QC-meetgegevens integreren in productiesystemen

Het Internet of Things (IoT) - en in bredere zin de Vierde Industriële Revolutie (Industrie 4.0) - is het alomtegenwoordige nieuwe paradigma in de hedendaagse productie, dat een diepgaande invloed heeft op de manier waarop fabrikanten werken of van plan zijn te werken. Het verbeteren van de algehele effectiviteit van apparatuur (OEE) is een belangrijke nieuwe IoT-vereiste en het optimaliseren van OEE vereist nauwkeurige, actuele gegevens in de hele organisatie, inclusief meet- en testgegevens die zijn verzameld van zowel kwaliteitslaboratoria als rechtstreeks van de productievloer.

Het verhogen van de snelheid, het volume en de nauwkeurigheid van het verzamelen van meet- en inspectiegegevens is van cruciaal belang, omdat het krachtige inzichten biedt die essentieel zijn voor het verbeteren van de efficiëntie en het consistent produceren van kwaliteitsonderdelen. Wat betreft het verkrijgen/verzamelen van nauwkeurige meetgegevens voor kwaliteitscontroledoeleinden, is de duidelijkste weg naar deze voordelen afkomstig van draadloze en mobiele ophaaltechnologie.

Draadloze gegevensverzamelingssystemen moeten zowel mobiel als robuust gecodeerd en beveiligd zijn en geschikt zijn voor meerdere behoeften, variërend van onbeperkte afstanden en compatibiliteit met meetinstrumenten tot gebruiksgemak en praktische integratie in geautomatiseerde productieprocessen. De beste draadloze dataverzamelingssystemen kunnen de productiviteit drastisch verhogen, de kans op fouten wegnemen, volledige documentatie bieden en het data-acquisitieproces automatiseren. Systemen moeten al deze voordelen bevatten, of ze nu door een enkele werknemer worden gebruikt of door een heel bedrijf met een geïntegreerd kwaliteitscontrolesysteem.

Er zijn veel redenen waarom fabrikanten nauwkeurige, tijdige en volledige meet- en inspectiegegevens moeten verzamelen. OEE-, Lean- en Six Sigma-initiatieven vereisen betrouwbare gegevens om de beste kwaliteitscontrolepraktijken te ondersteunen. Fabrikanten — vooral die in sectoren zoals de medische, biomedische, ruimtevaart en defensie — moeten vaak voldoen aan de wettelijke vereisten en traceerbare, betrouwbare documentatie verstrekken voor de productie van kritieke onderdelen.

Algemene beperkingen van systemen voor gegevensverzameling

Kans op menselijke fouten en vertraging: Systemen die werknemers vragen om handmatig belangrijke metingen bij te houden, vereisen een uiterst nauwkeurige aandacht voor detail, die vele tientallen of zelfs honderden keren in een enkele dienst moet worden uitgeoefend - dit alles is vaak moeilijk en onrealistisch om consequent te doen, zelfs als het in de eerste plaats wordt gedaan . Onderwijs is een ander probleem:werknemers hebben mogelijk niet de achtergrond die nodig is om gegevens volledig te begrijpen en nauwkeurig te verzamelen en te transcriberen. Getransponeerde cijfers, verkeerd geplaatste decimalen en soortgelijke problemen kunnen vaak voorkomen. Bovendien moet een werknemer mogelijk het productiewerk stopzetten om metingen vast te leggen en vast te leggen, waardoor de algehele productiviteit afneemt.

Digitale beveiligingsproblemen: Onbeveiligde netwerken die worden gebruikt om meetgegevens te verzenden, kunnen hackers toegang bieden tot meer algemene toegang tot bedrijfsgegevens. Wanneer meetgegevens worden verzonden zonder de juiste digitale beveiligingsmaatregelen, vormt dit een potentieel ernstig beveiligingsrisico.

