Sygnalizacja wizualna umożliwiająca świadome zarządzanie liniami produkcyjnymi

Ilustracja 1: termin „zarządzanie wizualne” oznacza komunikację, której celem jest umożliwienie personelowi szybkiego podejmowania działań. Różni się ona od innych komunikatów wizualnych na terenie zakładu, których jedynym celem jest przekazywanie informacji. Lampy ostrzegawcze sygnalizują obecność stanów niebezpiecznych. (Źródło ilustracji: Getty Images)

Ilustracja 2: podobnie jak sygnalizatory do sterowania ruchem na skrzyżowaniach ulic, urządzenia do zarządzania wizualnego w zastosowaniach przemysłowych motywują personel do zareagowania w celu spełnienia wymagań określonych procesów. (Źródło ilustracji: Banner Engineering)

Linie produkcyjne do przetwarzania, sortowania, transportu, montażu i pakowania towarów zazwyczaj zawierają zespoły urządzeń, które jednocześnie wykonują powiązane, aczkolwiek odrębne zadania. Takie operacje wymagają zastosowania komponentów gwarantujących bezpieczną i niezakłóconą produkcję. W tym przypadku kluczowe znaczenie mają elementy sygnalizacji wizualnej. Dzięki użyciu świateł i innych środków wizualnych (często o różnych kolorach) pracownicy zakładu szybko i skutecznie otrzymują dane dotyczące maszyn i inne informacje umożliwiające podjęcie działań - bez konieczności polegania na pisemnych instrukcjach lub tekście.

Zarządzanie wizualne, znane również w kontekście automatyki przemysłowej jako kontrola wizualna, wspiera produkcję zgodną ze strategią Lean i zwiększa efektywność procesów technologicznych w fabrykach wykorzystujących tę strategię oraz przemysłowy Internet rzeczy (IIoT). Omawiane zarządzanie wizualne może przybrać formę prostych oznaczeń na podłogach fabryki, naklejek i przywieszek na billboardach komunikacyjnych i partiach wyrobów, czy wież świetlnych (zwanych sygnalizacyjnymi) i innych podświetlanych urządzeń elektronicznych na stanowiskach sterowniczych lub maszynach, taśm świetlnych na pojemnikach na części na stanowiskach montażowych, a nawet montowanych na suficie monitorach płaskoekranowych, które informują pracowników zakładu o warunkach i przekazują instrukcje w czasie rzeczywistym.

Głównym celem zarządzania wizualnego na liniach produkcyjnych jest zapewnienie, że wszystkie procesy produkcyjne i montażowe są wykonywane w możliwie najbezpieczniejszy i najefektywniejszy sposób dzięki szybkiemu i aktywnemu przekazywaniu operatorom i technikom informacji o niezbędnych działaniach.

Komponenty systemów zarządzania wizualnego

Komponenty systemów zarządzania wizualnego w zakładach zautomatyzowanych pełnią trzy różne funkcje: przekazują informacje o stanie maszyn i procesów na linii produkcyjnej, przekazują zakodowane instrukcje operatorom maszyn i innym pracownikom zakładu oraz śledzą parametry działania linii produkcyjnej w celu podejmowania trafniejszych decyzji na poziomie przedsiębiorstwa. Każda z tych funkcji jest powiązana z co najmniej jednym dedykowanym typem narzędzia do zarządzania wizualnego.

Alarmy wizualne dla personelu zakładu

Ilustracja 3: alarmy wizualne polegają na czujnikach wykrywających wystąpienie zdarzeń w maszynie i często towarzyszą im sygnalizatory akustyczne. Na ilustracji przedstawiono alarm piezoelektryczny z oświetleniem LED do montażu tablicowego i podłączania do sieci CAN za pośrednictwem protokołu SAE J1939-15. Sygnały alarmowe można skonfigurować do informowania o różnych stanach alarmowych. (Źródło ilustracji: Floyd Bell Inc.)

