СМПО Foreman — промышленный Интернет для российских предприятий

Андрей Ловыгин, директор компании «ЛО ЦНИТИ»

В последнее время системы мониторинга станочного парка стали очень востребованным ИТ­продуктом. Говоря откровенно, комплексы диспетчеризации существовали еще на советских фабриках, правда степень их автоматизации была невелика. Современный уровень развития электроники, средств связи, веб­технологий и устройств числового программного управления (УЧПУ) позволяет решать задачу контроля и повышения эффективности работы промышленного оборудования в новом ключе.

Хочется отметить любопытный факт: рассматриваемый нами сегмент рынка — один из немногих, в котором иностранные продукты были практически полностью вытеснены и заменены на российские. Продолжая работать преимущественно на зарубежном оборудовании, мы контролируем его эффективность уже при помощи отечественных решений.

Причина низкой эффективности

Существующие рыночные реалии заставляют задуматься об увеличении коэффициента использования оборудования. Что касается средне­ или мелкосерийного производства, то оно характеризуется большим количеством переналадок и, как следствие, потерями общего фонда времени работы, в течение которого станок занят непосредственно обработкой деталей. Если же принять во внимание неизбежные отказы в работе, организационные и технические простои, то проблема рационального использования ресурсов становится весьма актуальной.

Пример отчета в СМПО Foreman с диаграммой и табличными данными о причинах и времени простоя станков

Производственный опыт большинства машиностроительных предприятий показывает, что существует довольно ограниченный круг причин, вызывающих простои в полезной работе станка: наладка; холостая отработка управляющей программы (УП); установка и снятие заготовки; различные поломки и техническое обслуживание; контрольно­измерительные и вспомогательные операции; отсутствие заготовки, корректной УП, оснастки или необходимой документации. Очевидно, что некоторые из перечисленных проблем возникают из­за естественного хода производства, другие — это внеплановые простои, вызванные в первую очередь человеческим фактором: ошибками оператора, наладчика и несогласованными действиями различных служб, отвечающих за подготовку производства.

Обладая достоверной и наглядной информацией о ходе выполнения производства, состоянии и общей эффективности оборудования (OEE), скрытых резервах для ее повышения и ограничивающих ресурсах, можно осуществлять мероприятия, направленные на увеличение прибыли предприятия за счет сокращения времени реакции специалистов на возникающие проблемы, минимизации брака и четкого соблюдения производственного плана.

Электронный надсмотрщик и помощник

Система мониторинга промышленного оборудования Foreman представляет собой программно­аппаратный комплекс, обеспечивающий мониторинг работы станочного парка и персонала в режиме реального времени, классификацию и анализ простоев, оперативную диспетчеризацию цеховых и сервисных служб, передачу управляющих программ на станки с ЧПУ и выпуск отчетов об эффективности производства.

Основой аппаратной частью комплекса является терминал с сенсорным экраном, пленочной клавиатурой и набором портов для передачи данных — так называемый электронный блок мониторинга, который монтируется в наиболее удобном для подключения, безопасном и легко доступном для оператора месте на корпусе станка или стойки ЧПУ.

СМПО Foreman — первая отечественная система для мониторинга станочного парка. На фото: электронный блок мониторинга Foreman PRO со сканером штрих-кода на станке с ЧПУ

Терминал, подключенный к электроавтоматике и, при наличии, к одному из портов ввода­вывода информации (RS­232 или LAN), автоматически собирает информацию о состоянии станка и отправляет ее по сети Ethernet в базу данных на сервере. Программное обеспечение — вторая часть комплекса — обрабатывает полученные данные и представляет их пользователям в удобном и наглядном виде.

Общая схема работы СМПО Foreman. Новая гибридная технология позволяет подключаться к станкам несколькими способами, при этом поддерживается прямая коммутация с Fanuc, Heidenhain, HAAS, Sinumerik и другими системами ЧПУ

Если станок включен, а полезная работа, то есть УП, не выполняется, оператор должен указать причину простоя, выбрав ее из списка на экране терминала, — в противном случае простой будет зарегистрирован как «Необоснованный». Действуя таким образом, мы решаем сразу две важные задачи: во­первых, наполняем базу системы данными о причинах и длительности внеплановых простоев — для последующего анализа, а во­вторых, отправляем в соответствующие подразделения предприятия уведомления для оперативного устранения возникшей проблемы. Например, если станок не работает из­за отсутствия программы обработки, то SMS или e­mail поступит технологам­программистам; в случае поломки — моментально будет проинформирован главный механик. Полезную информацию получает и оператор станка — на экран может выводиться сменно­суточное задание, нормативы времени на его выполнение, список необходимых УП и даже карта наладки.

