Visuell signalering for informert styring av produksjonslinjer

Figur 1: Begrepet visuell styring innebærer kommunikasjon som er ment å få personell til å handle – som skiller seg fra annen visuell kommunikasjon på anleggsgulvet som bare er ment for å formidle informasjon. Varsellamper som disse kommuniserer forekomster av farlige tilstander. (Bildekilde: Getty Images)

Figur 2: På samme måte som trafikklys som styrer atferden til sjåfører i gatekryss, har utstyr for visuell styring i industrielle konstruksjoner som oppgave å stimulere personell for å sette prosesskrav. (Bildekilde: Banner Engineering)

Produksjonslinjer for prosessering, sortering, transport, montering og innpakking av varer innlemmer vanligvis utstyrsmatriser som utfører sammenhengende, om enn separate, oppgaver samtidig. Slike operasjoner gjør det nødvendig å inkludere komponenter for sikker og avbruddsfri produksjon. Her er visuelle signalkomponenter viktig. Disse kommuniserer raskt og effektivt maskindata og annen handlingsbar informasjon til anleggspersonell ved å bruke lys eller andre visuelle (ofte fargekodede) midler – med liten eller ingen støtte fra skriftlige instruksjoner eller tekst.

Visuell styring er også kjent i forbindelse med industriautomasjon som visuell styring, og støtter mager (lean) produksjon og effektiviteten vi finner i tilnærminger for magre IIoT-fabrikker. Slik visuell styring kan for eksempel være enkle markeringer på fabrikkgulv, klistremerker og etiketter på kommunikasjonstavler og arbeidsstykkebatcher, lystårn (kalt andon-lys) og annen opplyst elektronikk på styringsstasjoner eller -maskiner, lysstrimler på delebeholdere for monteringsstasjoner, og til og med takmonterte flatskjermer som kommuniserer forhold og instruksjoner til anleggspersonell i sanntid.

Hovedmålet til visuell styring i produksjonslinjer er å sikre at alle produksjons- og monteringsprosesser skjer så sikkert og effektivt som mulig ved å gi rettidig og proaktiv kommunikasjon av nødvendige operatør- eller teknikerhandlinger.

Visuelle styringskomponenter

Visuelle styringskomponenter i automatiserte anlegg har tre distinkte funksjoner – å formidle handlingsbar informasjon om tilstanden til maskiner og prosesser på produksjonslinjen, å gi kodede instruksjoner til maskinoperatører og annet anleggspersonell, samt å spore produksjonslinjens ytelse for å kunne ta bedre og mer informerte beslutninger på bedriftsnivå. Hver av disse funksjonene er knyttet til overlappende utvalg av dedikerte visuelle styringsverktøy.

Visuelle alarmer for anleggspersonell

Figur 3: Visuelle alarmer er avhengige av sensorer som detekterer når maskinhendelser oppstår – og kombineres ofte med hørbare sirener. Her vises en lysdiodebelyst piezo-alarm for panelmontering og CAN-nettverk via SAE J1939-15-protokollen. Alarmens lyder kan konfigureres slik at de kommuniserer ulike alarmtilstander. (Bildekilde: Floyd Bell Inc.)

Visuelle alarmer er lysdioder, indikatorlamper og belyste enheter som optisk tiltrekker maskinoperatørers og anleggslederes oppmerksomhet – vanligvis som en dedikert advarsel om et svært spesifikt problem. Vanlige årsaker til alarmer omfatter maskinfastklemming, overbelastning, overoppheting, lekkasjer, trykkfall, elektriske feil, impedans for sikkerhetsfunksjoner og brann. For spesielt alvorlige situasjoner, kombineres disse visuelle alarmene med hørbare sirener.

For eksempel integreres varme- og røykpartikkelsensorer i brannalarmer, i tillegg til robust elektronikk programmert til å gi lyd- og blinkesignaler. I noen tilfeller er alarmer også nettverkstilkoblet i et styringsystem på høyt nivå som kan kommandere at en gitt alarm aktiverer sine mest tydelige alarmer skulle det oppstå en rekke illevarslende hendelser.

