ניתוח נתונים חכם במתקני הייצור פותח שער אל תעשייה חכמה ויעילה יותר

ככל שהשנים חולפות ומגמת הפיתוח הטכנולוגי מתעצמת, כך נראה שמרווח הטעות שעסקים יצרניים יכולים להרשות לעצמם הולך ומצטמצם. מתקני הייצור המודרניים מאפשרים דיוק ויכולת לחזות מראש כשלים שבעבר נחשבה לדמיונית. כתוצאה מכך, חברות תעשייה רבות מתנהלות כיום במעין “מרוץ חימוש” סמוי, המניע אותם לחפש באופן מתמיד אחר הפתרון החכם הבא שיאפשר להם לייעל את תהליכי העבודה וליהנות מיתרון בשוק תחרותי מתמיד. במציאות זו, בה כל שבריר שנייה וכל מיקרון של סטייה עלולים להוביל להפסדים של אלפי דולרים, היכולת לאסוף ולנהל נתונים מרצפת הייצור ביעילות הפכה לקריטית.

עד לאחרונה, פרקטיקה זו הייתה מורכבת, מסורבלת, איטית מאוד ולעתים קרובות גם דיוק הנתונים היה מוטל בספק. פתרון חדש מבית Renishaw הבריטית משנה כיום את התמונה הזו. Renishaw Central, פלטפורמת נתוני הייצור, מושתת על ניסיון חמישה עשורים בתחום המדידה, הדיוק והמיכון התעשייתי. מדובר בהרבה יותר מעוד מערכת לניטור נתונים. זוהי תשתית טכנולוגית חכמה שאינה רק  אוספת ביעילות ובדיוק מידע מכל שלב בתהליך הייצור, אלא גם מנתחת אותו בזמן אמת. תהליכי ניתוח הנתונים שמציעה המערכת מאפשרת להסיק מסקנות, לקבל החלטות, להתריע בפני סיכונים ולבצע התאמות בתהליכי ייצור במהירות חסרת תקדים.

מענה פורץ דרך לאתגרים המרכזיים בתעשייה

המהפכה הדיגיטלית כבר מזמן הגיעה אל רצפת הייצור, אך מרבית המפעלים עדיין לא מממשים את מלוא הפוטנציאל של הנתונים הזורמים באופן מתמיד מהמערכות והמכונות. כל מכונת CNC במתקן, כל כלי מדיה ומערכת בקרת איכות, אינם רק מספקים תכלית פונקציונלית, אלא מהווים מקור חשוב מאין כמותו למידע יקר ערך. מתפוקות הייצור ועד לזמני מחזור הייצור, זמני ההשבתה או סטיות ממידות והספקים ועד לנתוני עומסים ומסטרי התחזוקה במפעל- מדובר בשפע של סוגי נתונים בעלי משמעות מהותית ליעילות תהליך הייצור. בפועל, חלק מהמידע נשמר מקומית, חלק אחר נרשם ידנית או כלל לא נאסף, וחלקו פשוט מונח בצד, מבלי שאי פעם יזכה להתייחסות בתוך שגרת העבודה העמוסה. כתוצאה מכך, אנו מוצפים בנתונים – ללא כל יכולת לעבד אותם לכדי תובנות ישימות.

מצב זה מביא אל פתחיהם של חברות העוסקות בתחום הייצור מספר אתגרים המשבשים באופן ניכר את התהליכים התפעוליים הניצבים בליבת הפעילות שלהם.

