JELLEGZETES ÜZEMFENNTARTÁSI OBJEKTUMOK ÉS SZAKTERÜLETEK 1.01 3.09 5.16
Szerszámgépek rendelkezésre állásának növelése Tárgyszavak: szerszámgép; szerszámfelügyelet; távdiagnosztika; rendelkezésre állás.
A gyáriparban a rövidülő innovációs ciklusok, vevők által kívánt speciális megoldások és a nemzetközivé vált piac hatására egyre fokozódik a verseny. A szerszámgépiparban ezek a körülmények nagyobb rugalmasságot és komplexebb rendszereket követelnek meg. Ugyanakkor a versenyképesség miatt a vállalatok a költségek csökkentésére, a minőség javítására és a teljesítmény növelésére kényszerülnek. Mindezt csak úgy lehet elérni, ha minden termelőeszközt optimálisan kihasználnak és rendelkezésre állásukat maximálják. Ennek egyik lehetősége a szerszámfelügyelet, ami mechatronikus egységekkel és távdiagnosztikai rendszerekkel valósítható meg. A mechatronikus egységek lehetővé teszik a helyi szerszámfelügyeletet, valamint a kopás, a törés és az ütközés jelzését. A helyi diagnosztikai rendszert kiegészíti a távdiagnosztikai rendszer, ami lehetővé teszi a gyártóvállalatnak az egész világra kiterjedő vevőszolgálatát. Helyi folyamatoptimálás A szerszámgépekben mechatronikus egységeket elsősorban a legdrágább részegységek felügyeletére alkalmaznak. A szerszámok kopásának és ütközésének jelzésére alkalmas szenzorok elég kicsik ahhoz, hogy a felügyelt folyamat közvetlen közelében legyenek elhelyezhetők és eléggé robusztusok ahhoz, hogy a szerszámgépek üzemelési körülményei között is tartósan működőképesek maradjanak. A mechatronikus szerszámfelügyeleti egység lehetővé teszi az erőhatások jelzését a három térkoordináta irányában, valamint a rezgéseket és a hőmérsékletet a munkadarab befogása közelében. A felügyeleti rendszer a jelfogóból és jelfeldolgozó egységből áll, amelynek részei a drótnélküli jeltovábbítás és az energiaellátás eszközei. A jelek kiértékelése egy digitális proceszszorral és a CNC-vezérlés számítógépe segítségével megy végbe. A
1
mechatronikus egységet a kapocstartó alsó felületére, a szenzorok közelében lézeres hegesztéssel erősítik fel. Az erőérzékelőket vastagréteg-technológiával készítik és piezoellenállás hatásmechanizmusa szerint működnek. A mérőhidak három helyen határozzák meg a terhelés hatására bekövetkezett nyúlásokat. Matematikai eljárással lehetséges a három szenzorral kapott adatokból a vágás, az előtolás és a passzív irányban ható erők meghatározása. Az integrált rezgésérzékelő alkalmas max. 4000 g gyorsulás észlelésére 10 kHz-ig terjedő frekvenciatartományban. A szenzorok tulajdonságait a piezoellenállások méretei és elrendezése, valamint a membránok vastagsága és elhelyezése alapján határozzák meg. A folyamatok szabályozásának vázlatát az 1. ábra mutatja. A folyamatoptimálás egyik lehetősége a gépek sajátfrekvenciájának szabályozásában van. A forgácsolási folyamatok által keltett rezgések lényeges befolyással vannak a megmunkálás minőségére. Például a megmunkálás alatti elemek anyagának inhomogenitása vagy a vágási mélység változása az erőhatások ingadozását és rezgéseket vált ki. Többkéses szerszámok egyes elemeinek működésbe lépése szintén dinamikus hatásokat okozhat. Különös figyelemmel kell lenni a folyamatok okozta rezgéseknek a gép önrezgéseivel való találkozására, ami a géprezgések amplitúdóját megnöveli és gyors szerszámkopáshoz, a gép egyes részeinek tönkremeneteléhez vezethet.
