Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori
Abstract
Aquest treball se centra en l’aplicació una de les funcionalitats d’un sistema MES a una de les estacions del laboratori. Aquest sistema és una de les moltes innovacions que acompanyen a la nova revolució de la indústria 4.0, que pretén millorar la indústria integrant-hi tecnologies digitals intel·ligents a aquesta. Concretament, la funcionalitat que s’ha implementat a aquest projecte ha estat un OEE, que és un indicador de rendiment, disponibilitat i qualitat d’un procés industrial, per tal de detectar quins són aquells punts dèbils dins aquest. L’objectiu d’aquest projecte serà visualitzar l’OEE de l’estació I del laboratori de robòtica i CIM de la universitat. Per això caldrà conèixer el funcionament d’aquesta estació, programar-la i guardar totes aquelles dades necessàries per a implementar la funcionalitat. També serà necessari fer un disseny de totes les comunicacions que intervenen en el procés i les dades que hauran d’intercanviar. Dins el treball, s’ha fet un disseny de la comunicació de tots els dispositius que intervenen al procés. També s’ha programat l’estació I del laboratori afegint-hi els dos nous alimentadors que han estat programats per primer cop per a aquest treball. D’altra banda s’ha dissenyat i configurat una base de dades per guardar aquelles dades rellevants del procés, així com la seva comunicació. Finalment, s’han simulat dades d’aquesta estació per visualitzar-les a través d’un programa de visualització interactiva de dades. La funcionalitat del sistema MES s’ha pogut implementar de forma satisfactòria, tot i que per motius externs, el treball ha hagut d’anar per un altre costat al plantejat. S’ha pogut fer una simulació de l'estació i s’han visualitzat els tres paràmetres indicadors del OEE, on hem pogut veure quin ha estat el factor que provoca la ineficiència d’aquesta màquina. L’actual projecte és una petita mostra de com l’indústria 4.0 pot ajudar a la millora de l’eficiència dels processos industrials, i detectar-ne les principals causes que impedeixen a aquests funcionar al màxim potencial. També, ha estat una gran experiència d’aprenentatge en què no només s’ha après tot el que comporta la implementació d’un sistema com aquest, sinó que també s’han hagut de prendre moltes decisions per a superar diferents entrebancs que han anat sorgint, millorant així la capacitat d’adaptació als canvis
Full text
Document: Memòria Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. Director/Directora - Codirector/Codirectora: Planas Dangla, Rita Maria Hernández Braña, Sergio Titulació: Grau en Enginyeria Electrònica, Industrial i Automàtica Convocatòria: Primavera, 2024 TREBALL DE FI D’ESTUDIS Autor/Autora: Pere Valls Escobar
i Resum Aquest treball se centra en l’aplicació una de les funcionalitats d’un sistema MES a una de les estacions del laboratori. Aquest sistema és una de les moltes innovacions que acompanyen a la nova revolució de la indústria 4.0, que pretén millorar la indústria integrant-hi tecnologies digitals intel·ligents a aquesta. Concretament, la funcionalitat que s’ha implementat a aquest projecte ha estat un OEE, que és un indicador de rendiment, disponibilitat i qualitat d’un procés industrial, per tal de detectar quins són aquells punts dèbils dins aquest. L’objectiu d’aquest projecte serà visualitzar l’OEE de l’estació I del laboratori de robòtica i CIM de la universitat. Per això caldrà conèixer el funcionament d’aquesta estació, programar-la i guardar totes aquelles dades necessàries per a implementar la funcionalitat. També serà necessari fer un disseny de totes les comunicacions que intervenen en el procés i les dades que hauran d’intercanviar. Dins el treball, s’ha fet un disseny de la comunicació de tots els dispositius que intervenen al procés. També s’ha programat l’estació I del laboratori afegint-hi els dos nous alimentadors que han estat programats per primer cop per a aquest treball. D’altra banda s’ha dissenyat i configurat una base de dades per guardar aquelles dades rellevants del procés, així com la seva comunicació. Finalment, s’han simulat dades d’aquesta estació per visualitzar-les a través d’un programa de visualització interactiva de dades. La funcionalitat del sistema MES s’ha pogut implementar de forma satisfactòria, tot i que per motius externs, el treball ha hagut d’anar per un altre costat al plantejat. S’ha pogut fer una simulació de l'estació i s’han visualitzat els tres paràmetres indicadors del OEE, on hem pogut veure quin ha estat el factor que provoca la ineficiència d’aquesta màquina. L’actual projecte és una petita mostra de com l’indústria 4.0 pot ajudar a la millora de l’eficiència dels processos industrials, i detectar-ne les principals causes que impedeixen a aquests funcionar al màxim potencial. També, ha estat una gran experiència d’aprenentatge en què no només s’ha après tot el que comporta la implementació d’un sistema com aquest, sinó que també s’han hagut de prendre moltes decisions per a superar diferents entrebancs que han anat sorgint, millorant així la capacitat d’adaptació als canvis.
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. ii Abstract This project pretends to apply one of the multiple functionalities of the Manufacturing Execution System (MES) on one of the stations of the laboratory. This system is one of the multiple innovations that come along with the new industrial revolution 4.0, which works towards an upgrade of the industry with the Integration of intelligent digital technologies to it. Specifically, the functionality that is pretended to be implemented in this project has been an Overall Equipment Effectiveness (OEE), which is an indicator of performance, availability and quality of an industrial process, to identify which are the weak points of it. The aim of this project will be the visualization of the OEE parameter of the station I of the robotics and CIM laboratory of the university. To achieve that, it will be necessary to understand how the station works, to program it and save all the necessary data for the implementation of this functionality. It will be crucial to understand all the communications that appear in the process and which data will they transport. For this project, a design of the communication of all the devices that interact with the process has been developed. Also, the station one of the laboratories has been programmed including the two new pieces' feeder which have been programmed for the first time for this project. On the other hand, a database has been designed and configured to store the relevant data of the process as well as the communications to it. Finally, data of this station has been simulated and used for its visualization through an interactive data visualizer. The functionality of the MES system has been implemented successfully, although that due to external elements the project took different directions that what was planned, a simulation of the station has been done, and the data extracted from it has been visualized including the three parameters of the OEE and made possible the identification of which was the one that caused the inefficiency of the machine. This project is a small sample of how the industry 4.0 can mean a big upgrade for the industrial processes, in this case identifying what stops it for working at its maximum potential. Also, this has been a great learning experience, not only for the opportunity of learning everything that involves the implementation of a system like this, but also has been necessary to act in many decisions to face the obstacles that have appeared over the course of this project, improving this capacity.
iii Índex RESUM.............................................................................................................................. I ABSTRACT ...................................................................................................................... II ÍNDEX ..............................................................................................................................III ÍNDEX DE TAULES .......................................................................................................... V ÍNDEX DE FIGURES ....................................................................................................... VI LLISTA D’ABREVIATURES/GLOSSARI ....................................................................... VIII 1. INTRODUCCIÓ ............................................................................................................ 1 1.1 OBJECTE ............................................................................................................. 1 1.2 ABAST ................................................................................................................. 1 1.3 REQUERIMENTS ................................................................................................... 2 1.4 JUSTIFICACIÓ ....................................................................................................... 2 2 METODOLOGIA ........................................................................................................ 3 3 ESTUDI ESTACIÓ ..................................................................................................... 4 3.1 ENTORN DE TREBALL ............................................................................................ 4 3.2 MAPEJAT ESTACIÓ ................................................................................................ 5 4 AUTOMATITZACIÓ DE L’ESTACIÓ .......................................................................... 7 4.1 VISTA GENERAL DE L’ESTACIÓ ............................................................................... 7 4.2 PROGRAMACIÓ DE L’ESTACIÓ ................................................................................ 8 4.2.1 Bloc de funció de seqüència ........................................................................ 8 4.2.2 Seqüència de control general ...................................................................... 8 4.2.3 Gestió de comandes .................................................................................... 9 4.2.3.1 ENTRADA COMANDA I VERIFICACIÓ ...................................................10 4.2.3.2 CÀRREGA ALIMENTADORS ..................................................................14 4.2.3.3 GESTIÓ D’ERRORS ...............................................................................15 4.2.4 Alimentadors...............................................................................................15 4.2.4.1 ALIMENTADOR PRINCIPAL ...................................................................17 4.2.4.2 ALIMENTADORS SECUNDARI ..............................................................19 4.2.4.3 BLOC DE FUNCIONS DE CILINDRE .....................................................20 4.3 CONNEXIÓ KEP SERVER ......................................................................................21 5 BASE DE DADES ....................................................................................................24 5.1 ESTUDI DE DADES ................................................................................................24 5.1.1 Dades OEE ................................................................................................24 5.1.2 Dades Comandes i lots ...............................................................................25 5.1.3 Disseny Base de Dades .............................................................................26 5.1.3.1 Taula Producte ........................................................................................27 5.1.3.2 Taula Comanda .......................................................................................27 5.1.3.3 Taula Clients ...........................................................................................28 5.1.3.4 Taula Lot .................................................................................................28 5.1.3.5 Taula Operaris .........................................................................................28 5.1.3.6 Taula Parada ...........................................................................................29 5.1.3.7 Taula Maquines .......................................................................................29 5.2 CREACIÓ BASE DE DADES ....................................................................................29 5.3 CONNEXIÓ PLC A BASE DE DADES .......................................................................32 6 IMPLEMENTACIÓ SISTEMA MES ...........................................................................36
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. iv 6.1 SIMULACIÓ DE DADES ..........................................................................................36 6.1.1 Generador d’Estats de Màquina .................................................................36 6.1.2 Mapejat de dades simulades ......................................................................41 6.1.2.1 TAULA COMANDA ..................................................................................41 6.1.2.2 TAULA PRODUCTE ................................................................................42 6.1.2.3 TAULA LOT .............................................................................................43 6.1.2.4 TAULA PARADA .....................................................................................44 6.1.2.5 TAULA CLIENTS .....................................................................................45 6.1.2.6 TAULA OPERARIS .................................................................................46 6.1.2.7 TAULA MÀQUINES .................................................................................46 6.2 POWER BI ...........................................................................................................46 6.2.1 Pàgina OEE ................................................................................................47 6.2.1.1 PERFORMANCE ....................................................................................47 6.2.1.2 QUALITY ................................................................................................48 6.2.1.3 AVAILABILITY .........................................................................................48 6.2.1.4 OEE ........................................................................................................49 6.2.2 Pàgina CLIENTS ........................................................................................50 6.2.3 Pàgina OPERATORS .................................................................................53 6.2.4 Pàgina HOME .............................................................................................55 7 RESUM DEL PRESSUPOST ...................................................................................57 8 ANÀLISI I VALORACIÓ DE LES IMPLICACIONS AMBIENTALS I SOCIALS .........58 9 CONCLUSIONS .......................................................................................................59 10 REFERÈNCIES .....................................................................................................60 11 ANNEXES .............................................................................................................61 11.1 PROJECTE SYSMAC STUDIO .................................................................................61 11.2 CONFIGURACIÓ KEP SERVER ...............................................................................61 11.3 EXCEL SIMULACIÓ DE DADES ................................................................................61 11.4 PROJECTE POWER BI ..........................................................................................61
