УДК 681.518
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-7-584-585
АНАЛИЗ ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
А.В. Анцев, М.С. Воротилин, Л.А. Каравдин, Е.С. Янов
Рассмотрены особенности современных аппаратно-программных комплексов и информационно-измерительных систем для мониторинга работы технологического оборудования. Проведен анализ т енденцийразвития систем мониторинга. Представлена разработанная информационно-измерительная система, внедренная авт орами на промышленном предприятии. Применение информационно-измерит ельных сист ем, соответ ствующих тенденциям развития сист ем монит оринга технологического оборудования в России, позволит повысить экономическую эффект ивност ь машиност роит ельных производств за счет сниж ения зат рат на внедрение сист ем мониторинга в действующее производство, снижения затрат на простои оборудования, снижения потерь от сокращения продолжительности переналадок оборудования, снижения потерь от сокращения количества переналадок оборудования, снижение затрат на сокращение длительности производственного цикла, снижения затрат от сокращения брака продукции, снижения затрат от увеличения стойкости инструмента и снижения затрат от сокращения цикла обработки продукции на оборудовании.
Ключевые слова: аппаратно-программный комплекс, информационно-измерит ельная система, мониторинг т ехнологического оборудования, т енденции развития.
Несмотря на нестабильность мировой экономики машиностроение является одной из ведущих отраслей и спрос на ее продукцию растет как в гражданском, так и в военном секторе, следовательно, требуется выпускать все больше и больше продукции.
Еще в начале XX века инженеры-промышленники и ученые, такие как Ф. Тейлор, Фрэнк и Лилиан Гилбрет, Г. Форд, У. Шухарт, Э. Деминг занимались фундаментальными вопросами повышения эффективности производства и заложили основы теории научной организации труда, предложив различные способы его мониторинга.
Стоит отметить что оборудование и задачи, которые оно выполняет, становятся сложнее и разнообразнее, что требует развития и способов контроля его работы.
Мониторинг технологического оборудования возможно осуществлять различными способами, но перспективный - цифровизация. Цифровизация машиностроительного производства положительно сказывается на его эффективности, также заметен и рост в составе технологических переделов доли аппаратно-программных комплексов (АПК) и информационно-измерительных систем (ИИС) таких как АИС Диспетчер [1], Foreman [2], Winnum CNC [3] и других, подробно рассмотренных в [4].
Для повышения эффективности эксплуатации производственных систем на машиностроительных производствах внедряют различные автоматизированные системы процессов управления, которым можно дать следующие определения и характеристики (рис. 1):
- OLAP (англ. Online Analytical Processing, интерактивная аналитическая обработка) - технология обработки данных, заключающаяся в подготовке суммарной (агрегированной) информации на основе больших массивов данных, структурированных по многомерному принципу;
- CRM (англ. Customer Relationship Management, система управления взаимоотношениями с клиентами) -прикладное программное обеспечение для организаций, предназначенное для автоматизации стратегий взаимодействия с заказчиками (клиентами), в частности, для повышения уровня продаж, оптимизации маркетинга и улучшения обслуживания клиентов путём сохранения информации о клиентах и истории взаимоотношений;
- ERP (англ. Enterprise Resource Planning, планирование ресурсов предприятия) - интегрированный набор бизнес-приложений, инструменты которого предназначены для автоматизации сквозных процессов, например, в области финансов, управления персоналом, распределения, производства, обслуживания и цепочки поставок;
- MES (англ. Manufacturing Execution System, система управления производственными процессами) - производственная исполнительная система управления процессами на уровне цеха, реализующая оперативное планирование и диспетчеризацию производства;
- АСУТП (Автоматизированная система управления технологическим процессом) - группа решений технических и программных средств, предназначенных для автоматизации управления технологическим оборудованием на промышленных предприятиях.
