Cyfryzacja produkcji ceramicznej bez wymiany całego parku maszynowego

Punktem wyjściowym dla naszego klienta z branży ceramicznej był duży zakład produkcyjny, starsze maszyny, różne sterowniki i dane zapisane w kilku miejscach na raz. W wiekowym już parku maszynowym przyszedł zatem czas na uporządkowanie sposobu zbierania danych, by zrobić krok w stronę Przemysłu 4.0. Tak zaczęła się cyfryzacja produkcji w jego zakładzie.

Danych w zakładzie klienta nie brakowało, wręcz przeciwnie, było ich dużo. Były one jednak rozproszone w między arkuszami, papierowymi raportami i lokalnymi systemami. Zdarzało się, że operatorzy część informacji uzupełniali ręcznie nawet co godzinę, więc szybkie sprawdzenie aktualnego stanu produkcji nie zawsze było możliwe. Klient potrzebował więc rozwiązania, które pozwoli automatycznie pobierać dane bezpośrednio z maszyn i wykorzystywać je dalej w wizualizacjach oraz raportowaniu.

Klient produkuje wyroby ceramiczne na rynek polski i zagraniczny, a skala działania sprawiała, że ręczne raportowanie zaczynało być coraz większym obciążeniem. Informacje o produkcji i pracy maszyn były dostępne, ale często dopiero po zebraniu ich z kilku źródeł albo przepisaniu przez operatorów.

Przy takim modelu trudno było szybko sprawdzić, co dzieje się w zakładzie w danym momencie. Rosło też ryzyko zwykłych błędów wynikających z ręcznego wpisywania danych. Klient nie chciał jednak zaczynać od wymiany całego parku maszynowego. Celem było wykorzystanie tego, co już działało i stworzenie warstwy, która połączy starsze urządzenia z nowoczesnym sposobem pracy z danymi

Park maszynowy rozwijał się przez lata, dlatego trudno było mówić o jednym standardzie. Urządzenia pochodziły z różnych okresów, korzystały z różnych sterowników i komunikowały się w różny sposób. Choć w zakładach dominowały maszyny dwóch producentów, w całej infrastrukturze występowało około 15 protokołów komunikacyjnych. Do tego część starszych systemów sterowania była zamknięta, a producenci maszyn nie zawsze mogli dostarczyć potrzebne informacje.

Nie dało się więc zastosować jednego gotowego sposobu integracji, a trzeba było sprawdzić każdą grupę urządzeń, znaleźć dostępne źródła danych i ocenić, w jaki sposób można je wykorzystać. Przy tym musieliśmy mieć na uwadze, żeby rozwiązanie nie tylko działało technicznie, ale też mieściło się w budżecie klienta.

Naszym pierwszym krokiem był rozszerzony audyt zakładu. Sprawdzaliśmy, jakie maszyny pracują na produkcji, ich możliwości komunikacyjne i dane, które można z nich pobrać. Równolegle rozmawialiśmy z technologami, żeby ustalić, które informacje mają największe znaczenie w codziennej pracy.

W zależności od procesu były to między innymi temperatury, ciśnienia czy konkretne sygnały pokazujące stan maszyny. Dużą rolę odegrał również inżynier odpowiedzialny za cyfryzację po stronie klienta, który pomagał wskazywać źródła danych, dostarczał dokumentację i kontaktował się z producentami urządzeń. Dzięki temu prace były prowadzone wspólnie z ludźmi, którzy najlepiej znali zakład od środka.

Do integracji wykorzystaliśmy KEPServerEX. W przypadku tak niejednorodnego parku maszynowego jego dużą zaletą była możliwość komunikowania się z urządzeniami korzystającymi z różnych protokołów i udostępniania danych dalej w ujednoliconym standardzie OPC UA.

Dzięki temu informacje z różnych maszyn mogły trafiać do wspólnej warstwy, zamiast funkcjonować w osobnych, zamkniętych środowiskach. Po naszej stronie KEPServerEX odpowiadał przede wszystkim za zbieranie danych i ich wstępne filtrowanie, tak aby do kolejnych systemów trafiały tylko potrzebne informacje. Współpracowaliśmy też z firmą odpowiedzialną za wizualizacje, żeby mieć pewność, że dane są poprawnie interpretowane i przetwarzane.