Gebrek aan schaalbaarheid: Voor bedrijfsgroei en diversificatie kunnen meer kwaliteitscontroleprocessen nodig zijn, die over één vestiging of over meerdere locaties verspreid kunnen zijn. Als een gegevensverzamelingssysteem niet schaalbaar is, is het opzetten van afzonderlijke gegevensverzamelingsprocessen in het beste geval tijdrovend, omslachtig en kan leiden tot verwarring, onnauwkeurigheden en vertraagde communicatie. Erger nog, productafwijzingen, mislukkingen en juridische implicaties voor klanten kunnen het gevolg zijn.

Onvolledige analyse door middel van een steekproefstrategie: Een bemonsteringsstrategie kan eenvoudigweg niet het volledige beeld geven dat wordt geboden door 100% meting van elk geproduceerd onderdeel. Deze structuur, die gebruikelijk is bij sommige traditionele QC-processen, kan leiden tot het onvermogen om driftende productietoleranties te voorspellen en te identificeren. Bovendien is deze strategie zelfs geen optie voor industrieën zoals medische of militaire die 100% inspectie van onderdelen en traceerbare documentatie vereisen.

Verhoogde kans op afwijzingen: Elk afgewezen onderdeel staat voor verloren geld, tijd en middelen. Zonder het volledige inzicht dat wordt geboden door 100% meting, lopen fabrikanten het risico extra kosten te maken en mogelijk de relaties met klanten te schaden. Als een onderdeel dat zou worden afgekeurd, zijn weg vindt naar een klant - vooral een onderdeel dat strikte naleving van de normen vereist - kunnen de resultaten ernstige, zo niet catastrofale gevolgen hebben.

Nieuwe systemen verbeteren, moderniseren en stroomlijnen gegevensverzameling

Een onderliggend principe is om fabrikanten in staat te stellen nauwkeurig en consistent grote hoeveelheden meetgegevens te verzamelen om te voldoen aan de eisen van Industrie 4.0. De draadloze meetgegevensverzamelingssystemen van vandaag moeten compleet, schaalbaar, veilig en robuust zijn voor Industrie 4.0. Dat betekent fundamentele voordelen bieden door middel van automatisering, bedieningsgemak, gestroomlijnde schaalbaarheid, robuuste gegevensversleuteling en bescherming, en onbeperkte afstanden en vrij gebruik voor transmissie. Het resultaat is een hogere productiviteit, minder fouten, volledige documentatie en een betrouwbaar data-acquisitieproces dat wordt aangedreven door automatisering.

Werkend op de nieuwste draadloze netwerktechnologie die gebruikmaakt van kortegolfradiofrequenties om mobiele telefoons, computers en draadloze elektronische apparaten met elkaar te verbinden, maakt dit een veel hogere snelheid, grotere bandbreedte en een groter bereik mogelijk voor een hogere gegevensdoorvoer. Dergelijke systemen bieden een groot aantal cruciale voordelen, waaronder:

Automatisering: Wanneer werknemers herhaaldelijk moeten stoppen met werken om een ​​meting te registreren, heeft dit zeker een negatieve invloed op de productiviteit. Bovendien kunnen handmatige gegevensverzamelingsprocessen fouten in de recordsdatabase introduceren, met het potentieel om de nauwkeurigheid ernstig te verminderen en fouten in de toekomst te bestendigen. Met de nieuwste meetgegevensverzamelingssystemen kunnen met een druk op de knop meetgegevens worden verzonden, wat aanzienlijk tijd bespaart; het is bijvoorbeeld minstens vier keer sneller om op een knop te drukken in vergelijking met het schrijven van gegevens en het vervolgens intypen op een computer.

Automatisering wordt gemaximaliseerd gedurende het hele proces voor het verzamelen van meetgegevens voor kwaliteitscontrole, waardoor de procesefficiëntie en de nauwkeurigheid van vastgelegde metingen worden verbeterd. Functies zoals automatische tijdstempels bieden kritische context over elk datapunt, vereist voor traceerbaarheid en naleving van kwaliteitscontrole/productiespecificaties. Het is ook handig om een ​​bericht terug te sturen naar het meetinstrument om de ontvangst te bevestigen.

