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Come gestire efficacemente il network di un impianto di produzione in tre fasi

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La produzione di un impianto di produzione è un ambiente complesso con una moltitudine di risorse fisiche da misurare e gestire, che vanno da grandi azionamenti e macchinari a componenti più piccoli come sensori e batterie. La maggior parte delle strutture dispone di un programma di manutenzione preventiva per tali apparecchiature, soggette ad usura, basato su misurazioni specifiche. Ma che dire dell’infrastruttura di rete? Come si può valutare questa importante struttura?

Le reti Ethernet in ambito manifatturiero si sono sviluppate in un’importante interfaccia tra i sistemi di produzione e di automazione e i sistemi aziendali e rappresentano il percorso di comunicazione standard tra i sistemi di automazione. La crescita e la standardizzazione della tecnologia Ethernet all’interno dei sistemi automatizzati è accompagnata da due importanti requisiti: In primo luogo, la necessità di rendere il personale di controllo e di produzione consapevole di quali dispositivi sono collegati alla rete Ethernet in ogni sede e, in secondo luogo, le prestazioni di questi dispositivi.
Il monitoraggio e la misurazione delle prestazioni dei dispositivi è importante per gestire correttamente l’integrità complessiva della rete di produzione. Questo white paper esamina tre best practice per la determinazione delle metriche per garantire che l’intera rete industriale di gestione e di operazioni possa essere gestita in modo efficace ed efficiente.

Primo passo: comprendere l'importanza degli indicatori di performance

Il primo passo per gestire adeguatamente la rete produttiva consiste nel determinare i fattori da misurare e poi consolidare la lista per individuare gli elementi più rilevanti per gli obiettivi organizzativi e l’integrità dei sistemi. Queste metriche chiave sono note come Key Performance Indicators (KPI). Un KPI è una metrica conteggiabile che viene utilizzata da un’organizzazione per determinare la misura in cui gli obiettivi operativi e strategici vengono raggiunti. I KPI sono unici per l’organizzazione e si basano sulle prestazioni di ogni reparto che ci si aspetta garantisca il successo complessivo dell’organizzazione. Diverse metriche combinate possono formare un unico KPI. 

Le caratteristiche di base necessarie per l’introduzione di un KPI efficace son:

Fonte: „The Choice of KPIs in BSC implementation.“ Business Analysis Toolkit. 2008-2015 https://www.measurebusiness.com/the-choice-of-kpis-in-bsc-implementation.htm 

Secondo passo: definire gli indicatori chiave di performance

Per definire dei KPI veramente efficaci, le aziende devono prima di tutto avere degli obiettivi chiaramente definiti e dei benchmark riconosciuti. Un punto di partenza comune è l’esame dell’efficacia totale delle apparecchiature (GAE) in un’azienda per determinare la percentuale di tempo di produzione produttiva pianificata. Per determinare il valore GAE di un’azienda, occorre esaminare il rapporto tra il tempo di produzione a pieno ritmo e il tempo di produzione pianificato, tenendo conto che i tempi di fermo macchina pianificati non sono inclusi in questa equazione.
Figura 1: Riconoscere l’importanza del valore GAE di un’azienda per ottenere miglioramenti e identificare i problemi nell’area di produzione.

Fonte: OEE (Overall Equipment Effectiveness). Vorne Industries, Inc. 2011-2016. https://www.leanproduction.com/oee.html

Come risultato dell’emergente utilizzo della tecnologia Ethernet nell’industria e del conseguente passaggio da sistemi stand-alone ad apparecchiature in rete, i produttori di livello mondiale hanno capito che devono considerare il tempo produttivo dell’infrastruttura di rete industriale come un importante fattore di GAE. Sulla base di questa realizzazione il management di queste aziende sta cercando il modo di cambiare i loro processi operativi.

