Vizuální signalizace pro informovaný management výrobních linek

Obrázek 1: Pojem vizuální management implikuje sdělení, která mají podněcovat personál k akci. Tím se liší od jiných vizuálních sdělení na úrovni závodu, která mají pouze předávat informace. Výstražná světla, jako jsou tyto, oznamují přítomnost nebezpečného stavu. (Zdroj obrázku: společnost Getty Images)

Obrázek 2: Stejně jako semafory pro řízení chování řidičů na křižovatkách ulic má i zařízení vizuálního managementu v průmyslových aplikacích za cíl urychlit reakce personálu na stanovené procesní požadavky. (Zdroj obrázku: společnost Banner Engineering)

Výrobní linky pro zpracování, třídění, dopravu, kompletaci a balení zboží obvykle obsahují sestavy zařízení, které současně provádějí vzájemně související, i když samostatné úkony. Takové operace vyžadují zahrnutí komponent pro bezpečnou a nepřerušovanou výrobu. Klíčové jsou zde komponenty vizuální signalizace. Ty rychle a efektivně sdělují údaje stroje a další užitečné informace personálu závodu prostřednictvím světel nebo jiných vizuálních (často barevně kódovaných) prostředků – s malým nebo žádným spoléháním se na psané pokyny nebo text.

Vizuální management, známý v kontextu průmyslové automatizace také jako vizuální řízení, podporuje štíhlou výrobu a efektivitu IIoT přístupů štíhlé továrny. Takový vizuální management může mít podobu jednoduchých značek na podlaze výrobních hal, nálepek a štítků na komunikačních billboardech a sériích obrobků, světelných semaforů (tzv. Andon světel) a další osvětlené elektroniky na řídicích stanicích nebo strojích, světelných pásů na přihrádkách dílů montážních stanic a dokonce i ploché obrazovky namontované na stropě pro sdělování podmínek a pokynů personálu závodu v reálném čase.

Primárním cílem vizuálního managementu ve výrobních linkách je zajistit, aby všechny výrobní a montážní procesy probíhaly co nejbezpečněji a nejúčinněji prostřednictvím včasných a proaktivních sdělení nezbytných úkonů operátorovi nebo technikovi.

Komponenty vizuálního managementu

Komponenty vizuálního managementu v automatizovaných závodech slouží třem odlišným funkcím – předávat akceschopné informace o stavu strojů a procesů ve výrobní lince, poskytovat kódované pokyny operátorům strojů a dalším zaměstnancům závodu a sledovat výkon výrobní linky pro lépe informovaná rozhodnutí na podnikové úrovni. Každá z těchto funkcí je spojena s překrývajícími se řadami vyhrazených nástrojů vizuálního managementu.

Vizuální alarmy pro personál závodu

Obrázek 3: Vizuální alarmy se spoléhají na senzory, které detekují, když nastanou události stroje – a jsou často doprovázeny zvukovými sirénami. Zde je zobrazen piezo alarm s LED podsvícením pro montáž do panelu a sítě CAN přes protokol SAE J1939-15. Zvuky alarmu lze konfigurovat tak, aby sdělovaly různé stavy alarmu. (Zdroj obrázku: společnost Floyd Bell Inc.)

Vizuální alarmy jsou LED světla, kontrolky a osvětlená zařízení, která opticky přitahují pozornost operátorů strojů a manažerů závodů – obvykle jako vyhrazená varování před jedním velmi specifickým problémem. Mezi běžné příčiny alarmů patří zaseknutí stroje, přetížení, přehřátí, úniky, poklesy tlaku, elektrické poruchy, impedance bezpečnostních funkcí a požár. Pro obzvláště naléhavé situace jsou tyto vizuální alarmy doprovázeny zvukovými sirénami.

Například požární hlásiče integrují tepelné senzory a senzory kouřových částic a také robustní elektroniku naprogramovanou na výstupy zvukových a zábleskových signálů. V některých případech se alarmy také propojují do vysokoúrovňového řídicího systému, který může vyslat příkaz, aby v případě, že dojde k sérii zlověstných událostí, vydal daný alarm své nejnápadnější výstrahy.

