Модификация производства и безопасность

Прогресс неумолим, пора многих отличных технологий автоматизации и управления прошла. Но если старое оборудование до сих пор в строю, как узнать, когда его придется модернизировать, чтобы увеличить эффективность и безопасность работы?
Компания Siemens модифицирует станки Cincinnati Milacron Mills двадцатилетней давности для производства аэрокосмических деталей. Заказчик - Stellex Monitor заявляет, что новая система превосходит современные аналоги по производительности

Компания Siemens модифицирует станки Cincinnati Milacron Mills двадцатилетней давности для производства аэрокосмических деталей. Заказчик — Stellex Monitor заявляет, что новая система превосходит современные аналоги по производительности

Элементы управления и аппаратная часть многих машин работает десятилетиями. Время, когда поставщики оборудования изо всех сил старались поддерживать свои изделия, время недорогих запчастей и простых вариантов перехода на другие решения проходит. Производители систем автоматизации производства внимательно следят за этим рынком. И вот наступает момент модернизации производства, поскольку оригинальные комплектующие устаревают, появляются более эффективные технологии, и модернизация становится безопасней и надежней.

А стоит ли это делать? Что если удастся уменьшить количество ошибок в два раза, сократить цикл на 75%, все отремонтировать за 10% от цены новой системы? Или лучше сэкономить $10 000? Рассмотрим пять примеров подобных модификаций и обсудим вопрос о безопасности эксплуатации модифицированных систем.

 

Угловая погрешность уменьшилась вдвое

Stellex Monitor Aerospace Inc. завершила 5 из 10 проектов модификации системы ЧПУ (компьютерное числовое программное управление) на портальных фрезерных станках Cincinnati Milacron, использующихся в производстве титановых и алюминиевых комплектующих для аэрокосмической отрасли, таких как раздвижные опоры, шасси и переборки. Модификацию «под ключ» машин, созданных в 1978, производила компания Siemens Machine Tool Business.

Acramatic Big Blue

Acramatic Big Blue

Изначально машины были укомплектованы средствами управления Acramatic IBM, а теперь – цифровыми сервоприводами Siemens, АСУ (автоматической системой управления) Siemens Sinumerik 840D CNCs, работающей на Microsoft Windows XP, с трехмерной пятикоординатной коррекцией на фрезу и пятикоординатной кинематической трансформацией в реальном времени. Вице-президент Stellex Monitor Гарри Карау (Gary Kahrau) подводит итоги: уменьшено время установки, улучшено качество поверхности готовых деталей, сокращено количество отделочных операций, значительно увеличена общая производительность.

В дополнение к услугам модификации, Siemens внедрила систему инженерного анализа оборудования, которая в реальном времени собирает критическую информацию о производительности машины, устанавливает оптимальную параметризацию системы управления и сервоприводов и контролирует оптимальность производительности машины. Карау считает серво-анализ, тестирование шаровых опор, тестирование на ускорение/замедление, двустороннюю компенсацию, а также другие протоколы, ключевыми технологиями, приведшими к успешным результатам.

Siemens Sinumerik 840D CNCs

Siemens Sinumerik 840D CNCs заменила громоздкую панель Acramatic Big Blue (сверху).

«Точность наших машин сейчас выше, чем когда они были новыми, плюс пятикоординатная платформа никогда не работала так хорошо, а угловая погрешность поворота, без преувеличения, уменьшилась вдвое», — заявляет Карау.

 

Модифицированный станок производит больше моторов

Модифицировав свои токарные станки собственным сервооборудованием, Baldor Electric удалось увеличить производительность и функциональность. Джон Мазуркевич (John Mazurkiewicz), менеджер по двигателям в Baldor, говорит, что компания заинтересовалась станками с ЧПУ, поскольку старые (с гидравлическим управлением) были медленными, не позволяли просто менять изношенные резцы, и их было трудно устанавливать. Изменение длины стойки также отнимало много времени.

Так как новые станки с ЧПУ стоили бы $100 000 и более, Baldor занялась модификацией станков Acme Gridley, которые хранились на складе и практически считались металлоломом. Гидравлические компоненты заменили новыми электронными контроллерами и шариковыми винтовыми передачами, что позволило Baldor повысить точность позиционирования, расширив тем самым диапазон размеров обрабатываемых деталей (6,6 – 30,5 см). Экономия по сравнению с покупкой новых станков превысила $30 000 на единицу.