Alarmy wizualne mają postać świateł LED, lamp wskaźnikowych i urządzeń podświetlanych, które optycznie przyciągają uwagę operatorów maszyn i kierowników zakładów - zwykle przekazując ostrzeżenie o jednym bardzo konkretnym problemie. Najczęstsze przyczyny alarmów to: zacięcia maszyny, przeciążenie, przegrzanie, wycieki, spadki ciśnienia, usterki elektryczne, impedancja funkcji bezpieczeństwa i pożar. W szczególnie poważnych sytuacjach alarmom wizualnym towarzyszą sygnalizatory akustyczne.

Na przykład alarmy pożarowe zawierają czujniki ciepła i dymu (cząstek stałych), a także wzmocnione układy elektroniczne zaprogramowane do emitowania sygnałów akustycznych i błyskowych. W niektórych przypadkach systemy alarmowe są również podłączone do systemu sterowania wysokiego poziomu, który w przypadku wystąpienia określonego niebezpiecznego zdarzenia może zażądać wydania najbardziej widocznego/słyszalnego alarmu.

Większość alarmów przemysłowych jedynie informuje o wystąpieniu błędu - nie podając żadnych szczegółów na temat jego przyczyny czy dokładnej lokalizacji. Jednak przemysłowe alarmy wizualne są zazwyczaj projektowane tak, aby rozpoznawanie problemów było intuicyjne nawet dla nowicjusza - i najlepiej aby od razu zrozumiał naturę problemu. Na przykład alarm zainstalowany na linii produkcyjnej może migać lub generować inny stosowny sygnał, gdy odpowiednie czujniki wykryją osiągnięcie zaprogramowanego poziomu odrzutów. To z kolei informuje operatorów zmiany, że w pewnym nieokreślonym punkcie przenośnika lub linii występuje problem. W innych maszynach alarmy wizualne są programowane tak, aby migać według schematów czasowych - podobnie do morskich boi znakowych dla ruchu statków wodnych - gdzie każdy schemat migania ma swoje zakodowane znaczenie.

Wskaźniki stanu maszyny

Wskaźniki stanu maszyny w środowiskach przemysłowych to m.in. mierniki i liczniki, przychodzące na myśl wielu inżynierom po usłyszeniu słowa wskaźnik. Wskaźniki stanu obejmują również inne elementy automatyki, w tym lampki panelu sterowania, wieże świetlne i funkcje interfejsu HMI, które sygnalizują wystąpienie zdarzenia dotyczącego maszyny lub wymaganą reakcję personelu.

W przeciwieństwie do alarmów informujących wyłącznie o wystąpieniu zdarzeń niebezpiecznych, nietypowych lub innych, które powodują wstrzymanie pracy, wskaźniki stanu maszyny są powiązane z pracą maszyn lub ich parametrami znamionowymi. Na przykład mogą one wyświetlać w czasie rzeczywistym ilość zużywanej energii elektrycznej lub ciepła wytworzonego w procesie działającym z pewną regulowaną prędkością lub momentem obrotowym na osi monitorowanego sprzętu.

Kolumny świetlne i wieże świetlne

Ilustracja 4: w przeciwieństwie do alarmów i wskaźników, kolumny świetlne są urządzeniami przeznaczonymi do sygnalizacji stanu jednej maszyny. Kolumny świetlne są dostępne w wersjach z różnymi liczbami pięter (kolorów światła) i średnicami. Zastosowanie standardowych wsporników i fabrycznego oprzewodowania przyspiesza integrację. (Źródło ilustracji: Menics)

Kolumny świetlne (z ang. „Andon lights”) są powszechnie stosowanym elementem zarządzania wizualnego we współczesnych zakładach produkcyjnych. Są to wieże z różnokolorowymi światłami ułożonymi piętrowo w pionie. Andon to japońskie słowo opisujące pewien typ latarni stacjonarnych. Kolumny świetlne systemu andon zostały wprowadzone do produkcji przez firmę Toyota w jej pierwszych nowoczesnych fabrykach w celu świetlnej sygnalizacji problemów.

