temperatura łożyska. Kontrole wiarygodności mogą redukować fałszywe alarmy i poprawiać priorytetyzację zgłoszeń.
Przy istotnych zdarzeniach mogą być wysyłane powiadomienia do zespołu utrzymania ruchu. Połączenie z systemem utrzymania ruchu może wspierać zlecenia konserwacyjne, zapotrzebowania na części zamienne oraz dokumentację działań. Czy sensowne jest automatyczne generowanie zleceń, zależy od krytyczności instalacji i wewnętrznych procesów zatwierdzania.
Cyfrowe bliźniaki mogą rozszerzać analizę bardziej złożonych instalacji i procesów. Cyfrowy bliźniak to model cyfrowy, który jest powiązany z danymi konstrukcyjnymi, eksploatacyjnymi i ewentualnie procesowymi. Może on pomóc ocenić scenariusze obciążeniowe, zmiany receptur lub zmiany prędkości obrotowej i czasu mieszania. Dla wiarygodnych prognoz zużycia model musi jednak być regularnie porównywany i aktualizowany na podstawie rzeczywistych danych. Cyfrowy bliźniak nie jest zatem warunkiem koniecznym dla Predictive Maintenance, lecz możliwym rozszerzeniem przy złożonych lub szczególnie krytycznych zastosowaniach.
Cyfrowe portale serwisowe uzupełniają techniczną analizę danych. Mogą one udostępniać dokumentację specyficzną dla instalacji, listy części, schematy, wskazówki dotyczące konserwacji oraz historię serwisową. Ułatwia to przygotowanie konserwacji i napraw. Aplikacje rozszerzonej rzeczywistości (Augmented Reality) mogą wspierać operatorów lub personel utrzymania ruchu w poszczególnych krokach roboczych, na przykład poprzez wizualne instrukcje. Nie zastępują one jednak wymaganych kwalifikacji i przeszkolenia w zakresie bezpieczeństwa personelu.
Również dane energetyczne i procesowe dostarczają wskazówek dotyczących stanu instalacji. Rosnące zużycie energii, zmienione przebiegi momentu obrotowego lub wydłużone czasy mieszania mogą wskazywać na zmiany mechaniczne, przywieranie produktu lub odbiegające właściwości produktu. Takie wskaźniki muszą być jednak zawsze oceniane łącznie z recepturą, stopniem napełnienia, stanem produktu i warunkami otoczenia. Wyższe zapotrzebowanie na energię nie jest automatycznie dowodem zużycia.
Główne korzyści usług cyfrowych polegają na lepszej przejrzystości stanu instalacji, szybszej diagnostyce zdalnej, bardziej ukierunkowanym planowaniu konserwacji oraz możliwej do prześledzenia dokumentacji. W obszarach regulowanych baza danych może wspierać również zapewnienie jakości i dokumentację wsadów. Warunkiem są przy tym odpowiednie uprawnienia dostępu, kompletne ścieżki audytu (audit trail), integralność danych oraz ewentualnie walidacja stosowanego oprogramowania i procesów danych.
Wyprzedzająca konserwacja i wsparcie zdalne w amixon®
Predictive Maintenance jako opcja serwisowa specyficzna dla projektu
Regularne inspekcje i profilaktyczna konserwacja istotnie przyczyniają się do dostępności instalacji. amixon® może wspierać koncepcje konserwacji opartej na stanie jako opcję serwisową specyficzną dla projektu. Podstawę stanowią dane eksploatacyjne i dane o stanie, rejestrowane przez sterowanie lub dodatkowe czujniki. Należą do nich na przykład czasy pracy, cykle, liczba wsadów, przebiegi momentu obrotowego, wychylenie promieniowe narzędzia mieszającego, temperatury, prędkości obrotowe i komunikaty procesowe.
Na podstawie tych danych można lepiej planować interwały konserwacji, inspekcje oraz dostarczanie krytycznych części zamiennych. Powolne, stopniowe zmiany mogą wskazywać na zużycie, przywieranie lub odbiegające warunki eksploatacji. Czy możliwa jest wiarygodna prognoza stanu komponentu, zależy od jakości danych, czujników, sposobu eksploatacji oraz dostępności porównywalnych danych eksploatacyjnych. Zakres rejestracji danych, interfejsy i połączenie z systemami operatora są ustalane i dokumentowane w ramach projektowania.
Technika mieszania amixon® jest zaprojektowana pod kątem długiej żywotności, niskich obciążeń dynamicznych i dobrej dostępności podczas konserwacji. Mieszadło jest łożyskowane wyłącznie od góry. Dolny przepust wału mający kontakt z produktem może dzięki temu odpaść. Redukuje to potencjalnie wymagający dużego nakładu konserwacyjnego obszar przestrzeni mieszania.
