Sử dụng Wireless I/O Wise-4000 trong hệ thống quản lý nhà máy hiệu quả cho các nhà máy chế biến kim loại cỡ vừa và nhỏ
01/07/2019
Advantech đã xây dựng một hệ thống quản lý nhà máy trên nền tảng đám mây gọn nhẹ bằng cách sử dụng các module không dây I/O WISE-4000, nó có thể tương thích với nền tảng dịch vụ đám mây Azure của Microsoft. Giải pháp này giúp cho các nhà máy chế biến kiêm loại truyền thống cỡ vừa và nhỏ nâng cấp dây chuyền sản xuất, tối ưu quản lý sản xuất và làm tăng tỉ lệ sử dụng thiết bị, quản lý hiệu quả với một ngân sách rất phải chăng.
Tóm tắt dự án
Bằng cách giới thiệu các công nghệ IoT (IIoT) công nghiệp như các cảm biến, cơ sở hạ tầng mạng, và các nền tảng đám mây, ngành công nghiệp sản xuất đã có thể xây dựng mạng kết nối thiết bị, giám sát cơ sở, và các ứng dụng quản lý nhà máy khác. Tuy nhiên, vì tương đối khó để lắp đặt các sợi cáp mới vào những dây chuyền sản xuất và nhà máy hiện tại, việc tìm ra không gian cho những màn hình phụ trợ, các thiết bị mạng mang tới nhiều thử thách hơn nữa. Đối với các nhà máy sản xuất cỡ vừa và nhỏ, nếu thiết kế một hệ thống quản lý thiết bị của nhà máy mà yêu cầu ngân sách lớn dành cho những thiết bị phần cứng và phần mềm đắt đỏ thì nó sẽ trở thành một rào cản mà hầu hết các doanh nghiệp vừa và nhỏ không thể vượt qua. Hơn nữa, nếu hệ thống tích hợp và quy trình quản lý bảo trì quá phức tạp, các nhà cung cấp với nhưng nguồn tài nguyên hạn chế sẽ có nhiều do dự hơn để thực hiện bước đầu tiên trong việc cải thiện hệ thống hiện thời của họ.
Sử dụng chuỗi module I/O không dây WISE-4000 và các nút cảm biến không dây, Advantech đã tạo ra một giải pháp IoT gọn nhẹ cho các nhà máy vừa và nhỏ muốn kết hợp quản lý thiết bị và hệ thống giám sát cơ sở vào các hoạt động hiện có của họ. WISE-4000 series cung cấp khả năng thu thập dữ liệu, ghi dữ liệu, xử lý dữ liệu và các công cụ kết nối đám mây IIoT cùng với nhiều tính năng khác. Ưu điểm của hệ thống này bao gồm kích thước nhỏ gọn và cài đặt dễ dàng và loại bỏ như cầu sử dụng các sợi cáp dữ liệu và các cổng kết nối không cần phải được thiết lập để tích hợp hệ thống với các nền tảng đám mây. Điều này không chỉ làm giảm sự phức tạp liên quan đến kiến trúc hệ thống mà còn giải quyết được nhiều vấn đề mà các nhà máy chế biến mong muốn được làm quen với các ứng dụng IoT, cho phép các nhà sản xuất hoàn thành nâng cấp và thay đổi dễ dàng hơn.
Yêu cầu hệ thống
Một nhà sản xuất tại Nhật Bản chuyên sản xuất các phụ tùng kim loại cho ngành công nghiệp tự động hoá cung cấp các dịch vụ bao gồm thiết kế/phát triển sản phẩm, sản xuất khuôn, dập và lắp ráp. Mặc dù công ty có thể sản xuất hàng loạt các sản phẩm chất lượng cao với công nghệ gia công chính xác, họ cũng đang tích cực phát triển các phương pháp xử lý mới để sản xuất các loại linh kiện khác nhau. Tuy nhiên, trên dây chuyền sản xuất, phương pháp vận hành của họ vẫn tuân theo phương pháp truyền thống là đọc và ghi dữ liệu thủ công. Các nhà vận hành sau đó được yêu cầu sao chép thông tin sản xuất đã được ghi trên một tờ giấy vào hệ thống máy tính trước khi ca làm việc của họ kết thúc. Điều này không chỉ tốn thời gian mà nó còn phát sinh khả năng lỗi của con người. Từ góc độ quản lý, điều này cũng có nghĩa là thông tin trạng thái sản xuất của nhà máy trong thời gian thực là không khả thi. Vì vậy, lựa chọn duy nhất là chờ đợi các báo cáo thường xuyên từ dây chuyền sản xuất. Điều này khiến họ không thể có được dữ liệu chính xác về tốc độ sử dụng thiết bị hoặc trạng thái vật liệu. Do đó, quản lý chỉ có thể sắp xếp các đơn đặt hàng làm việc dựa trên kinh nghiệm trong quá khứ. Ngay cả khi họ muốn tăng hiệu quả sản xuất, sẽ khó xác định nơi bắt đầu để tối ưu vì họ không có thông tin về các dữ liệu tham chiếu chính xác.