Таким образом, концепция СМПО Foreman заключается в комбинации мониторинга работы станочного парка и ассистирования всем участникам производственного процесса. Руководитель принимает управленческие решения на основе объективной информации о работе оборудования и ходе выполнения производственного процесса. Цеховые службы становятся более оперативными, реагируя на сигналы и запросы, поступающие от станков. Оператор, в свою очередь, мотивирован системой на выполнение операций точно в срок.

Гибридный мониторинг

Схема работы системы мониторинга промышленного оборудования подразумевает передачу данных со станков по локальной (реже беспроводной) сети на сервер, с последующей обработкой и визуализацией в клиентских приложениях — пользователи получают картину работы станочного парка в режиме реального времени, а также могут формировать отчеты за определенный временной интервал о состоянии оборудования, эффективности работы, причинах и времени простоя, коэффициенте загрузки и количестве обработанных деталей. Можно выделить два основных варианта реализации, каждый из которых обладает определенными преимуществами и недостатками: аппаратная — когда используются датчики и/или специальные терминалы, подключаемые к электроавтоматике станка для регистрации его базовых состояний, и программная — обеспечивается прямой коммутацией сервера мониторинга с УЧПУ.

Приложение Генератор отчетов предлагает широкий выбор отчетов уже в базовой поставке системы

СМПО Foreman 2017 предлагает возможность настраивать «статусы ЧПУ», то есть задавать комбинацию сигналов УЧПУ для определения текущего состояния станка

Очевидный плюс аппаратной технологии мониторинга заключается в возможности сбора дискретных сигналов практически c любого оборудования — система охватывает не только оборудование с ЧПУ, но и универсальные станки, сварочные установки, печи термической обработки и т.д. Кроме того, при наличии терминала появляется возможность указывать причины простоя и расширять функционал за счет подключения периферийных устройств, например сканера штрих­кода или датчика RFID (Radio Frequency IDentification — радиочастотная идентификация). Минусы решения: данные ограничены лишь базовыми состояниями, датчики и блоки мониторинга необходимо смонтировать и физически подключить к станку.

Вставляем сетевой кабель в соответствующий разъем стойки ЧПУ и задаем IP­адрес станка в настройках приложения мониторинга — таким простым в идеале должно быть программное подключение. Однако при реализации подобной технологии на практике встречается множество преград. Во­первых, далеко не все УЧПУ оснащены сетевой картой и портом LAN. Во­вторых, только часть из них допускает свободный обмен системными данными. Во многих случаях вам потребуется установить или активировать специальные программные модули в ЧПУ станка — здесь уместно вспомнить опцию 18 в Heidenhain — или использовать специальные программные библиотеки, например Fanuc Focas. В­третьих, получаемую информацию нужно будет свести еще и к общему знаменателю — производители пока не придерживаются какого­либо единого стандарта. Самая большая проблема заключается в том, что обычно станочный парк предприятия представляет собой «зоопарк», состоящий из станков различных типов и марок. Таким образом, если часть имеющегося в вашем распоряжении оборудования не поддерживает программную реализацию мониторинга либо вовсе не имеет контроллера, то возникает резонный вопрос о целесообразности выбора подобного решения.

Классическая программная технология позволяет собирать большой массив данных о работе оборудования. Проблема заключается в том, что значительная часть получаемой информации относится к технологическим параметрам или системным переменным станка (скорость, подача, координаты, нагрузка, код ошибки) и интересна лишь как справочный материал для узкого круга специалистов, но никак не для администрации предприятия. Разумеется, в этом случае возможен расчет фактического коэффициента загрузки, но говорить о каком­либо повышении эффективности производства не приходится. Вы действительно сможете избежать влияния человеческого фактора, но не получится выявить «узкие места» производства и принять управленческие решения для минимизации внеплановых простоев. Пока роботы не заменили на производстве людей, а станок не знает, почему он простаивает, единственный способ решить обозначенную проблему — улучшить организацию работы персонала.

