System MES wspomaga produkcję rur w Multilayer Pipe Company

W ofercie firmy znajdują się wyroby stosowane w instalacjach wewnątrz budynków do wody ciepłej i zimnej, centralnego ogrzewania, oraz ogrzewania podłogowego. MPC oferuje rury sanitarne (PE-Xc), grzewcze (PE-Xc/EVOH) i wielowarstwowe (PE-Xc/Al./PE). Najszersze zastosowanie znajdują rury wielowarstwowe na bazie PE-XC (rura podstawowa z sieciowanego polietylenu).

Firma MPC sprzedaje swoje wyroby głównie poprzez kanały dystrybucyjne udziałowców – firm Wavin i TECE. Od początku istnienia MPC charakteryzuje się intensywnym rozwojem, zwiększaniem produkcji i jej wydajności. Nie byłoby to możliwe bez badań i działań marketingowych podejmowanych przez udziałowców, które wpływają na wolumen obrotów. Jednak to zaangażowanie pracowników i wysoka jakość wyrobów są gwarancją stałego rozwoju. MPC zamierza konkurować na światowych rynkach poprzez oferowanie wyrobów najwyższej jakości po atrakcyjnych cenach.

Jednym z istotnych składników sukcesu MPC jest nowoczesny system informatyczny nadzorujący produkcję. Jego podstawę stanowi Platforma Systemowa Wonderware – nowoczesne rozwiązanie informatyczne oparte na architekturze ArchestrA. W MPC wykorzystano moduł Production Events Module (PEM), wchodzący w skład rozwiązania o nazwie Equipment Operations Module, będącego modułem funkcjonalnym systemu MES firmy Wonderware. Wdrożenie w pierwszej fazie objęło jedną linię produkcyjną, na której powstają rury wielowarstwowe. Po opracowaniu modelu i szablonów obiektów aplikacja zostanie powielona na pozostałe linie produkcyjne tego etapu.

O wyborze rozwiązania informatycznego firmy Wonderware zdecydowało kilka ważnych aspektów:

• Łatwa integracja z istniejącymi systemami wizualizacji procesu produkcyjnego na liniach produkcyjnych, opartymi na oprogramowaniu Wonderware InTouch.
• Szeroka funkcjonalność i skalowalność systemu, dostosowana do potrzeb MPC.
• Automatyczna rejestracja danych ze źródeł automatyki przemysłowej – dostarczanie wiarogodnych danych w trybie on-line.
• Łatwa integracja z posiadaną już i wdrożoną przemysłową bazą danych Wonderware Historian. System ten, przeznaczony do automatycznego gromadzenia wszelkich istotnych danych pochodzących z systemów sterowania z bardzo wysoką dokładnością, funkcjonuje w MPC już od kilku lat.

Technicznie wdrożony system MES składa się z baz danych genealogii i receptur, zestawu szablonów obiektów do stworzenia logiki aplikacji oraz z szablonów raportów. Tworzenie aplikacji polegało na konfiguracji obiektów budowanych na podstawie wcześniej opracowanych szablonów nadrzędnych. Podczas wdrożenia analizie poddano algorytmy dostarczania danych, interpretację parametrów procesowych i ich powiązanie z produktem.

Jako źródło danych wejściowych do systemu zastosowano bezpośrednio aplikacje wizualizacyjne InTouch z linii produkcyjnej oraz sam sterownik główny linii, z którym komunikacja odbywa się poprzez program komunikacyjny. Do danych procesowych system odwołuje się poprzez nazwę zmiennej zdefiniowaną w sterowniku PLC. Nazwy tych zmiennych wykorzystywane są następnie do konfiguracji obiektów systemu MES. Ponadto z bazy MS SQL istniejących już systemów pobierane są dane o zleceniach produkcyjnych i surowcach używanych w trakcie procesu. Na potrzeby instalacji systemu MES, w istniejących systemach wizualizacyjnych InTouch tworzone są osobne okna w formie formularzy, w których operator loguje się do systemu, wprowadza dane o partiach surowców i aktualnym zleceniu.

W ramach systemu funkcjonują następujące komponenty:

• Application Server – główny składnik systemu, który odpowiada za pobranie danych z systemów automatyki, realizację zdefiniowanych algorytmów, skryptów i obliczeń zgodnie z konfiguracją obiektów; możliwa jest redundancja serwera aplikacji, co zwiększa bezpieczeństwo i dostępność systemu
• Galaxy Repository – środowisko do składowania i tworzenia szablonów obiektów, ich instancji oraz konfiguracji zmiennych procesowych w obiektach
• Historian & Production Server – główny serwer bazy danych, zarówno do gromadzenia danych procesowych w postaci surowej, jak i do składowania całej konfiguracji systemu śledzenia produkcji
• Information Server – komponent do prezentacji informacji z poziomu przeglądarki internetowej, konfiguracji raportów, śledzenia genealogii produktu itd.
• InTouch – aplikacje wizualizacyjne na liniach produkcyjnych.

