Achtergrond
Meer meten maakt machineonderhoud efficiënter
23 december 2010
Tijdens de Industriële Week lanceerde Festo het concept van condition-based onderhoud op de Nederlandse markt. Door handig gebruik te maken van de (vaak al beschikbare) sensorinformatie krijgen onderhoudsmonteurs een veel beter inzicht in de toestand van de machine. Het doel is een einde maken aan ongeplande productiestilstand. Ontwikkelaars kunnen met dezelfde gegevens het machineproces analyseren en het design updaten.
Er zijn grofweg vier manieren om met het onderhoud van machines om te gaan: reactief, proactief, condition-based en voorspellend. De meest basale aanpak is puur reactief. Bij bedrijven die voor deze methode kiezen, komen de onderhoudsmonteurs pas in actie als er zich een storing voordoet. De nadelen van zo’n afwachtende houding spreken voor zich. De machine zal regelmatig en ongepland stilstaan. Dodelijk voor de productiviteit natuurlijk. Bovendien moet er vrijwel continu een monteur paraat staan om te voorkomen dat de machine nodeloos lang buiten werking is.
Iets handiger is het om proactief te werk te gaan. Over het algemeen is bekend hoe lang componenten mee kunnen. In het onderhoud kun je daar rekening mee houden. Onderdelen die het einde van hun levensduur naderen, worden tijdens een reguliere onderhoudsbeurt vervangen. Het betekent wel dat de machine nog altijd een paar keer per jaar moet stilstaan en de kans op onverwachte uitval ook nog steeds levensgroot aanwezig is. Een component kan immers zijn spec niet halen of ongemerkt te zwaar worden belast.
‘De onderhoudskosten worden bepaald door productiestilstand, de vervanging van een versleten onderdeel maar ook je personeel’, weet Festo-projectleider Patrick Bruijn. ‘Onderhoudsstops kun je natuurlijk plannen maar als je geen zicht hebt op de actuele stand van het productieproces, word je toch geconfronteerd met ongeplande stops. Dat wil je koste wat het kost voorkomen. Met condition-based onderhoud probeer je de informatie uit het productieproces op een zo slim mogelijk manier te combineren naar verwachte en noodzakelijke onderhoudsbeurten.’
Condition monitoring zegt wat over de kwaliteit van het productieproces. ‘Kijk bijvoorbeeld eens naar deze verpakkingsmachine’, zegt Bruijn en hij legt een versimpeld schema van het apparaat op tafel. Het proces begint met een rol plastic en eindigt met een geseald zakje drop. Motoren drijven de toevoerriemen van het plastic aan. ‘Als ik de motorstroom meet en deze blijkt hoger dan ik zou verwachten op basis van de specs, dan kan dat op slijtage wijzen. Bovendien geeft een slechtere motor meer slijtage aan de riem die dus eerder zal moeten worden vervangen.’
Als de snoepjes in het gesealde zakje zitten, snijdt een mes het zakje los van de rol. Bruijn: ‘Dat mes wordt aangestuurd met een cilinder. Normaal duurt die beweging 0,2 seconde. Als het mes echter bot wordt, snijdt hij minder makkelijk door het plastic en kost de stap 0,3 seconde. Als je goed kijkt naar de besturing en de karakteristieken van de componenten, kun je op basis van dergelijke gegevens bepalen wanneer er onderhoud nodig is en de volgende stop inplannen.’
Het hoogste niveau van onderhoud is voorspellend. ‘Daarbij hang je decentrale intelligentie om macro’s aan de verschillende parameters te koppelen waardoor je er niet meer zelf op hoeft te sturen maar het automatisch laat berekenen’, legt Bruijn uit. Festo zet hiervoor voorzichtig de eerste stappen op de Nederlandse markt. ‘Het Festo Technology Centre in Esslingen heeft het concept van condition monitoring zo’n vijf jaar geleden ontwikkeld. In Nederland zijn we er sinds het voorjaar intensief mee bezig. Tijdens de Industriële Week hebben we het ook hier in de markt gezet.’
