Serwonapędy – dużo więcej niż napęd

RedakcjaWywiad

O trendach w branży, bezpieczeństwie maszyn, diagnostyce mechaniki i o tym, dlaczego serwonapędy są sercem automatyki rozmawiamy z Jakubem Kwiatkowskim, Product Managerem.

Jak wygląda głośny obecnie temat Industry 4.0 w odniesieniu do serwonapędów?

Industry 4.0 obejmuje bardzo szeroki zakres zagadnień. Na pewno jest wokół nich dużo marketingu, który pobudza pewne wyobrażenia, nie zawsze zgodne z prawdziwymi założeniami. Nie wszystkie elementy są też nowe, wiele znamy od lat, ale Industry 4.0 rzuca na nie nowe światło lub je rozszerza, jak np. potrzebę połączenia funkcji technicznych ze światem IT. Krótko można powiedzieć tak: maszyny muszą stać się nowocześniejsze, bo cała produkcja ma stać się nowocześniejsza. Do przemysłu wkracza świat IT i nowoczesne zarządzanie.

Jak tu odnieść napędy serwo? Otóż są to najnowocześniejsze dostępne rozwiązania w obszarze napędowym. Nie da się więc zbudować nowoczesnej maszyny, działającej w nowoczesnej fabryce, bez tak nowoczesnego napędu. Bo serwo to dużo więcej niż napęd.

Poruszmy zatem kilka takich tematów. Coraz częściej właśnie mówi się o działaniach Predictive i Preventive Maintenance. Jaka jest między nimi różnica?

Diagnostyka prewencyjna i predykcyjna to dwa różne podejścia do zagadnienia utrzymania sprawności elementów mechanicznych maszyn. Diagnostyka prewencyjna to strategia polegająca na dokonywaniu napraw i innych serwisów mechaniki na podstawie prostych danych historycznych, czyli np. co określoną w instrukcjach producentów liczbę przepracowanych godzin, liczbę przejechanych przez napędy kilometrów, czas lub liczbę wyprodukowanych detali.

Diagnostyka predykcyjna to strategia polegająca na przewidywaniu ewentualnych uszkodzeń na podstawie naukowych badań i zaawansowanych technik analitycznych. Przy tym podejściu badamy obecny stan elementów, korelujemy to z danymi historycznymi i wyciągamy wnioski na przyszłość. Czyli, właściwie, przewidujemy przyszłość.

Zilustruję to praktycznym przykładem: takim standardowym działaniem serwisowym w samochodzie jest wymiana oleju silnikowego. Zwykle robimy to co np. 15 tys. km lub co rok, bo tak mówi instrukcja obsługi samochodu czy informacja od producenta oleju. I jest to oczywiście działanie prawidłowe, choć łatwo sobie wyobrazić, że ten sam model samochodu, który jeździ w cyklu miejskim, po płaskim terenie i jest prowadzony przez kierowcę o łagodnym stylu jazdy, inaczej przepracowuje olej niż auto jeżdżące w terenie, z przyczepą i przy kierowcy „z ciężką nogą”. W tym pierwszym przypadku olej nie jest jeszcze bardzo zużyty, mógłby popracować nieco dłużej, a użytkownik mniej zapłaciłby za obsługę. W drugiej sytuacji być może olej stracił swoje właściwości po 10 tys. km i dalsza jazda nie jest już zdrowa dla silnika.

Dobrze by było zatem jakoś mierzyć jakość tego oleju i wymieniać go dopiero, gdy jest ona nieodpowiednia. Są takie pojazdy, które rejestrują cykl jazdy, obciążenie silnika, analizują jakość spalin czy temperaturę oleju, badają jego przezierność i na tej podstawie wysyłają sygnał użytkownikowi, że czas na wymianę. Co więcej, jeżeli system jest automatyczny, to może nawet nie dopuścić do nadmiernego obciążania silnika, po to, aby go nie uszkodzić przy słabym oleju. Można tylko powoli jechać do serwisu. I to jest właśnie przykład diagnostyki predykcyjnej – naukowe podejście, badania i skomplikowana analiza pozwala przewidzieć przyszłość.

Serwonapędy to najnowocześniejsze rozwiązania w obszarze napędowym.
Nie da się zbudować nowoczesnej maszyny, działającej w nowoczesnej fabryce,  bez tak nowoczesnego napędu. Serwo to dużo więcej niż napęd.
Zagraniczne trendy mówią o rosnącym zainteresowaniu funkcjami bezpieczeństwa w napędach. Jak wygląda sytuacja w Polsce?

Tak naprawdę wynika to z rozwoju technologii i zwiększania produktywności. Dzięki funkcjom bezpieczeństwa możemy lepiej kooperować z maszynami, zbliżać się do ruchomych części czy ograniczać czas przestoju po sytuacji awaryjnej. Wyobraźmy sobie sytuację, że w jakiejś maszynie jest transporter, na którym jadą opakowania z produktem, a mały manipulator dokłada do niego dodatkowy element. Obie te części maszyny są napędzane serwonapędami. Jeśli operator zauważy, że opakowanie stoi krzywo i manipulator może nie trafić do niego, podchodzi do maszyny i poprawia ułożenie. System bezpieczeństwa w tej maszynie pozwala bowiem na wykrycie obecności człowieka, spowolnienie transportera do bezpiecznej prędkości oraz unieruchomienie manipulatora w bezpiecznej pozycji. Przy braku zaawansowanego systemu bezpieczeństwa albo musielibyśmy się pogodzić z niedołożonym do opakowania elementem, albo w celu poprawy musielibyśmy zatrzymać całą maszynę, a potem uruchomić ją ponownie, co zabrałoby dużo cennego czasu.

