Semnalizare vizuală pentru managementul informat al liniilor de producție

Figura 1: termenul de management vizual implică comunicări menite să determine personalul să ia măsuri – ceea ce diferă de alte comunicări vizuale din fabrică, menite doar să transmită informații. Astfel de lumini de avertizare semnalează existența unei condiții periculoase. (Sursa imaginii: Getty Images)

Figura 2: la fel ca și semafoarele care gestionează comportamentul șoferilor la intersecțiile de străzi, echipamentele de management vizual din aplicațiile industriale au scopul de a face personalul să reacționeze conform cerințelor stabilite ale procesului. (Sursa imaginii: Banner Engineering)

Liniile de producție pentru procesarea, sortarea, transportul, asamblarea și ambalarea mărfurilor încorporează, de obicei, rețele de echipamente care execută simultan sarcini interdependente, dar separate. Astfel de operațiuni necesită includerea de componente pentru o producție sigură și neîntreruptă. Aici, componentele de semnalizare vizuală sunt esențiale. Acestea comunică rapid și eficient datele utilajelor și alte informații utile către personalul fabricii prin intermediul luminilor sau al altor mijloace vizuale (adesea coduri de culoare) – bazându-se foarte puțin sau deloc pe instrucțiuni scrise sau text.

Cunoscut în contextul automatizării industriale și sub numele de control vizual, managementul vizual susține producția optimizată și eficiența abordărilor IIoT pentru fabrici optimizate. Acest management vizual poate lua forma unor marcaje simple pe podelele fabricilor, autocolante și etichete pe panourile de comunicare și pe loturile de piese, turnuri de iluminare (numite lumini „Andon”) și alte dispozitive electronice iluminate pe stațiile de control sau pe utilaje, benzi luminoase pe containerele de piese din stațiile de asamblare și chiar ecrane plate montate pe tavan pentru a comunica în timp real condițiile și instrucțiunile personalului fabricii.

Scopul principal al managementului vizual în liniile de producție este de garanta că toate procesele de producție și de asamblare se desfășoară cât mai sigur și mai eficient posibil prin comunicarea proactivă și în timp util a acțiunilor necesare pe care operatorul sau tehnicianul trebuie să le întreprindă.

Componentele managementului vizual

Componentele managementului vizual din instalațiile automatizate îndeplinesc trei funcții distincte – transmiterea de informații utile privind starea utilajelor și a proceselor din linia de producție, transmiterea de instrucțiuni codificate operatorilor de utilaje și altor categorii de personal din fabrică și urmărirea performanței pe linia de producție pentru luarea unor decizii mai bine informate la nivel de întreprindere. Fiecare dintre aceste funcții este asociată cu game suprapuse de instrumente de management vizual dedicate.

Alarme vizuale pentru personalul instalației

Figura 3: alarmele vizuale se bazează pe senzori care detectează momentul în care se produc evenimente legate de utilaj – și sunt adesea însoțite de sirene sonore. Aici este prezentată o alarmă piezoelectrică iluminată cu leduri pentru montare pe panou și funcționare în rețea CAN prin protocolul SAE J1939-15. Sunetele alarmei pot fi configurate pentru a comunica diverse condiții de alarmă. (Sursa imaginii: Floyd Bell Inc.)

Alarmele vizuale sunt lumini led, lămpi indicatoare și dispozitive luminoase care atrag atenția operatorilor de utilaje și a managerilor de instalație prin mijloace optice – de obicei ca avertisment dedicat unei probleme foarte specifice. Cauzele frecvente ale alarmelor includ blocaje ale utilajelor, supraîncărcare, supraîncălzire, scurgeri, căderi de presiune, defecțiuni electrice, impedanța funcțiilor de siguranță și incendii. Pentru situații deosebit de grave, aceste alarme vizuale sunt însoțite de sirene sonore.

De exemplu, alarmele de incendiu integrează senzori de căldură și de particule de fum, precum și dispozitive electronice robuste programate pentru a emite semnale sonore și luminoase. În unele cazuri, alarmele se conectează și la un sistem de control de nivel înalt care poate comanda ca o anumită alarmă să emită cele mai vizibile alerte în cazul în care se produce o serie de evenimente nefavorabile.

Cele mai multe alarme industriale comunică doar faptul că există o eroare – fără a oferi detalii despre cauza principală a erorii sau despre locația exactă a acesteia. Cu toate acestea, alarmele vizuale de nivel industrial sunt, de obicei, concepute astfel încât chiar și observatorul începător să înțeleagă intuitiv că există o problemă – iar cele mai bune pot asigura o înțelegere imediată a naturii problemei. De exemplu, o alarmă instalată pe o linie de producție ar putea să lumineze intermitent sau să emită un semnal echivalent atunci când senzorii săi asociați detectează un număr preprogramat de rebuturi. Aceasta, la rândul său, îi anunță pe operatorii de schimb că există o problemă într-un punct nespecificat de pe transportor sau de pe linie. La alte utilaje, alarmele vizuale sunt programate să se aprindă și să se stingă intermitent după anumite tipare cronometrate – la fel ca și indicatoarele nautice pentru traficul maritim pe căile navigabile – cu semnificații codificate pentru fiecare tipar de iluminare intermitentă.