v Índex de taules TAULA 1. LLISTAT D'ABREVIATURES/GLOSSARI .................................................................... VIII TAULA 2. VARIABLES ESTRUCTURA SEQÜÈNCIA GENEAL ........................................................ 9 TAULA 3. VARIABLES ENTRADA COMANDA I VERIFICACIÓ (ENTRADES) ....................................10 TAULA 4.VARIABLES ENTRADA COMANDA I VERIFICACIÓ (SORTIDES) ...................................... 11 TAULA 5. VARIABLES CÀRREGA ALIMENTADORS (ENTRADES) .................................................14 TAULA 6. VARIABLES CÀRREGA ALIMENTADORS (SORTIDES) ..................................................14 TAULA 7. LLISTAT D'ERRORS PER CODI ................................................................................15 TAULA 8. VARIABLES ALIMENTADOR (ENTRADES) ..................................................................16 TAULA 9. VARIABLES ALIMENTADOR (SORTIDES) ...................................................................16 TAULA 10. VARIABLES ESTRUCTURA PRODUCTE ..................................................................17 TAULA 11. ESTAT SENSORS SEGONS COLOR ........................................................................18 TAULA 12. CONDICIONS INICIALS ALIMENTADOR PRINCIPAL ...................................................19 TAULA 13. VARIABLES D'ENTRADA I SORTIDA BLOC DE FUCIONS BASE DE DADES SYSMAC STUDIO ......................................................................................................................33 TAULA 14. EXEMPLE SIMULACIÓ MAQUINA GENERADA ..........................................................37 TAULA 15. COLOR CORRESPONENT A CADA ALIMENTADOR PER DIA ........................................38 TAULA 16. RESUM DEL PRESSUPOST...................................................................................57
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. vi Índex de figures FIGURA 1. DIAGRAMA DELS BLOCS DE TREBALL DEL PROJECTE .............................................. 3 FIGURA 2. MAPA ENTORN DE TREBALL ................................................................................. 4 FIGURA 3. MAPEJAT ESTACIÓ I ............................................................................................. 5 FIGURA 4. PRODUCTES DE L'ESTACIÓ I ................................................................................. 7 FIGURA 5. ALIMENTADOR PRINCIPAL ..................................................................................... 7 FIGURA 6. ALIMENTADORS SECUNDARIS ............................................................................... 8 FIGURA 7. DIAGRAMA BLOC DE FUNCIÓ DE SEQÜÈNCIA .......................................................... 8 FIGURA 8. DIAGRAMA SEQÜÈNCIA DE CONTROL GENERAL ...................................................... 9 FIGURA 9. DIAGRAMA BLOC DE GESTOR DE COMANDES ........................................................10 FIGURA 10. DIAGRAMA SEQÜÈNCIA ENTRADA COMANDA I VERIFICACIÓ ................................... 11 FIGURA 11. DIAGRAMA DE COMUNICACIÓ PER RECONEIXEMENT ............................................13 FIGURA 12. DIAGRAMA SEQÜÈNCIA ALIMENTADORS ..............................................................14 FIGURA 13. DIAGRAMA BLOC ALIMENTADOR .........................................................................16 FIGURA 14. ALIMENTADOR PRINCIPAL AMB NOMS DE CILINDRES.............................................17 FIGURA 15. DIAGRAMA DE SEQÜÈNCIA ALIMENTADOR PRINCIPAL ...........................................18 FIGURA 16. ALIMENTADORS SECUNDARIS AMB NOM CILINDRE ...............................................19 FIGURA 17. DIAGRAMA SEQUÈNCIA ALIMENTADORS SECUNDARIS ..........................................20 FIGURA 18. DIAGRAMA BLOC DE FUNCIÓ CILINDRES .............................................................20 FIGURA 19. DIAGRAMA CONDICIONS BLOC DE FUNCIÓ CILINDRE ............................................21 FIGURA 20. DEFINICIÓ D'ALGUNES VARIABLES DE COMUNICACIÓ AMB KEP SERVER ................21 FIGURA 21. CONFIGURACIÓ CANAL KEP SERVER .................................................................22 FIGURA 22. CONFIGURACIÓ DISPOSITIU KEP SERVER ...........................................................22 FIGURA 23. CREACIÓ TAGS KEP SERVER .............................................................................23 FIGURA 24. VISUALITZACIÓ QUICK CLIENT KEP SERVER .......................................................23 FIGURA 25. DIAGRAMA OEE ...............................................................................................24 FIGURA 26. DIAGRAMA DISSENY BASE DE DADES .................................................................26 FIGURA 27. TAULA PRODUCTE BASE DE DADES ....................................................................27 FIGURA 28. TAULA COMANDA BASE DE DADES ......................................................................27 FIGURA 29. TAULA CLIENTS BASE DE DADES ........................................................................28 FIGURA 30. TAULA LOT BASE DE DADES ...............................................................................28 FIGURA 31. TAULA OPERARIS BASE DE DADES .....................................................................28 FIGURA 32. TAULA PARADA BASE DE DADES .........................................................................29 FIGURA 33. TAULA MAQUINES BASE DE DADES .....................................................................29 FIGURA 34. ICONA MYSQL SERVER ......................................................................................29 FIGURA 35. CONNEXIONS DEL SERVIDOR MYSQL ..................................................................30 FIGURA 36. CREACIÓ TAULES MYSQL ..................................................................................31 FIGURA 37. ARBRE COMPONENTS BASE DE DADES MYSQL ....................................................31 FIGURA 38. CONFIGURACIÓ D'USUARIS I PRIVILEGIS MYSQL ..................................................32 FIGURA 39. ESTRUCTURA INSERCIÓ BASE DE DADES SYSMAC STUDIO ..................................32 FIGURA 40. CONFIGURACIÓ CONNEXIÓ BASE DE DADES SYSMAC STUDIO ..............................33 FIGURA 41. CRIDA BLOC DE FUNCIÓ DB_CONNECT ..............................................................34 FIGURA 42. CRIDA BLOC DE FUNCIÓ DB_CREATEMAPPING ....................................................34 FIGURA 43. CRIDA BLOC DE FUNCIÓ DB_INSERT ..................................................................34 FIGURA 44. CRIDA BLOC DE FUNCIÓ DB_CLOSE ..................................................................35 FIGURA 45. RESULTAT INSERCIÓ A LA BASE DE DADES ..........................................................35 FIGURA 46. ICONES POWER BI I MICROSOFT EXCEL ............................................................36 FIGURA 47. FORMULA COLUMNES DE COMANDA (ALIMENTADORS) .........................................39 FIGURA 48. FORMULA COLUMNA COMANDA (ID) ..................................................................39 FIGURA 49. FORMULA COLUMNES ALIMENTADORS ................................................................39 FIGURA 50. FORMULA COLUMNA ESTAT ................................................................................40 FIGURA 51. DIAGRAMA FORMULA COLUMNA ESTAT ...............................................................40 FIGURA 52. FORMULA COLUMNA RESULTAT ..........................................................................41
vii FIGURA 53. FORMULA COLUMNA TEMPS (SEGONS) ...............................................................41 FIGURA 54. FORMULA COLUMNA TEMPS (TIMESTAMP) ...........................................................41 FIGURA 55 MAPEJAT DADES SIMULADES TAULA COMANDA .....................................................42 FIGURA 56. DADES SIMULADES TAULA COMANDA..................................................................42 FIGURA 57. MAPEJAT DADES SIMULADES TAULA PRODUCTE ..................................................43 FIGURA 58. DADES SIMULADES TAULA PRODUCTE ................................................................43 FIGURA 59. MAPEJAT DADES SIMULADES TAULA LOT .............................................................44 FIGURA 60. DADES SIMULADES TAULA LOT ...........................................................................44 FIGURA 61. MAPEJAT DADES SIMULADES TAULA PARADA .......................................................45 FIGURA 62. DADES SIMULADES TAULA PARADA .....................................................................45 FIGURA 63. DADES SIMULADES TAULA CLIENTS ....................................................................45 FIGURA 64. DADES SIMULADES TAULA OPERARIS .................................................................46 FIGURA 65. DADES SIMULADES TAULA MAQUINES .................................................................46 FIGURA 66. DISSENY TAULES DE DADES IMPORTADES POWER BI ..........................................46 FIGURA 67. VISUALITZACIÓ RENDIMENT POWER BI ..............................................................48 FIGURA 68. VISUALITZACIÓ QUALITAT POWER BI ..................................................................48 FIGURA 69. VISUALITZACIÓ DISPONIBILITAT POWER BI..........................................................49 FIGURA 70. INDICADOR OEE POWER BI ..............................................................................49 FIGURA 71. FILTRE DE DADES PER DATA POWER BI ..............................................................49 FIGURA 72. BOTONS CANVI DE PÀGINA POWER BI ................................................................49 FIGURA 73. PÀGINA OEE POWER BI ...................................................................................50 FIGURA 74. VISUALITZACIÓ TAULA CLIENTS POWER BI ..........................................................50 FIGURA 75. VISUALITZACIÓ COMANDES PER COLOR .............................................................51 FIGURA 76. VISUALITZACIÓ COMANDES DE PRODUCTE PER CLIENTS ......................................51 FIGURA 77. VISUALITZACIÓ COMANDES ...............................................................................52 FIGURA 78. PÀGINA CLIENTS ..............................................................................................52 FIGURA 79. PÀGINA CLIENTS AMB FILTRE DE CLIENT .............................................................53 FIGURA 80. VISUALITZACIÓ TAULA OPERARIS .......................................................................53 FIGURA 81. VISUALITZACIÓ RECÀRREGUES OPERARIS D'ALIMENTADORS PER COLOR ..............54 FIGURA 82. VISUALITZACIÓ TAULA RECÀRREGUES ALIMENTADORS .........................................54 FIGURA 83. PÀGINA OPERARIS ............................................................................................55 FIGURA 84. PÀGINA OPERARIS AMB FILTRE D’OPERARI ..........................................................55 FIGURA 85. PÀGINA INICIAL ................................................................................................56 FIGURA 86. ODS ON EL PROJECTE INCEDEIX .......................................................................58
5 Per tal de programar aquesta controladora ens hi connectarem a través de l’aplicació Sismac Studio que té l’ordinador del laboratori. Aquest pren com a IP la 172.16.21.248. També, l’ordinador del laboratori té el programa KepServer que és un servidor de comunicacions OPC UA, un protocol estàndard de connexió de dispositius. Aquest farà d’intermediari entre el programa TrakSys que veurem més endavant i la controladora. D’altra banda tenim un ordinador d’una sola placa que és la LattePanda Delta amb IP 172.16.21.249, aquesta l’utilitzarem com a base de dades, ja que els ordinadors del laboratori són usats per a molta gent i podem arribar a perdre les dades degut a una mala praxi feta per a una persona externa. La base de dades serà de SQL i gestionada a través del programa MySQL Server. Finalment, tindrem el programa trakSys dins una de les màquines virtuals de la UPC, accedint-hi a través del gestor RaVaDa. Aquesta màquina virtual te com a adreça IP la 172.16.21.242, però a causa de la impossibilitat d’utilitzar aquest, s’utilitzarà el programa Power BI que està instal·lat dins l’ordinador del laboratori, amb dades generades a través de les fulles de càlcul d’Excel. Un cop vist com comunica cadascun dels dispositius que utilitzarem per al projecte entre ells, veurem que volem intercanviar en aquestes comunicacions al següent apartat. 3.2 Mapejat Estació El mapejat de l’estació és un punt clau per a aquest projecte, ja que cal tenir molt clar tota la intercomunicació de les diferents aplicacions i el funcionament d’aquestes per garantir el bon funcionament de l’estació. En primer lloc, el que hem fet ha estat dividir el mapejat en tres nivells de la piràmide CIM que inclou en el nostre projecte, aquests són ERP, MES/MOM i PLC [5]. Figura 3. Mapejat estació I
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. 6 A la part superior de la piràmide podem trobar el ERP, que és el departament de planificació de recursos empresarials, aquest s’encarregarà de gestionar les comandes enviades al MES, i del control d'estoc de producte. Pel que fa al bloc de MES/MOM, és l’apartat encarregat de controlar la producció a temps real i mesurar la productivitat de l’estació. Dins aquest trobem dues grans aplicacions, per un costat la base de dades que contindrà l’històric de comandes i màquines. D’altra banda, l’aplicació TrakSys el qual hauria de fer les següents funcions: càlcul de OEE, gestió de comandes donades per l’ERP, la gestió de la càrrega de lots de productes, i finalment el control de màquina, on a través d’aquest l’operari verifica el procés. Degut a l'impossibilitat d’utilitzar el TrakSys, aquest bloc serà de visualitzador de dades a través del Power BI. Finalment, el nivell més baix de la piràmide és el de PLC, on gestionarem el procés essent guiats pel nivell superior. Com hem mencionat anteriorment, un costat molt important d’aquest procés són les comunicacions dins la figura anterior a part de veure’s els tres nivells de la piràmide, també es poden veure com es comuniquen entre si, observem que hi ha tres tipus de comunicació: ERP amb TrakSys: hauria estat la comunicació del departament de planificació de recursos empresarials amb el sistema MES, serà directament a través del terminal on hi hagi l’aplicació. TrakSys i control de procés amb Base de Dades: aquesta comunicació seria directa des de l’aplicació fins a la base de dades, no hi haurà cap intermediari. Control de procés amb TrakSys: hauria estat la comunicació d’aquelles dades de gestió de màquina, la tecnologia utilitzada per a aquest intercanvi de dades seria a través de l’estàndard OPC. Com podem veure, és un sistema prou complex, per això com hem explicat anteriorment és important definir exactament com volem que siguin les interaccions del procés, dins de cada apartat s’explicarà concretament com són aquestes interaccions amb el procés.