De fleste industrielle alarmer kommuniserer bare at det er en feil – uten noen som helst detaljer om feilens hovedårsak eller nøyaktige plassering. Visuelle industrialarmer konstrueres vanligvis på en slik måte at det er intuitivt for selv nybegynnere å se at det er et problem – og de mest erfarne observatørene kan umiddelbar forstå problemets art. For eksempel kan en alarm som er installert på en produksjonslinje blinke, eller sende ut et tilsvarende signal, når de tilknyttede sensorene detekterer et forhåndsprogrammert antall avvisninger. Dette gjør det mulig for skiftoperatører å vite at det er et problem på et eller annet uspesifisert punkt på transportbeltet eller linjen. På andre maskiner er visuelle alarmer programmert til å blinke av og på i henhold til tidsbestemte mønstre – omtrent på samme måte som nautiske kanalmarkører for sjøtrafikk i farvann – med kodede betydninger for hvert blinkemønster.

Maskinstatusindikatorer

Maskinstatusindikatorer i industrimiljøer inkluderer målerne og tellerne som mange teknikere ser for seg når de hører ordet indikator. Statusindikatorer inkluderer faktisk også andre automasjonskomponenter – for eksempel styringspanellys, lystårn og HMI-funksjoner som indikerer forekomsten av en maskinhendelse eller påkrevd respons fra personell.

I motsetning til alarmer som utelukkende kommuniserer forekomsten av farlige, ikke-rutinemessige eller andre prosessavbrytende hendelser, er maskinstatusindikatorer forbundet med handlingsbare hendelser eller målinger som er normale for en gitt operasjon. For eksempel kan de vise i sanntid hvor mye elektrisitet som forbrukes eller mengden varme som genereres av en prosess som kjører med en justerbar hastighet eller justerbart dreiemoment på aksen til overvåket utstyr.

Andon-lys og lystårn

Figur 4: I motsetning til alarmer og indikatorer, er andon-lys enheter som er dedikert til én enkelt maskintilstand. Andon-lystårn kommer med forskjellige stakkantall og diametre. Standardbraketter og forhåndskablet hastighetsintegrasjon. (Bildekilde: Menics)

Andon-lys er en vanlig komponent for visuell styring i dagens produksjonsanlegg. De er tårnlys med forskjellige vertikalt stablede farger. Begrepet andon er et japansk ord for en type stasjonær lykt – og bruken av det innen produksjon stammer fra Toyotas bruk av andoner, som refererer til de lysbaserte systemene for problemsignalering fra de tidlige moderne fabrikkene deres.

Anodoner skiller seg fra andre visuelle styringskomponenter ved at hver av dem er forbundet med en gitt maskinforrigling, stoppknapp eller driftssporingsenhet. Det mest distinkte kjennetegnet ved andon-systemer er at de gir personell en måte å stoppe produksjonslinjen på når et problem oppstår. Hovedfunksjonen til andon-lys er å kommunisere til personell i nærheten at det er et problem på linjen.

Hver farge på et andon-lystårn formidler en bransjestandardisert melding.

• Grønn indikerer at en produksjonslinje er i drift og at det ikke er oppdaget noe problem.
• Gul indikerer at maskinlogikken detekterer et problem – selv om produksjonen fortsatt kan være i drift. Det gule lyset til en andon lyser vanligvis når det er et avvik på produksjonslinjen, for eksempel for høy temperatur, mangler, maskinfeil eller et unormalt antall avvisninger. Problemer som utløser det gule lyset er ikke-kritiske, men kan føre til mer alvorlige problemer hvis de ikke tas hånd om.
• Rød indikerer at produksjonen har stanset – ofte fordi en maskinoperatør har utløst en maskinlås eller trykket på en e-stoppknapp. Når et andon-system enten detekterer eller mottar et varsel om et kritisk problem som krever umiddelbar oppmerksomhet, vil det røde lyset til andon-tårnet slå seg på – og andon-systemet stanser produksjonen. Hvis produksjonen stanser, men ikke via andon-systemet (eller stanser av en eller annen grunn som ikke kan detekteres av andon-systemet), vil den røde andon-lampen blinke rødt. Produksjonen forblir stanset inntil problemet er løst.

Selv om de vanligste andon-lysene inkluderer stabler med rødt, gult og grønt lys, inkluderer noen kun rødt og grønt. Andre inkluderer dog et hvitt og et blått lys i stakken. Bransjens standardbetydning for blått lys på et andon-tårn er en forespørsel om assistanse – for eksempel for materiellpåfylling, vedlikeholdspersonale eller styring. En opplyst hvit lysdiode på et andon-lystårn derimot, vil vanligvis kommunisere en maskinspesifikk tilstand knyttet til et overvåket produktivitetsmål.

