Un monitoraggio intelligente delle condizioni

Sitrans SCM IQ di Siemens consente di aggiornare singoli aggregati o interi parchi macchine con un sistema di monitoraggio, in una strategia di manutenzione predittiva basata sulle condizioni. Vediamo in particolare un esempio nell’industria alimentare.

Quando si parla di IIoT, Smart Factory e digitalizzazione in generale, una serie di domande irrisolte può portare una mancata implementazione: da dove cominciare? Dalla produzione o dalla distribuzione? Qual è l’impegno di risorse richiesto? Qual è l’obiettivo da raggiungere? In quest’ottica, scopriamo un’applicazione che produce risultati rapidi, usando come esempio il settore alimentare.

Sfruttare le potenzialità tipiche dei dispositivi IIoT

Come in altre industrie di processo, gli impianti di produzione in questo ambito hanno infrastrutture mature ed eterogenee: componenti di impianti ultramoderni e collegati in rete si affiancano a unità di produzione chiuse che funzionano in modo affidabile da molti anni. Il grado di automazione delle singole linee è diverso. Nel complesso, le linee sono integrate in sistemi che garantiscono prestazioni di produzione stabili e un’elevata qualità del prodotto. In ogni caso, ciò include la gestione della manutenzione e delle riparazioni. I tradizionali modelli di manutenzione preventiva basati sull’esperienza, su requisiti legali e su intervalli di manutenzione fissi risultano però obsoleti. I moderni componenti di impianto possono monitorare il proprio stato di salute in modo indipendente, e forniscono la base per la cosiddetta manutenzione basata sulle condizioni. Con questa manutenzione di “monitoraggio”, vengono prese misure basate sul reale stato di usura e non secondo tempistiche prefissate. Ma come approcciare le macchine che non dispongono di autodiagnostica integrata? Per tali componenti meccanici ancora in gran parte privi di capacità di automazione e comunicazione, Siemens ha sviluppato un sistema che, in pochi passaggi, estende a questi elementi di impianto le potenzialità tipiche dei dispositivi IIoT.

Manutenzione più efficienti

Il sistema è autonomo e non influenza il funzionamento del processo. Questa circostanza, unita a un’installazione molto semplice, rende Sitrans SCM IQ, un sistema di monitoraggio intelligente delle condizioni di Siemens, ideale per il passaggio alla digitalizzazione. Apre così la strada a strategie di manutenzione più efficienti, con una diminuzione del TOC e dei rischi e una maggiore disponibilità dell’impianto. Sitrans SCM IQ utilizza l’intelligenza artificiale per rendere i componenti meccanici dell’impianto adatti ai modelli di manutenzione basati sui dati. A tale scopo, i sensori IIoT sono installati sulle macchine da monitorare, e raccolgono dati su vibrazioni e temperatura inviati tramite Bluetooth ai gateway, e da lì a un’applicazione cloud per l’analisi. Le reti neurali artificiali monitorano costantemente le caratteristiche delle vibrazioni, e vengono emessi avvisi basati sugli eventi in caso di deviazioni che indicano un imminente guasto dell’asset.

Un esempio applicativo: integrare le pompe nel cloud

La produzione alimentare comporta la movimentazione di molti semilavorati e prodotti. Questo processo richiede, ad esempio, pompe soggette a carichi elevati. Normalmente, questi aggregati sono inseriti in un rigido piano di manutenzione, e sottoposti a ulteriore manutenzione sulla base dell’esperienza e dell’osservazione. La mancanza di dati, opzioni di comunicazione, capacità di calcolo e visualizzazione impedisce l’integrazione in un sistema di monitoraggio o di manutenzione predittiva. È proprio lungo questa catena di segnali che Siemens ha raggruppato prodotti e servizi nel sistema Sitrans SCM IQ. Per cominciare, la pompa è dotata di uno o più multisensori Sitrans MS 200, a seconda dell’ambito del monitoraggio. I sensori IIoT sono alloggiati in un robusto involucro industriale con protezione IP 68, avvitato direttamente sul componente dell’impianto tramite un bullone o una vite senza testa. In linea di principio, i multisensori funzionano con tutti gli asset che vibrano o ruotano, e che rientrano nel range delle specifiche del sensore. I sensori alimentati a batteria non devono essere cablati: i dati di vibrazione e temperatura vengono inviati tramite Bluetooth Low Energy (BLE) all’anello successivo della catena, l’elaborazione decentralizzata dei dati nei gateway cloud. Un gateway Sitrans CC220 può ricevere le informazioni trasmesse da diversi multisensori, e trasferirle da lì al cloud Mindsphere, la soluzione industriale IoT-as-a-service di Siemens. Dal sensore al gateway, dal gateway al cloud e alle app, tutti i percorsi sono crittografati. Nell’applicazione cloud, i dati forniti vengono analizzati e monitorati per rilevare eventuali anomalie. Infine, tramite l’app Sitrans SCM IQ, l’utente è sempre informato sullo stato dei suoi componenti dell’impianto monitorati.

Dalla fase di apprendimento al rilevamento delle deviazioni

Una volta installata la batteria, il sensore si inizializza e viene segnalato al corrispondente Sitrans CC220. Dopo aver configurato il gateway, tutto è pronto lato macchina. Non appena viene stabilita la connessione con l’applicazione cloud, i dati di vibrazione e temperatura vengono trasferiti e inizia la fase di apprendimento: in un periodo di circa due settimane, il sistema impara i diversi stati operativi di un asset. Utilizzando metodi statistici e analisi esplorativa dei dati, l’applicazione rileva i modelli nei flussi di dati e li assegna selettivamente allo stato buono. L’utente non deve documentare gli stati di funzionamento o segnalarli esplicitamente al sistema. Ovviamente, in un primo momento il sistema riconoscerà anche una condizione non ancora appresa come anomalia. Il buono stato può essere esteso riapprendendo i periodi di tempo corrispondenti. L’applicazione non consente solo di valutare i dati di vibrazione e temperatura dei multisensori. I metodi infatti possono essere applicati anche ad altri dati macchina disponibili nel cloud, come valori di velocità o consumi energetici.

Terminata la fase di addestramento, Sitrans SCM IQ rileva le deviazioni. Se si verifica un’anomalia dovuta all’aumento delle vibrazioni, il sistema segnala che una parte della macchina è in cattive condizioni, tramite SMS o e-mail. Dopo aver verificato la parte corrispondente e determinato la causa, l’app invia i risultati al sistema. È possibile documentare anche le fasi di manutenzione eseguite sulla macchina. Se la stessa deviazione caratteristica si verifica in qualsiasi momento, Sitrans SCM IQ segnala che si tratta molto probabilmente dello stesso guasto incipiente, e come risolverlo.