Snelheid: Hoge datavolumes kunnen zonder vertraging worden verwerkt, zelfs op volle capaciteit, met systemen die hogere bitsnelheden en een zeer snelle verbinding van minder dan 50 ms datareistijd gebruiken, evenals een netwerk met ultralage latentie.

Gebruiksgemak: Het opzetten van een proces voor het verzamelen van meetgegevens kan op meerdere niveaus op weerstand stuiten. Voor het bedrijfsmanagement kan er onzekerheid bestaan ​​of het invoeren van een nieuwe methode tastbare voordelen zal opleveren. Voor operators kan er enige angst zijn voor het onbekende en schroom bij het leren van een nieuw proces. Om deze zorgen weg te nemen, heeft gebruiksgemak een hoge prioriteit, zodat operators zich snel zelfverzekerd kunnen voelen en het gegevensverzamelingsproces in korte tijd wordt geoptimaliseerd; het bedieningsgemak strekt zich bijvoorbeeld uit tot de mobiele app, waardoor het niet meer nodig is om grotere hardware, zoals een laptop, mee te nemen naar het veld.

Veelzijdigheid: Een nieuwe netwerktopologiestructuur kan worden geconfigureerd voor veel eenvoudige of complexe situaties, en er kunnen ook gedistribueerde externe gateways worden gebruikt. De modulaire structuur van de huidige systemen maakt het eenvoudig om een ​​proces voor het verzamelen van meetgegevens voor kwaliteitscontrole uit te breiden of in te krimpen zonder een nieuw gegevensverzamelingssysteem aan te schaffen. Gegevens worden verzonden van meters met ingebouwde radiozenders of extern gemonteerde eindknooppunten naar gateways en kunnen worden gebruikt op zowel Android™ als iOS ^® mobiele platforms en Windows ^® -gebaseerde computers, waaronder laptops, desktop-pc's, thin client-pc's en servers. Repeater- en brugcomponenten kunnen ook rechtstreeks worden aangesloten op PLC's en andere snelle seriële automatiseringsapparatuur voor realtime gegevensverzameling of externe machinebediening.

Voor draadloze metingen is het uiterst productief om draadloze meetinstrumenten te gebruiken die ingebouwde radio's bevatten, waardoor ze gemakkelijker te gebruiken zijn voor het verzamelen van gegevens. Het is ook voordelig dat een systeem voor het verzamelen van meetgegevens compatibel is met een breed scala aan elektronische precisiegereedschappen en meetinstrumenten. Rugzakradio's breiden de functionaliteit uit, zijn onopvallend en gemakkelijk te bevestigen. Gebruikers van de nieuwste meetgegevensverzamelingssystemen kunnen gebruikmaken van meerdere gateways die dienen als centrale of gedistribueerde punten voor gegevensverzameling, in tegenstelling tot conventionele systemen die slechts één gateway hebben. Compacte gateways en repeaters passen gemakkelijk in de palm van een hand.

Bovendien zijn toepassingen voor gegevensverzameling ongelooflijk divers en moet het systeem veelzijdig genoeg zijn om al die toepassingen te dekken. De nieuwste systemen voor het verzamelen van meetgegevens zijn aanpasbaar aan bijna elke gebruikssituatie, met voorbeelden variërend van auto's en landbouw tot 100% meting van alle onderdelen en componenten in sterk gereguleerde industrieën zoals defensie, ruimtevaart, medisch, energie en meer.

Schaalbaarheid: De nieuwste gegevensverzamelingssystemen zijn ontworpen om betrouwbaar en nauwkeurig nauwkeurige meetgegevens te verzamelen in een uitgebreid scala aan toepassingen en afstanden. Van slechts één of enkele meetinstrumenten over korte afstanden tot configuraties met veel meetinstrumenten die honderden meters uit elkaar staan ​​in een grote fabriek of verspreid over anderhalve kilometer in meerdere faciliteiten, grotere afstanden en verhoogde toepassingsvereisten kunnen gemakkelijk worden verwerkt als meetgegevens collectievereisten evolueren en groeien.

