Uplatnenie informačných systémov – nová výzva pri diagnostike strojov

Najčastejšie ide o evidenciu údajov o prevádzke, vykonanej údržbe (preventívnej i korekčnej) a vytváranie rôznych podkla­dov pre plánovanie a riadenie údržby. V oblasti korekčnej údržby sa informačné systémy využívajú predovšetkým na vyhodnocova­nie spoľahlivosti strojov a hodnotenie procesu opráv na základe dĺžky prestojov, výpočtov MTTR, resp. MTBF, sledovanie nákladov na náhrad­né diely a pod.
Ako perspektívna oblasť využívania informačných systémov sa javí lokali­zácia a diagnostika porúch. Hlavnou motiváciou je snaha o skrátenie po­ruchových prestojov, pričom hlavný prínos spočíva v rýchlej dostupnosti informácií. Praktické skúsenosti z firiem poukazujú na fakt, že v prípade závažnejších porúch sa síce vykonávajú rôzne analýzy zamerané najmä na prevenciu a zvyšovanie spoľahlivosti, ale ich výsledky sa v širšom ča­sovom horizonte nevyužívajú. Väčšinou sú vo forme správy uložené v in­formačnom systéme, aby mohol byť „prípad uzavretý“, ale z dôvodu ná­ročnej dostupnosti sa s nimi ďalej nepracuje. Ak sa tá istá porucha po dlhšom období zopakuje, celý proces sa v plnom rozsahu zopakuje, pri­čom výsledky už vykonanej analýzy sa nevyužívajú ani ako východiskový materiál. Ďalšou oblasťou pre zlepšenie je odovzdávanie a uchovávanie informácií o samotnom procese diagnostiky. Rýchlosť nájdenia príči­ny poruchy v značnej miere závisí od znalostí a skúseností pracovníkov. Chýba však efektívny nástroj, kde by bol proces lokalizácie a diagnostiky poruchy v prehľadnej podobe zachytený a ľahko využiteľný v práci údrž­bárov. Mnohé poruchy sa počas životnosti stroja vyskytnú viackrát a s dl­hým časovým odstupom. Pri oprave sa však začína „od nuly“, najmä ak ju realizujú služobne mladí pracovníci s malými skúsenosťami s konkrét­nym strojom.

DRUHY PORÚCH
Norma STN EN 13 306 definuje poruchu zariadenia ako ukončenie schopnosti objektu vykonávať požadovanú funkciu. Obsahovo táto de­finícia asi najlepšie vystihuje prípad úplnej poruchy, o ktorej hovoríme vtedy, keď stroj nedokáže plniť všetky požadované funkcie. V praxi väč­šinou ide o ľahko identifikovateľnú situáciu, ktorá sa prejaví úplným za­stavaním stroja. Počas prevádzky sú však oveľa častejšie čiastočné poru­chy, keď je stroj schopný plniť len určité požadované funkcie. Prejavuje sa to napríklad zníženou výkonnosťou, fungovaním stroja len v urči­tých režimoch, výrobou nekvalitných produktov a pod. Rozpoznanie čiastočnej poruchy môže byť v niektorých prípadoch veľmi problema­tické.

Nemenej dôležitý je i pohľad na časový priebeh nástupu poruchy, kde rozlišujeme náhlu a postupnú poruchu. Náhla porucha (obr. 1a) najčastej­šie vzniká ako dôsledok vonkajšieho pôsobenia, nastáva náhle, bez pred­chádzajúcich „varovných“ príznakov. Vyznačuje sa veľkou rýchlosťou poškodenia prvku v podobe lomov a plastických deformácií. Vo väčšine prípadov vzniká v dôsledku nekvalitnej výroby súčiastky, chýb pri montá­ži, nevhodného konštrukčného riešenia, skrytých nedostatkov súčiastok, materiálových chýb, nevhodného zaobchádzania, či preťažovania stroja.
Postupná porucha (obr. 1b) je charakteristická postupným zhoršovaním stavu častí stroja, až sa dosiahne hraničná miera poškodenia. Tento pro­ces sprevádzajú rôzne prejavy, ktoré možno kvantitatívne sledovať a vy­hodnocovať rôznymi metódami diagnostiky. Ako znázorňuje obrázok, postupná porucha vzniká od začiatku používania stroja a od určitej do­by je merateľná. Hlavnou príčinou sú rôzne formy opotrebenia súčiastok, dôsledkom ktorého sa zväčšujú vôle, nesúosovosti, dochádza k nárastu vibrácií a pod.
Špecifický prípad poruchy predstavuje dočasná porucha, vyznačujúca sa náhodným výskytom, pričom po určitom čase „zmizne“, resp. trvá len po­čas pôsobenia určitého vonkajšieho vplyvu. Jej identifikácia a určenie prí­čin je náročné.
Na druhej strane mnohé situácie v činnosti stroja, ktoré sa javia ako po­ruchy, však v skutočnosti nepredstavujú poruchy. Napríklad nízka pev­nosť bodových zvarov môže byť spôsobená poruchou zváracích klieští, ale aj nízkou presnosťou výliskov, zastavenie stroja môže nastať v dôsled­ku chýbajúcich informácií z nadradeného systému riadenia výroby a pod. Skutočná príčina týchto problémov spočíva v tom, že nie sú splnené pod­mienky (správneho) fungovania stroja. Preto je dôležité pre každé výrob­né zariadenie určiť tieto podmienky obsahujúce požadované parametre vstupov, predpísané pracovné tlaky, teploty a pod.