Většina průmyslových alarmů pouze sděluje, že došlo k chybě – bez jakýchkoli podrobností o hlavní příčině chyby nebo přesné lokalizaci. Vizuální alarmy průmyslové úrovně jsou však obvykle navrženy tak, aby bylo intuitivní i pro začínajícího pozorovatele, že nastal problém, a ty nejlepší výrobky mohou okamžitě oznámit podstatu problému. Například alarm instalovaný na výrobní lince může blikat nebo vydávat nějaký ekvivalentní signál, když jeho přidružené senzory detekují předem naprogramovaný počet zmetků. To zase umožňuje operátorům směny zjistit, že na nějakém blíže nespecifikovaném místě na dopravníku nebo lince došlo k problému. U jiných strojů jsou vizuální alarmy naprogramovány tak, aby se zapínaly a vypínaly podle časovaných vzorů – podobně jako značky námořních kanálů ve vodní dopravě – s kódovaným významem pro každý vzor blikání.

Indikátory stavu stroje

Indikátory stavu stroje v průmyslovém prostředí zahrnují měřiče, měřidla a počítadla, která si mnozí technici vybaví, když uslyší slovo indikátor. Stavové indikátory ve skutečnosti zahrnují také další automatizační komponenty včetně světel na ovládacím panelu, světelných semaforů a funkcí HMI, které signalizují výskyt události stroje nebo požadovanou reakci personálu.

Na rozdíl od alarmů, které výlučně sdělují výskyt nebezpečných, nerutinních nebo jiných událostí zastavujících proces, jsou indikátory stavu stroje spojeny s akcemi nebo metrikami, které jsou pro danou operaci normální. Například mohou v reálném čase zobrazovat množství spotřebované elektřiny nebo tepla generovaného procesem běžícím při určité nastavitelné rychlosti nebo točivém momentu na monitorované ose zařízení.

Andon světla a světelné semafory

Obrázek 4: Na rozdíl od alarmů a indikátorů jsou Andon světla zařízení určená pro stav jednoho stroje. Světelné semafory Andon se dodávají v různých počtech a průměrech stohů (barvy světel). Rychlá integrace pomocí standardních držáků a předem nachystané kabeláže. (Zdroj obrázku: společnost Menics)

Andon světla jsou v dnešních výrobních závodech běžnou součástí vizuálního managementu. Jsou to světelné semafory s různými vertikálně nastohovanými barvami. Termín Andon pochází z japonského slova pro jeden typ stacionární lucerny. Označení Andon začala ve výrobě používat firma Toyota pro světelné systémy signalizace problémů ve svých raně moderních továrnách.

Andon světla se liší od ostatních komponent vizuálního managementu tím, že každé z nich je spojeno s daným blokováním stroje, tlačítkem zastavení nebo zařízením pro sledování operací. Nejvýraznějším rysem Andon systémů je to, že umožňují personálu zastavit výrobní linku, když nastane problém. Primární funkcí Andon světel je sdělit personálu nablízku, že je na lince nějaký problém.

Na světelném semaforu Andon vyjadřují jednotlivé barvy standardní sdělení.

• Zelená indikuje, že je výrobní linka v provozu a že nebyl zjištěn žádný problém.
• Žlutá znamená, že logika stroje detekuje problém, ačkoli výroba může stále běžet. Žluté světlo Andon se obvykle rozsvítí, když na výrobní lince dojde k nějaké abnormalitě, jako je nadměrná teplota, nedostatek, porucha stroje nebo abnormální počet zmetků. Problémy, které spouštějí žluté světlo, nejsou kritické, ale pokud se neřeší, mohou vést k závažnějším problémům.
• Červená označuje, že je výroba zastavena – často proto, že obsluha stroje aktivovala blokování stroje nebo stiskla tlačítko nouzového zastavení. Když Andon systém detekuje nebo obdrží upozornění na kritický problém vyžadující okamžitou pozornost, rozsvítí se na světelném semaforu Andon červené světlo a systém Andon zastaví výrobu. Pokud se výroba zastaví, ale ne prostřednictvím systému Andon (nebo se zastaví z jakéhokoli důvodu nezjištěného systémem Andon), bude červené světlo Andon červeně blikat. Výroba zůstává pozastavena, dokud se problém nevyřeší.

Zatímco mezi nejběžnější světla Andon patří stohy s červeným, žlutým a zeleným světlem, některé semafory obsahují pouze červené a zelené světlo. Přesto některé z nich obsahují ve stohu i bílé a modré světlo. Průmyslový standardní význam rozsvíceného modrého světla na semaforu Andon je žádost o pomoc – ať už jde o dodávku materiálu, personál údržby nebo management. Na druhé straně svítící bílé LED světlo na světelném semaforu Andon obvykle sděluje stav specifický pro stroj související s monitorovaným opatřením produktivity.