• זיהוי תקלות מאוחר –  סטייה בתפוקות, או בפרמטרים שהוזנו למכונות, עלולים להוביל לייצור סדרות שלמות של רכיבים או מוצרים פסולים. לעיתים המידע על התקלה מגיע רק לאחר בדיקת האיכות הסופית – כלומר, לאחר שהנזק כבר נגרם, בהיקפים ניכרים.
• תהליכי תחזוקה ארוכים ויקרים – ללא נתונים הזמינים בזמן אמת, מחלקת האחזקה למעשה פועלת באופן תגובתית בלבד. כלומר, תחזוקת שבר במקום תחזוקה מונעת.
• תלות בגורם האנושי–  ריכוז הידע בידיים של אנשי מפתח, ש”מכירים את המכונה”, יוצר מטבע הדברים תלות בכמה מומחים בודדים. משמעות הדבר היא שברגע שהם אינם זמינים – הידע הולך לאיבוד.
• קושי ביישום תהליכי התייעלות מתמשכים – ללא בסיס נתונים רחב ומסודר, לא ניתן לזהות מגמות בייצור, להסיק מסקנות, למדוד ביצועים לאורך זמן, או לתכנן השקעות מושכלות בטכנולוגיות וציוד חדשים.
• קושי בביצוע תחקירים – במקרה של תקלות, ירידה באיכות או החזרות וריקולים מצד הלקוח, יהיה קשה עד בלתי אפשרי להבין מה בדיוק התרחש ללא נתונים מתאימים. היכולת לאחזר ולנתח נתונים בזמן אמת תאפשר לרדת לרזולוציות קטנות כמו המכונה בא אירע הכשל, שיעור הסטייה והמשמרת בה הכשל התרחש.

עד כה, הפתרונות שהוצעו בשוק היו לרוב נקודתיים: מערכת SCADA שמתעדת תקלות כלליות, קובצי אקסל שמזינים באופן ידני או כמה חיישנים שאינם קשורים זה לזה המחוברים לדשבורד שאינו מסנכרן בין אפיקי הנתונים השונים. גם מערכות ERP מתקדמות יותר, לרוב מאחזרות נתונים רק עם סיום מחזור הייצור. כל אלו נותנים מענה מצומצם למדי, ללא בקרה רציפה או אוטומציה של תהליכים.

במציאות הזו, מנהלים רבים למעשה מגששים רוב הזמן באפילה. הם מתוודעים לכשלים רק לאחר שכבר השפיעו על איכות והספקי הייצור ומסתמכים על תחושות או ידע בלתי עדכני כשהם מקבלים החלטות תפעוליות. במציאות הנוכחית בה כל עיכוב ולו הקטן ביותר יכול להשפיע באופן קרדינלי על הרווחיות, לא ניתן להתעלם מעובדה אחת: זהו אינו מודל בר קיימא.

כיצד משנהRenishaw Central  את כללי המשחק?

המערכת הינה פרי פיתוח מבית Renishaw הבריטית המביאה עמה מעל לחמישה עשורים בפיתוח פתרונות ייצור מתקדמים. לכן, כל היבט במערכת פותח מתוך הבנה עמוקה של האתגרים המרובים ברצפת הייצור שהחברה זיהתה בעבודתה המתמשכת עם חברות מובילות בתעשייה – מריבוי מכונות ופערים בין עמדות העבודה השונות ועד לתקלות בלתי צפויות והעומסים הגוברים על מהנהלים בשטח. למעשה, Renishaw Central פותחה על מנת לשמש כמוח מרכזי של קו הייצור כולו. לראשונה, ישנה מערכת אחת המאגדת יחד, מתעדת ומנהלת את כל הנתונים הזורמים משלל אפיקים מכל עמדות העבודה באשר הן.

ניתן לחבר את המערכת לטווח רחב של סוגי ציוד, לרבות מכונות CNC, מדפסות תלת-ממד, מערכות מדידה ובקרה, תחנות כיול ועוד כלים רבים אחרים הנמצאים בשימוש תכוף ברצפות ייצור מודרניות. איסוף המידע מתבצע באופן מתמשך לאורך כל תהליך הייצור. בין השאר, נאספים מדדי דיוק בתוצאות, סטיות, מצב פעולה, התראות על תקלות וכשלים, זמני ההשבתה, חריגות מתוכנית העבודה ושיעורי צריכת אנרגיה. ניתן אף לאסוף פרמטרים סביבתיים כגון טמפרטורה או לחות. כל מערך הנתונים רב הרבדים הזה מתנקז כולו אל דשבורד אינטואיטיבי המאחזר אותם בזמן אמת.

אבל יתרונות המערכת לא מסתכמים רק ביכולת איסוף הנתונים, אלא ביישומים שהיא מאפשרת באמצעותם. כך למשל, ככל שהמערכת תזהה סטייה ממדדים נדרשים, היא יכולה – בשילוב עם מודול בקרת התהליך החכם (IPC) המובנה בה, לשלוח עדכון ישיר למכונת העיבוד. לדוגמה, אם נמדדת סטייה בגודל חור שנקדח, המערכת תחשב באופן אוטומטי את ערך התיקון הנדרש ותעדכן את המשתנה במכונת ה-CNC על מנת שכבר החלק הבא בסדרה ייוצר במדויק.