Ad esempio, molte aziende adottano procedure di risoluzione dei problemi per la loro infrastruttura di rete di produzione, quindi se la rete non è disponibile, il problema deve essere risolto immediatamente per rimettere in funzione l’impianto. Questo è il risultato diretto dell’elaborazione dei dati KPI per un segmento di impianto (ad esempio una macchina o una cella), che non riflette necessariamente la natura di rete delle operazioni industriali odierne.
Si tratta di un approccio cruciale per le aziende in cui i problemi nella rete industriale influenzano la produzione. Invece di cercare un’interruzione in una cella o in una macchina quando gli effetti sono chiari ma la causa originale è oscura, un approccio più efficace potrebbe essere quello di indagare le prestazioni dell’intera infrastruttura di rete industriale e le sue interazioni con le varie macchine dell’impianto. 
Per definire un KPI che aiuti un’organizzazione a raggiungere un tempo di produttività di rete quasi ideale al 100%, è necessario innanzitutto decidere quali dispositivi all’interno della rete industriale devono funzionare 24 ore su 24, come le interfacce uomo-macchina (HMI), i controllori a logica programmabile (PLC), i controllori di ingresso/uscita (I/O), gli interruttori industriali e gli azionamenti che causerebbero il blocco della produzione se fossero difettosi.

Figura 2: Questo diagramma mostra i numerosi dispositivi e punti di connessione che possono far parte di una rete industriale..
Il prossimo passo importante è quello di definire quali eventi di rete devono essere registrati e quali eventi devono far scattare immediatamente un allarme. Mentre tutti gli eventi devono essere registrati, un allarme deve essere attivato solo se la capacità della rete scende al di sotto di un certo limite. È importante che questo valore limite non rappresenti un “collasso” completo della rete, che porta a tempi di inattività. Infine, le aziende devono stabilire un calendario, ad esempio giornaliero, in cui i rapporti di rete vengono elaborati dal management per le operazioni essenziali e il controllo. Questo accesso consente ai responsabili della produzione e del controllo di identificare le tendenze della rete nel tempo e di determinare quando la rete stessa funziona in modo marginale al di sotto dell’efficienza prevista. Anche se questi aspetti non sono un problema di rete evidente, possono servire come prime indicazioni di futuri problemi di rete.

Terzo passo: prendere decisioni informate sulla base dei rapporti sui dati KPI

La disponibilità dei dati sulla base dei quali si possono prendere decisioni informate è di grande importanza per ogni azienda. Spesso, il miglioramento continuo viene trascurato perché è difficile fornire dati che mostrino i benefici dei miglioramenti rispetto ai costi. Per una rete di produzione, i dati disponibili per identificare qualsiasi deterioramento che si verifica e le aree in cui sono necessari miglioramenti per gestire correttamente la rete e mantenere la produzione dell’impianto sono fondamentali. Ad esempio, il KPI della rete può mostrare che il numero di eventi che si verificano sulla rete è in rapido aumento nonostante la disponibilità sua disponibilità al di sopra del livello target, indicando l’instabilità della rete. Esaminando questi dati, può essere possibile identificare una perdita temporanea di connessione ad un modulo I/O a chiave, che può essere rilevata e rapidamente corretta prima che si verifichi un errore. Con queste informazioni, il controllo e la gestione della produzione possono giustificare l’investimento di capitale necessario per la manutenzione preventiva piuttosto che affidarsi ad un accesso di manutenzione reattiva. Per ottenere i dati richiesti, è necessario uno strumento in grado di presentare facilmente al controllo e alla gestione della produzione un’istantanea dell’integrità della rete industriale basata su KPI predefiniti. Il controllo e la gestione della produzione possono monitorare i KPI da remoto utilizzando un’interfaccia web di facile utilizzo. Strumenti come la nuova funzione di reporting dei KPI nella rete industriale e il software di visualizzazione IntraVUE™ consentono al ai responsabili IT di prendere decisioni informate sulla base dei dati, visualizzando le prestazioni della rete (Figura 3)
Figura 3: Riepilogo del rapporto KPI a 30 giorni

Ridurre i tempi di fermo delle apparecchiature attraverso una corretta gestione della rete industriale

I dispositivi che formano una rete industriale all’interno di un sistema di automazione sono un fattore decisivo per il successo della produzione di impianti e la redditività dei produttori. Le giuste misurazioni delle prestazioni dell’infrastruttura di rete industriale consentono al controllo e alla gestione della produzione di prendere decisioni informate e guidate dai dati per gestire i tempi di produzione della rete e ridurre il costo delle interruzioni non pianificate. Questo semplice passaggio da un approccio reattivo ad un approccio proattivo alla gestione della rete industriale può migliorare i tempi di risoluzione dei problemi fino al 75% in caso di interruzioni multiple, fornendo al contempo una misura obiettiva della disponibilità di apparecchiature critiche e aumentando l’efficienza complessiva dell’impianto.
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