Máy Tính Vi Mô
Giám đốc biết rằng máy đang chạy. Chạy bao lâu, với tải trọng nào, tại sao một ca sản xuất ra số chi tiết ít hơn 30% — những điều đó vẫn chưa được biết.
Cách tiếp cận IT với sản xuất
Trong tự động hóa công nghiệp có hai cực. Một bên — những giải pháp đắt đỏ của các nhà cung cấp lớn: hệ quản lý sản xuất, bản sao số, những tích hợp trị giá hàng triệu đô la. Bên kia — thu thập dữ liệu thủ công, khi thông tin được ghi nhận lẻ tẻ rồi thất lạc. Với tư cách là các chuyên gia IT có kinh nghiệm về khả năng quan sát, chúng tôi quyết định áp dụng cho thiết bị sản xuất cùng những nguyên tắc được dùng để giám sát máy chủ và ứng dụng. Các chỉ số được thu từ cảm biến, chuyển lên đám mây, hiển thị trên bảng điều khiển. Cảnh báo đến khi có gì đó ra ngoài ngưỡng. Nhật ký được lưu để phân tích. Sản xuất là cùng một nguồn viễn trắc như hạ tầng IT. Câu hỏi là làm sao thu thập dữ liệu đó và làm gì với nó.
Vùng mù
Hãy hình dung một xưởng. Năm mươi máy, ba ca, hai trăm người. Một phần thiết bị là loại hiện đại, có bộ điều khiển và màn hình. Một phần là cơ khí, không điện tử, những mẫu có tuổi đời 30 đến 50 năm. Dữ liệu vận hành được thu gom thành từng mảnh: ai đó có ghi một ít, ai đó nhớ, ai đó truyền miệng. Cuối tháng một báo cáo xuất hiện. Những con số ở đó, chúng không giải thích điều gì. Vì sao một khu vực liên tục tụt lại? Vì sao chi tiết hay hỏng trên cái máy này? Vì sao tiêu thụ điện tăng trong khi sản lượng vẫn vậy? Điều chủ yếu — không có cách để so sánh. Khu vực này năm ngoái vận hành ra sao? Đơn hàng tương tự quý trước đã được xử lý như thế nào? Chỉ số nào đã xuất hiện trước khi xảy ra hỏng hóc lần trước? Thiếu dữ liệu tích lũy, những câu hỏi này vẫn không có lời đáp.
Chúng tôi giải quyết như thế nào
Chúng tôi áp dụng cho sản xuất cùng những nguyên tắc vốn hữu hiệu trong IT: quan sát, ghi log, chỉ số, cảnh báo. Nguồn dữ liệu thay đổi — giờ đây là máy móc, cảm biến, bộ điều khiển. Mạng. Toàn bộ thiết bị cần được kết nối. Ở nơi nào có thể — thi công dây điện yếu. Ở nơi dây không tới — lắp các nút có modem 4G. Mỗi nút hoạt động độc lập: nếu mất kết nối, dữ liệu tích lũy tại chỗ và được gửi đi khi kết nối phục hồi. Thiết bị. Trong các xưởng bố trí những máy tính vi mô có cảm biến đi kèm. Cấu hình phụ thuộc vào nhiệm vụ: một máy tính vi mô có thể phục vụ vài máy, hoặc một máy có thể có vài điểm thu dữ liệu. Đám mây. Toàn bộ dữ liệu chảy về một hệ thống thống nhất nơi chạy giám sát, cảnh báo và phân tích. Tính toán diễn ra trên đám mây, tài nguyên thuê theo nhu cầu.
Thiết bị trong xưởng
Với máy hiện đại có bộ điều khiển, việc tích hợp diễn ra qua Modbus hoặc Ethernet. Dữ liệu đã có sẵn trong máy — cần lấy ra và gom lại ở một chỗ. Với máy cũ không có điện tử, lắp cảm biến bên ngoài, không can thiệp vào phần cơ. Công tơ điện Modbus được lắp trên thanh DIN trong tủ điện và hiển thị tiêu thụ theo thời gian thực: chế độ vận hành, tải, bất thường. Mẫu ba pha cho phép thấy bức tranh đầy đủ cho từng pha. Gia tốc kế MEMS trên vỏ máy theo dõi rung — từ đó thấy thay đổi trong hoạt động của các cơ cấu. Cảm biến nhiệt độ tại các điểm then chốt ghi nhận sai lệch so với chuẩn. Trên máy tiện và máy phay, cảm biến tốc độ trục chính cho thấy các chế độ vận hành. Trên máy có thủy lực hoặc khí nén — cảm biến áp suất. Cảm biến mức dầu và chất làm mát báo nhu cầu bảo trì. Bộ đếm chu trình ghi nhận số thao tác.
