I dagens fabriker, för att förhindra skador på maskiner, sensorer utlöser ofta ett larm så snart utrustningen börjar uppvisa misstänkt beteende - men sällan utnyttjas dessa sensordata fullt ut. På Hannover Messe Preview den 12 februari, 2020, forskare från Fraunhofer Institute for Production Systems and Design Technology IPK kommer att visa precis vad som är möjligt när sensorteknik är ansluten till en molnplattform:perfekt samordnad arbetsflödeshantering och optimering av hela maskinparker.

Maskinverktyg är precisionsapparater. De fräser, vänd och slipa arbetsstycken med mikrometernoggrannhet. Denna precision kan uppnås endast när mekaniska delar fungerar perfekt tillsammans och ingenting vibrerar. Trots allt, vibrationer kan överföras till verktygen och i slutändan leda till fel och felaktigheter i det färdiga arbetsstycket. När saker går fel, klagomål följer och träffar tillverkaren i fickboken. Det är därför det är viktigt att känna igen skador eller slitage på maskiner i ett tidigt skede. Av denna anledning, många maskiner övervakas av sensorer som kan känna igen - baserat på små vibrationer, till exempel - att en komponent långsamt slits. Sensorerna kan ge en varningssignal om att delen ska bytas ut innan skador uppstår. Detta är det som kallas prediktivt underhåll, och det finns nu många förutsägbara underhållssystem på marknaden.

Livscykel för verktygsmaskiner sparade i molnet

Rent generellt, dock, system för förutsägande underhåll förblir fristående lösningar. Även om de utfärdar en varning så att en komponent kan bytas ut, denna värdefulla information används sällan ytterligare. Experter från Fraunhofer IPK i Berlin har nu utvecklat ett system som gör mycket mer med prediktivt underhåll. De integrerar sensortekniken i en internetplattform som lagrar hela livscykeln för en eller flera verktygsmaskiner. Detta banar väg för omfattande dataanalys, som kan användas för att optimera maskiner eller hela arbetsprocesser. I en intressant demonstration, laget som leds av Claudio Geisert, biträdande chef för avdelningen för produktionsmaskiner och systemhantering på Fraunhofer IPK, kommer att visa hur detta fungerar under Hannover Messe Preview den 12 februari, 2020 i hall 19 och under själva mässan från 20–24 april, 2020 vid den gemensamma Fraunhofer -boden i hall 6, Monter A26. För deras demonstration, forskarna har valt en nyckelkomponent i ett verktygsmaskin:en kulskruv, som förflyttar en arbetsstyckehållare i maskinen extremt exakt fram och tillbaka på en spindel.

Sådana spindlar kan slita ut med tiden, vilket leder till oönskade vibrationer som kan skapa fel i arbetsstycket - och som bör upptäckas så tidigt som möjligt. Det smarta underhållssystemet som utvecklats av Fraunhofer IPK gör just det. I hjärtat av systemet finns ett sensorkretskort som innehåller ett kommersiellt tillgängligt sensorchip som kallas ett mikroelektromekaniskt system (MEMS). Dessa MEMS är små kiselkomponenter som rymmer olika sammankopplade tekniska moduler på deras yta. På så sätt kan de, till exempel, mäta miljöstimuli, som vibrationer, och analysera dem med en ansluten processor. MEMS och processorn bildar tillsammans en sensornod. "Miljoner MEMS som dessa finns i bilar och smartphones idag. De är kostnadseffektiva och ändå tillräckligt exakta för våra ändamål, "säger Claudio Geisert. Ett viktigt inslag är att behandlingen av sensorsignalerna sker direkt på sensornoden. Följaktligen processorn känner igen ett fel av sig själv och kan vidarebefordra denna information.

Digital tvilling av maskinverktyg integrerad i IoT -plattformen

Informationen överförs till en Internet of Things (IoT) plattform, som skickar ett larm till servicekontoret, som sedan bestämmer vad de ska göra. Till exempel, det kan ställa in ett lämpligt datum för byte av spindeln för att undvika produktionsstopp på grund av maskinstopp. Dessutom, denna IoT-plattform innehåller en så kallad digital tvilling av maskinverktyget-en digital kopia som innehåller maskinens historia och alla förhållanden och driftsparametrar.

Ring upp och analysera flottans historia

Om, i slutet, den defekta spindeln byts ut, den digitala tvillingen får också informationen att den nu innehåller en ny komponent. "Att replikera det verkliga tillståndet för verktygsmaskiner underlättar omfattande analys, "förklarar Claudio Geisert. Operatörerna av maskinerna skulle kunna känna igen, till exempel, om vissa processer på maskinerna ökar slitaget avsevärt, gör det möjligt att anpassa arbetsprocesser därefter. Och tillverkarna av verktygsmaskinerna kan få värdefulla indikationer för att ytterligare optimera sina system. "I sista hand, detta låter dig ringa upp och analysera historien om en hel maskinpark för att hitta möjliga svagheter, säger Geisert.

Övervaka maskinparken över olika platser

Men att ansluta den riktiga maskinen till IoT-plattformen har också fördelar för personal på plats som servar maskinen. I IPK -lösningen, tekniker skannar först en QR -kod på maskinen för att verifiera att de arbetar på rätt maskin. Detta är särskilt viktigt för företag som har hela maskinparker. Komponenten kan också skannas och jämföras med data i den digitala tvillingen - för att säkerställa att en annan komponent inte ersätts av en slump. Dessutom, anställda kan använda en surfplatta för att hämta instruktioner för montering och borttagning av en komponent. När reparationen är klar, de kan starta en testkörning direkt från maskinen. If everything has gone well, they press an OK button to give the signal to update the component in the digital twin as well. "By connecting the machine and the sensors to the IoT platform, we now get, för första gången, a holistic picture of a machine or an entire fleet, " says Claudio Geisert. "This will enable large companies to monitor their full fleet of machines across individual locations." The IPK solution, which is being presented at the Hannover Messe Preview, is already so far developed that it can be used in industrial applications. It offers the possibility to adapt these technologies to the specific needs of various customers.