DIAGNOSTIKA PORUCHY
Proces odstraňovania poruchy možno rozdeliť do postupnosti krokov znázornených na obr. 2, pričom každý z nich skrýva potenciál na zlep­šovanie. Prvým krokom je informovanie o poruche. Najprv však treba zistiť, že porucha nastala a následne s touto informáciou ďalej praco­vať. Kľúčovú úlohu tu hrá presnosť a jasnosť poskytnutých informácií. V praxi vôbec nie je zriedkavé nahlásenie poruchy spôsobom „stroj mi nejde, príďte sa na to pozrieť“. Eliminovať túto situáciu možno pomo­cou elektronickej žiadanky na opravu, kde hlásenie poruchy bude re­alizované pomocou aplikácie využívajúcej zoznam (databázu) porúch. Týmto spôsobom sa docieli zadávanie vstupu v požadovanej štruktú­re a súčasne sa aj potlačí problém s rôznym označením, resp. pome­novaním rovnakej poruchy zapríčiňujúcim ťažkosti pri vyhodnocova­ní poruchovosti či následných analýzach zameraných na zvyšovanie spoľahlivosti.
Pri návrhu elektronickej žiadanky na opravu treba vychádzať z faktu, že predstavuje zdroj prvotných informácií pre zasahujúceho údržbára. Či­že má poskytovať odpovede na základné otázky typu „Čo?, Kde?, Kedy?, Ako?“ Inak povedané, pracovník by mal byť oboznámený s tým, ktoré čas­ti stroja nepracujú správne, ktoré časti stroja sú poškodené/nefunkčné, aké odchýlky vykazuje správanie stroja voči normálnemu stavu a pod. Rovnako pri návrhu treba zohľadniť aj spôsoby identifikácie prejavov po­ruchy, pričom možno rozlíšiť niekoľko prípadov:
• Poruchy odhalené obsluhou stroja na základe jasných prejavov zisti­teľných ľudskými zmyslami (nepravidelný chod alebo zastavenie stro­ja, nekvalita, únik pracovných alebo prevádzkových kvapalín, zvýšená hlučnosť a pod.).
• Pri automatizovaných strojoch, resp. linkách musí byť porucha iden­tifikovaná riadiacim systémom na základe autodiagnostiky alebo prekročením nastaveného času medzi začiatkami dvoch nasledujú­cich pracovných cyklov.
• Mnohé poruchy sa prejavujú vo forme zníženej kvality vyrábaných vý­robkov, ktorú možno zistiť až mimo pracoviska na základe kontro­ly kvality výrobkov (napríklad pomocou merania na špeciálnych stro­joch).
• Poslednú skupinu predstavujú poruchy identifikované technikom na základe diagnostiky, meraní, revízií stroja (meranie vibrácií, výsledok analýzy oleja a pod.).
Z hľadiska praktickej realizácie elektronickej žiadanky sa ako najlepšie riešenie javí využitie stromovej štruktúry tvorenej hlavnými časťami (uz­lami) stroja, pre ktoré sú vytvorené zoznamy možných porúch (obr. 5). Ohlasovanie poruchy operátorom potom spočíva vo výbere z tohto zo­znamu. Podobne možno realizovať ohlasovanie porúch prejavujúcich sa nekvalitou výrobkov. Operátor, resp. kontrolór, len zadajú príslušné po­ložky zo zoznamu chýb, pričom ich prepojenie na zodpovedajúce časti stroja vykoná informačný systém na automaticky na základe QM matice. Prijatie hlásenia o poruche môže byť spojené aj so spätným hlásením ob­sahujúcim inštrukcie pre obsluhu, aké opatrenia a činnosti sa majú hneď vykonať.