Новая версия СМПО Foreman предлагает абсолютно новый, гибридный способ взаимодействия со станками, позволяющий выбирать или даже сочетать аппаратные и программные технологии в зависимости от характеристик и функциональных возможностей объекта мониторинга. Современные станки, оснащенные УЧПУ с сетевой картой, могут быть подключены напрямую «по проводам» к серверу мониторинга, без необходимости применения терминалов. Во избежание недостатков программной технологии терминалы в этом случае можно оставить и использовать не только для указания причин простоя, но и для ретрансляции данных из УЧПУ. Старое оборудование и станки, не допускающие свободного информационного обмена, подключаются к системе с использованием традиционных аппаратных средств. Таким образом, система способна объединить в единое информационное пространство как новейшие импортные, так и отечественные станки предыдущих поколений.

Больше возможностей

Специалисты предприятия с помощью системы мониторинга так или иначе планируют решать разнообразные задачи, и, как следствие, программные продукты усложняются, обрастают новым функционалом, эволюционируют в сторону управления многочисленными процессами, связанными с работой станочного парка.

Приложение Менеджер УП, входящее в продуктовую линейку СМПО Foreman, представляет собой профессиональный редактор и архив управляющих программ. Удобный инструмент для ежедневной работы технолога­программиста обладает специализированными функциями для поиска и форматирования, обеспечивает цветовое распознавание кода, прием и отправку файлов на станки, позволяет отслеживать версионность и статус ЧПУ­программ.

Для решения задач технического обслуживания и ремонта обычно используют специализированное программное обеспечение класса ТОиР, в которое из системы мониторинга передаются данные о наработке (моточасах) станка.

Еще одно направление для возможной интеграции — это автоматизированное управление производством. В процессе выполнения технологических операций комплекс мониторинга собирает и отправляет огромный массив данных о фактическом состоянии оборудования в MES­ или ERP­систему. Вся эта информация позволяет точно определить этап выполнения заказа, состояние обрабатываемых деталей и сборочных единиц (ДСЕ), причины задержки и брака, а также оперативно скорректировать производственный план.

Программное обеспечение СМПО Foreman не только легко интегрируется с профессиональными ТОиР­системами, но и способно взаимодействовать с популярными в нашей стране PDM­, MES­ и ERP­системами.

Некоторые из аппаратных опций системы мониторинга также могут оказаться вам весьма полезными. Датчик RFID используется для авторизации исполнителя: оператор, заступая на смену или заканчивая ее, подносит свой электронный пропуск к считывателю, что в дальнейшем позволит провести анализ фактического времени его работы и выполненных операций. Сканер ШК, подключенный к одному из портов электронного блока мониторинга, применяется для считывания штрих­кодов на маршрутных и технологических картах, позволяет отмечать и отслеживать перемещение партии деталей по обрабатывающим центрам и участкам.

IP­камера реагирует на изменение состояния станка — запись ведется круглосуточно, а в случае, например, аварии система автоматически предоставит небольшой ролик, совпадающий по времени с инцидентом. Промышленные информационные терминалы, в свою очередь, используются для контроля выполнения производственных операций на участках, не оснащенных станками, — это может быть слесарный участок или отдел технического контроля (ОТК).

Положительный эффект

Обычно инициатором внедрения системы мониторинга выступает администрация предприятия, которая заинтересована в обеспечении выпуска качественной продукции в минимально возможные сроки и в уменьшении затрат, в том числе на покупку новых станков. При этом руководству завода совершенно неинтересно знать о параметрах и сигналах, поступающих от УЧПУ.

Качество и количество собираемых с оборудования данных определяются уровнем пользователя продукта и существующими производственными проблемами. Проще говоря, директору и главному инженеру могут потребоваться отчеты с показателями OEE и причинами простоя; начальник цеха и мастер захотят видеть в режиме реального времени статус оборудования; главный механик хочет получать уведомления об аварийных сигналах и наработке оборудования; ремонтник получает доступ к списку кодов ошибок станка; технолог интересуется стадией и режимами выполнения обработки; программист должен передать УП на станок; экономисту нужны данные о стоимости изготовления детали.