Kolumny świetlne różnią się od innych elementów zarządzania wizualnego tym, że każda z nich jest powiązana z blokadą współzależną konkretnej maszyny, przyciskiem zatrzymania lub urządzeniem do śledzenia operacji. Najbardziej wyróżniającą cechą systemów kolumn świetlnych jest to, że pozwalają one pracownikom na zatrzymanie linii produkcyjnej w razie wystąpienia problemu. Główną funkcją kolumn świetlnych jest przekazywanie pobliskiemu personelowi, że na linii wystąpił problem.

Każdy kolor wieży świetlnej ma przypisane standardowe w branży znaczenie.

• Kolor zielony oznacza, że linia produkcyjna jest uruchomiona i że nie wykryto żadnego problemu.
• Kolor żółty oznacza, że logika maszyny wykrywa problem, ale pomimo niego produkcja może być nadal realizowana. Żółte światło kolumny zwykle zapala się, gdy na linii produkcyjnej wystąpi jakaś nieprawidłowość, taka jak nadmierna temperatura, braki produktów, usterka maszyny lub nietypowa liczba odrzutów. Problemy, które wywołują żółte światło, nie mają krytycznego charakteru, ale mogą prowadzić do poważniejszych problemów, jeśli nie zostaną rozwiązane.
• Kolor czerwony oznacza, że produkcja została zatrzymana - często z powodu uaktywnienia blokady współzależnej maszyny przez operatora lub naciśnięcia przycisku zatrzymania awaryjnego. Gdy system kolumny świetlnej wykryje lub odbierze alarm o krytycznym problemie wymagającym natychmiastowej interwencji, zaświeci się czerwone światło kolumny, a system zatrzyma produkcję. Jeśli produkcja zostanie zatrzymana, ale nie przez system kolumny świetlnej (lub zostanie zatrzymana z dowolnego powodu wykrytego przez inny system), czerwone światło kolumny będzie migać. Produkcja pozostanie wstrzymana do czasu rozwiązania problemu.

Najbardziej popularne kolumny świetlne zawierają światła czerwone, żółte i zielone, jednak niektóre mają tylko światło czerwone i zielone. Jeszcze inne mają tylko światło białe i niebieskie. Standardowym w branży znaczeniem światła niebieskiego w kolumnie jest prośba o pomoc - czy to w zakresie dostawy materiałów, utrzymania ruchu czy zarządzania. Z kolei białe światło LED w kolumnie świetlnej zazwyczaj informuje o stanie maszyny związanym z monitorowanym pomiarem wydajności.

Prostsze oznaczenia i oznakowanie zakładu

Ilustracja 5: oznakowanie bezpieczeństwa wykorzystuje ikonografię znormalizowaną przez Krajowe Stowarzyszenie Producentów Urządzeń Elektrycznych (NEMA), Amerykański Instytut Norm Krajowych w normie ANSI Z535 oraz Międzynarodową Organizację Normalizacji w normie ISO 7010. (Źródło ilustracji: Getty Images)

Ilustracja 6: mniej zaawansowane zarządzanie wizualne oparte na znakach może zapewnić bezpieczeństwo personelu zakładu. (Źródło ilustracji: Clarion Safety Systems)

Zarządzanie wizualne w warunkach przemysłowych nie musi być elektroniczne. Podstawowe oznaczenia, znaki i przywieszki w gniazdach produkcyjnych, w ich pobliżu i na maszynach są zasadniczymi elementami dobrze zaprojektowanego zakładu produkcyjnego realizującego strategię Lean. Takie oznakowanie służy do przekazywania instrukcji i wskazówek personelowi. Na przykład oznaczenia na podłodze mogą kierować ruch pieszy wzdłuż bezpiecznych tras przez zakłady produkcyjne. W innych miejscach etykiety z ikonami mogą wyraźnie wskazywać prawidłowe położenie narzędzi, posegregowanych części do montażu, osi sprzętu, bram bezpieczeństwa i innych obiektów.