Thiết bị cũ
Một chuyện riêng — máy móc không có điện tử. Có thể là máy tiện 30 đến 50 năm tuổi đã chạy từ khi nhà máy được xây, hoặc một mẫu hiện đại được lắp ráp theo sơ đồ cổ điển không có bộ điều khiển số. Những máy như vậy đáng tin cậy, thay thế không có lý do, và chúng khó phục vụ việc quan sát hàng ngày có ghi giá trị — máy mới có bộ điều khiển làm điều đó dễ dàng. Trên thiết bị như vậy có thể lắp cảm biến rung, cảm biến mức dầu, công tơ điện trên nguồn cấp — đây là ví dụ, danh sách một phần. Sau khi lắp thấy được: máy đang chạy hay đang dừng, có tải hay chạy không tải, rung trong ngưỡng bình thường hay đã có sai lệch, còn bao nhiêu dầu. Xuất hiện khả năng theo dõi tình trạng thiết bị giữa các lần kiểm tra theo kế hoạch.
Câu hỏi là máy này còn chạy được bao lâu nữa mà chưa bảo dưỡng. Với cảm biến, điều đó có thể dự báo được.
Chất lượng không khí và thông gió
Với một số cơ sở sản xuất, kiểm soát không khí là vấn đề an toàn. Trong phân xưởng sơn, cơ sở chế biến gỗ, xưởng sửa chữa, bụi hoặc hơi lơ lửng có thể trở nên tới hạn. Cảm biến chất lượng không khí có giao tiếp Modbus hoặc RS485 đo nồng độ hạt PM2.5 và PM10, nồng độ CO2, hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC). Dữ liệu này đi vào cùng hệ thống giám sát. Có thể cấu hình cảnh báo: nếu nồng độ bụi vượt chuẩn, hệ thống thông báo cho người phụ trách. Có thể liên kết với thông gió: khi CO2 tăng, công suất cấp gió tự động tăng. Cảm biến tương tự cũng được lắp bên trong hệ thống thông gió: hút có hoạt động không, không khí đang lưu thông hay đọng, công suất tại từng giai đoạn là bao nhiêu. Điều này giúp thấy trạng thái các hệ thống kỹ thuật theo thời gian thực và cho phép phát hiện vấn đề sớm trước khi không khí trong xưởng trở nên khó thở. Ví dụ về cảm biến chất lượng không khí
An ninh và kiểm soát
Cùng hạ tầng thu dữ liệu thiết bị cũng phục vụ các nhiệm vụ an ninh. Nên hiểu: đây là mô hình sự kiện. Mỗi sự kiện đều được ghi log — một cửa hầm mở, một cửa ra vào đóng, một cảm biến hiện diện kích hoạt. Dù lúc này thông tin có thể chưa cần, nó có thể hữu ích cho phân tích một sự cố hoặc cho phân tích dữ liệu. Hãy giữ lại những dữ liệu thoạt nhìn vô nghĩa.
Thiết bị nâng
Cảm biến hiện diện trên cần trục và xe nâng. Cảm biến tải trọng để kiểm soát trọng lượng. Cảm biến vị trí để theo dõi di chuyển. Dừng tự động khi phát hiện người trong vùng nguy hiểm.
Kiểm soát truy cập
Barie nhận dạng biển số. Phân vùng khu vực theo cấp độ cho phép. Ghi nhật ký mọi lượt ra vào của xe và người.
Kiểm soát chu vi
Cảm biến mở cửa và cửa hầm. Kiểm soát truy cập vào phòng kỹ thuật. Thông báo khi có truy cập trái phép.
Hệ thống kỹ thuật
Cảm biến rò rỉ tại vùng tới hạn. Cảm biến báo cháy trong hệ thống giám sát thống nhất. Kiểm soát áp suất và nhiệt độ trong đường ống.
Mọi sự kiện đều đi vào một hệ thống duy nhất. Một bảng điều khiển cho thấy cả tình trạng thiết bị lẫn sự kiện an ninh.