Rozwiązanie zostało dodatkowo przygotowane w modelu redundantnym. Dane zbierały równolegle dwa serwery, więc awaria jednego z nich nie musiała oznaczać przerwy w działaniu całego systemu.

Tam, gdzie było to możliwe, korzystaliśmy ze standardowych protokołów komunikacyjnych, między innymi Modbus. Po połączeniu z urządzeniem trzeba było jeszcze zidentyfikować odpowiednie sygnały i ustalić, które z nich odpowiadają konkretnym parametrom produkcyjnym.

Przy starszych maszynach praca była bardziej złożona. Część urządzeń nie pozwalała na bezpośrednią komunikację w standardowy sposób, dlatego trzeba było szukać innych dróg. W niektórych przypadkach oznaczało to analizę sygnałów i pracę przypominającą inżynierię wsteczną, w innych pozyskiwanie danych bezpośrednio z sygnałów elektrycznych.

Zdarzały się też sytuacje jeszcze mniej typowe, kiedy trzeba było analizować bardzo niszowe protokoły szeregowe oraz napisać do nich dedykowane sterowniki do obsługi komunikacji z sygnałami przesyłanymi w maszynie. Wszystko odbywało się w działającym zakładzie, przy dużym zapyleniu, więc projekt wymagał nie tylko znajomości systemów IT, ale też dobrego rozumienia automatyki i realiów produkcji.

Wdrożenie rozpoczęliśmy w jednym zakładzie. Pozwoliło to sprawdzić przyjęte założenia na rzeczywistych maszynach i zobaczyć, jak rozwiązanie zachowuje się w codziennej pracy produkcji.

Po tym etapie projekt został rozszerzony na dwa kolejne zakłady. Klient zyskiwał w ten sposób coraz bardziej spójny model zbierania danych, niezależnie od wieku urządzeń, producenta czy wykorzystywanego protokołu.

Po wdrożeniu dane mogły być pobierane bezpośrednio z maszyn i odczytywane w czasie rzeczywistym. Zwiększyła się ich dokładność, a ryzyko błędów wynikających z ręcznego przepisywania informacji zostało mocno ograniczone.

Pracownicy mogli też obserwować zmiany i trendy w pracy maszyn bez konieczności każdorazowego sprawdzania parametrów na hali. Przy dużym zapyleniu miało to dodatkową wartość. Informacje z produkcji były dostępne wtedy, kiedy były potrzebne i mogły trafiać dalej do raportów czy wizualizacji.

Najważniejsze było jednak to, że powstała warstwa danych, na której można oprzeć dalszą automatyzację i kolejne rozwiązania, jakie może dać cyfryzacja produkcji.

Ten projekt pokazał, że wiekowe maszyny i różne protokoły komunikacyjne nie muszą oznaczać konieczności wymiany całej infrastruktury. Cyfryzacja produkcji zaczyna się od rozpoznania tego, co już znajduje się w zakładzie, jakie dane można pozyskać i w jaki sposób połączyć je z systemami IT/OT.

Bez dostępu do wiarygodnych danych trudno budować analitykę, automatyzację czy rozwiązania wykorzystujące AI. Dlatego przy zakupie nowych maszyn warto od początku myśleć o ich przyszłej integracji, a przy starszym parku maszynowym zacząć od audytu i oceny możliwości.

Jeśli w Twoim zakładzie pracują urządzenia różnych producentów i generacji, dane nadal trafiają do arkuszy albo część raportów powstaje ręcznie, nie musi to koniecznie wiązać się z wymianą całego parku maszynowego.

Zacznijmy od audytu. Zespół ekspertów explitia sprawdzi, jakie dane są dostępne, jak można je pozyskać i jak połączyć maszyny z systemami IT/OT, żeby przygotować zakład do dalszej cyfryzacji.