Vì những lý do này, nhà máy xử lý kim loại này đã quyết định tăng cường tính minh bạch trong quản lý thiết bị của nhà máy bằng cách kết hợp các công nghệ truyền thông và IoT. Ngoài việc có thể có được thông tin thời gian thực trên thiết bị sản xuất chính, giải pháp còn phải cho phép giám sát nhiều loại thiết bị bên trong nhà máy trong thời gian thực. Sau khi xem xét không gian nhà máy có sẵn, chi phí xây dựng hệ thống và nguồn nhân lực, công ty đã quyết định một giải pháp sử dụng truyền dẫn không dây để thu thập dữ liệu. Hơn nữa, để đẩy nhanh quá trình làm quen và tiết kiệm chi phí ban đầu để phát triển hệ thống đám mây của riêng mình, công ty cũng quyết định áp dụng nền tảng đám mây Azure của Microsoft. Ngoài ra, giải pháp này cũng cần phải có có khả năng mở rộng các chức năng hệ thống để có thể dễ dàng điều chỉnh hoặc mở rộng trong tương lai.
Mô tả hệ thống
Hầu hết các thiết bị tại nhà máy đều là các máy dập không có PLCs hoặc là hệ thống kín mà không có các cổng giao tiếp mở. Dựa trên tình trạng khác nhau của thiết bị, nhiều module I/O không dây IoT được lựa chọn từ các điểm truy cập wifi WISE-4000 và EKI-6322GN của Advantech để đáp ứng các yêu cầu của nhà máy chế biến kim loại, nhằm kết nối thiết bị sản xuất và cho phép giám sát các thiết bị và cơ sở tổng thể.
Với mong muốn trong việc thiết lập mạng kết nối với các thiết bị sản xuất, yêu cầu của khách hàng là có thể thu thập các thống kê về số lần thực hiện của 130 máy dập khuôn. Do đó, mỗi máy dập được trang bị mô-đun I/O không dây WISE-4050 Wi-Fi IoT để đạt được trạng thái dữ liệu toàn diện, không bị xâm nhập. Module WISE-4050 ban đầu đặt một dấu mốc thời gian trên số liệu đã thu thập được từ mỗi máy và sau đó thực hiện một loạt các quy trình bao gồm mã hóa dữ liệu, chuyển đổi định dạng và xác thực đám mây. Sau đó, dữ liệu được tải lên đám mây Trung tâm Azure IoT thông qua HTTPS, nơi mà thông tin trạng thái sản xuất được phân tích hoặc các công cụ trực quan như Power BI được sử dụng để hiển thị số liệu dưới dạng các báo cáo tùy chỉnh theo mỗi yêu cầu của khách hàng. Dựa vào các thông tin rõ rang về các thiết bị, nhà quản lý giờ đây có thể quản lý tất cả các loại thông tin về nhà máy thông qua nền tảng đám mây Azure, như là số lần nén được thực hiện bởi các máy dập riêng lẻ, thời gian yêu cầu đối với mỗi công đoạn, và thời gian máy khởi động /tắt. Các thứ tự công việc sản xuất cũng có thể được sắp xếp lại bằng cách sử dụng quá trình sản xuất minh bạch để làm tăng tốc độ sử dụng của thiết bị và ổn định tốc độ của dây chuyền cân bằng.