Maszyny są już od dawna projektowane tak, żeby były bezpieczne. Nowoczesne systemy bezpieczeństwa nie tylko chronią pracowników, ale także dbają o wysoką wydajność i elegancję pracy maszyny. Chronią też komponenty maszyny, ponieważ np. całkowite wyłączanie i ponowne włączanie napędu skraca jego żywotność, a duże przeciążenia, które mogą występować przy niekontrolowanych awaryjnych zatrzymaniach, niszczą elementy mechaniczne maszyny. Istotnym aspektem jest też wielkość maszyny. Dziś, dzięki funkcjom bezpieczeństwa, może ona zajmować mniej cennego miejsca.

W Polsce od pewnego czasu obserwujemy duże zainteresowanie zaawansowanymi funkcjami bezpieczeństwa, choć fala ta nadeszła później niż na Zachodzie. Nie wynika to oczywiście z poziomu technicznego naszych zakładów produkcyjnych czy producentów maszyn – zdecydowanie nie odbiega on od zachodniego. Wciąż koszty pracy w Polsce są niższe niż na Zachodzie, fabryki chyba stać na manualne naprawianie błędów i nie borykają się jeszcze z dużymi problemami z powierzchniami produkcyjnymi.

Myślę, że to nawet lepiej, że ta fala nadeszła później. Nasi inżynierowie mają czas przemyśleć wdrażane rozwiązania, wyszkolić się i projektować naprawdę udane maszyny pod względem wydajności i bezpieczeństwa.

Serwonapędy to najnowocześniejsze rozwiązania w obszarze napędowym.
Nie da się zbudować nowoczesnej maszyny, działającej w nowoczesnej fabryce,  bez tak nowoczesnego napędu. Serwo to dużo więcej niż napęd.
Co możemy zaoferować, aby zapewnić bezpieczeństwo napędów?

Tu mogę z dumą powiedzieć, że Mitsubishi Electric posiada kompletne rozwiązanie dla systemów bezpieczeństwa jeżeli chodzi o sterowanie i napędy. Specjalnie powiedziałem „rozwiązanie”, bo to nie pojedynczy produkt czy nawet jedna grupa produktów. Posiadamy sterowniki Safety, z odpowiednimi wejściami i wyjściami, w funkcję Safety wyposażone są zarówno napędy serwo, jak i przemienniki częstotliwości, podobnie z robotami. A ponadto posiadamy dedykowany protokół komunikacyjny oparty o sieć CC Link IE Field.

Serwonapędy posiadają oczywiście szereg specyficznych, charakterystycznych tylko dla siebie funkcji. Od najprostszych, jak bezpieczne wyłączenie momentu na napędzie (czyli po prostu wyłączenie zasilania silnika), poprzez funkcje obserwacyjne, czyli takie, które informują nas o tym, czy napęd pracuje w bezpiecznych zakresach prędkości, czy jest bezpiecznie zatrzymany, albo o tym, czy działają dodatkowe hamulce. To wszystko może jeszcze występować na różnych poziomach niezawodności, wyższych lub niższych – w zależności od tego, jakich potrzebujemy z punktu widzenia oceny ryzyka.

Rozwój funkcji bezpieczeństwa ciekawie obrazuje stopień zaawansowania serwonapędów. Wiadomo, że napęd będzie bezpieczny, kiedy zostanie wyłączony. Dziś umiemy już robić tak, że napęd jest włączony, co więcej, wykonuje swoje normalne zadania i nadal jest bezpieczny. Ponadto, jak mówiłem na początku naszej rozmowy, dostarcza nam również dużo danych diagnostycznych, czyli w pewnym sensie jest już czymś więcej niż tylko napędem. Jeżeli zrobimy analogię maszyny do ludzkiego ciała, to kiedyś uważaliśmy, że serwonapędy to mięśnie. Dziś możemy mówić, że to serce, czyli wciąż mięsień, ale kluczowy, bo jego zadaniem jest zapewnienie możliwości funkcjonowania całego organizmu i każdej jego najmniejszej części. Może nam również dostarczać informacji o kondycji całego ciała.

Ponadto, oprócz funkcji bezpieczeństwa, istnieją rozwiązania, które umożliwiają monitorowanie pracy napędów. Co można zyskać na obserwacji parametrów pracy?