In de eenvoudigste toepassing biedt een Portable Scheme een draadloze app die op een mobiel apparaat wordt uitgevoerd. Deze eenvoudige opstelling kan één draadloos meetinstrument hebben met een ingebouwde radio die gegevens tot 10 meter (30 voet) naar een mobiel apparaat verzendt. Of, afhankelijk van het mobiele apparaat, kan een draagbaar schema 5 tot 8 meetinstrumenten hebben die verbinding maken met de mobiele app voor gegevensoverdracht tot 10 meter (30 voet). Ook kunnen gebruikers eenvoudig meetgegevens tot 10 meter (30 voet) verzenden van een (of meer) draadloze meetinstrumenten naar een laptop of pc met een USB-gateway (Figuur 1).

In een typisch schema zou de fabrikant een computer of laptop kunnen hebben waarop het meetgegevensverzamelingssysteem draait om 20 meetinstrumenten te ondersteunen in het gegevensverzamelingsproces over een afstand tot 200 voet. In deze opstelling is één USB-gateway inbegrepen en de eindknooppunten van de rugzak op de meetinstrumenten vergroten het transmissiebereik van 30 voet tot 200 voet (Figuur 2).

In een voorbeeld van een groot fabrieksschema kunnen 20 meetinstrumenten een brug en externe gateway gebruiken om het totale datatransmissiebereik uit te breiden tot honderden voet of yards (Figuur 3). En in een Enterprise Scheme kan de overdracht van meetgegevens worden verhoogd van honderden meters tot meer dan een mijl. Door remote gateways, bridges en misschien het toevoegen van repeaters te gebruiken, kunnen meer dan 100 meetinstrumenten worden ingebouwd. Elke remote gateway kan 20 meetinstrumenten faciliteren. Voor nog grotere afstanden kunnen Yagi Long Range Antennes in het schema worden opgenomen (Figuur 4).

Robuuste gegevensversleuteling en bescherming: Gegevensbeveiliging is top-of-mind voor alle fabrikanten, inclusief militaire. En hoewel meetgegevens voor kwaliteitscontrole op zichzelf misschien niet bijzonder waardevol zijn voor hackers, kunnen cybercriminelen nog steeds de netwerken vervalsen die worden gebruikt om kwaliteitscontrolegegevens te verzenden om meer algemene toegang tot digitale infrastructuur te krijgen. Meetsystemen voor gegevensverzameling pakken dit probleem aan door middel van een verscheidenheid aan maatregelen, waaronder beveiligingsinspanningen met een zeer veilig draadloos platform. Getransporteerde gegevens worden versleuteld met behulp van een meerlagige aanpak die absoluut elke externe toegang tot de gegevens verhindert, zowel passief als actief.

Bovendien maakt de mobiele app geen verbinding met het besturingssysteem van een smartphone of tablet, waardoor onbedoelde toegang op een kritiek punt wordt beperkt. Het handhaven van een goede beveiliging omvat ook het regelmatig aanpakken van opkomende kwetsbaarheden in radiotransmissie om systemen in de toekomst veilig te houden, waarmee uw leverancier van meetgegevensverzamelingssystemen zich moet inspannen om gelijke tred te houden.

Onbeperkte afstanden en vrij gebruik voor verzending: Het gebruik van externe gateways, bruggen en repeaters biedt een efficiënt en betrouwbaar raamwerk voor gegevensoverdracht. Systeemstructuren kunnen zo weinig componenten bevatten als een rugzak of ingebouwde radio, samen met een mobiel apparaat waarop de mobiele app draait, of gebruik maken van bruggen, gateways en repeaters om het transmissiebereik in een grote fabrieksconfiguratie aanzienlijk te vergroten.