Разобранные станки Acme Gridley готовы к установке нового оборудования Baldor

Разобранные станки Acme Gridley готовы к установке нового оборудования Baldor

«Теперь машина позволяет менять одну деталь на другую буквально за секунды. Не нужно редактировать код программы, так как создание программного обеспечения и работа с ним происходит с помощью серии экранных меню. Оператору нужно лишь выбрать команду «Установка» и указать длину детали, глубину паза и скорость шпинделя, которые устанавливаются нажатием одой кнопки», — объясняет Мазуркевич. «Первичное обеспечение надежности состоит в том, что вероятность ошибки сводится к минимуму программной проверкой введенных значений». Например, продолжает Мазуркевич, «слишком малые или большие значения длины, слишком высокие скорости шпинделя не будут доступны, таким образом величина глубины паза не сможет выйти за границы. Цикл обработки на модифицированной машине проходит более чем в 4 раза быстрее – за 8-8,5 секунд против изначальных 30-35 секунд».

 

10% процентов от стоимости новой системы

По словам П.К. Линдси (P.C. Lindsey), президента Micro Processing Technology Inc. (MPT), члена альянса National Instruments, модификация для полупроводниковой промышленности дает возможность получить полностью обновленное оборудование за ни много ни мало – 10% от стоимости нового. «Вместо старой АСУ собственной разработки, клиент получает новую систему, основанную на персональных компьютерах, которая может быть перенесена на новые PC-совместимые платформы с помощью готовых плат, таким образом, никогда не устаревая». Используется язык программирования National Instruments LabVIEW. Система CompactRIO со встроенной ПЛИС (программируемой логической интегральной схемой), «позволяет создавать системы управления реального времени без проектирования специальных электронных схем. Также упрощается процесс программирования системы, отпадает необходимость в использовании плат собственной разработки».

Модернизированный токарный станок может производить больше моторов Baldor

MPT работала над проектом с Analogee Corp. Модифицировалась установка для снятия фоторезиста System One производства Matrix Integrated Systems Inc. (MISI). По словам Линдси, компания MISI ушла из этого бизнеса, но несколько сотен ее систем все еще используется. Для компьютерного управления и мониторинга системы понадобилось 8 аналоговых вводов, 5 аналоговых выводов, 73 цифровых линии ввода/вывода и порт RS-232. MPT использовала три платы управления и сбора данных National Instruments. Analogee разработала плату для PC и модификацию схематики системы, а MPT – приложение на LabVIEW. Персонал Analogee протестировал имеющиеся датчики и приводы.

«В отрасли имеется двадцать таких установок с новой АСУ. Некоторые проработали уже более двух лет. Полная стоимость модификации «под ключ» составляет $40 000. Одна из основных причин морального устаревания – недоступность запчастей для системы управления. Доступное и разумное с финансовой точки зрения решение – модифицировать машину новой системой управления», — отмечает Линдси.

Производительность выше, чем у новой системы

подарочной обертки на каждую картонную основу. Производя 70 миллионов упаковок в год, компания теряла 380 миллионов сантиметров – хватило бы обернуть дорогу из Лос-Анджелеса в Нью-Йорк. Ежечасные обращения операторов к инструкциям приводили к еще большим убыткам.

Series 90-30

Модификация на основе ПЛК GE Fanuc Series 90-30 позволила увеличить точность до 1,0 мм, что гораздо лучше 5.6 см, которые были раньше

Длину коротких оберток операторы задавали с помощью редуктора, длинных – с помощью счетчика и ручного тормоза сцепления. Система допускала выбор длины лишь с точностью до дюйма, причем погрешность зависела от температуры и износа тормозного механизма. По словам Тома Дюбуа (Tom Dubois), инженера-технолога в Plus Mark, большие материальные и временные издержки вынуждали компанию либо модифицировать старые машины, либо купить новые. Конкуренты только что приобрели новое оборудование.

Системный интегратор Джим Джонс (Jim Jones), президент Automation Insights, разработал и внедрил серию модификаций, бюджетом в 10% от стоимости нового оборудования. Теперь система измеряет каждую обертку и выводит необходимую оператору информацию на цифровой дисплей. Длина обертки задается с точностью до 0,3 см. Automation Insights модифицировала более 50 машин, используя ПЛК (программируемый логический контроллер) GE Fanuc Series 90-30 на всех контурах управления позиционированием, скоростью и крутящим моментом.

По словам Дэни Гарбера (Danny Garber), главного механика, старая система требовала ежегодной замены редуктора, а также перетяжки цепи два раза в неделю. «Новая система проста в эксплуатации, поэтому ее легче обслуживать», — отмечает Гарбер. «А точность разреза возросла на 70%», — утверждает Дюбуа и продолжает: «В общем, мы сократили затраты на обслуживание вдвое и увеличили время безотказной эксплуатации на 40%. Сейчас все работает даже быстрее, чем на новых машинах».

 

Замена редких деталей

Когда модификация системы становится выгодней, чем покупка запасных частей, только сам процесс модификации может вызвать трудности. Джеф Бэлер (Jeff Buehler) персональный менеджер компании Daimler Chrysler в Bosch Rexroth Controls, стремится облегчить интеграцию с помощью набора компонентов, разработанных для замены широко распространенных оригинальных устройств. По его словам, комплект Bosch Rexroth TK1 хоть и не полностью соответствует принципу «включи и работай», но очень к нему близок. Требуется немного программирования, но все оборудование может быть налажено за 48 часов. К тому же этот комплект обойдется на $10 000 дешевле, чем замена систем Trans01, DCS и двигателей MAC.