במילים אחרות, המערכת מאפשרת בקרה סגורה בזמן אמת – ממדידה ועד תיקון – וכל זה ללא מגע יד אדם. כל הנתונים נשמרים במסד נתונים פיזי מאובטח. כך, ניתן לבצע בקלות תחקירים וניתוחים ארוכי טווח על מנת לבצע תחזוקה חכמה וחסכונית יותר, לקבל החלטות לגבי רכישת ציוד חדש ולשפר את תהליכי התכנון לאור הנתונים בשטח.

תמונה: : Renishaw Central קרדיט: Renishaw

ייעול מקיף של כל היבטי הייצור – מקרה מבחן

Renishaw אינה רק המפתחת הבלעדית של Renishaw Central, אלא גם המשתמשת הראשונה בה. החברה מיישמת את המערכת בלב מערך הייצור שלה – ומוכיחה הלכה למעשה את ערך הפלטפורמה.

במפעל הדגל של החברה בעיר מיסקין שבוויילס, פרושות כיום עשרות עמדות עבודה הכוללים קווי ייצור הנדרשים בתקני דיוק קפדניים במיוחד. אך האתגר המרכזי שעמד בפני מהנדסי המפעל לא היה קשור לציוד – אלא בניהולו: כיצד ניתן לשלוט על עשרות מכונות אוטונומיות הפועלות במקביל, לזהות תקלות בזמן אמת, למנוע עצירות פתע ולשמור על רמת דיוק אחידה לאורך זמן? זהו ההכרח שהוביל לפיתוח המערכת. כיום הפלטפורמה מחוברת ל-69 מכונות בשני אתרי ייצור שונים, כאשר 43 מהם במיסקין לבדה. באופן מדהים, מנהלים את כל המערך עצום הממדים הזה הכולל עשרות מכונות פעילות – ארבעה אנשי צוות בלבד בכל משמרת.

באמצעות Central, כל מכונה מדווחת על מצב הפעולה, התראות תחזוקה, תפוקות המחזור והחריגות במדידה וכל המידע מתנקז לממשק אחד מרוכז. כך, מפעילים יכולים לזהות בקלות איזו מכונה מושבתת ומדוע. אך יתרה מכך, ברוב המרים מטופלת אוטומטית. לכל הפחות, ההתראה תגיע בזמן חסר תקדים המבטיח הפסדים מינימליים.

מהנדסי Renishaw מדווחים כי מאז הטמעת המערכת, אותרו שני גורמים חוזרים שגרמו ל-82% מהשבתות הלא צפויות בקו הייצור. לאחר זיהוי הגורמים, נבנו פעולות מתקנות – תהליך שהביא לתוספת של 79 שעות עבודה זמינות בכל שבוע.

אילו תכונות ייחודיות מציעה Renishaw Central כיום?

את כלל התכונות שמציעה המערכת כיום למתקני ייצור, ניתן לרכז לכדי כמה היבטים מרכזיים.

אינטגרציה מקיפה למגוון סביבות ייצור

אחת הבעיות הנפוצות במערכות תעשייתיות היא המחסום הטכנולוגי. ברגע שמערכת בקרה או ניתוח מגיעה עם מגבלות חיבור למותג או ספק מסוים, היכולת לשלב אותה בסביבת ייצור הטרוגנית מצטמצמת באופן משמעותי. זה נחשב כיום לאחד מהחסמים המרכזיים הניצבים בפני חברות המעוניינות להטמיע מערכות חכמות בתהליכי הייצור שלהן. לרוב, הם נאלצים להחליף את כל מערך הייצור בעלויות אסטרונומיות. גישת החיבוריות הפתוחה של Renishaw מספקת מענה לאתגר הזה.