Do được tích hợp trước, module I/O không dây của WISE-4000 có thể trực tiếp hỗ trợ IoT Hub Azure của Microsoft. Trong một hệ thống như thế này, không cần thiết phải có một máy tính đóng vai trò là cổng hoặc viết chương trình chuyển đổi dữ liệu. Cả độ phức tạp tổng thể liên quan đến kiến trúc hệ thống và chi phí phần cứng đều giảm đáng kể. Về mặt bộ ghi dữ liệu được đóng dấu thời gian và chức năng tái hoạt động sau khi gặp lỗi, ngay cả khi kết nối mạng không ổn định, dữ liệu có thể được lưu cục bộ trong mô-đun trước. Khi kết nối mạng được khôi phục, dữ liệu có thể được tải lên đám mây để đảm bảo tính toàn vẹn và chính xác của dữ liệu. Mặc dù yêu cầu của nhà máy xử lý kim loại là gửi dữ liệu mỗi giây, máy dập có thể không hoạt động trong giờ không sản xuất. Do đó, bằng cách sửa đổi cài đặt tải lên dữ liệu trong mô-đun WISE-4000, dữ liệu sẽ chỉ được truyền khi máy thay đổi trạng thái, do đó bảo toan và tiết kiệm được băng thông mạng. Ngoài ra, nếu băng thông mạng trở nên không đủ do lượng lớn dữ liệu được thu thập cùng lúc, các cài đặt có thể được sửa đổi qua giao diện web để dữ liệu được đóng dấu thời gian có thể được lưu trữ tạm thời bên trong mô-đun. Sau đó, một khi tiêu chí tích lũy dữ liệu đã được đáp ứng, mọi thứ sẽ được tải lên cùng nhau.
Triển khai dự án
WISE-4050: Mô đun thu thập IoT Wifi 4 đầu vào + 4 đầu ra số.
WISE-4051: Mô đun thu thập IoT Wifi 8 đầu vào số + 1 cổng RS-485.
WISE-4060: Mô đun thu thập IoT Wifi 4 đầu vào số + 4 đầu ra số dạng Rơle
WISE-4012: Module I/O không dây IoT 4 kênh kỹ thuật số thông dụng và đầu ra 2 kênh kỹ thuật số.
WISE-4220-S231: Thiết bị Wi-fi IoT không dây có cảm biến nút với hệ thống cảm biến nhiệt độ và độ ẩm bên trong.
EKI-6332GN: Chuẩn giao tiếp IEE 802.11b/g/n kết nối AP/Client
Kết luận
Việc có được khả năng quản lý nhà máy thông minh minh bạch sẽ mang tới nhiều lợi ích hơn là chỉ dừng lại ở các nhà sản xuất quy mô lớn. Dây chuyền sản xuất truyền thống của nhà máy cỡ nhỏ và vừa có thể được nâng cấp lên thành các cơ sở sản xuất thông minh nhờ vào việc sử dụng các kiến trúc hệ thống IoT gọn nhẹ. Trong các hệ thống này, các thiết bị bên ngoài có khả năng thu thập dữ liệu có thể được sử dụng để thay thế cho các phương pháp đọc và ghi dữ liệu thủ công truyền thống, cho phép người vận hành hiểu đầy đủ trạng thái vận hành của từng thiết bị trong nhà máy.
Bằng cách sử dụng giải pháp đám mây IIoT của Advantech, với tính năng truyền dữ liệu không dây và chi phí đầu tư ban đầu cho phần cứng tiết kiệm, khách hàng có thể đạt được việc kiểm soát hoàn toàn tình hình sản xuất và cải thiện mức độ hiệu quả trong vận hành. Mức độ sử dụng thiết bị trong nhà máy chế biến thép trong tháng khi giải pháp của Advantech được giới thiệu đã tăng 26% so với năm trước đó. Cùng với sự cải thiện năng suất sản xuất, hệ thống cũng cho phép người quản lý kiểm soát chính xác tình hình sản xuất của nhà máy. Điều này cho phép khách hàng tối ưu sản xuất và thiết lập các chính sách chấp nhận đặt hàng, do đó đảm bảo các sản phẩm được giao theo đúng kế hoạch để làm tăng mức độ hài lòng của khách hàng. Trường hợp này là ví dụ hoàn hảo cho thấy rằng ngay cả các nhà máy cỡ vừa và nhỏ hoàn toàn có thể vượt qua ngưỡng của mình để trở thành cơ sở sản xuất thông minh.
/WISE-4012_02_S20160304144120.png)
/702-W_220PX20171017131856.jpg)
/APXN-Q5420_RTview_72rgb220px_221720171214052429.jpg)
/WISE-4050_03_S20150525174822.png)
/WISE-4220_25DONE_S20170802110313.png)