De softwaretoepassing van de nieuwste meetgegevensverzamelingssystemen gebruikt een draadloos netwerk om informatie te verzamelen van meerdere meetinstrumenten. Het draadloze netwerk vertrouwt op de ingebouwde draadloze technologie of eindknooppunten van de meetinstrumenten om gegevens te verzamelen en vervolgens terug te sturen naar de pc. Het gegevensverzamelingssysteem kan ook signalen naar de netwerkcomponenten sturen om transmissies te verifiëren en gegevens op te vragen. De hardwarecomponenten van het systeem zijn de USB Gateway, Remote Gateway, Bridge Extenders en End Node(s). De End Node is een radiozender/ontvanger die aan een meetinstrument wordt bevestigd. De USB-gateway is een radiozender/ontvanger die is aangesloten op een pc. De externe gateway is hetzelfde als de USB-gateway, maar vergroot ook het communicatiebereik vanaf de pc door een bridge-extender te gebruiken om de signalen tussen de externe gateway en de pc te versterken. De externe gateway heeft hetzelfde bereik als de USB-gateway, maar kan zeer ver van de pc worden geïnstalleerd.

Ongeacht de systeemarchitectuur die is opgezet, is het resultaat een betrouwbare, nauwkeurige en snelle oplossing voor het verzamelen van meetgegevens voor kwaliteitscontrole vanaf elk bedrijfspunt waar gegevensverzameling nodig is.

Praktisch: Het is efficiënt om eindknooppunten en draadloze meetinstrumenten te gebruiken die oplaadbaar zijn, waardoor batterijvervanging en bijbehorende kosten worden geëlimineerd. Overweeg ook om eindknooppunten en draadloze meetinstrumenten te gebruiken die een IP67-beschermingsniveau bieden voor gebruik in ruwe winkelomgevingen. De mogelijkheid om zich aan te passen aan de meeste bestaande SPC-, MRP- en ERP-programma's is een ander voordeel van het systeem voor het verzamelen van meetgegevens.

Andere details en mogelijkheden om te overwegen

• De bedrijfsafstand van gateways of mobiel apparaat is maximaal 10 meter voor draadloze meetinstrumenten.

• De werkafstand vanaf Gateways is maximaal 61 meter voor rugzakeindknooppunten.

• Eén Gateway-systeem kan tot 20 meetinstrumenten aan, voornamelijk schuifmaten, schroefmaten en indicatoren.

• Extra Remote Gateways zullen het aantal ondersteunde meetinstrumenten uitbreiden in stappen van 20 elk, en een repeater kan het transmissiebereik vergroten tot mijlen.

• End Node Radio's kunnen tot 10 metingen opslaan als het hoofdsysteem niet werkt of bezet is.

• Het uitzendbereik is maximaal 6000 voet (610 meter) tussen Remote Gateways en Bridge.

• Virtuele multiplexers in het meetgegevensverzamelingssysteem nemen veel invoer (gereedschapsgegevens) en delen deze via een enkele uitvoerbron, wat een virtuele COM-poort is. De virtuele multiplexer neemt gereedschapsgegevens en stuurt ze naar een COM-poort voor SPC-software en andere SW-pakketten om te verwerken.

• Toegang op afstand via een LAN tot de gegevensverzamelingsserver via clientsoftware op afstand.

• Optionele antennetypes voor verschillende implementaties.

Soepele kennis, service en ondersteuning zijn de sleutelwoorden bij het kiezen van een draadloos meetsysteem voor dataverzameling. Een diepgaand ervaringsniveau gecombineerd met expertise op het gebied van kwaliteitscontrole zal ver gaan bij het tot stand brengen van een succesvolle implementatie.

Dit artikel is geschreven door Jeff Wilkinson, Director, Research &Development en General Manager – Advanced Technology Division bij de L.S. Starrett Company (Athol, MA). Voor meer informatie, bezoek hier .