CNC gépvezérlés
Ubeállítás (Pnorm)
forgácsolás
határprofil
Fuzzyszabályozó
elektronikus nyomásszelep
mikrorendszer jelelemzés
A D
hidraulikus csapágyazás előfeszítése
pl. fordulatszám
orsócsapágyazás
sajátfrekvencia
rezgésérzékelő
1. ábra Példa folyamatszabályozásra rezgésérzékelőkkel A géporsó rezgéseit a csapágyazás közelében elhelyezett mérőmodul érzékeli. A mért adatokat a kritikus frekvencia szempontjából elemzik. Kedvezőtlen rezgések észlelése esetében az orsó csapágyazásának előfeszítését
2
(meghatározott határokon belül) addig változtatják, míg a mért rezgések nem kerülnek a kritikus érték alá. A gépállványok anyaga kellő merevségű legyen, hogy ne hasson csillapítólag a mérendő rezgésekre. Acélház nem jöhet számításba, mivel a miniatürizálás érdekében a vezetőpályákat a gépházba integrálni kell. A rezgésjelző modul lényegében egy rezgésérzékelőből és egy kapcsolókörből áll, amely az érzékelő jelzését felerősíti. A villamos jelek erősítőjét a szenzor közelében kell elhelyezni, hogy az elektromágneses zavaróhatások minimálisak legyenek. Távdiagnosztika internettel A távdiagnosztika a hagyományos diagnosztikai módszereknek telekommunikációval való támogatása. Távdiagnosztika segíti a hibák felismerését, javaslatot ad az üzemzavarok elhárításához, gondozáshoz, javításhoz, valamint a szoftver korszerűsítéséhez. Valamely berendezés állapotának jellemzésére az érzékelők adatai, a működési paraméterek és programok szolgálnak. Ezen információk alapján a gyártómű szervizközpontjában levő szakértő képet kap a felhasználónál levő gép problémáiról és több kérdéssel és válasszal meghatározhatja a hiba okát. Egyszerű kezelési hibák, téves programozás miatti üzemzavarok közvetlenül, a helyszínre való kiutazás nélkül elháríthatók. A távdiagnosztika bevezetése előnyös mind a gyártónak, mind a felhasználónak. A gyártónál személyi és utazási költségek takaríthatók meg. A felhasználónál viszont javul a gépek üzemkészsége, fokozódik a vevők elégedettsége és az adott gyártóhoz való hűsége. A felhasználó ezenkívül támogatást kaphat termelési rendszerének optimálásához és a termékminőség javításához. A kommunikáció kezdetben a közönséges analóg telefonhálózat útján valósult meg, később az ISDN telefonrendszert alkalmazták. Aztán a személyi számítógépek között modem segítségével lehetővé vált a közvetlen kapcsolat is. Jelenleg két különböző elven valósítják meg a távdiagnosztikai kapcsolatokat: • adatok átvitelével; • számítógépek és szerszámgépek összekapcsolásával és távvezérlésével. Adatok átvitelét egyszerű eszközökkel meg lehet valósítani. Általában egyszerű információk, pl. szenzorok adatainak, állapotjellemzőinek egyirányú átviteléről van szó. Ilyen kapcsolat esetében a felhasználó nem kap számítógépes támogatást a gép problémáinak feltárásához. Távvezérlés és a számítógépek összekapcsolása esetében speciális szoftvert installálnak mind a két oldalon, amely a gyártónak hozzáférést bizto 3
sít a szerszámgép vagy a folyamatirányító számítógép kezelőfelületéhez. Ennek természetesen előfeltétele, hogy a szerszámgép számítógépes vezérléssel rendelkezzék. A szoftver speciális kiegészítésével elérhető, hogy a gyártó a felhasználó folyamatirányító szoftverjét továbbfejlessze, valamint hogy egy digitális kamerával kiegészítve videoképeket is továbbítson a gyártó szervizközpontjába. A távdiagnosztikai rendszerek továbbfejlesztését jelenti az internet alkalmazása, felhasználva annak standard protokollrendszerét és más szolgáltatásait. A rendszer a gyártónál egy web-szerverre van installálva. Ehhez a világ minden részéről hozzá lehet férni. A szerveren a következő funkciók találhatók: • a diagnosztikai rendszer tudásbázisa a hibaokok megjelölésével; • tudásalapú diagnosztikai stratégia; • multimédiás kommunikációs eszközök; • adminisztratív eszközök a távdiagnosztikai rendszerhez. Az internetnek számos olyan tulajdonsága van, amely különösen alkalmassá teszi a távdiagnosztika médiumaként való alkalmazásra. Az internet segítségével a távdiagnosztika megvalósításához szükséges kommunikációs struktúra gyorsan felépíthető. További előny a világ minden részéről való hozzáférés lehetősége, a standard kommunikációs protokollok és szolgáltatások. A