Чтобы доказать успешность концепции, Бэлер установил первый комплект бесплатно в Kokomo, IN (завод силовых приводов DaimlerChrysler) на станок R&B (сейчас Lamb), работающий на автоматической линии и контролирующий горизонтально расположенную дрель для сверления отверстий в пластине. С апреля 2004 года, после часового инструктажа персонала на месте, станок работает без сбоев.

«Только в районе Детройта сейчас около 10 000 систем Bosch Rexroth семидесятых-восьмидесятых годов выпуска (основанных на процессоре Rexroth Indramat 6502)», — отмечает Бэлер. «Мы объясняем клиентам, что стоимость запчастей всегда возрастает, а значит возрастает стоимость обслуживания и ремонта. Запчасти устаревают, их снимают с производства, поэтому замена деталей их полными аналогами может оказаться дорогостоящей. В комплекте TK1 мы поставляем распространенные и проверенные компоненты, собранные таким образом, чтобы, на сколько это возможно, сократить усилия клиента при модификации оборудования».

 


Безопасность в основе модификаций

Безопасность остается важным фактором любых модификаций, особенно в США, где безопасность регулируется скорее налогообложением работающих машин, чем контролем над их производством.

Сэм Бойтер (Sam Boytor), президент Fox Controls Inc, осознал необходимость в большем внимании к безопасности модификаций, когда начал продавать системы обеспечения безопасности более пятнадцати лет назад. Сейчас он работает системным интегратором и инструктором по технике безопасности. Его компания работает исключительно над системами обеспечения безопасности, поскольку необходимость в них очень высока. Бойтер входит в состав одиннадцати комитетов ANSI В11 (поддерживаемых AMT – ассоциацией промышленных технологий), является председателем подкомитета по безопасности программируемых систем управления ANSI B11 TR4, ежемесячно проводит встречи с директорами по безопасности труда компаний John Deere, General Motors, Toyota, и Chrysler, а также с производителями предохранительных систем.

«В США производство потенциально опасных машин не запрещено законом, — отмечает Бойтер, — но должно быть запрещено, не так ли? Хотя, после того, как потенциально опасная машина взорвет цех, OSHA (Администрация США по охране труда и здоровья) может подать в суд на владельца. В Европе процесс создания машин контролируется нормами безопасности, а регулирующее ведомство может оштрафовать как изготовителя, так и владельца. В США же, после оценки степени риска на основе производственных стандартов, определяются необходимые меры предосторожности, и любая машина допускается к эксплуатации».

Делают ли производители что-либо для увеличения безопасности машин? «Очень мало, — отвечает Бойтер, — но в этом есть большая необходимость. Почти вся безопасность машин в США обеспечивается их модификацией. Мы работаем над несколькими важными проектами с такими компаниями, как Alcoa, Anheuser-Busch, John Deere, заимствуя готовые решения и внедряя их на предприятиях по всей стране. Такого рода крупные компании всегда приводят заводы в соответствие со стандартами безопасности. Это не просто, особенно поначалу, но корпоративные стандарты упрощают разработку стратегии и бюджета необходимых усовершенствований».

Сделав оценку тысяч степеней риска за десять лет, Бойтер развеял много мифов об оценке риска, документации и вообще о безопасности машин.

Безопасность машин: затраты/выгоды

Когда уровень безопасности становится достаточным? Это вопрос на $64 000 (возможно даже на $64 миллиона), учитывая падение производительности, потерю лица, затраты на возмещение убытков и судебные тяжбы, а также другие последствия в случае увечий или летальных исходов на производстве. Но есть другой путь: с помощью АСУ изолировать источники опасности и закрыть к ним доступ, установить датчики вторжения и систему аварийной остановки.

«Безопасность окупается», — заявил Дж. Б. Титус (J.B. Titus), менеджер по комплексной безопасности в Siemens, на презентации в рамках выставки Pack Expo International. Если правильно внедрить методы обеспечения безопасности в АСУ, можно добиться большей надежности и снижения производственных затрат.

«Интегрированная система безопасности труда позволила компании Pearson Packaging Systems сократить время сборки машины Case Erector Packaging Machine с 368 до 96 часов – экономия времени 70%. Другому производителю предохранительная система экономит $126 000 из расчета на машину, также уменьшив площадь сборки, сократив время разработки и снизив стоимость для конечных пользователей», — объясняет Титус. Чтобы оценить возможную экономию, необходимо ознакомиться с нормами и положениями по данной теме, включая IEC 61508, NPFA 79, RIA 15.06, FPA, ANSI B11.19, TR4 2004, а также рекомендации OSHA.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.