OLAP или CRM системы - для высшего руководства
ERP системы - для руководителей финансовых подразделений, бухгалтерии и кадровых служб
MES системы - для руководителей производственных, ремонтных и технологических служб
АСУТП - производственные цеха, участки, линии
Рис. 1. Иерархия систем управления предприятием
584
Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами
Далее рассмотрим уровень контроля и управления технологическими процессами - АСУТП, с формированием исходных данных для MES или ERP систем. Можно выделить следующие тенденции развития АСУТП в России:
1. Объединение средств управления, мониторинга и диагностики в единую систему [5]. Это потребовало многократного ускорения процессов диагностики с повышением её достоверности.
2. Масштабирование систем мониторинга [6]. Увеличение числа контролируемого оборудования и физических процессов, расширение частотного диапазона и числа точек контроля вибрации машин.
3. Использование превентивных методов диагностики [6]. Индивидуальные алгоритмы и точки контроля вибрации для обнаружения дефектов на этапе зарождения для критически важных узлов оборудования.
4. Использования предиктивной аналитики. Использование алгоритмов обработки статистических данных на основе искусственных нейронных сетей для формирования трендов состояния оборудования.
5. Применение систем цифровых меток [7]. Они обеспечивают хранение технической документации, информации о техническом состоянии объекта, о результатах предыдущего анализа технического состояния.
6. Использование систем дистанционного отслеживания функциональных параметров объектов [7]. Например, системы, позволяющие в реальном времени отслеживать основные рабочие параметры оборудования.
7. Создание простых и недорогих систем мониторинга. Это даёт возможность оптимизировать производство и повысить производительность оборудования.
8. Создание цифровых двойников [8] технологических процессов и технологического оборудования.
В работе [9] с учетом описанных выше положений разработана ИИС класса MDC/MDA (Machine Data Collection/Machine Data Acquisition), интегрированная в действующее производство [10]. В состав ИИС входят сервер и диагностические модули сбора. На рис. 2 представлен диагностический модуль и пример его монтажа на технологическом оборудовании для мониторинга работы производственного оборудования.
Внедрение разработанной ИИС в рамках методологии бережливого производства позволило реализовать:
- мониторинг простоев и загрузки станка за счет контроля вибрации технологической системы или других способов косвенного контроля;
- определение коэффициента загрузки оборудования;
- контроль соблюдения технологической дисциплины операторами;
- оценку качества, надежности и стойкости инструмента при внедрении нового режущего инструмента в производство;
- контроль условий труда рабочих (температура воздуха, влажность, концентрация СО2);
- систему предиктивной аналитики состояния технологического оборудования и инструмента.
Рис. 2. Диагностический модуль ИИС: а - выставочный образец: 1 - датчик температуры и влажности;
2 - защитный корпус панели оператора; 3 - датчик вибрации; 4 - панель оператора; 5 - датчик тока;
6 - разъемы проводного подключения; б - датчик вибрации, установленный на корпус подшипника шпинделя
станка
Применение ИИС, соответствующих тенденциям развития систем мониторинга технологического оборудования в России, позволит повысить экономическую эффективность машиностроительных производств за счет снижения затрат на внедрение систем мониторинга в действующее производство, снижения затрат на простои оборудования, снижения потерь от сокращения продолжительности переналадок оборудования, снижения потерь от сокращения количества переналадок оборудования, снижение затрат на сокращение длительности производственного цикла, снижения затрат от сокращения брака продукции, снижения затрат от увеличения стойкости инструмента и снижения затрат от сокращения цикла обработки продукции на оборудовании.
Список литературы
1. Ловыгин А. СМПО FOREMAN - промышленный интернет для российских предприятий // САПР и графика. 2017. № 2. С. 37-42.
2. Диспетчер - система мониторинга промышленного оборудования и промышленных машин // Цифра -технологии цифровизации для повышения эффективности промышленности. [Электронный ресурс] URL: https://www.zvfra.com/product/dispatcher (дата обращения: 10.08.23).