Indicatoare de stare a utilajelor

Indicatoarele de stare a utilajelor din mediile industriale includ aparatele de măsură, manometrele și contoarele pe care mulți ingineri le evocă atunci când aud cuvântul indicator. De fapt, indicatoarele de stare includ și alte componente de automatizare – inclusiv lumini de pe panoul de control, turnuri de iluminare și caracteristici HMI care semnifică apariția unui eveniment al utilajului sau un răspuns necesar din partea personalului.

Spre deosebire de alarmele care comunică exclusiv apariția unor evenimente periculoase, neprogramate sau a altor evenimente de întrerupere a procesului, indicatoarele de stare a utilajelor sunt asociate cu evenimente sau măsurători utile și care sunt normale pentru o anumită operațiune. De exemplu, acestea pot afișa în timp real cantitatea de energie electrică consumată sau de căldură generată de un proces care funcționează la o anumită viteză sau un anumit cuplu reglabil pe axa unui echipament monitorizat.

Lumini Andon și turnuri de iluminare

Figura 4: spre deosebire de alarme și indicatoare, luminile Andon sunt dispozitive dedicate unei singure condiții a utilajului. Turnurile de iluminare Andon sunt disponibile într-o varietate de stive (de culoare de iluminare) și diametre. Suporturile standard din industrie și pre-cablarea accelerează integrarea. (Sursa imaginii: Menics)

Luminile Andon sunt o componentă obișnuită de management vizual în instalațiile de producție actuale. Acestea sunt turnuri de iluminare cu diferite culori suprapuse pe verticală. Termenul „andon” provine de la un cuvânt japonez care desemnează un tip de lanternă staționară, iar utilizarea sa în producție provine de la utilizarea de către compania Toyota a termenului „andon” pentru a se referi la sistemele de semnalizare a problemelor din primele sale fabrici moderne, bazate pe lumină.

Luminile Andon se deosebesc de alte componente de management vizual prin faptul că fiecare lumină este asociată cu un anumit dispozitiv de blocare a utilajului, cu un buton de oprire sau cu un dispozitiv de urmărire a operațiunilor. Caracteristica cea mai distinctă a sistemelor Andon este faptul că acestea oferă personalului un mijloc de a opri linia de producție atunci când apare o problemă. Funcția principală a luminilor Andon este de a comunica personalului din apropiere faptul că există o problemă pe linie.

Pe un turn de iluminare Andon, fiecare culoare transmite un mesaj standard în industrie.

• Culoarea verde indică faptul că o linie de producție este în funcțiune și că nu a fost detectată nicio problemă.
• Galben indică faptul că logica utilajului detectează o problemă... deși producția poate fi încă în desfășurare. De obicei, lumina galbenă a unui sistem Andon se aprinde atunci când există o anomalie în linia de producție, cum ar fi temperatură excesivă, deficite, defecțiuni ale utilajului sau un număr anormal de rebuturi. Problemele care declanșează lumina galbenă nu sunt critice, dar pot duce la probleme mai grave dacă nu sunt rezolvate.
• Culoarea roșie indică faptul că producția este oprită – adesea din cauză că un operator al unui utilaj a declanșat un sistem de blocare a utilajului sau a apăsat un buton de oprire electronică. Atunci când un sistem Andon detectează sau primește o alertă cu privire la o problemă critică care necesită atenție imediată, lumina roșie a turnului Andon se aprinde – iar sistemul Andon oprește producția. Dacă producția se oprește, dar nu prin intermediul sistemului Andon (sau se oprește din orice motiv nedetectat de sistemul Andon), lumina roșie Andon se va aprinde intermitent în roșu. Producția rămâne oprită până la remedierea problemei.

În timp ce luminile Andon cele mai comune includ stive de lumini roșii, galbene și verzi, unele au doar roșu și verde. Totuși, altele au o lumină albă și o lumină albastră în stivă. Semnificația standard în industrie a unei lumini albastre aprinse pe un turn Andon este o cerere de asistență – fie că este vorba de reaprovizionarea cu materiale, de atenția personalului de întreținere sau a conducerii. Pe de altă parte, un led alb aprins pe un turn de iluminare Andon comunică în mod obișnuit o condiție specifică utilajului legată de o măsură de productivitate monitorizată.