Na jednym serwerze (Pro1) zlokalizowano Wonderware Historian, traktując go jednocześnie jako serwer bazodanowy dla danych i obiektów systemu. Na drugim serwerze (Pro2) zainstalowano samą platformę Application Server, na której funkcjonują obiekty MES modułu PEM, środowisko do projektowania obiektów oraz narzędzia do prezentacji danych. Na potrzeby docelowego wdrożenia zakupiono licencję na 20 jednostek operacyjnych (konfigurowanych linii produkcyjnych) oraz na 2500 zmiennych I/O, w celu logowania historycznego parametrów procesowych.

System produkcyjny loguje zdarzenia produkcyjne z rozróżnieniem trybów pracy linii. Detekcja trybu pracy następuje na podstawie badania wartości parametru statusu linii oraz sygnałów alarmowych poszczególnych urządzeń ciągu produkcyjnego. W systemie wyróżniono 4 tryby pracy linii: awaria linii, awaria technologiczna, produkcja i przezbrojenie. Produkowane wyroby, a zwłaszcza odpady, przydzielane są do aktualnych trybów pracy, a kryterium właściwego przydziału jest czas (moment zarejestrowania zmiany trybów pracy).

Pomiar zużycia surowców sypkich oparty jest na urządzeniu podająco-ważącym zainstalowanym na linii produkcyjnej, natomiast rejestracja ilości zużycia taśmy aluminium oraz rury podstawowej bazuje na licznikach metrów. Na podstawie wielkości zużycia obliczane są również wagi odpadów powstałych w trakcie procesu. Detekcja odpadów i przyczyn ich powstawania oparta jest na detektorach (zmienne logiczne dyskretne) wykrywających wady jakościowe rury, np. przekroczenie granicy dla średnicy rury, łączenie taśmy aluminiowej, wada spawu taśmy aluminium, wyłączenie podgrzewacza warstwy kleju itd. Każda zmiana stanu tych zmiennych powoduje wycięcie danego odcinka rury, zaklasyfikowanie go jako odpad, obliczenie zużycia surowców oraz powiązania tego zdarzenia z przyczynami jego wystąpienia.

Logika systemu została zawarta w obiektach będących zestawieniem skryptów, definicją zmiennych i algorytmów zapisu informacji do bazy. W zasadzie zadaniem obiektów jest przetworzenie „surowych” danych z systemu automatyki i ich skorelowanie z wyrobem. Cała konfiguracja systemu, dane procesowe jak i przetworzone są zapisywane w bazie danych SQL Server.

Dla wyprodukowanego wyrobu można wyświetlić parametry operacyjne i procesowe (Production Event Details) takie jak: rzeczywista długość, data, czas produkcji, klasyfikacja, średnia średnica zewnętrzna produktu czy też moc lasera w trakcie jego procesu produkcji. Zużycie surowców to kolejny zasób informacji o produkcie. Zużycie materiałów rozliczane jest na każdy wyrób pełnowartościowy i odpad, a następnie w raportach dowolnie agregowane.

Portal raportowy Information Server umożliwia dostęp do danych o procesie w trybie on-line. Nawigując w prosty sposób po oknach przeglądarki, gdzie prezentowane są grupowane zestawienia, można w każdej chwili dostać się do szczegółowych informacji o parametrach produkcyjnych danego wyrobu lub partii produkcyjnej.

Wdrożeniu systemu przyświecała idea ciągłego doskonalenia procesu produkcji w celu eliminowania czynności nieproduktywnych, podniesienia jakości wyrobów i skracania cykli produkcyjnych. Duży stopień szczegółowości gromadzonych danych sprawia, że system MES pozwala na szybkie zidentyfikowanie potencjalnych problemów oraz podjęcie aktywnych i skutecznych działań, zmierzających do podniesienia jakości produkcji oraz obniżenia kosztów.

Z punktu widzenia zarządzania produkcją niezwykle cenną wiedzą jest też powiązanie zarejestrowanych zdarzeń z ich przyczyną. Samo zdarzenie jest wynikiem interpretacji sygnałów gromadzonych przez system automatyki. Na przykład powstanie odpadu mogło nastąpić w wyniku wykrycia wady w warstwie aluminium lub przekroczenia zakresu średnicy zewnętrznej.

Inną ważną cechą jest możliwość korelowania zdarzeń, która pozwala zlokalizować, zdiagnozować i usprawnić działania urządzeń o dużej awaryjności, przyczyniając się przy tym do podniesienia wydajności maszyn i redukcji kosztów jednostkowych. Nieocenioną wartość tworzy też genealogia produktu, umożliwiająca przejrzenie całej ścieżki procesu od surowca podstawowego po wyrób gotowy, z możliwością rejestracji danych o parametrach procesowych, takich jak pomiary średnicy, grubości ścianek, prędkości linii, moc lasera spawającego taśmę aluminium lub temperatury. Niezbędna była możliwość ewidencjonowania tych parametrów w trybie ciągłym i powiązania ich z produkowanym wyrobem.