7 4 Automatització de l’Estació 4.1 Vista General de l’Estació La línia automàtica del laboratori de robòtica i CIM de l’ESEIAAT és un circuit per a l’assemblatge i processament d’uns cilindres de colors de tres alçades diferents sobre una placa rectangular, la branca que gestiona els cilindres comença per a l’entrada de peces, la identificació del color i l’alçada d’aquests, seguint amb la seva perforació, un primer control de qualitat del forat i finalment un segon control de qualitat per imatge. Com s’ha mencionat anteriorment, aquest projecte només contemplarà l’automatització de l’Estació I d’aquesta línia, seguidament es descriurà de forma general el seu procés: En primer lloc, l’operari ha de carregar cadascun dels tres alimentadors amb un lot de color diferent per cadascun d’aquest. Aquests alimentadors tenen funcions diferents: L’alimentador principal és amb el qual podem identificar el color i l’alçada de la peça que surt de l’alimentador. Seguit d’aquest, comptem amb dos alimentadors secundaris capaços d’introduir al circuit peces d’una en una sense tenir la capacitat de veure’n el color ni l’alçada. L’alimentador principal compta amb quatre cilindres (tres de doble efecte i un de simple) que desplacen la peça per l’estació. També treballa amb cinc sensors dels quals quatre són per a la identificació del tipus de peça (òptic, inductiu, capacitiu i d’altura) i l’altre per a la detecció de peça a l’entrada del procés. A més a més, inclou una ventosa pel transport, un motor per a la cinta que va a la següent estació i una llum de color taronja per avisar a l’operari de quan s’han acabat les peces o hi ha hagut cap interrupció. També compta amb una botonera amb dos polsadors, un de marxa, un de reset, un polsador d’emergència i dos selectors, un de manual/automàtic i un d’integrat/independent, aquest últim no l’utilitzarem, ja que és per la integració de l’estació amb tota la línia. Finalment, l’estació compta amb dos alimentadors col·locats directament a la cinta de sortida que compten cadascun amb un cilindre de doble efecte per introduir la peça al circuit i un sensor de presència de producte per si cal recarregar l’alimentador. El recorregut d’una peça des que entra a l’alimentador principal fins que surt de l’estació és el següent: en primer lloc, surt de la columna empesa pel cilindre alimentador (doble efecte). Seguidament si hi ha peça aquesta és detectada amb el sensor de presència, en cas que no n’hi hagués s’avisa a l’operari a través de la llum. Un cop detectada la peça s’acosta el cilindre braç (doble efecte) que porta una ventosa, aquesta agafa la peça i el mateix cilindre torna al seu estat inicial, deixant la peça a la base de l’elevador al desactivar la ventosa. Aquí gràcies als sensors òptic, capacitiu i inductiu es reconeix el tipus de la peça, aquestes poden ser taronges, negres o metàl·liques. Seguidament si aquesta pot complir amb els requisits del client l’elevador (cilindre elevador de doble efecte) puja. Quan la peça arriba a dalt, el sensor d’altura mesura la seva alçada i si segueix complint amb els requisits del client, la peça és expulsada amb el Figura 4. Productes de l'estació I Figura 5. Alimentador principal
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. 8 cilindre empenta (simple efecte) cap a la cinta transportadora, en cas contrari torna a baixar i l’expulsa fora de l’estació. Anteriorment, l’estació nomes constava amb aquest procés, però se l’hi ha afegit dos alimentadors secundaris, aquests resolen el problema de poder introduir al circuit peces de tres color de forma independent. Per tant cal remarcar que serà el primer cop que algú els programa. El recorregut dels alimentadors secundaris, és més simple, quan una peça és sol·licitada i el sensor de presència detecta que existeix, s’activa el cilindre fent entrar aquesta dins el circuit, un cop introduïda el cilindre es contrau deixant aquesta moure’s sobre la cinta. L’estació és controlada per un PLC d’Omron que comunica amb tots els elements de l’estació, aquest el programarem amb Sysmac Studio per implementar el procés detallat anteriorment. [6] 4.2 Programació de l’Estació La programació de l’estació és seqüencial, és a dir que per passar d’una etapa a un altre cal que es compleixin uns requisits determinats, per exemple perquè la peça pugui ser elevada pel cilindre elevador, el cilindre braç ha d’haver apartat la ventosa, per això ens cal un sistema de seqüències robust, per aquest fet s’ha creat un bloc de funció perquè controli les seqüències que hem d’implementar i els seus canvis. 4.2.1 Bloc de funció de seqüència Per aquest bloc de funció ens interessa que per un costat que ens mostri en quina etapa de la seqüència estem i el temps que portem dins aquesta per a més endavant condicionar el canvi d’etapa al mateix temps que portem dins aquesta. D’altra banda volem que li puguem dir la següent etapa a la qual volem anar i en el cas de restablir la seqüència que ens retorni a l’etapa zero. Figura 7. Diagrama bloc de funció de seqüència Per tant, com a entrades tindrà SEGÜENT que serà la següent etapa a la qual voldrem accedir i RESET que ens portarà directament a l’etapa zero. Pel que fa a les sortides tindrà ETAPA que ens retornarà l’etapa actual i ET que ens retornarà el temps que ha estat dins aquesta etapa. 4.2.2 Seqüència de control general Aquest bloc ens ajudarà a controlar el funcionament general de l’estació, és a dir l’estat en el qual es troba la seqüència, com pausa, emergència, marxa... i aquelles casuístiques per a canviar d’estat. Figura 6. Alimentadors secundaris
9 Figura 8. Diagrama seqüència de control general L’estació ha de comptar amb els següents estats: Parada: aquest estat serà l’estat inicial de la màquina, també l’estat de parada d’emergència. Aquesta activarà el RESET de les seqüències. Per a sortir d’aquest, el polsador d’emergència ha d’estar desactivat i en mantenir pitjar el polsador de reset durant 2 segons, canviarà a la següent etapa que és la de rearmament. Rearmament: en l’estat de rearmament l’estació anirà a buscar les seves condicions inicials, per tant, el RESET de les seqüències deixarà d’estar actiu, i tan bon punt hi estigui, només faltarà pitjar el polsador de marxa per passar a la següent etapa. Marxa: l’estat on l’estació estarà en funcionament, la màquina podrà treballar tranquil·lament. Manteniment: a aquest estat s’hi accedirà a través d’una sol·licitud de manteniment des de la comunicació amb el Kep Server, més endavant especificarem aquesta comunicació. Aquest estat serà perquè els operaris puguin fer la càrrega i descàrrega manual de producte. Des d’aquest estat es pot passar o a rearmament prement durant tres segons el polsador RESET, o a l’estat de parada polsant l’emergència. Per l’estació es crearà una estructura de control per tenir aquest tot centralitzat a una variable, aquesta inclourà els següents membres: Taula 2. Variables estructura seqüència geneal Nom Tipus Descripció x_Parada BOOL (sortida) True si la màquina està a l’estat de parada. x_Marxa BOOL (sortida) True si la màquina està a l’estat de marxa. x_Rearmament BOOL (sortida) True si la màquina està a l’estat de Rearmament. x_Manteniment BOOL (sortida) True si la màquina està a l’estat de Rearmament. x_Cond_Inicials BOOL (entrada) True quan la seqüència està en condicions inicials és a dir rearmada. 4.2.3 Gestió de comandes El gestor de comandes ha estat pensat com un bloc d’entrades i sortides les que són controlades per al Kep Server. Aquest gestor de comandes és prou complex, per això l’hem dividit en quatre grans grups que seran explicats seguidament.