המערכת תומכת בפרוטוקולי תקשורת סטנדרטיים בתעשייה ומסוגלת להתחבר למגוון רחב של מכונות, מערכות מדידה וציוד – גם מתוצרת Renishaw וגם מספקי צד שלישי. החיבור מתבצע באמצעות ממשקי API ותומכת בקבצי CSV ופרוטוקולי  OPC UA. עם זאת, המערכת יכולה לעבוד גם בסנכרון עם הממשקים הטכניים המובנים במכונות עצמן. כך, ניתן להטמיע את Renishaw Central גם בסביבת ייצור קיימת, הכוללת מכונות מדורות שונים, מבלי לבצע שינויים פיזיים מרחיקי לכת או להחליף ציוד. הארגון נהנה ממערכת איודה שמרכזת את כל המידע, ללא כל תלות ביצרן ציוד אחד ומבלי הכרח לקשור את עתיד החברה כולה בטכנולוגיה אחת.

תמונה: Supporting end-to-end manufacturing processes with Renishaw Central Smart manufacturing קרדיט: Renishaw

ממשק פיזי מקומי – לאבטחה, מהירות אחזור ובעלות בלעדית על הנתונים

בעידן בנוכחי, נראה שפתרונות הענן הופכים לסטנדרט המרכזי בתעשייה. זוהי הבחירה האוטומטית של גורמים רבים, אך רק לעתים נדירות עוסקים במגבלות שהטכנולוגיה הזו טומנת בחובה. כשזה מגיע לפרטיות המידע ולאבטחת סייבר, לממשקים הפיזיים יש יתרון בולט. גם בהיבט אחזור הנתונים, לא פעם קישוריות הרשת יכולה להקשות על זרימת נתונים יעילה. זו הסיבה ש-Renishaw בחרה להגים את המערכת על פלטפורמה מקומית הפועלת על שרתים שמותקנים בתוך האתר התעשייתי עצמו. כתוצאה מכך, ניתן ליהנות משלושה יתרונות מרכזיים שאינם זמינים בממשקי ענן:

• ביצועים גבוהים: כדי להבטיח שניתן יהיה למנוע פסילות מיותרות, על תהליך הבקרה לפעול בשברירי שנייה. פעולת המערכת על ממשק מקומי מבטיחה זמני תגובה מינימליים, ללא תלות בחיבור רשת או שירותי ענן.
• אבטחת מידע אופטימלית: בתעשיות מסוימות, תשתיות ענן ציבוריות הן כלל לא אופציה ישימה. מפעלי תעשייה ביטחוניים, רפואיים או העוסקים בקניין רוחני רגיש, אינם יכולים מלכתחילה להפקיד את הנתונים הרגישים על ממשק החשוף לפריצות וזליגה. הממשק הפיזי של המערכת מעניק לארגון שליטה מלאה על המידע שלו – מאופן האחסון, דרך הגיבוי ועד לבקרת הגישה.
• גישה למערכת בכל זמן: המערכת ממשיכה לעבוד גם אם הרשת נופלת או ישנה כל תקלה בחיבור. לאחר חידוש החיבור, תבצע המערכת סנכרון לאחור באופן אוטומטי.

בקרה סגורה ואוטומציה מובנית – מהמדידה ישירות למכונה

Renishaw Central פותחה על מנת להבטיח תגובה אפקטיבית ואוטומטית לסטיות בתהליך הייצור. על ידי שילוב מודול IPC, המערכת מהווה למעשה מנוע חכם לתהליך בקרה סגורה הרמטי ומדויק. כך למשל, כאשר רכיב נמדד ומתגלה בו סטייה (למשל – קוטר גדול מהנדרש), המערכת מחשבת את ערך התיקון הדרוש בהתאם לסוג הכלי, פרמטר העיבוד והחומר – ושולחת הוראה ישירה לעדכון משתני העיבוד במכונת הCNC. כך מספר התוצרים הפגמים הינו מינימלי.

המערכת תומכת גם בחישובים מתקדמים: תיקוני מיקום, זווית, כלי או חיתוך – בהתאם לחלק ולמכונה. זהו יתרון קריטי במיוחד במערכות אוטומטיות או הפועלות בלילות – כשהעובדים אינם זמינים והמכונה נדרשת להמשיך לייצר. בעזרת בקרה סגורה, הייצור הופך לעקבי, איכותי ויעיל יותר – פחות חלקים נפסלים, פחות בדיקות חוזרות, והבטחת איכות אמינה מתמיד בכל מחזור ייצור.

