Rola oprogramowania w automatyzacji procesów kontroli jakości

Koncepcja przemysłu 4.0 opiera się przede wszystkim na wdrażaniu cyfrowych technologii w tradycyjnym przemyśle. Sama automatyzacja produkcji, wyposażenie maszyn w czujniki, sterowniki, zastosowanie aktuatorów i robotów to elementy sprzętowe. Dopiero wprowadzenie oprogramowania, czyli Internetu Rzeczy, przetwarzania danych w chmurze, przetwarzania brzegowego, uczenia maszynowego, sztucznej inteligencji czy cyfrowych bliźniaków łączy wszystko w inteligentną fabrykę wpisującą się w koncepcję 4.0.

Wykorzystanie nowych, cyfrowych technologii otwiera ogromny potencjał automatyzacji procesów produkcyjnych, co ma kluczowe znaczenie dla firm chcących podnieść przepustowość produkcji i jakość swoich wyrobów, a jednocześnie redukować przestoje, reklamacje oraz koszty. Zautomatyzowane, połączone w sieć maszyny i oprogramowanie typu SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) pozwalają na sterowanie procesami, agregację, monitorowanie i przetwarzanie danych w ułamkach sekund. Umożliwiają również komunikację z urządzeniami poprzez oprogramowanie typu HMI (Human-Machine Interface) lub własne. Dodatkowy nacisk stawiany jest na integrację z systemami MES lub ERP.

Cyfrowa transformacja produkcji odgrywa pierwszoplanową rolę jako główny kierunek rozwoju przemysłu w najbliższych latach. W automatycznych procesach kontroli jakości kluczowe jest oprogramowanie. Nie tylko możliwości pomiarowe samej maszyny, ale coraz częściej funkcje oprogramowania decydują o tym, które rozwiązanie zostanie wdrożone w realizacji danego zadania. Tak jak aplikacje HMI w maszynach produkcyjnych, tak w systemach pomiarowych zainstalowane oprogramowanie determinuje szybkość uczenia, możliwości analizy danych czy opcje ich przekazywania do systemów agregacji danych. Coraz częściej decyzja o automatyzacji kontroli jakości jest łączona z funkcjami i możliwościami przyszłej integracji z cyfrową infrastrukturą zarządzania produkcją.

Z badań przeprowadzonych przez firmę Forst&Sullivan na początku 2018 r. (“Global Dimensional Metrology Software Market. Forecast to 2023”), obrazujących zmiany rynku metrologii przemysłowej w latach 2015–2023, wynika, że większość firm produkcyjnych zwiększy ilość pozyskiwanych informacji o swoich wyrobach, co doprowadzi do podniesienia efektywności ich produkcji i redukcji kosztów. Ponad połowa badanych zauważa wąskie gardło, jakim są laboratoria pomiarowe. Problemem jest komunikacja wewnętrzna oraz wpływ na bieżącą produkcję. Deklarują oni przeniesienie części pomiarów bezpośrednio na linię produkcyjną, by umożliwić ciągłą ocenę kluczowych cech swoich wyrobów. Jednocześnie ankietowani wskazują, że inwestycje będą możliwe tylko wtedy, kiedy pozwolą na ciągłe monitorowanie stanu produktów w czasie rzeczywistym i będą zintegrowane z istniejącą infrastrukturą linii produkcyjnej oraz systemem zarządzania informacją. Szacuje się, że inwestycje związane z automatyczną kontrolą jakości bezpośrednio na liniach produkcyjnych do 2023 r. wzrosną dwukrotnie w stosunku do roku 2018. Pokazuje to ich skalę i kierunek rozwoju firm w nadchodzących latach.

Z punktu widzenia automatyzacji produkcji system kontroli jakości, który miałby być zintegrowany z linią produkcyjną, powinien zapewniać jak najwyższą prędkość pomiaru, aby zachować takt produkcji. Obecnie najszybszymi urządzeniami do kontroli jakości wyrobów są skanery 3D. Mierzą one setki części w ciągu jednej zmiany. Na wyróżnienie zasługują laserowe skanery 3D, w których prędkość akwizycji danych sięga kilku milionów punktów na sekundę.

Systemy R-Series firmy Creaform zostały zaprojektowane z myślą o zastosowaniach, w których istotny jest wzrost prędkości pomiaru, ale tak, by nie pogarszała się jego dokładność. Działają one z wykorzystaniem zrobotyzowanej głowicy skanującej MetraSCAN w najnowszej wersji BLACK. Systemy R-Series można konfigurować według indywidualnych wymagań klienta i całkowicie zintegrować z istniejącą linią produkcyjną. Mogą się one komunikować z systemami transportu części i przesyłać pełne informacje o mierzonych produktach do systemów zarządzania produkcją, systemów statystycznych czy osób decyzyjnych.

 

Rys. 1. Automatyczny system skanujący CUBE-R firmy Creaform zintegrowany z linią produkcyjną

 

Na wyróżnienie zasługuje inteligentne oprogramowanie VXScan-R zaimplementowane w systemach R-Series. Zostało ono zaprojektowane zgodnie z koncepcją przemysłu 4.0. Wyposażono je w moduły programowania procesu pomiaru w wersji online oraz offline, projektowania ścieżek, ustawień głowicy skanującej, walidacji przygotowanego procesu pod kątem kolizji czy optymalizacji procesu w zakresie skrócenia cyklu pomiaru. Wszystkie te elementy zostały zamknięte w przejrzystym i intuicyjnym interfejsie. VXScan-R przetwarza w czasie rzeczywistym wszystkie informacje, które otrzymuje z systemu skanującego. Na bieżąco informuje o postępie skanowania, ilości zebranych danych, położeniu części oraz robota. Dodatkowo jest zintegrowany z zabezpieczeniami, które chronią system przed kolizją oraz nieuprawnionym wejściem w obszar roboczy.

Moduł programowania pozwala na bardzo proste i szybkie przygotowanie ścieżki skanowania, po której ma się poruszać robot w celu akwizycji danych z wybranych cech geometrycznych powierzchni części. Moduł jest na tyle intuicyjny, że proces pomiaru można przygotować już po wstępnym szkoleniu, bez konieczności posiadania specjalistycznej wiedzy programistycznej. VXScan-R automatycznie sprawdza i koryguje ścieżki pod kątem kolizji oraz prędkości pozyskiwania danych, a następnie przedstawia cały proces podczas symulacji. Wykrywanie kolizji uwzględnia również system mocowania części. Procedurę można przeprowadzać w trybie online – bezpośrednio przy maszynie lub offline – w czasie produkcji, dzięki czemu można przygotować cały proces przed przezbrojeniem linii produkcyjnej, co znacznie skraca czas przestoju.

 

Rys. 2. Wizualizacja interfejsu oprogramowania VXScan-R podczas pracy

 

Zebrane dane są analizowane w czasie rzeczywistym w oprogramowaniu metrologicznym, a wyniki mogą trafiać bezpośrednio do systemu zarządzania produkcją. Dzięki komunikacji z innymi urządzeniami system może automatycznie reagować w przypadku wykrycia wady produktu. Pozwala to na maksymalizację efektywności procesu kontroli jakości bezpośrednio na linii produkcyjnej i pociąga za sobą redukuję kosztów.