Najważniejszym rodzajem zarządzania wizualnego opartego na znakach jest zarządzanie związane z bezpieczeństwem personelu. Takie oznakowanie jest wymagane przez prawo w każdym miejscu, gdzie znajdują się gorące powierzchnie, zagrożenia elektryczne, mokre podłogi lub ryzyko narażenia na promieniowanie. Znaki bezpieczeństwa informują również pracowników o wymaganych środkach ochrony osobistej w danym miejscu pracy oraz wyznaczają obszary, do których nieupoważniony personel nie ma wstępu. Inne przykłady znaków zarządzania wizualnego liniami produkcyjnymi to laminowane lub twarde etykiety z tworzywa sztucznego oraz przywieszki opisujące czynności, jakie należy wykonać w odpowiedzi na dany stan maszyny lub zakładu, bądź sposób obsługi urządzenia.

Tablice graficzne i interfejsy człowiek-maszyna (HMI) wyświetlające wskaźniki efektywności (KPI)

Ilustracja 7: tablice wyświetlające operacje i wskaźniki KPI w fabrykach coraz częściej przyjmują formę elektronicznych ekranów połączonych z przemysłowym Internetem rzeczy (IIoT), służących do przekazywania informacji o parametrach pracy gniazd roboczych i całego zakładu. (Źródło ilustracji: Getty Images)

Choć wykracza to poza zakres niniejszego artykułu, warto zauważyć, że w ostatnich latach coraz większe znaczenie w przekazywaniu alertów i alarmów na poziomie maszyny miały interfejsy człowiek-maszyna (HMI). Alarmy w interfejsach HMI są rzucającymi się w oczy sygnałami na ekranie, które często przyjmują graficzną postać podobną do fizycznej kopułki lub kolumny świetlnej, z którymi personel zakładu jest już zaznajomiony.

Zakładowe tablice graficzne stanowią domyślne rozwiązanie do przekazywania danych dotyczących parametrów na poziomie zakładu i przedsiębiorstwa (wraz z informacjami na temat parametrów pracy jednej lub kilku linii produkcyjnych i aktualnej sytuacji). Tablice te mogą występować w wariantach zarówno elektronicznych, jak i nieelektronicznych.

Nieelektroniczne tablice graficzne mają postać białych tablic i tablic ogłoszeń zawierających ręcznie napisane informacje i komputerowe wydruki statystyk produkcji związanych ze wskaźnikami wydajności gniazd roboczych, gotowymi i wysyłanymi częściami, niebezpiecznymi zdarzeniami i nie tylko.

Proste elektroniczne tablice graficzne przybierają formę tablic wskaźników LED umożliwiających wyświetlanie liczb na ekranach mozaikowych. Natomiast bardziej zaawansowane elektroniczne tablice graficzne to m.in. cyfrowe płaskie ekrany połączone siecią z maszynami i wyświetlające w czasie rzeczywistym dane dotyczące produkcji, a nawet przedsiębiorstwa. W wielu przypadkach rzeczywiste dane dotyczące wydajności i ilości są przedstawiane w odniesieniu do wartości docelowych. Takie wartości nazywane są kluczowymi wskaźnikami wydajności, czyli KPI. Są to wskaźniki robocze i mierniki poprawy wyników ułatwiające podejmowanie decyzji na szczeblu przedsiębiorstwa. Oprócz wskaźników KPI tablice zarządzania wizualnego często zawierają statystyki efektywnościowe związane z realizacją zleceń na stanowisku pracy, liczbą wyprodukowanych części, awariami maszyn, godzinami pracy bez przerw oraz liczbą dni bez wypadku.

Podsumowanie

Zarządzanie wizualne w kontekście automatyki przemysłowej obejmuje systemy i elementy sygnalizacyjne, które przekazują pracownikom zakładu instrukcje w formie nietekstowej. W rzeczywistości komponenty przeznaczone do zarządzania wizualnego przekazują informacje o stanach procesów i maszyn lub przekazują szczegółowe informacje dotyczące parametrów pracy i wydajności linii produkcyjnej. Dobra widoczność kolorowych, świecących i migających znaków i sygnałów ma kluczowe znaczenie dla skutecznego zarządzania wizualnego i korzyści w zakresie produktywności fabryki połączonej z przemysłowym Internetem rzeczy (IIoT).