Jest taka teoria, która mówi, że nie możemy czymś zarządzać, jeżeli tego nie mierzymy. Mówiliśmy już o zaawansowanych systemach kontroli stanu mechaniki. Ale takim bardziej podstawowym parametrem jest dość prosta rzecz, czyli ilość zużywanej energii. Serwonapęd również dostarcza nam te dane. Możemy je gromadzić, monitorować i analizować. Na tej podstawie możemy obliczyć, jaki udział w koszcie wytworzenia produktu stanowi energia, ale też analizować, na którym etapie produkcji, w której części maszyny energia jest zużywana, czy nie jest marnotrawiona. Spotkałem się z sytuacją, że pewna maszyna była tak szybka, że produkowała bardzo dużo sztuk produktu na godzinę. Po analizie zużycia energii przez napędy pracujące z bardzo dużą dynamiką okazało się, że zysk z ilości dodatkowo wyprodukowanych sztuk nie pokrywał kosztów energii zużytej do produkcji. Zarządzający produkcją postanowili więc ograniczyć produkcję, znaleźli optymalny punkt pomiędzy kosztami a zyskiem. Z tego co pamiętam, to w tym przypadku skończyło się tak, że produkują z około 80% wydajnością w czasie gdy energia jest droższa, 90% wydajnością, gdy jest tańsza. Są w stanie też produkować z pełną wydajnością, ale wtedy ich klient dopłaca za krótszy czas produkcji. W ten sposób „biznes się zamyka”. I to też można nazwać zwinnym zarządzaniem.

I znów odniosę się do tego, jak było dawniej – żeby dokonywać pomiarów tego, trzeba było korzystać z dodatkowych liczników energii, których koszt był niejednokrotnie większy niż potencjalne oszczędności, więc mało kto się na to decydował. Dziś mamy to na pokładzie, w serwonapędzie, którego i tak używamy.

W jakich branżach diagnostyka jest szczególnie ważna?

Diagnostyka jest ważna w każdej maszynie. Na wykorzystanie zaawansowanych metod diagnostycznych decydują się zakłady, w których produkcja musi być nieprzerwana, a ewentualne koszty awarii są dość duże. I nie chodzi tu tylko o koszty związane fizycznie z samą awarią, czyli koszty naprawy czy części zamiennych, ale głównie o koszty niedostarczenia do odbiorcy na czas lub dostarczenia produktów o nieodpowiedniej jakości.

Branżą, którą dobrze znamy pod tym kątem, jest branża motoryzacyjna, a szczególnie grupa producentów części do samochodów. Oprócz wymagań jakościowych, które są naturalne, kluczowe w niej są dostawy na czas, ograniczanie stanów magazynowych. I oczywiście kary za niedotrzymywanie powyższych parametrów.

Nowoczesne systemy bezpieczeństwa nie tylko chronią ludzi, ale także dbają o wysoką wydajność i elegancję pracy maszyny. Chronią też komponenty maszyny. (…) Całkowite wyłączanie i ponowne włączanie napędu skraca jego żywotność, a duże przeciążenia, które mogą występować przy niekontrolowanych awaryjnych zatrzymaniach, niszczą elementy mechaniczne maszyny.
Pewnie wiele osób zadaje sobie pytanie: „czy to się opłaca?”

Opłaca się, choć na początku koszt inwestycji w różnego rodzaju nowoczesne metody diagnostyczne, monitoring energii czy wykorzystywanie nowoczesnych funkcji bezpieczeństwa może się wydawać wysoki. Należy jednak spojrzeć na to szerzej lub w dłuższym horyzoncie czasowym. Strategia diagnostyki predykcyjnej przyniesie nam bezawaryjną pracę maszyny, brak przestojów i związanych z tym kosztów oraz generalnie podniesienie jakości produkcji, co na każdym rynku jest najważniejsze. Analiza danych na temat zużycia energii, ale także zużywania się maszyn pozwala na sprawne zarządzanie produkcją, a to daje nam ograniczenie kosztów i dużą elastyczność. Używanie zaawansowanych funkcji bezpieczeństwa pozwala na lepszą interakcję człowiek–maszyna, zwiększenie kompaktowości maszyn, co na końcu przekłada się na wyższą produktywność. Właściwie każda ze wspomnianych dzisiaj cech napędów przynosi konkretne korzyści, które się przenikają. Dzięki używaniu ich przekroczymy pewien próg i wkroczymy w erę nowoczesnej produkcji.

Podsumowując: na co dzień zajmuję się serwonapędami i systemami starowania ruchem, a w tej rozmowie właściwie nie poruszyliśmy tematów podstawowych, czyli tego, w jaki sposób cechy napędowe oraz zaawansowane funkcje sterowania pozwalają na zwiększenie wydajności maszyny, zwiększenie produktywności czy skracają czas uruchomienia – te zagadnienia mogą być tematem następnej rozmowy. To jest podstawa, coś, czym zajmujemy się na co dzień, dostarczając takie produkty jak MELSERVO – szkoląc i wspierając naszych klientów.

Cieszę się, że pomówiliśmy o tematach, które są ponad zagadnieniami napędowymi, czyli o tym, jak serwonapędy mogą rozwiązać realne problemy produkcyjne, ułatwić zarządzanie czy usprawnić kolaborację maszyn z człowiekiem. Jak widać napęd to nie tylko doskonałe rozwiązanie do napędzania maszyn.



About the Author

Redakcja