Главное окно приложения Менеджер УП в СМПО Foreman

Пользователи отмечают, что коэффициент загрузки оборудования повышается от 10 до 25% за 3­4 месяца эксплуатации, кроме того, улучшается процесс планирования, значительно ускоряется взаимодействие цеховых служб предприятия, появляются основания для того, чтобы избежать необоснованных расходов на приобретение дополнительного технологического оборудования.

По нашим расчетам, внедрение СМПО Foreman на предприятии, работающем в две смены со станочным парком в 100 единиц, даст экономический эффект порядка 130 млн руб. в год при увеличении загрузки оборудования всего на 10%. Система отличается возможностью оперативного развертывания и масштабирования, а учитывая невысокую стоимость, можно подсчитать, что срок ее окупаемости лежит в диапазоне от 6 до 12 месяцев.

Приложение Мониторинг онлайн в СМПО Foreman позволяет контролировать работу станочного парка в режиме реального времени

Рынок наш

Трудно сказать, какой из зарубежных продуктов стал родоначальником класса MDC/MDA или кто сейчас лидирует на мировом рынке, но можно однозначно утверждать, что СМПО Foreman — это первая отечественная разработка для мониторинга работы станочного парка. Ранние версии продукта появились еще в 2007 году, а спустя два года был реализован первый коммерчески успешный проект.

На исследования и разработку аппаратной платформы СМПО Foreman ушло около 1,5 лет. Блок мониторинга Foreman Pro обладает защищенным корпусом (IP 64/65), качественным цветным дисплеем, внутренней памятью и поддержкой технологии Power over Ethernet (PoE)

Программные и аппаратные продукты СМПО Foreman разработаны и производятся на собственных мощностях в Санкт­Петербурге. В настоящее время система работает на более чем 70 предприятиях и занимает наибольшую долю российского рынка. Среди пользователей — флагманы промышленности, такие крупные предприятия, как АО «ГОЗ Обуховский Завод», АО «Завод Радиотехнического Оборудования», АО «НПФ «Микран», АО «Сарапульский электрогенераторный завод», РФЯЦ­ВНИИЭФ, АО «АЭМ­Технологии — Петрозаводскмаш», а также относительно небольшие производства: «НПП Орион», «АДАР», «ДС Контролз» и др.

MonitoringCNC в СМПО Foreman — первое и единственное в мире приложение для Apple Watch, позволяющее контролировать работу станков с ЧПУ прямо на запястье владельца

Инновации из России

Один из редких примеров успешного импортозамещения — иностранные системы мониторинга станков с ЧПУ были практически полностью вытеснены с российского рынка. Самое интересное, что процесс этот не был навязан сверху, просто отечественные разработчики стали предлагать больше возможностей за меньшие деньги. Более того, у наших продуктов есть все шансы занять лидирующие позиции на мировой арене, так как заложенные в них технологии во многом уникальны.

В качестве примера подобных инноваций, а заодно для иллюстрации понятия «Интернет вещей» можно привести первое и единственное в мире нативное приложение MonitoringCNC, предназначенное для контроля над станочным парком предприятия посредством умных часов Apple Watch.

Пакет «Индустрия 4.0» 2017­й версии СМПО Foreman объединяет технологии, которые еще вчера казались фантастикой. Прежде всего, речь идет о первом в России приложении для мониторинга работы станков, использующем дополненную реальность (Augmented Reality). Наводя камеру мобильного устройства на станок, вы получаете поверх его изображения исчерпывающую информацию о состоянии, параметрах, необходимости технического облуживания или ремонта.

Технология дополненной реальности постепенно входит и в мир станков с ЧПУ

Вторая новинка реализована в виде чат­бота, который скрывается в трее операционной системы и служит для интерактивного общения с системой. Используются методы предсказательной аналитики для прогнозирования проблем производства, возможных поломок оборудования, формирования отчетов и выполнения различных действий, исходя из опыта и предпочтений пользователя.

В случае прямого подключения к УЧПУ станка появляется возможность для дистанционного отслеживания рабочих перемещений станка, выполняемых по УП. В режиме реального времени система мониторинга отображает на экране ПК схематичное изображение фактической траектории.

Обновленное приложение Менеджер УП способно обеспечить защиту геометрической и технологической информации, содержащейся в УП от возможных угроз несанкционированного доступа. При этом производится преобразование отдельных параметров исходной программы обработки таким образом, что ее несанкционированное использование или модификация становятся невозможными.