Jednodušší značení a systém značek závodu

Obrázek 5: Bezpečnostní značení využívá ikonografii standardizovanou Národní asociací elektrických výrobců („National Electrical Manufacturers Association“, NEMA), Americkým národním standardizačním institutem („American National Standards Institute“) ve standardu ANSI Z535 a Mezinárodní organizací pro normalizaci („International Organization for Standardization“) ve standardu ISO 7010. (Zdroj obrázku: společnost Getty Images)

Obrázek 6: Jednoduchý vizuální management založený na značkách může zajistit bezpečnost personálu závodu. (Zdroj obrázku: společnost Clarion Safety Systems)

Vizuální management v průmyslovém prostředí nemusí být elektronický. Základními prvky dobře navrženého závodu štíhlé výroby jsou jednoduchá (low-tech) značení, značky a štítky v pracovních buňkách, na strojích a kolem nich. Taková značení slouží k poučení a navádění personálu závodu. Například podlahové značení může vést pěší provoz přes výrobní závod po bezpečných trasách. Jinde mohou štítky založené na ikonách jasně označovat správné polohy nástrojů, dílů pro montáž, os zařízení, bezpečnostních bran a dalších předmětů.

Nejdůležitějším typem vizuálního managementu založeného na značkách je ten, který se týká bezpečnosti personálu. Takové značení je vyžadováno zákonem všude tam, kde jsou horké povrchy, elektrická nebezpečí, mokré podlahy nebo riziko vystavení radiaci. Bezpečnostní značky také upozorňují pracovníky na požadované osobní ochranné prostředky (OOP) pro konkrétní pracovní oblast a na to, že se přibližují k místům, která jsou určena pouze oprávněným osobám. Dalšími příklady značek pro vizuální management výrobních linek jsou laminovaná nebo tvrdá plastová označení a štítky popisující kroky, které je třeba podniknout v reakci na daný stav stroje nebo závodu nebo jak ovládat jednoduché zařízení nebo část zařízení.

Grafické tabule a HMI pro KPI

Obrázek 7: Operace a tabule KPI v továrnách mají stále více podobu digitálních obrazovek připojených k IIoT, které informují o jednotlivých pracovních buňkách a celkovém výkonu závodu. (Zdroj obrázku: společnost Getty Images)

I když to přesahuje rámec tohoto článku, stojí za zmínku, že v posledních letech jsme při přenosu výstrah a alarmů na úrovni strojů zaznamenali zvýšenou závislost na HMI. Tyto výstrahy HMI jsou nápadné signály na obrazovce, které jsou často v podobě ikon, aby se podobaly fyzickým kopulovým a Andon světlům, se kterými je personál závodu již obeznámen.

Ke komunikaci dat souvisejících s metrikami na úrovni závodu a podniku (spolu s informacemi o výkonu jedné nebo více výrobních linek a aktuální situaci) jsou standardem grafické tabule na úrovni závodu. Tyto tabule zahrnují neelektronické a elektronické varianty.

Neelektronické grafické tabule jsou bílé tabule na psaní a nástěnky zobrazující ručně psané informace a počítačové výtisky výrobních statistik souvisejících s propustností pracovních buněk, dokončenými a expedovanými díly, bezpečnostními incidenty a dalšími informacemi.

Jednoduché elektronické grafické tabule mají podobu LED tabulí schopných zobrazovat čísla na jehličkových obrazovkách. Naproti tomu sofistikovanější elektronické grafické tabule zahrnují digitální ploché obrazovky, které se propojují se stroji a zobrazovacím zařízením, daty na úrovni továrny a dokonce i na podnikové úrovni v reálném čase. V mnoha případech se cílová průchodnost a další provozní veličiny vykreslují proti skutečné průchodnosti a souvisejícím veličinám. Takové hodnoty se nazývají klíčové ukazatele výkonnosti neboli KPI – ukazatele provozních metrik a měření zlepšení, které slouží k rozhodování na firemní úrovni. Kromě KPI obsahují tabule vizuálního managementu často statistiky výkonu související s vychystáváním objednávek na pracovní stanici, počtem vyrobených dílů, poruchami strojů, hodinami provozu bez přerušení a počtem dní bez nehody.

Závěr

Vizuální management zahrnuje v kontextu průmyslové automatizace systémy a signalizační komponenty, které personálu závodu sdělují netextové pokyny. Komponenty vyhrazené funkcím vizuálního managementu ve skutečnosti buď předávají informace o stavu procesu a stroje, nebo sdělují užitečné podrobnosti o výkonu a propustnosti výrobní linky. Základem úspěchu vizuálního managementu a výhod produktivity vizuální továrny IIoT je jejich z podstaty nápadná povaha barevných, zářících a blikajících znaků a signálů.