problémák megoldásához hierarchikus stratégiát alkalmaznak. Az első fokozatban a felhasználó önállóan használhatja a távdiagnosztikai rendszert a problémák megoldásához. Ha a felhasználó nem tudja önállóan a zavart elhárítani, akkor konzultálhat a szakértővel, akitől útmutatást kaphat a zavar elhárításához. A legmagasabb fokozat a berendezés távvezérlése a szakértők által. Ez a struktúra megszünteti a helyi hibakeresés és a távdiagnosztika merev elhatárolását. A diagnosztika a hibafelismerési folyamatra, a hiba helyének és okának meghatározására terjed ki. A felügyelőegység által rögzített tüneteket elemzik és az okokat meghatározzák. A felismert hibák nem vezetnek minden esetben üzemzavarhoz, a hiba következménye lehet pl. a termékek minőségének romlása. Ha a hibát nem küszöbölik ki, ez előbb-utóbb üzemzavarhoz vezet. A legbonyolultabb a hiba okának megállapítása, ui. a műszaki folyamatokban fellépő hiba általában több okra vezethető vissza. Szakértőrendszerek A távdiagnosztikai rendszerben tudásalapú eljárást alkalmaznak. Ezzel az eljárással lehet a berendezés vagy a folyamat változásaira és a hibajelenségekre reagálni. A tudásbázisú szakértőrendszer egy modell formájában írja le a műszaki rendszer legfontosabb sajátosságait. A tudásbázis sok szakember (tervező, szerviztechnikus, minőségellenőr, gépkezelő stb.) tapasztalatai 4
ból tevődik össze. A modell képezi a diagnosztikai stratégia és a beavatkozási folyamatok alapját. A szakértői ismeretek az FMEA (Failure Mode and Effect Analysis = hibamód és -hatáselemzés) formájában kerülnek rögzítésre. Ennek az eljárásnak előnye, hogy sok gyárban az FMEA módszerét már alkalmazzák és értékelik. A tudásbázis egy web-szerveren áll rendelkezésre. Az ismeretanyag magába foglalja a berendezés és elemeinek leírását és ezek működését. A hibaelemzés alapja minden lehetséges hibaok leírása, az ezekre jellemző tünetekkel és következményekkel. A diagnózis megállapításához a lehetséges hibákat, hibaokokat és tüneteket hibagráfokkal kapcsolják össze, amelyek segítségével az alapvető hibaok kimutatható (2. ábra). A hibavalószínűség figyelembevételével a hibagráfok vizsgálatában prioritásokat lehet meghatározni, ezzel a hibaelemzés időtartama lerövidíthető.
bővített FMEA hibalehetőségek
hibagráf
hiba hibaok
tünet
hiba hibaok
hiba hibaok
hibaok
tünet
hiba tünet
hiba hibaok
hiba
hibaok
hiba tünet
hiba tünet
hibaok
hibaok
hiba tünet
hiba tünet
hibaok
tünet
hibaok
tünet
hiba tünet
hibaok
tünet
2. ábra Hibagráf szerkesztése az FMEA alapján A „best solution” (legjobb megoldás) módszere a rendszer állapota alapján rámutat a legvalószínűbb hibaokra. Manuális és automatikus eljárás is le 5
hetséges. Automatikus eljárás alkalmazása esetében hipotéziseket vizsgálnak meg, ezek közül egyeseket elvetnek, másokat megerősítenek. A manuális eljárásnál a kezelő a rendelkezésre álló információk alapján döntéseket hoz. A „possible solutions” (lehetséges megoldások) módszerének alkalmazása során minden olyan hibaokot megvizsgálnak, amely a berendezés adott állapotában előfordulhat. Számítógép segítségével a felhasználó és a szakértő számára egyaránt láthatóvá lehet tenni a hiba helyét és jellegét. Ezzel is gyorsítani lehet a hiba alapvető okának felderítését és kiküszöbölését. Távolabbi kilátások A távdiagnosztikai rendszert jelenleg még kevés vállalat alkalmazza. Ennek egyik oka, egyrészt hogy egyes vevők nem bíznak eléggé a kommunikációs hálózatokban, másrészt a távdiagnosztikai rendszert nem lehet standard módon a kommunikációs hálózatokra rácsatlakoztatni. A nemzetközi piacokon a távdiagnosztika alkalmazása jelentős versenyelőnyt jelent. Ehhez ki kell építeni a 24-órás készültségben levő szervizközpontokat, amelyek bármely időzónában levő felhasználó rendelkezésére tudnak állni folyamatosan. (Dr. Garai Tamás) Feldmann, K.; Vuckovic, G.; Neuhoff, H.: Verfügbarkeitssteigerung von Werkzeugmaschinen durch Einsatz von mechatronischen Baugruppen und Telediagnose. = Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 96. k. 9. sz. 2001. p. 487–492. Feldmann, K.; Neuhoff, H.: Internet-basierte Telediagnose zur Optimierung von Instandhaltungsstrategien. = VDI-Berichte, 2001. 1598. sz. p. 317–332.
6