Enklere merking og anleggsskilting

Figur 5: Sikkerhetsskilting benytter ikonografi som er standardisert av NEMA (National Electrical Manufacturers Association), ANSI-standarden Z535 (ANSI – American National Standards Institute) og i ISO-standarden 7010 (ISO – International Organization for Standardization). (Bildekilde: Getty Images)

Figur 6: Beskjeden skiltbasert visuell styring kan ivareta sikkerheten til anleggets personell. (Bildekilde: Clarion Safety Systems)

Visuell styring i industrimiljøer trenger ikke være elektronisk. Beskjedne (lavteknologiske) skilt, etiketter og merkinger i og rundt arbeidsceller og maskiner, er viktige elementer i et velkonstruert magert produksjonsanlegg. Slik skilting er nyttig når anleggspersonell skal instrueres og veiledes. For eksempel kan gulvmarkeringer veilede fottrafikken langs sikre ruter gjennom produksjonsanlegg. På andre steder kan ikonbaserte etiketter tydelig vise de riktige posisjonene til verktøy, skuffede deler for montering, utstyrsøkser, sikkerhetsporter og andre gjenstander.

Den viktigste typen skiltbasert visuell styring er den som er knyttet til personellsikkerhet. Slik skilting er lovpålagt på steder der det er varme overflater, elektriske farer, våte gulv eller fare for strålingseksponering. Sikkerhetsskilt varsler også arbeidere om påkrevd personlig verneutstyr (PPE) for et bestemt arbeidsområde – og når de nærmer seg områder som er begrenset for uautorisert personell. Andre eksempler på skilt for visuell styring av produksjonslinjer er laminerte etiketter eller etiketter i hardplast og merker som beskriver tiltak som må tas i forbindelse med en gitt maskin- eller anleggstilstand, eller hvordan en enkel innretning eller en enkelt utstyrsdel kan betjenes.

Grafikktavler og HMI-er for KPI-er

Figur 7: Operasjoner og KPI-tavler i fabrikker er i økende grad digitale IIoT-tilkoblede skjermer som kan kommunisere ytelsen til individuelle arbeidsceller og generell anleggsytelse. (Bildekilde: Getty Images)

Selv om det ikke ligger innenfor omfanget til denne artikkelen, er det verdt å merke seg at vi i løpet av de siste årene har sett økt bruk av HMI-er for å formidle varsler og alarmer på maskinnivå. Disse HMI-varslene er lett synlige skjermsignaler som ofte er ikonisert for å ligne på de fysiske kuppel- og andon-lysene som anleggspersonell allerede er kjent med.

Grafikktavler på anleggsgulv er standard når det kommer til kommunikasjon av data knyttet til målinger på anleggs- og bedriftsnivå (sammen med informasjon om ytelse og nåværende situasjon for én eller flere produksjonslinjer). Disse tavlene inkluderer både elektroniske og ikke-elektroniske variasjoner.

Ikke-elektroniske grafiske tavler og oppslagstavler som viser håndskrevet informasjon og datamaskinutskrifter av produksjonsstatistikk knyttet til gjennomstrømningshastigheter for arbeidsceller, ferdige og sendte deler, sikkerhetshendelser, med mer.

Enkle elektroniske grafikktavler kan være lysdiodepoengtavler som kan vise tall på prikkmatriseskjermer. Mer sofistikerte elektroniske grafikktavler inkluderer derimot digitale flatskjermer som er nettverkstilkoblet til maskiner og skjermutstyr, fabrikkgulvet og til og med sanntidsdata på bedriftsnivå. I mange tilfeller plottes målgjennomstrømning og andre driftsmessige kvantiteter opp mot faktisk gjennomstrømning og relaterte kvantiteter. Slike verdier kalles viktige ytelsesindikatorer eller KPI-er (key performance indicators) – disse indikatorene for driftsforhold og forbedringsmålinger er for å gi opplysninger om beslutningstaking på bedriftsnivå. I tillegg til KPI-er, inneholder visuelle styringstavler ofte ytelsesstatistikk knyttet til oppfyllelse av arbeidsordre, antall produserte deler, maskinsammenbrudd, driftstimer uten avbrudd og antall dager uten ulykke.

Konklusjon

Visuell styring i forbindelse med industriautomasjon omfatter systemer og signalkomponenter som kommuniserer ikke-tekst-instruksjoner til anleggspersonell. Komponenter som er dedikert til visuelle styringsfunksjoner, kan enten formidle informasjon om prosess- og maskinforhold eller formidle handlingsrettede detaljer om ytelsen og gjennomstrømningen til en produksjonslinje. Den iboende påfallende naturen til fargelagte, glødende og blinkende skilter og signaler, er hovedgrunnen til suksessen til visuell styring og produktivitetsfordelene til en visuell IIoT-fabrikk.