CHYBOGRAM AKO PROSTRIEDOK NA URÝCHLENIE HĽADANIA PRÍČINY PORUCHY
Vo všeobecnosti môže mať porucha viacero možných príčin. V procese diagnostiky pracovníci väčšinou postupujú metódou pokus – omyl. Vytý­čia si hypotézu reprezentujúcu jednu z možných príčin a následne ju ove­ria. V prípade neúspechu si stanovia ďalšiu hypotézu, ktorú potom overia. Toto sa opakuje, až kým nie je odhalená príčina poruchy. Trvanie tohto procesu do značnej miery závisí aj od znalostí a skúseností pracovníkov. Skrátenie procesu diagnostiky možno docieliť pomocou používania chy­bogramov (obr. 3). V podstate ide o graf vychádzajúci zo stromu porúch obsahujúceho zoznam možných príčin poruchy. Tie sú rozdelené do rôz­nych úrovní – hypotéz prvého, druhého až n-tého rádu. Hypotéza prvé­ho rádu reprezentuje skutočnosť, že porucha nastala v dôsledku poškode­nia určitej časti (uzla) stroja. Hypotéza 2. rádu potom môže konkretizovať poškodenie určitej podskupiny a hypotéza n-tého rádu zlyhanie konkrét­nej súčiastky. Ako doplnok k hypotézam najvyššieho rádu môže byť uve­dená primárna príčina – aké konkrétne okolnosti viedli k vzniku poruchy. Napríklad predratie hadice pneumatického obvodu nastalo v dôsledku jej dotyku s pohybujúcou sa časťou stroja. Skutočnosť, že porucha môže byť alternatívne spôsobená viacerými rôznorodými zlyhaniami, sa v praxi od­zrkadlí v tom, že overenie niektorých hypotéz môže vyžadovať špeciálne vybavenie, postup či kvalifikáciu pracovníkov. Informačný systém by pre­to mal umožňovať ku každej hypotéze definovať aj doplnkové informácie. Na ich základe by sa uskutočňovala voľba zasahujúceho personálu, on-li­ne by sa sprístupnili určité časti technickej dokumentácie stroja a pod. Po zadaní poruchy by došlo k spárovaniu s príslušným chybogramom, vďaka čomu by boli informácie k dispozícii zasahujúcemu údržbárovi.

Ako modelový príklad bol zvolený manipulátor (obr. 4b) z výrobnej bunky Plnička, ktorého úlohou je odoberanie viek zo zásobníka a ich ukladanie na tégliky naplnené produktom. Mechanická časť je tvore­ná ramenom umiestneným na stĺpe, ktorého otáčanie zabezpečuje kyv­ný pneumatický pohon. Na konci ramena sa nachádza lineárna pne­umatická jednotka, ktorá zabezpečuje pohyb prísavky vo vertikálnom smere. Pracovný cyklus manipulátora predstavuje relatívne jednoduchú postupnosť na seba nadväzujúcich pohybov. Na začiatku sa pohybom li­neárnej jednotky presunie prísavka do dolnej pozície k zásobníku viek, kde po zapnutí podtlaku dôjde k uchyteniu veka. Nasleduje pohyb sme­rom nahor a otočenie ramena nad dopravník s téglikmi. Lineárnym po­hybom smerom nadol je veko položené na téglik; nasleduje vypnutie podtlaku, zdvihnutie prísavky nahor a pootočenie ramena do výcho­diskovej pozície.