תחזוקה מונעת וחיזוי תקלות

תחזוקה שוטפת היא אחת ההוצאות המשמעותיות ביותר במערך הייצור. מערכות רבות סובלות מתחזוקת שבר יקרה – כלומר, תיקונים מתבצעים רק לאחר שהמכונה הפסיקה לפעול או החלה לייצר רכיבים בלתי תקינים. באמצעות יכולות ניתוח הנתונים העוצמתיות של,Renishaw Central  ניתן ליישם תחזוקה מונעת ביתר קלות. הדבר מתאפשר הודות לאיסוף וניתוח פרמטרים מתמשך. המערכת מתחקה אחר שלל נתונים כמו ירידה בדיוק לאורך זמן, סטיות החוזרות בדפוס קבוע, חריגות בטמפרטורה או צריכת אנרגיה. כך ניתן לזהות מגמות שמתפתחות לפני שהן מגיעות לרמה בעייתית. לדוגמה, אם מערכת המדידה מצביעה על סטייה שמתרחבת בקצב עקבי, אפשר להסיק מראש מתי תידרש החלפת כלי, איזון ציר או כיול מחדש. כך ניתן לבצע תחזוקה מראש, בזמנים שאינם משבשים את תהליך הייצור. בנוסף, המערכת שומרת תיעוד מלא של ביצועי המכונה כך שניתן להשוות בין דגמים, להסיק אילו מכונות דורשות יותר התערבות, ולקבל החלטות מושכלות.

שקיפות ללקוח ותחקירים יעילים מתמי

Renishaw Central מתעדת באופן שוטף את כל פרטי הייצור – מי יצר כל רכיב, באיזו מכונה, באיזו משמרת, באמצעות אילו פרמטרים ואילו מדידות בוצעו בשטח. מידע זה נשמר לאורך זמן, נגיש בקלות ומאפשר להפיק דוחות, לנתח בעיות איכות, לאתר מגמות בסטיות חוזרות ולהוכיח עמידה בדרישות איכות ותקנים.

כשהמערכת מזהה חריגה, ניתן לשחזר אחורה בדיוק מתי החלה הסטייה, אילו חלקים נפגעו, ואילו לקוחות קיבלו אותם – דבר שמאפשר תגובה מהירה ויעילה במקרה של ריקול או תחקיר. מדובר בכלי יקר ערך לתהליכי ייעול או במקרה של תביעות.

דשבורדים אינטואיטיביים וניהול נתונים גמיש

הדשבורדים לא רק מרכזים נתונים מכל עמדות העבודה, אלא גם מציגה אותם בצורה שמאפשרת למשתמש לפעול. ממשק המשתמש כולל דשבורדים ויזואליים הניתנים להתאמה לכל מחלקה – תפעול, תחזוקה, איכות, ניהול בכיר או הנדסה. המערכת מציגה את המידע בזמן אמת וניתן לסננו לפי מכונה, חלק, תחנה, סוג מדידה, סטייה, או כל פרמטר רלוונטי. אפשר להשוות בין קווים, בין אצוות, לזהות חריגות בזמן, ולבודד את המידע עד לרמת החלק הבודד. את כל הנתונים הללו, ניתן לייצא בקלות לפתרונות BI מובילים בתעשייה כמו Tableau או power BI ולשלב אותם בדוחות ומערכות ERP ארגוניות.

כך, המנהל יכול לקבל בכל עת תמונת על של מצב הייצור, להבין מה עובד, מה נעצר, איפה יש בעיה, ומה דורש התייחסות. כל זאת מבלי לרדוף עוד אחרי המידע או לקבל החלטות תגובתיות ולבזבז זמן ואנרגיות על כיבוי שריפות.

במציאות הנוכחית, בה נתונים הופכים למשאב יקר הערך ביותר עלי אדמות, מפעלי ייצור נדרשים להתחקות אחר המגמות הטכנולוגיות וליישם פתרונות שיאפשרו להם להפיק את המרב מהנתונים שמפיקים מתקני הייצור.Renishaw Central  מספקת כיום יכולות שליטה, ניתוח, חיזוי וקבלת החלטות שמספקת מענה שלם למציאות הייצור התעשייתי של המאה ה-21.

עמנואל מני מזוז, RENISHAW קרדיט: Renishaw

תמונת שער: Renishaw Central for AM
קרדיט: Renishaw