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. 10 Figura 9. Diagrama bloc de gestor de comandes 4.2.3.1 ENTRADA COMANDA I VERIFICACIÓ El primer grup és el que ens permet entrar una comanda per seguidament començar la seqüència d’introducció de peces al circuit. Les variables externes per aquest grup són les següents pel que fa a les entrades: Taula 3. Variables entrada comanda i verificació (entrades) Nom Tipus Descripció i_xComandaEntrada BOOL Indicació que els altres camps són omplerts i que estem llestos perquè la màquina comenci el procés. i_IDComanda INT Número d’identificació únic per a aquesta comanda. i_nPecesPlatejades INT Nombre de peces platejades de la comanda. i_nPecesTaronjes INT Nombre de peces taronges de la comanda. i_nPecesNegres INT Nombre de peces negres de la comanda. i_TamanyPeces INT Mida de les peces sol·licitades a l’alimentador principal: petites (1), mitjanes (2), grans (3). i_xPlatejadesDoneACK BOOL Indicació de verificació de sortida de comanda platejada. i_xTaronjesDoneACK BOOL Indicació de verificació de sortida de comanda taronja. i_xNegresDoneACK BOOL Indicació de verificació de sortida de comanda negra.
11 D’altra banda, les sortides en seran dues: Taula 4.Variables entrada comanda i verificació (sortides) Nom Tipus Descripció o_xComandaDone BOOL Indicació que la comanda ha estat realitzada amb èxit. o_xReady BOOL Indicació que la màquina està llesta per acceptar comandes. o_xPlatejadesDone BOOL Indicació que la màquina ha completat la comanda platejada. o_xTaronjesDone BOOL Indicació que la màquina ha completat la comanda taronja. o_xNegresDone BOOL Indicació que la màquina ha completat la comanda negra. Un cop definides totes les variables externes que interaccionen amb aquesta part del bloc, veurem és la seqüència que reacciona a aquestes. Dins aquesta treballem amb els tres alimentadors, els quals també funcionen com a blocs que explicarem més endavant. Figura 10. Diagrama seqüència entrada comanda i verificació
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. 12 Primerament, la màquina comença a l’etapa zero, que és l’estat inicial, en cas que l’estat general de la màquina ens indiqués un reset tornaríem a aquesta. Per a avançar a l’estat següent comprovarem si es compleixen les condicions inicials, aquestes seran que els tres alimentadors estiguin llestos per a rebre ordres (bit ready activat). Un cop assegurem aquestes condicions inicials, la màquina passa a estar activa, per tant, activem la variable o_xReady d’aquesta forma des de fora del bloc s’haurà d’introduir una comanda, per això caldrà modificar les variables i_IDComanda, i_nPecesPlatejades, i_nPecesTaronjes, i_nPecesNegres i i_TamanyPeces. Després indicarem a la màquina que hem introduït comanda activat la variable i_xComandaEntrada la qual ens portarà a la següent etapa, on desactivarem la variable o_xReady indicant que la màquina ja està treballant. Formatar les dades de la comanda, que és la següent etapa, serà identificar quantes peces de cada alimentador necessitem, ja que haurem de comparar el color que té cada alimentador amb el nombre de peces que necessitem per aquest, ja que aquests poden canviar en funció de com estiguin carregats els alimentadors. El procediment següent serà interactuar amb cadascuna dels alimentadors, com hem dit anteriorment interactuarem amb tres blocs que explicarem més endavant, que són alimentador principal, alimentador secundari 1 i alimentador secundari 2, aquests dos últims seran iguals, ja que físicament també ho són. Com es veu al diagrama de seqüència de comandes el següent pas serà comprovar si per aquest alimentador necessitem alguna peça, en cas negatiu, saltarem a la seqüència del següent alimentador. Altrament, si necessitem alguna peça d’aquest alimentador, comprovarem si la peça és adequada, si és així, voldrà dir que tindrem una peça del color i l’altura demanada, en cas contrari poden aparèixer tres casos que gestionarem de diferent forma: - No hi ha peça a la sortida de l’alimentador: pot tenir diverses causes, o bé la peça s’ha quedat encallada al mig de l’alimentador, en aquest cas l’operari haurà de realitzar un manteniment, o bé, l’alimentador s’ha quedat sense peces, per la qual cosa l’operari haurà de reomplir l’alimentador amb noves peces del color corresponent fent el manteniment corresponent, en els dos casos es llençarà un missatge d’error a la sortida amb el codi identificador corresponent. - El color de la peça és diferent del demanat: aquest cas vol dir que hi ha hagut alguna anomalia en carregar l’alimentador, ja sigui perquè l’operari s’ha equivocat de color o bé perquè el lot a carregar tenia una peça defectuosa. En els dos casos es llençarà a la sortida un error amb el codi corresponent perquè l’operari pugui fer el manteniment necessari. - L’altura de la peça rebuda no és la correcta: aquest és l’únic cas que no es contempla com a error, ja que els lots carregats a l’alimentador principal ja són pensats amb peces de diverses altures. El procediment que seguirà, sol·licitarem una nova peça i rebutjarem aquesta. Com hem dit abans, en el cas que cap d’aquests casos aparegui i la peça sigui adequada, sol·licitarem la peça a l’alimentador principal, un cop fet això, guardem tota la traçabilitat d’aquesta peça, que ens vindrà donada des del bloc de l’alimentador (més endavant veurem quina és aquesta), a la base de dades. Seguidament, actualitzem el comptador de les peces de la comanda de l’alimentador principal, i tornarem a l’etapa on comprovem si la comanda d’aquest és acabada, en cas contrari repetim el procediment anterior, en cas que sí que haguem acabat la comanda, caldrà la verificació de l’operari.
13 La verificació de l’operari es realitzarà a través de la comunicació amb Kep Server, per facilitar aquesta hem fet una adaptació de comunicacions per flancs, actualitzant les variables o_xPlatejadesDone, o_xTaronjesDone i o_xNegresDone com a d’avís i les variables i_xPlatejadesDoneACK, i_xTaronjesDoneACK i i_xNegresDoneACK com a reconeixement (Acknowledge de l’anglès). El procediment serà el següent, l’exemple serà amb les peces taronges: Figura 11. Diagrama de comunicació per reconeixement 1. El bloc activa el senyal d’avís o_xTaronjesDone. 2. L’exterior rep el senyal d’avís de o_xTaronjesDone i activa el senyal de reconeixement i_xTaronjesDoneACK. 3. El bloc rep el senyal de reconeixement i_xTaronjesDoneACK i desactiva el senyal de sortida o_xTaronjesDone per informar que ha rebut el reconeixement. 4. L’exterior deixa de reconèixer el senyal o_xTaronjesDone com a activa per tant sap que el bloc ha rebut el reconeixement i desactiva el senyal i_xTaronjesDoneACK. 5. Finalment, el bloc rep desactivada el senyal de i_TaronjesDoneACK per tant sap que pot continuar. Aquesta comunicació l’anomenarem de comunicació de reconeixement i s’utilitzarà al llarg de tot el projecte per a la comunicació entre blocs. En cas que a la sortida de l’alimentador no sortissin les peces que s’havien demanat per comanda, l’operari no faria aquesta verificació i hauria de parar la màquina per inspeccionar que és el que ha sortit malament. En tot cas un cop solucionat caldria una comanda nova amb les peces que falten d’aquesta. Si la verificació és correcta, la màquina seguirà amb la seqüència per al següent alimentador, que serà l’alimentador secundari 1, el procediment de la comunicació amb el bloc d’aquest alimentador és similar a la del principal, amb la diferència que no tindrem rebuig, per tant, l’única verificació que les peces han sortit bé serà la de l’operari al final. Un cop acabada la comanda d’aquest alimentador i verificada per l’operari, procedim a la seqüència de l’alimentador secundari 2 que és exactament igual que la de l’alimentador secundari 1. Finalment, un cop verificat l’últim alimentador, activarem la sortida o_xComandaDone la que indicarà que hem acabat la comanda, i farem la mateixa comunicació de
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. 14 reconeixement sent la que acabem d’activar la variable de reconeixement i la variable activada per l’exterior anteriorment i_xComandaEntrada essent la variable d’avís. Un cop reconeguda l’acabada de comanda, tornarem a l’estat inicial de la seqüència de comanda. 4.2.3.2 CÀRREGA ALIMENTADORS El següent grup és el que ens permet carregar els lots dels alimentadors, sigui per canviar el color o bé perquè s’hagin acabat les peces d’aquell color. Les variables externes per aquest grup són les següents pel que fa a les entrades: Taula 5. Variables càrrega alimentadors (entrades) Nom Tipus Descripció i_xCarregaAlimentadors BOOL Indicació que els altres camps són omplerts i que volem carregar algun alimentador. i_nAlimentadorCarregat INT Número d’alimentador a carregar. Principal (1), secundari 1 (2) i secundari 2 (3) i_nLotCarregat INT Número de lot carregat. i_ColorAlimentat STRING Color alimentat. D’altra banda, les sortides en seran dues: Taula 6. Variables càrrega alimentadors (sortides) Nom Tipus Descripció o_xCarregaAlimentadorsReady BOOL Indicador que podem començar a carregar. La seqüència de càrrega dels alimentadors prou senzilla, aquesta parteix de la situació de repòs a la que ens trobem al principi de la seqüència de comanda: Figura 12. Diagrama seqüència alimentadors En primer lloc, és important que la màquina estigui en mode manteniment, en cas que no ho estigui caldrà que l’operari ho hauria de canviar a través del TrakSys comunicant a través de Kep Server amb el bloc de la seqüència general. Si estem en manteniment activarem la sortida del bloc de o_xCarregaAlimentadorsReady després d’això si l’operari sol·licita una càrrega activant l’entrada i_xCarregaAlimentadors
21 • i_condMechWork i i_condMechHome: condicions que ens permeten fer el moviment que indiquen, si l’estat és true, vol dir que complim les condicions per a aquell moviment, per tant, podem fer el moviment. • o_Work i o_Home sortides físiques del cilindre. Finalment, podem veure com és el diagrama de funcionament d’aquest bloc de funcions. Figura 19. Diagrama condicions bloc de funció cilindre Podem observar que primer comprovem que la màquina no està parada, si és així, primer comprovem si es vol i es pot fer el moviment Work rebent la intenció de moviment i complint amb les condicions mecàniques, en cas que es compleixin les dues condicions fem el moviment, en cas contrari, fem la mateixa comprovació amb el moviment de Home, si podem el fem, sinó, no fem cap dels dos moviments. Aquí acaba tot el que és les seqüències programades al PLC, en el següent apartat veurem com s’ha fet la connexió de la controladora amb el servidor OPC a través de Kep Server. 4.3 Connexió Kep Server Per a fer la connexió amb el servidor OPC UA a través de Kep Server, el primer que hem fet ha estat crear les variables que comunicarem amb aquest des de la controladora, les hem definit amb el prefix COM_PLC_TO_KEP si són sortides del PLC cap al servidor o contràriament COM_KEP_TO_PLC si són entrades del servidor cap a la controladora. Per tal de comunicar-les caldrà que les definim com a «publish only» al camp de publicació a la xarxa: Figura 20. Definició d'algunes variables de comunicació amb Kep Server
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. 22 Un cop definides les variables al PLC, s’ha fet la connexió des del KepServer creant un canal configurat amb el driver «Omron NJ Ethernet». Figura 21. Configuració canal Kep Server Dins aquest canal s’ha afegit un dispositiu que és el PLC, aquest ha calgut ser definit amb la adreça IP pròpia de la controladora, en aquest cas 172.16.21.41. Figura 22. Configuració dispositiu Kep Server Finalment, han estat creats els 27 tags que comuniquem amb la controladora configurantlos amb el nom exacte amb el qual han estat creats al PLC.