Korzyści z wdrożenia systemu są odczuwane przez wszystkie działy i służby w zakładzie produkcyjnym. Na przykład służbom utrzymania ruchu informacje o awariach mechanicznych i elektrycznych czy też innych przestojach pozwalają zdiagnozować urządzenia o dużym stopniu awaryjności, tworzące słabe ogniwo linii produkcyjnej. Technolodzy wykorzystują informacje o ilościach powstałych odpadów podczas produkcji wybranego produktu według zadanej technologii; w obszarze zainteresowania tego działu znajduje się również analiza czasu przestojów powodowanych przezbrojeniami maszyn, czy też wymianą oprzyrządowania.

Dział laboratorium i kontroli jakości realizuje badania jakościowe. Na podstawie powiązania wyrobów z surowcem (genealogia) możliwa jest analiza parametrów jakościowych rur w kontekście rodzaju i źródła pochodzenia surowców. Nadzór produkcji z kolei najczęściej operuje na danych zagregowanych, dotyczących np. sumy wyprodukowanych wyrobów z podziałem na średnice i typy rur w danym okresie oraz w przekrojach osobowych i zespołów zmianowych (brygad). Występuje tu potrzeba porównywania wydajności linii produkcyjnych, poziomu odpadów czy też czasu przestojów i awarii.

Wdrożony moduł Equipment Operations Module z obiektami PEM umożliwił dokumentowanie wszelkich zdarzeń związanych z powstawaniem produktu: kiedy, przez kogo, na jakich urządzeniach, z użyciem jakich surowców i półproduktów i przy jakich parametrach procesu został wyprodukowany. Zadanie to określane jest często angielskim terminem traceability. Odpowiednia konfiguracja systemu umożliwiła wiązanie w raportach tych informacji w łańcuch kolejnych zdarzeń nazywanych historią lub genealogią produktu.

Potrzeba tworzenia kompletnej dokumentacji produkcyjnej, dostępnej na bieżąco, często wypływa z konieczności spełnienia wymagań, które mogą być narzucone przez standardy, normy czy przepisy prawne. W spółce MPC czynnikiem determinującym śledzenie genealogii jest stałe dążenie do podnoszenia jakości produktów przez bieżącą analizę procesu i szybką weryfikację błędów, jak również kształtowanie wizerunku solidnego, pewnego dostawcy dokumentującego szczegółowo proces produkcyjny wyrobu. Dodatkową wartością jest możliwość wnikania w historię procesu w sytuacjach pojawienia się reklamacji w celu szybkiej weryfikacji wnoszonych zastrzeżeń i poznania ewentualnych przyczyn nieprawidłowości.

Środowisko projektowe i konfiguracja obiektów opartych na szablonach i instancjach umożliwi szybkie dołączenie do systemu śledzenia pozostałych linii produkcyjnych. Wdrożenie rozwiązania automatyki „czasu rzeczywistego” pokazało że wiedza o produkcie i procesie wpływa na polepszenie jakości produktów. Lepsze jakościowo wyroby na rynku to z kolei większe zaufanie klientów i większy udział w rynku. Przejście z sytemu off-line raportowania produkcji (generującego opóźnienia informacji i często błędne dane a przede wszystkim brak danych procesowych), do systemu on-line pozwoliło poprawić przepływ i dostęp do wiarygodnych i obiektywnych informacji gromadzonych automatycznie. A ponadto, co wielokrotnie podkreślono – w trybie bieżącym analizować przebieg procesu z możliwością generowania odpowiednich statystyk i raportów.

Biorąc pod uwagę cel strategiczny spółki MPC, którym jest pozycja wiodącego producenta rur wielowarstwowych wysokiej jakości, wdrożenie nowego sytemu ułatwiło zrealizowanie celów operacyjnych w obszarze produkcji:

• automatyzacja wprowadzania danych i zapewnienie ich wiarygodności
• pełna możliwość śledzenia produkcji w trybie on-line
• kompleksowa wiedza o genealogii produktów
• minimalizacja ilości powstających odpadów przez poznanie źródeł ich powstawania
• zwiększenie możliwości produkcyjnych przez analizę czasu przestojów i ich przyczyn
• utrzymanie ciągłości produkcji przez ułatwienie lokalizacji awarii
• integracja z istniejącymi systemami informatycznymi, łączenie informacji biznesowych z danymi produkcyjnymi.

Podsumowując, system MES z modułem raportowym umożliwia powiązanie wiedzy o alarmach, wydajności maszyn, przestojach, wartościach parametrów produkcyjnych (średnice, temperatury, prędkości itd.), jakości, zużyciu mediów i surowców z informacjami o konkretnym zleceniu czy nawet pojedynczym wyrobie, oprzyrządowaniu czy surowcach od konkretnego dostawcy. Tak szczegółowa wiedza otwiera drogę do skutecznych działań optymalizacyjnych.

Projekt został zrealizowany we współpracy z firmą integratorską VisualControl z Krakowa.

źródło: ASTOR