Đám mây và phân tích
Toàn bộ hệ thống gồm nhiều máy tính vi mô rải khắp doanh nghiệp được vận hành từ một trung tâm duy nhất. Đó có thể là đám mây hoặc máy chủ cục bộ tại doanh nghiệp. Để khởi đầu, đám mây đơn giản hơn: không cần mua và bảo trì phần cứng máy chủ. Dữ liệu được lưu trong nhiều bản sao trên các máy chủ khác nhau — nếu có chuyện gì xảy ra với một, thông tin vẫn còn. Với phần lớn nhiệm vụ giám sát, như vậy là đủ. Máy chủ cục bộ có ý nghĩa khi dữ liệu nhạy cảm và cần ở trong phạm vi doanh nghiệp, hoặc khi cần phản ứng theo thời gian thực mà không phụ thuộc vào Internet. Để thu và hiển thị dữ liệu, chúng tôi dùng công cụ mã nguồn mở: Prometheus cho chỉ số, Grafana cho bảng điều khiển, Loki cho log. Cảnh báo đến messenger hoặc email.
Dữ liệu chỉ ra nguyên nhân. Bước tiếp theo là kế hoạch hành động.
Trong hệ thống thấy được thời gian chạy thực của từng máy, thời gian dừng và độ dài của nó, bất thường trong tiêu thụ điện, hiệu quả của các ca và khu vực, xu hướng của các chỉ số. Điều này cho phép lên kế hoạch bảo trì trước khi hỏng hóc: nếu rung bắt đầu tăng, sau một số giờ nhất định cần can thiệp.
Dữ liệu và con người
Một lớp phân tích riêng xuất hiện khi các chỉ số kỹ thuật được đối chiếu với dữ liệu về ca và thợ vận hành cụ thể. Thấy được máy nào chạy trong ca nào, do ai phụ trách, đã đạt những chỉ số nào. Điều này giúp phát lộ những vấn đề mang tính hệ thống: có thể chuyện nằm ở logistics cấp nguyên liệu trong ca đêm. Hoặc một máy cần thời gian cài đặt lâu hơn. Hoặc một loại chi tiết nhất định luôn được sản xuất chậm hơn.
Cách chúng tôi làm việc
Chúng tôi bắt đầu bằng việc hiểu nhiệm vụ: cần khả năng quan sát nào, doanh nghiệp đã có gì, muốn thu thập dữ liệu nào. Nếu đã có hạ tầng điện yếu — tốt, điều đó rút ngắn thời gian triển khai. Nếu chưa có — chúng tôi làm việc với modem 4G hoặc mời nhà thầu phụ đi dây. Tiếp theo — thiết kế: chọn cảm biến nào, đặt ở đâu, liên kết thành một hệ thống ra sao. Rồi đến triển khai: lắp đặt thiết bị, cấu hình phần mềm, tích hợp với các quy trình đang có. Sau khi chạy — đào tạo: chúng tôi chỉ cách làm việc với bảng điều khiển và cảnh báo. Và hỗ trợ: chúng tôi giám sát trạng thái, cập nhật firmware, mở rộng hệ thống theo nhu cầu. Có thể bắt đầu từ một khu vực hoặc thậm chí vài máy, xem cách nó vận hành, rồi mở rộng thêm.
Dành cho ai
Giám sát như thế này là một công cụ cho những người sẵn sàng làm việc với dữ liệu. Trước hết cần tích lũy thông tin. Sau đó — thử đối chiếu theo các tiêu chí khác nhau: theo thời gian, theo ca, theo loại sản phẩm, theo khu vực. Tìm xu hướng. Tiếp nữa — dựa vào cả việc xem log lẫn trò chuyện với người đang trực ca, tìm lời giải thích và phương án. Điều này hữu ích cho những ai lo cải tiến quy trình trong doanh nghiệp. Cho cán bộ an ninh cần bức tranh đầy đủ về các sự kiện. Cho lãnh đạo cần phân tích tổng hợp trên toàn bộ sản xuất. Cho kỹ sư công nghệ muốn hiểu thiết bị thực sự vận hành như thế nào. Dữ liệu tự thân không quyết định gì. Khi một lượng lớn thông tin rời rạc được gộp theo các tiêu chí và sẵn sàng để phân tích — xuất hiện khả năng ra quyết định dựa trên sự thật, với phỏng đoán được gác sang bên.
Bàn luận nhiệm vụ
Hãy kể về sản xuất của bạn — chúng tôi sẽ xem có thể đo những gì và điều đó mang lại lợi ích nào.