23 Figura 23. Creació tags Kep Server Podem comprovar que hem fet la connexió bé connectant el servidor i veient que les connexions del «Quick Client» surten com a bones: Figura 24. Visualització Quick Client Kep Server Això és tot pel que fa a la connexió del PLC amb el Kep Server. En el següent apartat veurem la creació i configuració de la Base de Dades.
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. 24 5 Base de Dades La base de dades ens ajudarà a emmagatzemar totes aquelles dades recollides de l’estació. També s’havia contat que s’utilitzaria per a emmagatzemar les del trakSys és per això que es té en compte. Pel fet que comptem amb una gran varietat de dades a emmagatzemar, en primer lloc, caldrà fer un estudi de quines són aquestes dades que requereixen ser guardades. 5.1 Estudi de dades 5.1.1 Dades OEE L’objectiu principal d’aquest treball és aplicar una de les funcionalitats pròpies d’un sistema MES, com hem mencionat anteriorment, aquesta funcionalitat és un càlcul de OEE. L’OEE (de l’anglès Overall Equipment Effectiveness) és una mesura de referència per mesurar la productivitat d’una màquina, amb altres paraules, identifica exactament quina part del temps de producció és realment útil. Figura 25. Diagrama OEE Dins el context actual, ser capaços de veure com d’eficients o pel contrari ineficient som és clau per avançar cap a un futur més sostenible. La mesura d’aquest paràmetre es pot dividir en tres factors claus el producte dels quals ens dona l’indicador OEE. Aquests són disponibilitat, rendiment i qualitat. 𝑂𝐸𝐸 = 𝐷𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡𝑎𝑡 · 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡 · 𝑄𝑢𝑎𝑙𝑖𝑡𝑎𝑡 La disponibilitat és aquell paràmetre que té en compte el temps de funcionament real en funció del temps de funcionament planificat, aquest es pot veure afectat per a totes aquelles parades que no s’han tingut en compte a la planificació del procés. La disponibilitat és la divisió entre el temps de funcionament entre el temps de producció planificat. El temps de funcionament també es pot expressar com al temps de producció planificat menys el temps de parada no planificat. 𝐷𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡𝑎𝑡 = 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑠 𝑑𝑒 𝐹𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑠 𝑑𝑒 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑡 Alternativament podem expressar-ho com: 𝐷𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡𝑎𝑡 = 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑠 𝑑𝑒 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑡 − 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑠 𝑑𝑒 𝑃𝑎𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑠 𝑑𝑒 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑡 OEE Disponibilitat Qualitat Rendiment
25 Per tant, per calcular aquest paràmetre de l’OEE ens caldrà guardar el temps de parada i saber quin és el temps de producció planificat. D’altra banda, pel que fa a el rendiment, és un paràmetre que té en compte com d'òptim és el temps de cicle de la màquina en funció del temps de cicle ideal. Aquest paràmetre es pot veure afectat si la màquina treballa més lenta per algun mal funcionament afectant directament el temps de cicle de cada producte. Es calcula amb el temps ideal de funcionament, que és el temps de cicle ideal pel total de peces, dividit entre el temps de funcionament real, que com hem dit és el temps de producció planificat menys el temps de parada. 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡 = 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑠 𝑑𝑒 𝐶𝑖𝑐𝑙𝑒 𝐼𝑑𝑒𝑎𝑙 · 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑃𝑒𝑐𝑒𝑠 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑠 𝑑𝑒 𝐹𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡 Doncs per a aquest paràmetre ens caldrà conèixer el temps de cicle ideal, el nombre total de peces i el temps de funcionament que ja sabrem del càlcul anterior. Finalment, la qualitat és el paràmetre més bàsic de l’equació, ja que és el nombre de peces bones entre el total de peces fabricades. 𝑄𝑢𝑎𝑙𝑖𝑡𝑎𝑡 = 𝑃𝑒𝑐𝑒𝑠 𝐵𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑃𝑒𝑐𝑒𝑠 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝑠 𝐹𝑎𝑏𝑟𝑖𝑐𝑎𝑑𝑒𝑠 Per aquest paràmetre només necessitarem les peces bones i el nombre de peces totals fabricades. [7] Enfocant-nos al nostre treball, les dades que ens cal recollir són les següents: Temps de Parada: Serà el temps que ens trobem dins l’etapa de parada de la seqüència general, l’obtindríem de les dades sortides del PLC i analitzades pel trakSys. Temps de Producció Planificat: Aquest serà cada dia el mateix, i tractarà d’una hora diària planificada de producció, totes les comandes es planificaran perquè durin això. Temps de Cicle Ideal: El temps de cicle ideal serà diferent per als diferents alimentadors del circuit, d’un costat tenim l’alimentador principal que tindrà un temps de cicle ideal de 12 segons, i, d'altre costat, els dos alimentadors secundaris que tindran un temps de cicle ideal de 6 segons. Total de Peces: El total de peces fabricades per la màquina seran tant aquelles contades com a bones tant aquelles que comptin com a dolentes. Peces Bones: Finalment, les peces bones seran d’un costat totes aquelles que surtin dels alimentadors secundaris, ja que aquestes no poden ser dolentes. Pel que fa a l’alimentador principal, pot tenir peces dolentes en funció de l’altura, per això només contaran com a bones aquelles que tenen l’alçada correcta i, per tant, entraran a la cinta. 5.1.2 Dades Comandes i lots D’altra banda, cal tenir en compte que dins el trakSys no només havíem de calcular l’indicador OEE, sinó que també s’havia de fer una gestió de les comandes que entraven en producció i també la gestió de la inserció de nous lots de producte dins la màquina. És per això que s’ha plantejat com s’explica a continuació. D’un costat pel que fa a les comandes, ens caldrà guardar totes aquelles dades com, qui ha fet la comanda, quan s’ha fet aquesta comanda, la descripció pròpia d’aquesta comanda... per tant, que caldrà fer un sistema robust que inclogui tota la informació dels clients i exactament quins són els productes que volen i més enllà també serà important,
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. 26 un cop acabada la comanda, poder identificar dins l’històric de productes, quins pertanyen a una comanda concreta. D’altra banda, com hem dit, serà necessària una gestió d'inserció de lots nous a la màquina, per això caldrà saber també en cada cas quins operaris han fet aquesta inserció, en quin moment, i els productes, a partir de quins lots han estat fabricats concretament. 5.1.3 Disseny Base de Dades A partir de tots els paràmetres i els punts d’interès mencionats anteriorment, s’ha fet el següent disseny de la base de dades, que s’explicarà posteriorment. Figura 26. Diagrama disseny base de dades
27 Hem dividit la base de dades en set taules, les que són de color blau haurien estat omplertes pel trakSys i la que és de color verd serà emplenada directament a través del PLC. També podem observar que les taules no són independents, és a dir que estan lligades entre elles, per la qual cosa hi haurà un millor flux d’informació. Seguidament s’explicarà cada taula en concret. 5.1.3.1 Taula Producte Aquesta taula inclourà tota la informació d’un producte que ha sortit de la màquina, tant si és bo com si és dolent, el primer lloc podem veure que cada producte tindrà un identificador concret (IDProducte). També tenim un control de la comanda de la qual surt aquest incloent-li el codi identificador únic d’aquest (IDComanda). Seguidament, hem afegit els dos paràmetres qualitatius de peça que són el Color (Taronja, Negre, Plata) i l’Altura (1, 2, 3). En cinquè lloc, tenim un booleà que ens indicarà si el producte és bo (True) o pel contrari dolent (False). També s’ha inclòs el temps de cicle del producte que serà en segons, el qual com hem mencionat anteriorment idealment serà de 12 segons per a l’alimentador principal i de 6 segons per a l’alimentador secundari. Finalment, tenim la columna Timestamp la qual ens indica la data i l’hora concreta en què la peça ha estat produïda. Com hem vist anteriorment, aquesta serà l’única taula que serà comunicada amb el PLC, més endavant explicarem aquesta connexió. 5.1.3.2 Taula Comanda La taula següent contindrà tota aquella informació relacionada amb una comanda entrada. En primer lloc, com hem mencionat a la taula anterior, cada comanda tindrà un codi identificatiu únic, que es guardarà dins IDComanda. Les següents dades que guardarà serà la informació referent als productes de la comanda, és a dir la quantitat de peces de cada color, ColorTaronja, ColorNegre, ColorPlata, també, inclourà l’altura que hauran de tenir les peces de l’alimentador principal. Seguidament, inclourem tres dates rellevants de la comanda com són la data quan s’ha realitzat la comanda (DataComanda), la data quan s’ha començat a produir (DataStart) i finalment la data quan s’ha finalitzat la producció d’aquesta comanda (DataEnd). En últim lloc, guardarem dins la taula de comanda el codi identificador únic de qui ha realitzat la comanda (IDClient). Aquesta taula i les següents seran omplertes amb el trakSys més endavant a la secció pertinent. Figura 27. Taula producte base de dades Figura 28. Taula comanda base de dades
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. 28 Aquesta taula està lligada amb la taula de producte per l’identificador IDComanda, la relació és d'un a molts, ja que cada comanda conté diversos productes. 5.1.3.3 Taula Clients Aquesta taula conté la informació bàsica dels clients que fan qualsevol comanda de producte, començant pel codi identificació únic IDClient. Seguit de dades vàries de l’empresa com són el nom (Empresa), el NIF i l’Adreça. Aquesta taula està relacionada amb la taula comanda amb l’identificador IDClient i la relació és d’un a molts, ja que cada client te vàries comandes. 5.1.3.4 Taula Lot Les columnes d’aquesta taula ens indiquen la informació de cada lot que es carrega a la màquina. En primer lloc, tenim el codi d’identificació únic IDLot, per regla general s’ha decidit que els lots de color negre començaran pel codi 10000, els de color taronja pel codi 20000 i els de color platejat pel codi 30000. Les següents columnes d’aquesta taula seran dues dates, la primera serà la de càrrega (DataCarrega) és a dir el moment en que el lot s’ha introduït a l’alimentador, i la segona la de descarrega (DataDescarrega) que serà quan l’alimentador es buidi i se’n carregui un altre lot. Seguidament, tenim la columna Color on hi haurà el nom del producte de l’alimentador carregat. En penúltim lloc, trobem l’alimentador, on introduirem el número d’alimentador que s’ha carregat essent 1 el principal, 2 el secundari primer i 3 el secundari segon. Finalment, indicarem l’identificador únic de l’operari que ha fet la càrrega d’aquest alimentador (IDOperari). Aquesta taula estarà lligada amb la taula producte a través de l’identificador IDLot el que anirà d’un a molts, ja que cada Lot és relacionat amb diversos productes. 5.1.3.5 Taula Operaris Aquesta taula es refereix a aquelles persones que treballen amb la màquina i havien de ser identificats en un principi des del trakSys. En primer lloc, tindran un identificador únic que serà el IDOperari. Les següents dues columnes seran el Nom i Cognoms de l’operari per tal de poder-los identificar personalment. Finalment, els dos últims camps seran per a la identificació a la plataforma del trakSys, d’un costat tindran un Usuari que serà la primera lletra del nom més el cognom (ex: Pere Valls - Figura 29. Taula clients base de dades Figura 30. Taula lot base de dades Figura 31. Taula operaris base de dades