Powolny ruch obrotowy mieszadła redukuje obciążenia dynamiczne, tarcie i zużycie. W zależności od rodzaju mieszalnika i produktu prędkość obwodowa może wynosić ok. 0,8 metra na sekundę. Solidne konstrukcje i ograniczona liczba części zużywających się mających kontakt z produktem ułatwiają ukierunkowaną konserwację. Zamiast przewidywać rozbudowane monitorowanie wszystkich komponentów, operator może skoncentrować czujniki na rzeczywiście krytycznych elementach i parametrach procesowych.
Części zamienne i serwis w przypadku awarii
Krytyczne części zużywające się mogą zostać dostarczone już z pierwszą dostawą jako pakiet części zamiennych. Dalsze części zamienne są dostępne w siedzibie w Paderborn oraz w międzynarodowych punktach serwisowych. Długoterminowa dostępność dokumentacji konstrukcyjnej i informacji produkcyjnych wspiera identyfikację, ocenę i dowytwarzanie komponentów również w przypadku instalacji o długim okresie eksploatacji.
W przypadku awarii technicy serwisowi amixon® wspierają diagnostykę, naprawę, konserwację i modernizację. Połączenie działu konstrukcji, produkcji i serwisu może skrócić drogi uzgodnień i ułatwić technicznie uzasadnioną ocenę przebudów lub rozwiązań w zakresie części zamiennych. Czasy reakcji i dostępność zależą od lokalizacji, zakresu serwisu i konkretnej konfiguracji instalacji.
Cyfrowa integracja danych eksploatacyjnych
Dane eksploatacyjne i dane wsadów mogą zostać podłączone do nadrzędnych systemów operatora. W zależności od projektu możliwe są interfejsy do ERP, MES lub systemów utrzymania ruchu, a także systemy kodów kreskowych do identyfikacji wsadów. Dzięki temu można powiązać recepturę, wsad i wybrane dane procesowe.
Ta baza danych może wspierać identyfikowalność wsadów, analizy OEE oraz planowanie utrzymania ruchu. To, które wskaźniki, komunikaty i ścieżki alarmowe są sensowne, ustala się wspólnie z operatorem. Przy zdalnym dostępie wymagane są jasne uprawnienia użytkowników, bezpieczne architektury sieciowe, szyfrowana transmisja danych oraz możliwe do prześledzenia procesy zatwierdzania.
Kwalifikacja i dokumentacja
amixon® udostępnia dokumentację techniczną specyficzną dla projektu i może wspierać operatorów w działaniach kwalifikacyjnych. Mogą do nich należeć dokumentacja konstrukcyjna, atesty materiałowe, dokumentacje spawalnicze, protokoły badań, instrukcje eksploatacji oraz dokumenty odbioru. Instalacja jest projektowana i produkowana na podstawie specyfikacji wymagań użytkownika (URS).
Kwalifikacja w środowiskach regulowanych obejmuje z reguły kwalifikację projektową (Design Qualification), kwalifikację instalacyjną (Installation Qualification) oraz kwalifikację operacyjną (Operational Qualification). amixon® może w tym zakresie dostarczyć informacje techniczne, dokumentację i odbiory. Ostateczna kwalifikacja, walidacja procesu i zwolnienie do eksploatacji leżą po stronie operatora.
Wymagania wynikające z GMP, ATEX, EHEDG, 3-A Sanitary Standards, ASME lub przepisów FDA muszą być ocenione specyficznie dla danego projektu. Wymagania dotyczące zapisów elektronicznych i podpisów elektronicznych zgodnie z FDA 21 CFR Part 11 dotyczą w szczególności koncepcji sterowania, zarządzania użytkownikami i danymi. Konkretne wdrożenie odbywa się wspólnie z operatorem oraz ewentualnie z jego partnerami ds. automatyzacji lub walidacji.
Produkcja w Paderborn i próby w centrum prób
amixon® rozwija i produkuje swoje aparaty w siedzibie w Paderborn. Własna suwerenność konstrukcyjna i produkcyjna stanowi podstawę dla możliwej do prześledzenia dokumentacji, długoterminowego zaopatrzenia w części zamienne oraz dalszego rozwoju technicznego. Każdy aparat jest projektowany odpowiednio do przewidzianego zadania mieszania oraz wymagań specyfikacji wymagań użytkownika (URS).
Przed inwestycją zadanie mieszania może zostać sprawdzone w centrum prób amixon® z oryginalnym produktem. Dostępnych jest tam ponad 30 instalacji testowych w różnych wielkościach konstrukcyjnych. Próby mogą być przeprowadzane przy realistycznych stopniach napełnienia oraz warunkach temperatury i ciśnienia. Oceniane są na przykład jakość mieszania, łagodność wobec produktu, wprowadzanie energii, możliwość czyszczenia, opróżnianie resztkowe i odtwarzalność. Wyniki są dokumentowane i służą jako podstawa koncepcji instalacji, doboru procesu oraz późniejszego planowania konserwacji.