Pravá časť grafu na obr. 5 obsahuje zoznam možných porúch manipuláto­ra, ktorý bol vypracovaný z pohľadu identifikácie obsluhou. Niektoré po­ruchy uvedené v zozname sa počas prevádzky Plničky vyskytli, iné pred­stavujú situácie, ktoré môžu nastať. Hlásenie poruchy do informačného systému bude realizované zadaním voľby „Manipulátor“ a následným vý­berom z ponuky preddefinovaných porúch, čím sa dosiahne jednoznačné zadanie poruchy. Ďalšie údaje o poruche (napríklad čas nahlásenia, kto nahlásil a pod.) budú do systému vložené automaticky, na základe pri­hlásenia sa a odoslania príslušnej informácie. Finálne sa poruchové hlá­senie spáruje s existujúcim chybogramom a táto informácia bude k dis­pozícii údržbárovi.
Ako modelový príklad bola zvolená porucha prejavujúca sa zastavením ramena manipulátora v pozícii nad zásobníkom viek (P1), pričom nena­sleduje pohyb prísavky smerom dole (P2) a uchopenie veka. Porucha je zo strany obsluhy stroja ľahko identifikovateľná, pretože spôsobí zastavenie celej linky – presun téglikov do skrutkovacej jednotky je podmienený vy­konaním pracovného cyklu manipulátora. Možné príčiny poruchy sú znázornené vo forme chybogramu na obr. 6. Z grafu vyplýva, že na určenie príčin boli stanovené štyri základné hypo­tézy. V prípade hypotéz týkajúcich sa výpadku, resp. nízkeho tlaku stlače­ného vzduchu na vstupe do stroja, nejde o poruchu manipulátora, resp. Plničky, lebo zastavenie nastalo v dôsledku nesplnenia podmienok fun­govania stroja. Tieto hypotézy sú najľahšie overiteľné, pričom overenie môže vykonať aj obsluha stroja. Postup overenia môže obsahovať spätné hlásenie informačného systému po zadaní poruchy.

Ďalšie dve základné hypotézy sa týkajú porúch pneumatického, resp. sen­zorického obvodu. Keďže predstavujú komplexnejšie problémy, sú rozpí­sané do hypotéz 2. a 3. rádu. V prípade poruchy pneumatického obvo­du hypotézy vyjadrujú skutočnosť, že pohyb ramena nenastal v dôsledku buď poškodenia hadice (masívny únik stlačeného vzduchu) alebo nepre­pínania rozvádzača alebo poruchy kyvného pohonu. Na vykonanie diag­nostiky pneumatického obvodu je potrebná jeho schéma nachádzajúca sa na výkrese P2, ktorého elektronická podoba by bola ako doplnková infor­mácia pripojená k hypotéze. Kvôli urýchleniu procesu overovania zápisy obsahujú aj označenia elektrických vodičov a hadíc. Podobne je spracova­ná hypotéza vyjadrujúca, že zastavenie manipulátora nastalo v dôsledku poruchy senzorického obvodu. V tomto prípade treba k hypotézam uviesť ďalšiu doplnkovú informáciu, a to, že overenie môže vykonať iba pracov­ník s elektrotechnickou kvalifikáciou.
Cieľom prezentovaného konceptu informačného systému je zabezpe­čenie dostupnosti a využiteľnosti informácií súvisiacich s procesmi ko­rekčnej údržby. Jeho praktická realizácia je podmienená aj zodpovedajú­cim hardvérovým a softvérovým vybavením pracovníkov, resp. pracovísk. Zadávanie porúch sa môže realizovať pomocou terminálov s dotykový­mi displejmi, vybavenie pracovníkov údržby bude potrebné rozšíriť o tab­lety. Uvedené návrhy však v dnešnej dobe nepredstavujú veľké finančné náklady. Z pohľadu softvéru ide o databázový systém zdieľaný cez firem­ný intranet, čo je bežné riešenie využívané v mnohých iných aplikáciách.

POUŽITÁ LITERATÚRA:
[1] Borris, S.: Total Productive Maintenance, McGraw-Hill Corp. USA, 2006, ISBN 0-007-146733-5
[2] Grenčík, J. a kol.: Manažérstvo údržby, Slov. spoločnosť údržby vo vydavateľstve BEKI design, s. r. o., Košice, 2013
[3] Sanner, R.; Sanner, S.: Maintenance la méthode Maxer, Dunod, Paris, 2008

TEXT/FOTO ING. ANDREJ ČERVEŇAN, PHD., ÚSTAV VÝROBNÝCH SYSTÉMOV, ENVIRONMENTÁLNEJ TECHNIKY A MANAŽÉRSTVA KVALITY, DOC. ING. JOZEF ANTALA, PHD., ÚSTAV DOPRAVNEJ TECHNIKY A KONŠTRUOVANIA, STROJNÍCKA FAKULTA STU V BRATISLAVE