Marcaje și semnalizare mai simple ale instalațiilor

Figura 5: semnalizarea de siguranță utilizează iconografia standardizată de Asociația Națională a Producătorilor de Electricitate (NEMA), de American National Standards Institute în standardul ANSI Z535 și de Organizația Internațională de Standardizare în standardul ISO 7010. (Sursa imaginii: Getty Images)

Figura 6: un management vizual modest bazat pe semne poate garanta siguranța personalului instalației. (Sursa imaginii: Clarion Safety Systems)

Managementul vizual în mediile industriale nu trebuie să fie neapărat electronic. Marcajele, semnele și etichetele modeste (cu tehnologie redusă) din interiorul și din jurul celulelor de lucru și al utilajelor sunt elemente esențiale ale unei instalații de producție optimizată bine concepute. Această semnalizare are rolul de a instrui și a ghida personalul instalației. De exemplu, marcajele de pe podea pot ghida traficul pietonal de-a lungul unor rute sigure prin unitățile de producție. În altă parte, etichetele bazate pe pictograme pot indica în mod clar pozițiile corecte ale uneltelor, a pieselor de asamblare, a axelor echipamentelor, a porților de siguranță și a altor obiecte.

Cel mai important tip de management vizual bazat pe semne este cel legat de siguranța personalului. Aceste indicatoare sunt obligatorii prin lege în orice loc în care există suprafețe fierbinți, pericole electrice, podele umede sau risc de expunere la radiații. De asemenea, semnele de siguranță îi avertizează pe lucrători cu privire la echipamentul individual de protecție (EIP) necesar pentru o anumită zonă de lucru... și când se apropie de zone interzise personalului neautorizat. Alte exemple de semne pentru managementul vizual al liniilor de producție sunt etichetele și plăcuțele din plastic laminat sau dur care descriu pașii care trebuie urmați ca răspuns la o anumită stare a utilajului sau a instalației sau cum se utilizează un dispozitiv simplu sau un echipament.

Panouri grafice și HMI-uri pentru KPI-uri

Figura 7: panourile de operațiuni și KPI din fabrici iau din ce în ce mai mult forma unor ecrane digitale conectate la IIoT pentru a comunica performanțele individuale ale celulelor de lucru și ale instalației în ansamblu. (Sursa imaginii: Getty Images)

Deși depășește sfera de aplicare a acestui articol, merită menționat faptul că în ultimii ani s-a înregistrat o încredere sporită în HMI pentru transmiterea alertelor și alarmelor la nivel de utilaj. Aceste alerte HMI sunt semnale vizibile pe ecran, care deseori prezintă pictograme pentru a semăna cu luminile fizice de tip dom și Andon, cu care personalul instalației este deja familiarizat.

Pentru comunicarea datelor legate de parametrii la nivel de instalație și de întreprindere (împreună cu informații privind performanța și situația curentă a uneia sau mai multor linii de producție), panourile grafice de la nivelul instalației sunt standard. Aceste panouri includ variante non-electronice și electronice.

Panourile grafice non-electronice sunt table albe de scris și aviziere care afișează informații scrise de mână și documente imprimate de pe computer ale statisticilor de producție legate de randamentul celulelor de lucru, piesele terminate și expediate, incidentele de siguranță și altele.

Panourile grafice electronice simple iau forma unor tablouri de bord cu leduri capabile să afișeze numere pe ecrane matriciale. În schimb, panourile grafice electronice mai sofisticate includ ecrane plate digitale care se conectează în rețea la utilaje și afișează în timp real date despre echipamente, la nivel de fabrică și chiar la nivel de întreprindere. În multe cazuri, randamentul țintă și alte cantități operaționale sunt comparate grafic cu randamentul real și cu cantitățile aferente. Astfel de valori se numesc indicatori cheie de performanță sau KPI – acei indicatori ai ratelor operaționale și ai măsurătorilor de îmbunătățire care oferă informații pentru procesul de luare a deciziilor la nivel de afacere. Pe lângă KPI, panourile de management vizual conțin adesea statistici de performanță legate de îndeplinirea comenzilor la postul de lucru, numărul de piese produse, defecțiunile utilajelor, orele de funcționare fără întrerupere și numărul de zile fără accidente.

Concluzie

Managementul vizual în contextul automatizării industriale include sisteme și componente de semnalizare care comunică instrucțiuni fără text personalului instalației. De fapt, componentele dedicate funcțiilor de management vizual fie transmit informații despre condițiile procesului și ale utilajelor, fie comunică detalii utile despre performanța și randamentul unei linii de producție. Caracterul vizibil al semnelor și semnalelor colorate, luminoase și intermitente este esențial pentru succesul managementului vizual și pentru beneficiile de productivitate ale unei fabrici vizuale IIoT.