29 pvalls). D’altra banda també caldrà que aquests usuaris tinguin una contrasenya per accedir al programari. Aquesta taula està relacionada amb la taula lot, ja que comparteixen l’identificador IDOperari el qual serà únic només per aquesta taula i la relació amb el lot serà d’un a molts, ja que un operari pot haver carregat molts lots. 5.1.3.6 Taula Parada Seguidament, veurem la taula parada, que ens indicarà tota aquella informació relacionada amb l’estat de la màquina en diversos instants de temps. En primer lloc, tindrem un identificador únic de parada (IDParada). En segon lloc, trobem l’identificador de màquina, per saber de quina màquina estem parlant (IDMaquina), en aquest cas només comptem amb una màquina que és l’estació 1, però en el cas que volguéssim escalar-ho, podríem fer-ho. Seguidament, trobem tres indicadors de temps, els tres en segons, aquests ens indicaran el temps que la màquina ha estat parada (Temps Parada) el temps que la màquina està en marxa (TempsMarxa) que és quan la màquina produeix i finalment el temps que la màquina està en manteniment (TempsManteniment) que és quan l’operari carrega els lots a la màquina. Finalment, tenim una columna nomenada timestamp on trobem la marca temporal del moment en què s’ha afegit les dades de temps. 5.1.3.7 Taula Maquines Aquesta és la taula més simple de totes, ja que només té dos camps, el primer d’aquests serà el número identificatiu de màquina IDMaquina i el segon serà el nom d’aquesta màquina (NomMaquina) com hem dit anteriorment aquesta taula pot ser útil per si en algun moment es decideix afegir més màquines. La taula Màquines està relacionada amb la taula Parada a través de l’identificador IDMaquina i aquesta relació serà d’una a moltes, ja que una màquina té moltes parades. 5.2 Creació Base de Dades Un com ja hem dissenyat com seran les taules de la base de dades, les seves columnes i el tipus podem crear la base de dades. El programa utilitzat per a la base de dades serà MySQL Server que és una eina unificada de gestió de base de dades la qual ens permet moltíssimes opcions com són la modelització de dades, desenvolupament SQL, configurar drets d’administrador de servidor d’entre altres. [8] En primer lloc, crearem una connexió de MySQL dins el programari, en el nostre cas el mètode de connexió serà TCP/IP, amb adreça 127.0.0.1 amb port de sortida 3306. Com a usuari utilitzarem root i configurarem una contrasenya per a poder accedir a aquesta connexió. Figura 32. Taula parada base de dades Figura 33. Taula maquines base de dades Figura 34. Icona MySQL Server
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. 30 Un cop feta aquesta configuració podem comprovar que la connexió s’ha realitzat amb èxit, així ho podem veure en la finestra que ens apareix. Figura 35. Connexions del servidor MySQL Seguidament, crearem una base de dades amb nom mydb dins la que crearem les set taules que hem dissenyat per aquest projecte que seran definides com podem veure a continuació:
37 sense la necessitat d'introduir manualment cap paràmetre, a continuació veurem com ha estat creada. En primer lloc, veurem les columnes que s’han creat per a fer aquesta simulació de la màquina i un exemple de la taula generada, on s’explicarà quines funcions s’han utilitzat per a cada columna. Taula 14. Exemple simulació maquina generada ESTAT RESULTAT ALIMENTADORS COMANDA TEMPS N T P N T P ID SEGONS TIMESTAMP 12:00:00 N 12 0 0 7 5 5 1 60 12:01:00 AP OK 11 0 0 7 5 5 1 12 12:01:12 AP OK 10 0 0 6 5 5 1 12 12:01:24 AP NOK 9 0 0 5 5 5 1 12 12:01:36 AP OK 8 0 0 5 5 5 1 12 12:01:48 AP NOK 7 0 0 4 5 5 1 12 12:02:00 AP NOK 6 0 0 4 5 5 1 12 12:02:12 AP OK 5 0 0 4 5 5 1 12 12:02:24 AP OK 4 0 0 3 5 5 1 12 12:02:36 AP OK 3 0 0 2 5 5 1 12 12:02:48 AP OK 2 0 0 1 5 5 1 12 12:03:00 T 2 6 0 0 5 5 1 60 12:04:00 AS1 OK 2 5 0 0 5 5 1 6 12:04:06 AS1 OK 2 4 0 0 4 5 1 6 12:04:12 AS1 OK 2 3 0 0 3 5 1 6 12:04:18 AS1 OK 2 2 0 0 2 5 1 6 12:04:24 AS1 OK 2 1 0 0 1 5 1 6 12:04:30 P 2 1 6 0 0 5 1 60 12:05:30 AS2 OK 2 1 5 0 0 5 1 6 12:05:36 AS2 OK 2 1 4 0 0 4 1 6 12:05:42 AS2 OK 2 1 3 0 0 3 1 6 12:05:48 AS2 OK 2 1 2 0 0 2 1 6 12:05:54 AS2 OK 2 1 1 0 0 1 1 6 12:06:00 2 1 1 0 0 0 1 FALS 12:06:00 AP OK 1 1 1 9 5 4 2 12 12:06:12 AP OK 0 1 1 8 5 4 2 12 12:06:24 N 12 1 1 7 5 4 2 60 12:07:24 AP NOK 11 1 1 7 5 4 2 12 12:07:36 AP NOK 10 1 1 7 5 4 2 12 12:07:48 En primer lloc tenim la columna d’estat, aquesta ens indica en quin estat està la màquina en aquest moment, com hem dit abans, hi ha dos grans grups d’estat. D’un costat la càrrega d’alimentadors, que és quan l’operari omple un alimentador amb les peces que pertanyen a aquest, els indicadors que estem a aquest estat seran les lletres N, T i P, referents als colors que es carreguen als alimentadors (N – Negre, T – Taronja i P – Plata).
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. 38 D’altra banda tenim l’estat de producció que és quan la màquina està produint una peça, en aquest, els identificadors d’aquests seran AP, AS1 i AS2 indicant a cada cas quin alimentador és el que produeix peça (AP – Alimentador Principal, AS1 – Alimentador Secundari 1 i AS2 – Alimentador Secundari 2), cada un d’aquests indicadors vol dir una sola peça produïda. La següent columna que tenim és la columna de resultat la qual només té valor per als estats de procés i aquest ens indica si la peça ha estat bona (OK) o dolenta (NOK), l’únic alimentador que pot tenir peces dolentes és l’alimentador principal, ja que aquest només dona una de cada tres altures com a bones en funció de l’altura de la comanda. La següent columna ens proporciona la informació en cada estat de com estan de plens els alimentadors, s’han fixat el nombre de càrregues dels alimentadors com a 12 peces per l’alimentador gran i 6 peces per als alimentadors secundaris. La primera columna és l’alimentador principal, la segona columna l’alimentador secundari 1 i la tercera l’alimentador secundari 2. Les etiquetes just inferiors al nom de la columna ens indiquen el color carregat a aquests, s’han fixat les següents càrregues de colors als alimentadors en funció del dia: Taula 15. Color corresponent a cada alimentador per dia Alimentador principal Alimentador secundari 1 Alimentador secundari 2 Dilluns 3 de juny Taronja Plata Negre Dimarts 4 de juny Plata Negre Taronja Dimecres 5 de juny Negre Taronja Plata Per tant, cada dia nou caldrà fer canvi de lot de cada alimentador, per això començarem com si tinguéssim zero peces a cada alimentador. La pròxima columna és la de comanda, aquesta ens indicarà d’un costat el nombre de peces que queden de la comanda actual, indicant altre cop sota el nom de la columna el color (N, T i P), aquesta també ens indica el nombre de comanda que hem fet (ID), en cas que no sigui el primer dia, podem afegir l’últim nombre de comanda que es va fer el dia anterior a la primera fila que queda lliure i automàticament comença a contar a partir d’aquest. Finalment, tenim la columna de temps la que ens indica dues coses, el temps en segons que la maquina triga a fer l’acció de l’estat actual. Hem fixat a 60 segons la càrrega dels alimentadors, que posteriorment separarem en un estat de parada i un estat de manteniment, i els temps de cicle de fabricació de cada peça que serà de 12 segons per l’alimentador principal i de 6 segons pels alimentadors secundaris. L’altra informació que ens proporciona aquesta columna és la marca de temps (timestamp) i ens indica el moment temporal en què s’ha acabat de fer aquesta acció a partir de l’hora indicada a la primera fila de la columna. Un cop descrita cada columna veurem quines han estat les fórmules amb les que hem aconseguit aquesta simulació auto generativa. En primer lloc, veurem la fórmula de les cel·les de comanda, primer les de cada una de les comandes per alimentador i color:
39 Figura 47. Formula columnes de comanda (alimentadors) Aquesta fórmula avalua l’estat anterior, primer mira si la comanda de l’últim alimentador és zero, en cas que sigui així crea una nova comanda per a aquesta fila triant un nombre aleatori de 6 a 9 per a l’alimentador principal i de 4 a 6 per a l’alimentador secundari. En cas que no calgui crear una comanda nova, avaluarem a si l’estat anterior ha estat produïda una peça per a la comanda d’aquest alimentador, en cas afirmatiu restarem una peça de la comanda de la fila anterior i en cas contrari copiarem directament la fila anterior. Pel que fa a la columna de l’identificador de comanda ha estat més senzill, ja que només ha calgut fer la comprovació que la fila anterior la comanda era acabada i en cas afirmatiu s’incrementava l’identificador de la comanda amb 1, en cas contrari es mantenia l’identificador anterior. Figura 48. Formula columna comanda (ID) La següent columna que veurem serà la dels alimentadors, aquesta tindrà un valor en funció de l’estat actual que es trobi la màquina: Figura 49. Formula columnes alimentadors El primer que fem és si l’estat que ens trobem és de recàrrega, comprovant l’etiqueta de la primera fila amb l’estat actual, en cas afirmatiu recarregarem l’alimentador al valor de recàrrega d’aquest (alimentador principal: 12, alimentadors secundaris: 6). Si no estem en estat de recàrrega comprovem si estem en estat de producció d’una peça d’aquest alimentador, en cas afirmatiu es restarà una peça de l’alimentador, altrament es mantindrà el nombre anterior. En cas que canviem les etiquetes de la primera fila, canviem el color de càrrega de cada alimentador, això ho aconseguim fent la primera comprovació. La pròxima columna que veurem serà la d’estat, és la que te la formula més llarga per això la descriurem amb un diagrama també.