В общем, если вы слышали о промышленном Интернете, нейронных сетях и больших данных (Big Data), то знайте, что практическое применение новейших технологий возможно уже сегодня, причем не в научных лабораториях за рубежом, а во вполне конкретном российском продукте.

Говоря об успехах наших разработчиков, стремящихся вписаться в идеи четвертой промышленной революции, приходится констатировать, что значительная доля российских машиностроительных предприятий все еще не обладает современной ИТ­инфраструктурой. Попытка инсталляции системы мониторинга станочного парка может запросто упереться в отсутствие локальной сети в цехе или столкнуться с воинственным нежеланием операторов попасть под неусыпный контроль. Тем не менее культура производства продолжает расти и, как мы надеемся, в ближайшие 3­5 лет IIoT­решения станут более активно внедряться и на отечественных предприятиях.

Преимущества на практике

Если спуститься с небес на землю и посмотреть на продукт мониторинга не через призму инновационности, а всего лишь как на инструмент контроля и повышения эффективности производственных процессов, связанных с обработкой на станках с ЧПУ, то вырисовывается вполне четкий круг задач, которые должны решаться с его помощью:

• круглосуточный мониторинг станочного парка;
• контроль времени работы производственного персонала;
• формирование отчетов для анализа состояния, загрузки, эффективности и причин простоя оборудования;
• планирование и отслеживание выполнения операций;
• уведомление (диспетчеризация) цеховых служб посредством SMS и e­mail об изменении состояния станков;
• централизованное хранение и передача УП.

Система мониторинга промышленного оборудования Foreman не только предлагает необходимый функционал для решения этих задач, но и обладает определенными преимуществами перед иностранными конкурентами и продуктами различных стартапов.

Прежде всего, отметим универсальность — допускается подключение к любому станку и разными способами: с использованием терминала или путем соединения сервера мониторинга с LAN­портом УЧПУ; а можно просто обойтись 100%­й программной технологией. Таким образом, вы сможете параллельно не только детально контролировать состояние оборудования, но и повышать эффективность его использования путем сокращения внеплановых простоев.

Данные из системы ЧПУ станка при прямом программном подключении

Благодаря тщательной проработке архитектуры аппаратной части был обеспечен задел для дальнейшего развития линейки электронных блоков мониторинга. В некоторых моделях доля отечественных комплектующих может достигать 60%. «Железо» нашей системы отличается в лучшую сторону от терминалов­регистраторов, построенных на базе недорогих китайских компонентов.

Многофункциональный электронный блок мониторинга Foreman Pro обладает защищенным корпусом (IP 64/65), качественным цветным дисплеем, внутренней памятью, множеством интерфейсов, поддержкой технологии Power over Ethernet. PoE позволяет обойтись без внешнего блока питания и работать независимо от того, включен станок или выключен.

Клиентские приложения СМПО Foreman предлагают современный интерфейс и большое количество отчетов уже в базовой поставке: Коэффициент загрузки оборудования, Причины простоя, События ALARM, Общая эффективность оборудования (OEE), Количество деталей, Диаграмма Ганта событий, Производственные операции и т.д.

Отображение состояние оборудования на схеме участка в приложении Цех Онлайн

В отличие от ряда программных продуктов, сохраняющих аналитику только в Excel, они готовы экспортировать результаты сразу в несколько форматов: HTML, MHT, XLS, PDF, BMP, JPEG, GIFF, PNG, TIFF.

Мониторинг состояния оборудования в режиме реального времени возможен не только на ПК с ОС Windows, но и посредством интернет­браузера или мобильных электронных устройств на базе iOS и Android. Обеспечивается поддержка Microsoft SQL Server, Oracle и свободной объектно­реляционной системы управления базами данных PostgreSQL, что может быть актуально для заводов военно­промышленного комплекса.

Если вы заинтересованы в повышении эффективности процессов, связанных с работой станков с ЧПУ, стремитесь сделать производство современным и прозрачным, а значит более конкурентоспособным, обратитесь к разработчику системы. Специалисты ЛО ЦНИТИ проведут обследование инфраструктуры и дадут рекомендации по выбору оптимальной конфигурации и возможностям интеграции. Внедрение СМПО Foreman — это первый шаг к технологиям промышленного Интернета и концепции Industry 4.0 на вашем предприятии! 

Подробная информация о продукте на сайте monitoringcnc.ru.