Lek dichten
Hoe moet een systeemdesigner ervoor zorgen dat zijn ontwerp geschikt is voor condition monitoring en onderhoudsvriendelijk is? Het belangrijkste is dat hij de meest kritieke functies van het systeem voor wat betreft onderhoud in kaart brengt. Die functies moet hij vervolgens koppelen aan de beschikbare sensoren en actuatoren of – als dat nodig is – nieuwe metertjes introduceren. Bruijn: ‘In het design moet je rekening houden met de infrastructuur die nodig is om het onderhoudsproces efficiënter te maken. Met de klant analyseren we eerst het proces. Hoe kunnen we dat het beste inrichten? Waar en hoe kunnen we de metingen het beste uitvoeren? De klant heeft de meeste ervaring, wij kunnen ze bewust maken van de mogelijkheden die er liggen.’
De designer moet ook de afhandeling van de procedure onder de loep nemen. Bruijn grijpt terug naar het voorbeeld van de verpakkingsmachine: ‘Als het proces niet goed is, bijvoorbeeld omdat het mes te bot is of de motorstroom te hoog oploopt, kun je de programma-afhandeling aanpassen. Dit soort potentiële bottlenecks moet je in het ontwerp meenemen. Dat kan al heel simpel door het systeem een berichtje op een monitor te laten tonen met de melding dat het snijproces te lang duurt. Die informatie is voor handen. Doe er dan ook wat mee en verhoog de beschikbaarheid van je machine.’
Ook de energie-efficiëntie kan omhoog met condition monitoring. ‘Op strategische plaatsen kun je druksensoren inzetten om de drukvoorziening door de compressor te bewaken’, zegt Bruijn. ‘Bovendien kun je analyseren op welke plaatsen je de druk kunt halveren. Vaak draaien applicaties net zo goed met drie bar als met zes bar. Daarmee spaar je een hoop dure perslucht uit.’
Met flowsensoren worden ingrijpende controles op lekkages overbodig. De meeste bedrijven laten een paar keer jaar een servicemonteur langskomen die met een ultrasoonsensor naar lekkages speurt. Daarvoor moet meestal de hele fabriek worden stilgezet omdat er anders te veel storingen zijn. Geïntegreerde flowsensoren detecteren het direct als er ergens een onverwachte luchtstroom is. Omdat de machines ’s avonds of in het weekend toch vaak stilstaan, is het mogelijk een lek veel eerder te dichten en hoeft er niet gewacht te worden op een jaarlijkse inspectie.
Festo biedt de techniek aan om het aantal schakelingen van zijn ventielen te monitoren. ‘Als die volgens de specs bijvoorbeeld 50 miljoen schakelingen kan maken en de teller staat op 40 miljoen, kun je hier bij de volgende onderhoudsbeurt op inspelen’, aldus Bruijn. ‘Je kunt alles dus op componentniveau en op functieniveau bewaken. De gebruiker verhoogt zo de output van zijn productielijn. Hij verbruikt minder energie en hij verlaagt zijn onderhoudskosten. Het uiteindelijke doel is om alle ongeplande stops te voorkomen. Bovendien kan de frequentie van de geplande stops omlaag. Hoe vaak het toch nodig is om de machine stil te zetten, hangt vooral af van de componenten die je hebt gekozen. Als er een fragiel onderdeel in het systeem zit, is het wellicht toch noodzakelijk de machine twee keer per jaar te stoppen. Maar met die wetenschap kun je het onderhoudspersoneel wel veel efficiënter inhuren.’
Uptime
De invoering van condition monitoring heeft niet alleen voordelen voor de gebruikers van de machine. Ook de machinebouwer kan er profijt uit trekken. Uit de sensorgegevens kan de machinebouwer zijn product verbeteren omdat hij beter inzicht krijgt in de knelpunten van het systeem. Als blijkt dat het mes in de verpakkingsmachine veel te snel bot raakt, kan de R&D-afdeling op zoek naar een andere oplossing. Of als er voor de actie 0,2 seconde is ingeruimd maar het in de praktijk vrijwel altijd langer duurt, kunnen de ontwikkelaars het proces daarop bijsturen.
De machinebouwers kunnen verder hun service professionaliseren. Het is immers redelijk eenvoudig om de condities op afstand te monitoren via Ethernet of een VPN. ‘Het is reactief en voorspellend’, zegt Bruijn. ‘Als er wat aan de hand is, kan de klant de leverancier bellen die dan vanachter zijn bureau de diagnose kan stellen. Dat is natuurlijk niet nieuw maar je kunt nu wel een uitgebreid onderhoudscontract opstellen die is gekoppeld aan de uptime. Dat opent de deuren naar geheel nieuwe businessmodellen.’