3. WINNUM станки - мониторинг, контроль и анализ работы станков с ЧПУ и без. цифровой двойник производства // Компания WINNUM - глобальный поставщик решений для промышленного интернета вещей. [Электронный ресурс] URL: https://winnum.io/solution/ncmachines (дата обращения: 10.08.23).
585
4. Анцев А.В., Янов Е.С., Воротилин М.С. Информационно-измерительные системы мониторинга работы станочного парка предприятия // Известия тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 9. С. 495-498. DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-490-491.
5. Барков А.В., Жуковский Д.Л., Грищенко Д.В. Новое поколение систем мониторинга и диагностики роторного оборудования // Журнал Химическая техника. 2016. № 4. C. 17.
6. Барков А.В. Особенности развития систем мониторинга и диагностики вращающегося оборудования // Энергетика и промышленность России. [Электронный ресурс] URL: https://www.eprussia.ru/epr/49/3217.htm (дата обращения: 10.08.23).
7. Редников С.Н. Тенденции развития подходов к диагностированию металлургического оборудования в рамках концепции индустрии 4.0 // Современные наукоемкие технологии. 2022. № 3. С. 80-85.
8. Фролов Е.Б., Климов А.С., Зин Мин Мин Мин. Цифровой двойник производственной системы на основе программного обеспечения категории MES // Вестник Брянского государственного технического университета. 2018. №12 (73). C 66-73.
9. Янов Е.С., Анцев А.В., Воротилин М.С., Минаков Е.И. Аппаратно-программный комплекс мониторинга технологических систем и процессов // СТИН. 2024. № 5. С. 32-35.
10. Янов Е.С., Анцев А.В., Воротилин М.С. Исследование влияния износа режущего инструмента на вибрацию тонкостенных заготовок при точении. Тула: Изд-во ТулГУ, 2024. 173 с.
Анцев Александр Витальевич, д-р техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, [email protected]. Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Воротилин Михаил Сергеевич, д-р техн. наук, профессор, проректор по научной работе, [email protected]. Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Каравдин Леонид Александрович, заместитель генерального директора по инфраструктуре, Россия, Тула, АО «НПО «СПЛАВ» им. А.Н.Ганичева»,
Янов Евгений Сергеевич, канд. техн. наук, заместитель директора, dexaik@mail. ru, Россия, Тула, «Тульская инженерная школа «Интеллектуальные оборонные системы» им. академика А.Г. Шипунова
ANALYSIS OF DEVELOPMENT TRENDS OF TECHNOLOGICAL EQUIPMENT MONITORING SYSTEMS A.V. Antsev, M.S. Vorotilin, L.A. Karavdin, E.S. Yanov
The features of modern hardware-software systems and information-measuring systems for monitoring the operation of technological equipment are considered. An analysis of trends in the development of monitoring systems was carried out. The developed information-measuring system, implemented by the authors at an industrial enterprise, is presented. The use of information-measuring systems that correspond to the trends in the development of monitoring systems for technological equipment in Russia will increase the economic efficiency of machine-building industries by reducing the costs of introducing monitoring systems into existing production, reducing the cost of equipment downtime, and reducing losses from shortening the duration of equipment changeovers , reducing losses from reducing the number of equipment changeovers, reducing costs from reducing the duration of the production cycle, reducing costs from reducing product defects, reducing costs from increasing tool life and reducing costs from shortening the product processing cycle on equipment.
Key words: hardware-software complex, information-measuring system, monitoring of technological equipment, development trends.
Antsev Alexander Vitalyievich, doctor of technical science, docent, head of the department, a. [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Vorotilin Mikhail Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, vice-rector for research, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Karavdin Leonid Alexandrovich, deputy general director for infrastructure, Russia, Tula, JSC «NPO «SPLAV» named after. A.N. Ganichev»,
Yanov Evgeny Sergeevich, candidate of technical sciences, deputy director, dexaik@mail. ru, Russia, Tula, Tula Engineering School «Intelligent Computer Systems» named after Academician A.G. Shipunov