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. 40 Figura 50. Formula columna estat El primer que fem és que comprovar si la comanda del primer alimentador és acabada, en cas que no ho sigui comprovarem si tenim peces carregades a l’alimentador principal, en cas afirmatiu escriurem «AP» amb el que indiquem que procedim a produir una peça, en cas contrari, escriurem l’etiqueta de color que hi ha a la primera fila de l’alimentador per a indicar que carreguem l’alimentador amb peces d’aquest color, en el nostre exemple seria la “N” del color Negre. En cas que hàgim complet la comanda del primer alimentador procedirem a completar la comanda del segon alimentador, és a dir l’alimentador secundari 1, l’algoritme serà el mateix que l’alimentador principal, però utilitzant el codi «AS1» quan produïm una peça d’aquest alimentador i mirant el color del segon alimentador, en el nostre exemple “T” de color taronja. Finalment, comprovem si la comanda de l’últim alimentador s’ha realitzat, en cas afirmatiu no escriurem a la casella, en canvi, farem el mateix procediment que els dos alimentadors anteriors, però amb el codi «AS2» quan indiquem que hem de produir una peça i mirant el color del tercer alimentador, en el nostre exemple “P” de color plata. Cal destacar que si es canvia l’ordre dels colors dels alimentadors, no afectarà la forma, ja que compara directament amb el valor d’aquelles caselles. En el següent diagrama podem veure el procés anterior més clar: Figura 51. Diagrama formula columna estat Pel que fa a la programació de la columna resultat fem una primera comprovació si l’estat és el de producció de l’alimentador principal (AP), en cas afirmatiu escriurem amb una tercera part de probabilitats «OK», per contra escriurem “NOK”. La probabilitat surt del fet que hi ha tres alçades possibles i només una és bona. També comprovarem si l’estat és el de producció d’algun dels alimentadors secundaris, en cas afirmatiu, el resultat de la qualitat serà «OK». Tots els altres casos deixaran la cel·la buida.
41 Figura 52. Formula columna resultat Finalment pel que fa a la columna de temps d’un costat indicarem els segons que hem definit per a cada estat: Si és càrrega d’alimentador (T, N o P) el temps serà de 60 segons, si és producció de l’alimentador principal (AP) seran 12 segons que és el temps de cicle d’una peca per a aquest alimentador, i si finalment és un dels dos alimentadors secundaris (AS1 o AS2) el temps serà 6 segons que és el temps de cicle per aquests dos alimentadors. Figura 53. Formula columna temps (segons) D’altra banda, a la columna de marca de temps (timestamp) sumarem a la fila anterior els segons que ha durat l’estat actual, per fer-ho cal tenir en compte que l’Excel conta el temps tenint en compte que un dia equival al valor 1, per tant, per a fer bé el factor de conversió, com que un dia són 86400 segons, haurem de dividir el nombre de segons per aquest valor. Figura 54. Formula columna temps (timestamp) Cal mencionar que a l’utilitzar fórmules que ens donen valors aleatoris a l’apartat de comandes cada cop que actualitzem alguna cel·la, tots aquests valors varien. 6.1.2 Mapejat de dades simulades A partir d’aquest generador de dades, podem agafar les dades que hem generat i tractarles perquè ens vagin bé per a les nostres taules. Amb aquestes dades generades hem omplert les tres taules següents, amb informació generada per a tres dies treballant de 12 h a 13 h cadascun d’aquests dies i les hem processat cap a cada una de les respectives taules que hem creat a l’Excel simulant dades d’una base de dades: 6.1.2.1 TAULA COMANDA Pel mapejat de la taula de comanda, hem utilitzat les columnes de comanda i les de temps, el que hem fet és que cada cop que canvia el nombre ID de la columna comanda, guardem el valor d'ID a la columna IDComanda, i els respectius valors de les peces de colors demanades per a la comanda a les columnes ColorTaronja, ColorNegre i ColorPlata.
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. 42 Figura 55 Mapejat dades simulades taula comanda Pel que fa a l’Altura, s’ha decidit que aquesta serà en funció de la ID de la comanda aplicant la següent fórmula: 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 = 𝐼𝐷𝐶𝑜𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 (𝑚𝑜𝑑 3)+ 1 El qual ens donarà altures de l’1 al 3 en funció del mòdul del valor de IDComanda. Pel que fa a les tres dates, d’una banda, la data de començament de la comanda (DataStart), serà just l’anterior al canvi de comanda. D’altra banda, la DataComanda serà la data de començament menys dos dies i 16 hores, cinc minuts i 32 segons per a cada fila de la taula. Finalment, la DataEnd serà la data anterior al canvi de la pròxima comanda. Per últim, el IDClient, serà un nombre a l’atzar d'1 al 5, ja que com veurem posteriorment hem decidit que comptarem amb cinc clients. Un cop omplerta la taula podem veure com queda: Figura 56. Dades simulades taula comanda 6.1.2.2 TAULA PRODUCTE Seguidament, veurem com s’ha omplert la taula producte, cada fila afegida a la taula correspon a una fila del generador que té com a estat AP, AS1 o AS2.
43 Figura 57. Mapejat dades simulades taula producte En primer lloc, l’identificador de comanda (IDComanda) el traiem de la columna de la comanda, després el Color l’identifiquem comparant l’alimentador treballant amb les etiquetes de la primera fila dels alimentadors i l’Altura en funció de si la peça és bona afegim el número en segons l’ID amb la mateixa fórmula anterior, i en cas contrari de forma aleatòria afegim una o l’altra altura restant. Pel que fa a el camp OK el traiem de la columna resultats i el temps de cicle (TC) el trobem a la columna de temps en segons, igual que el camp timestamp el traiem de l’equivalent a la columna de temps. D’altra banda per al camp de IDLot, hem afegit una nova columna i cada cop que es carrega un lot nou sumem un a la columna de lot de cada color, ja que com hem comentat anteriorment els lots negres començaran pel 10000, els taronges pel 20000 i els platejats per al 30000. Un cop tota aquesta informació està emplenada, només cal ordenar per temps les diferents entrades i afegir el IDProducte des del producte més vell al més nou. Podem veure com queda aquesta taula emplenada a continuació: Figura 58. Dades simulades taula producte 6.1.2.3 TAULA LOT La següent taula que hem omplert ha estat la taula lot. Cada nova càrrega, és a dir quan l’estat sigui N, T o P, omplirem una fila de la taula.
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. 44 Figura 59. Mapejat dades simulades taula lot El primer que afegim són les dates de càrrega (DataCarrega) i descàrrega (DataDescarrega), aquestes les traiem del timestamp essent la de càrrega la de la càrrega actual i la de descàrrega, la data de la pròxima descarrega, per tant, els últims lots carregats no comptaran amb data de descàrrega fins que no siguin carregats. D’altra banda, en la fila de Color l’omplirem en funció de la lletra de l’estat, N – «Negre», P – «Plata» i T – «Taronja». Pel que fa a l’Alimentador compararem la lletra de l’estat amb les tres lletres de sota els alimentadors i en funció d’això afegirem un 1, 2 o 3 ja sigui l’alimentador principal, el secundari 1 o el secundari 2 respectivament. Finalment, l’IDOperari serà un número en funció de l’operari que hagi treballat aquell dia, cal destacar que cada dia treballarà un diferent essent el dia 3 l’operari 5, el dia 4 l’operari 4 i el dia 5 l’operari 3. Pel que fa a el IDLot, l’afegirem ordenant per data de càrrega dels alimentadors i per color. Podem veure com queda una part de la taula omplerta: Figura 60. Dades simulades taula lot 6.1.2.4 TAULA PARADA L’última taula de la qual traurem informació del simulador serà la taula parada, aquesta l’actualitzarem al final de cada manteniment i al final de la jornada laboral diària.
45 Figura 61. Mapejat dades simulades taula parada En primer lloc, el TempsMarxa serà la suma dels segons dels temps de cicle que hi ha entre manteniments. Pel que fa a el temps de manteniment (TempsMant) i el temps de parada (TempsParada) han de sumar entre els dos 60 segons, per tant, hem fet que el temps de manteniment sigui un número a l’atzar entre 47 segons i 60 segons i el temps de parada el restant fins a arribar al minut essent possible que el temps de parada sigui zero. D’altra banda, el timestamp és la marca de temps en què s’ha fet aquest manteniment. També s’ha afegit de cada dia una última columna amb els últims estats de màquina, ja que a final d’aquestes jornades no hi ha manteniment de càrrega de producte. Finalment pel que fa al IDMaquina a tots és 1, ja que només comptem amb una màquina que és l’Estació 1 i el IDParada serà incremental en funció del timestamp començant per 1. A continuació podem veure una part de la taula omplerta. Figura 62. Dades simulades taula parada 6.1.2.5 TAULA CLIENTS La taula clients s’ha omplert manualment: Figura 63. Dades simulades taula clients
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. 46 6.1.2.6 TAULA OPERARIS La taula dels operaris també ha estat introduïda de forma manual: Figura 64. Dades simulades taula operaris 6.1.2.7 TAULA MÀQUINES Finalment, la taula de màquines només tindrà una fila i està omplerta així: Figura 65. Dades simulades taula maquines Un cop tenim totes les taules introduïdes a l’Excel hem començat a dissenyar la visualització amb el Power BI. 6.2 Power BI El primer que hem fet dins el Power BI ha estat importar les dades, en fer això cal fer una neteja, ja que al ser importades des de l’Excel queden unes últimes files buides, i per això cal eliminar-les. El programa detectarà com a taules cadascuna de les fulles que hi hagi dins el llibre de l’Excel i prendrà com a nom de columna el títol d’aquesta el nom que hi hagi a cada columna. Podem observar que s’han importat totes les taules bé ja que dins de la visualització de model podem veure totes les taules, en cas que tinguem columnes amb el mateix nom a vàries taules, el programari enllaça automàticament aquestes taules establint automàticament les relacions. Podem observar que coincideix amb el disseny plantejat a l’apartat de Disseny Base de Dades. Figura 66. Disseny taules de dades importades Power BI
53 Una funcionalitat molt útil que ens proporciona el Power BI és la de centrar-nos en certa informació, i en aquesta pàgina podem aplicar-ho, si cliquem un dels clients de la taula, podem veure com aquesta pàgina ens mostra informació només d’aquest client: Figura 79. Pàgina clients amb filtre de client Veiem que al clicar l’empresa UPC, veiem destacat a l’anella el percentatge del total que són les peces de comandes fetes per aquest client, al gràfic de columnes veiem que se centre principalment en les dades d’aquesta empresa i finalment podem veure que a la llista només veiem aquelles comandes fetes per a la UPC. Un cop enllestida la pàgina de clients, veurem com és la de operaris. 6.2.3 Pàgina OPERATORS Aquesta pàgina conté tota la informació de dels operaris així com les recarregues dels lots. En primer lloc, hem afegit una llista similar a la de les empreses on podem veure la informació de cadascun dels clients com és el nom, el cognom i el temps treballat. Per a fer aquest càlcul hem afegit una nova columna amb una funció que ens filtra pels noms les hores de càrrega de producte fent la diferència entre el màxim i el mínim dividint entre 86400 perquè el format de visualització sigui l’adient: TempsTreballat = CALCULATE(datediff(min(TaulaLot[DataCarrega]),max(TaulaLot[DataCarrega]),SECOND),filter(TaulaLot,TaulaLot[IDOperari] = TaulaOperaris[IDOperari]))/86400 La taula amb aquesta informació queda així: Figura 80. Visualització taula operaris
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. 54 Dos dels operaris no tenen hores de feina ja que la simulació només s’ha fet de tres dies. El següent element que afegirem serà un gràfic de columnes en clúster per a mostrar el número de recàrregues de lots de cada color que ha fet cadascun dels operaris: Figura 81. Visualització recàrregues operaris d'alimentadors per color A l’estar les taules relacionades, podem visualitzar aquestes dades tot i que els noms estiguin a una taula i el nombre de recàrregues a un altre. Finalment, hem afegit una llista amb totes les recàrregues que s’han fet dels alimentadors amb columnes com l’identificador de la recàrrega, el color, l’alimentador que s’ha carregat, l’operari que l’ha fet aquesta recàrrega i finalment la data de càrrega i la de descàrrega: Figura 82. Visualització taula recàrregues alimentadors Ajuntats tots aquests elements, la pantalla de visualització dels operaris es veu així:
55 Figura 83. Pàgina operaris De forma similar a la pàgina de clients, si cliquem un operari veiem concretament la informació d’aquest, ja que s’aplica un filtre a la pàgina: Figura 84. Pàgina operaris amb filtre d’operari Això és tot pel que fa a la pàgina d'operaris, finalment veurem com hem fet la pantalla principal. 6.2.4 Pàgina HOME Pel que fa a la pantalla principal s’han volgut mostrar només dos elements, un d’ells ja s’ha configurat anteriorment que és el nombre total de comandes per color, i l’altre és un indicador de OEE amb el semicercle que ens indica el valor a quina part queda entre el 0 i l’1. També s’ha afegit el filtre de temps per a poder visualitzar les gràfiques en funció del temps.
