Produkcja w pełni skomputeryzowana

System MES firmy Wonderware wspomaga produkcję rur w Multilayer Pipe Company

Firma Multilayer Pipe Company sp. z o.o. jest jednym z największych europejskich producentów rur wielowarstwowych oraz rur z polietylenu sieciowanego. Została założona w roku 1997 w odpowiedzi na rosnące zapotrzebowanie rynku na elementy do nowoczesnych systemów instalacyjnych. Produkcja odbywa się w nowoczesnej fabryce w Pęczu koło Strzelina na Dolnym Śląsku. Proces wytwarzania jest w pełni skomputeryzowany.

Firma oferuje wyroby stosowane w instalacjach wewnątrz budynków do wody ciepłej i zimnej, centralnego ogrzewania, a także ogrzewania podłogowego: 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). MPC sprzedaje swoje wyroby głównie przez kanały dystrybucyjne udziałowców – firm Wavin i TECE.

Od początku istnienia MPC charakteryzuje się intensywnym rozwojem, zwiększaniem ilości i wydajności produkcji. Nie byłoby to możliwe bez podejmowanych przez udziałowców badań i działań marketingowych, które wpływają na wolumen obrotów. Gwarancją stałego rozwoju jest jednak zaangażowanie pracowników i wysoka jakość wyrobów. MPC zamierza konkurować na światowych rynkach, oferując wyroby najwyższej jakości po atrakcyjnych cenach.

Jednym z istotnych składników sukcesu MPC jest nowoczesny system informatyczny do nadzorowania produkcji. Jego podstawę stanowi Platforma Systemowa Wonderware – nowoczesne rozwiązanie informatyczne oparte na architekturze ArchestrA. W MPC wykorzystano moduł Production Events Module wchodzący w skład rozwiązania Equipment Operations Module, będącego modułem funkcjonalnym systemu MES firmy Wonderware, której przedstawicielem w Polsce jest firma Astor sp. z .o.o.

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 produkcji.

Założenia projektu

O wyborze rozwiązania firmy Wonderware zdecydowało kilka ważnych aspektów:

• Łatwa integracja z istniejącymi systemami wizualizacji procesu produkcyjnego na liniach produkcyjnych opartymi na oprogramowaniu Wonderware InTouch.
• Szeroki zakres funkcji i skalowalność systemu dostosowana do potrzeb MPC.
• Automatyczna rejestracja danych ze źródeł automatyki przemysłowej – dostarczanie wiarygodnych danych w trybie online.
• Łatwa integracja z funkcjonującą w MPC od kilku lat przemysłową bazą danych Wonderware Historian przeznaczoną do automatycznego gromadzenia (z dużą dokładnością) wszelkich istotnych danych pochodzących z systemów sterowania.

Technicznie wdrożony system MES składa się z baz danych genealogii i receptur, zestawu szablonów obiektów do stworzenia logiki aplikacji oraz 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. System odwołuje się do danych procesowych poprzez nazwę zmiennej zdefiniowaną w sterowniku PLC. Nazwy tych zmiennych wykorzystywane są następnie do konfiguracji obiektów systemu MES. Ponadto z bazy Microsoft SQL istniejących systemów pobierane są dane o zleceniach produkcyjnych i surowcach używanych w procesie.

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.
• Galaxy Repository – środowisko do składowania i tworzenia szablonów obiektów, ich instancji oraz konfiguracji zmiennych procesowych w obiektach.
• Historian & Production Server – główny serwer bazy danych do gromadzenia zarówno danych procesowych w postaci surowej, jak i 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 platformę Application Server, na której funkcjonują obiekty PEM modułu EOM, środowisko do projektowania obiektów oraz narzędzia do prezentacji danych.

Na potrzeby docelowego wdrożenia zakupiono licencję na 20 jednostek produkcyjnych (konfigurowanych linii produkcyjnych) oraz na 2500 zmiennych I/O.

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).

Do pomiaru zużycia surowców sypkich wykorzystuje się urządzenia podająco-ważące, zainstalowane 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, wady spawu taśmy aluminium, wyłączenie podgrzewacza warstwy kleju. 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 skorelowanie ich z wyrobem. Cała konfiguracja systemu, dane procesowe i przetworzone zapisywane są w bazie danych SQL Server.

Dla wyprodukowanego wyrobu można wyświetlić parametry operacyjne i procesowe PED (Production Event Details), takie jak: rzeczywista długość, data, czas produkcji, klasyfikacja, średnia średnica zewnętrzna produktu czy moc lasera w trakcie 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.

Information Server jako portal raportowy umożliwia dostęp do danych o procesie w trybie online. Nawigując w prosty sposób po oknach przeglądarki, gdzie prezentowane są grupowane zestawienia, można w każdej chwili uzyskać szczegółowe informacje o parametrach produkcyjnych danego wyrobu lub partii produkcyjnej.

Realizacja

Projekt wdrożenia systemu dla pierwszej linii produkcyjnej został zrealizowany w pierwszym kwartale 2008 r. Do końca roku planowane jest objęcie systemem pozostałych linii produkcyjnych. W realizację projektu zaangażowana została firma integratorska VisualControl z Krakowa.

Wdrożeniu systemu przyświecała idea ciągłego doskonalenia procesu produkcji w celu eliminowania czynności nieproduktywnych, podniesienia jakości wyrobów i skracania cykli produkcyjnych. Dzięki wysokiemu poziomowi szczegółowości gromadzonych danych system śledzenia produkcji zapewnia szybką identyfikację 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 powiązanie zarejestrowanych zdarzeń z ich przyczyną, np. powodem powstania odpadu. Samo zdarzenie jest wynikiem interpretacji sygnałów gromadzonych przez system automatyki. Na przykład powstanie odpadu mogło zostać spowodowane detekcją wady w warstwie aluminium lub przekroczeniem zakresu średnicy zewnętrznej.

Inną ważną korzyścią jest możliwość korelacji zdarzeń, co pozwala zlokalizować, zdiagnozować i usprawnić działanie 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 średnica, grubość ścianek, prędkość linii, moc lasera spawającego taśmę aluminium lub temperatura. Niezbędna była możliwość ewidencji tych parametrów w trybie ciągłym i powiązania ich z produkowanym wyrobem.

Globalne korzyści

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

Wdrożony moduł Equipment Operations Module z obiektami PEM umożliwia 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 terminem traceability. Dzięki odpowiedniej konfiguracji systemu informacje te wiązane są w raportach 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, a także 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 przyczyn nieprawidłowości.

Plany na przyszłość

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 poprawienie jakości produktów. Lepsze jakościowo wyroby na rynku to z kolei większe zaufanie klientów i większy udział w rynku.

Dzięki przejściu z systemu offline raportowania produkcji (generującego opóźnienia informacji i często błędne dane, a przede wszystkim brak danych procesowych) do systemu online udało się poprawić dostęp do wiarygodnych, obiektywnych informacji gromadzonych automatycznie. Ponadto na bieżąco analizowany jest przebieg procesu z możliwością generowania odpowiednich statystyk i raportów.

Tak szczegółowa wiedza otwiera drogę do skutecznych działań optymalizacyjnych. To nieodzowny czynnik sukcesu.

Mirosław Jastrząb

Multilayer Pipe Company sp. z o.o.

Artykuł pod redakcją

Elżbiety Jaworskiej, MSI Polska