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. 56 Finalment, s’ha afegit una foto de l’estació de fons i el nom d'estació 1 i on és ubicada aquesta: Figura 85. Pàgina Inicial
57 7 Resum del pressupost Taula 16. Resum del pressupost Tasca Import (€) Tasca 1 Estudi Estació I 600,00 Tasca 2 Programació Estació I 1200,00 Tasca 3 Base de Dades 300,00 Tasca 4 Implementació Sistema MES 1200,00 Tasca 5 Redacció del Projecte 1500,00 Cost de desenvolupament del treball 4800,00 6% de benefici 288,00 Suma 5088,00 21% IVA 1068,48 Pressupost de l'estudi i la implementació 6156,48 El pressupost per a l'estudi i la implementació d'una funcionalitat del sistema MES ascendeix a l'expressada quantitat de 6156,48 euros.
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. 58 8 Anàlisi i valoració de les implicacions ambientals i socials Les implicacions ambientals i socials d’aquest projecte són vàries, per començar l’objectiu d’aquest projecte és aplicar una mesura d’identificació del rendiment d’una màquina per així identificar-ne els paràmetres que provoquen una ineficiència del procés. Aquesta identificació permet millorar-ne el rendiment i l’eficiència. Aquest és un punt clau dins el marc actual en què vivim, un dels objectius de la nova revolució industrial és precisament aquest, la utilització eficient dels recursos, ja que ens trobem en un moment vital per a la humanitat on és necessari fer un ús òptim d’aquests per tal que ens durin durant molts anys. Fet que ens porta a l’altra implicació ambiental, i és que totes aquelles peces rebutjades com a peces dolentes des d’un principi es rebutjaven, però s’ha decidit que es reaprofitaran per a fer nous lots. Essent així una màquina que genera residu zero. També, cal destacar que la visualització de totes les dades del procés al ser digitalment, redueix considerablement la quantitat de residu generat amb paper. Ja que antigament tots els informes eren molt sovint impresos, a més a més al ser visualitzacions intel·ligents les hem pogut fer interactives, fet que amb paper és impensable. Pel que fa a les implicacions socials, a diferència de moltes màquines automàtiques actuals, el sistema MES aplicat a aquesta màquina requereix un operari no només per a fer el manteniment sinó que també per verificar-ne la producció. Per conseqüència, aquesta nova revolució industrial crea nous llocs de treball cosa sempre és una millora potencial de la societat. És per aquestes implicacions que aquest projecte incideix directament en tres dels disset ODS, que són els objectius de desenvolupament sostenible proposats per a les nacions unides dins l’agenda 2030 [4], aquests objectius en que incidim son els següents: En primer lloc, abordem una part de l’objectiu número 8: Treball decent i creixement econòmic. Dins d’aquest treballem concretament les metes número 8.2 (diversificació, innovació i millora de la productivitat econòmica), la número 8.3 (promoure polítiques que ajudin a la creació de llocs de treball i empreses emergents) i finalment la número 8.4 (millora de l’eficiència de recursos en el consum i la producció). També treballem directament en l’objectiu número 9: Indústria, innovació i infraestructura. Concretament, dins aquest objectiu ens centrem en les metes número 9.4 (actualització de les indústries i infraestructures per a la sostenibilitat), la número 9.5 (millora de la recerca i actualització de les tecnologies industrials) i finalment la número 9.9 (accés universal a la tecnologia de la informació i comunicació). Finalment, l’últim objectiu que tenim en compte és el número 12: Producció i consum responsables. Ja que treballem les metes número 12.2 (gestió sostenible i ús de recursos naturals), la número 12.5 (reducció substancial de la generació de residus) i la número 12.6 (animar a les empreses a adoptar pràctiques i informes sostenibles). És per això que aquest projecte també pren una consciència social i sostenible tenint presents les implicacions que representa i enfrontant-ho tot des d’un punt de vista de millora. Figura 86. ODS on el projecte incedeix
59 9 Conclusions En aquest treball hem descobert la importància de la innovació i la millora dins la indústria, concretament implementant una funcionalitat d’un sistema MES que és l’indicador OEE, aquest ens ha fet possible descobrir quines eren les debilitats del procés de l’estació I del laboratori de robòtica i CIM. Els resultats obtinguts de la simulació feta de l’estació han estat d’un OEE de 0.43, que surt dels indicadors de disponibilitat amb un 0.94, una qualitat de 0.79 i un rendiment de 0.58. Podem observar que el que provoca que l’eficiència de la màquina sigui tan baixa és el rendiment, concretament podem veure que el temps que està en producció la màquina es veu afectat per a moltes parades de manteniment. Les millores que es proposen per a augmentar l’eficiència d’aquesta màquina són aconseguir que les parades de manteniment siguin més curtes, o pel contrari que els alimentadors tinguin molta més capacitat, fent així que hi hagi menys manteniments. Pel que fa als objectius del treball s’han complert tots satisfactòriament a excepció de la utilització del programa trakSys, per culpa de les complicacions que hem explicat anteriorment. No obstant això, hem substituït aquest pel Power BI, el qual té prestacions diferents al trakSys les quals hem pogut aprofitar. Per tant, salvant les diferències, podem considerar que hem complert amb els objectius del treball. De cara a una possible continuació del treball, es proposen vàries millores per aquest. D’un costat, investigar en profunditat algun mètode de connexió amb el trakSys per a poder superar l’objectiu proposat anteriorment i assolir la funcionalitat de l’OEE dins aquest, gestionar la interacció de l’operari i els clients a través d’aquesta aplicació i investigar les altres funcionalitats del sistema MES que es puguin aplicar. D’altra banda, també es pot estudiar la possibilitat de fer la migració de totes aquelles dades que es volien obtenir a través del sistema MES i obtenir-les directament des del PLC per a poder fer una visualització de dades reals. També es proposa afegir algun tipus de SCADA o HMI per a la introducció de comandes i la validació de l’operari. Finalment, l’última proposta de continuació de treball és la d’ampliar el nombre d’estacions que formen part d’aquest projecte, augmentant-ne el nombre de màquines a programar i dades a recollir, augmentant-ne, per tant, la dificultat. Per acabar, gràcies a aquest projecte he pogut aplicar tots aquells coneixements adquirits a la carrera i aprofundir en tots aquests conceptes apresos durant els quatre anys de carrera. A part d’aprendre’n molts de nous els quals no m’hagués trobat si no hagués fet algun projecte d’aquestes magnituds. També m’agradaria destacar que no només ha estat una experiència de creixement educatiu sinó també personal, ja que he millorat moltes capacitats personals com són la gestió del temps, la priorització d’aquelles tasques més rellevants i també la capacitat d’adaptació davant dels canvis i reptes que han anat apareixent durant el transcurs del treball. Finalment, m’agradaria donar les gràcies a la meva directora Rita per donar-me suport durant el projecte i proposar-me alternatives en aquells moments que no se’n trobaven. Gràcies.
Estudi e implementació d'una funcionalitat d'un Sistema MES sobre una estació de procés de laboratori. 60 10 Referències [1] J. Prakash, O. kok seng, i C. Cheah, «Overall equipment effectiveness (OEE): a review and development of an integrated improvement framework», Int. J. Product. Qual. Manag., vol. 1, p. 1, gen. 2019, doi: 10.1504/IJPQM.2019.10020889. [2] «¿Qué es la Industria 4.0 y cómo funciona? | IBM». Consulta: 27 febrer 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.ibm.com/mx-es/topics/industry-4-0 [3] «Qué es un sistema MES, cómo funciona y para qué sirve». Consulta: 27 febrer 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.cursosaula21.com/que-es-un-sistema-mes/ [4] «Goals Archive», The Global Goals. Consulta: 17 juny 2024. [En línia]. Disponible a: https://globalgoals.org/goals/ [5] «SCADA and MES: the pyramids’ secret», Logiciel MES - MES Software - Suivi de production - SCADA. Consulta: 17 juny 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.ordinal.fr/en/topics/scada-and-mes-the-pyramids-secret [6] «NJ/NX-series Instructions Reference Manual». [7] «¿Qué es el OEE y cómo se calcula?» Consulta: 17 juny 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.fracttal.com/es/mantenipedia/oee-oportunidades-para-mejorar-losprocesos [8] «MySQL :: MySQL Workbench». Consulta: 17 juny 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.mysql.com/products/workbench/ [9] «myOMRON Europe: Services & Support». Consulta: 18 juny 2024. [En línia]. Disponible a: https://www.myomron.com/index.php?article=1585&action=kb [10] maggiesMSFT, «Power BI documentation - Power BI». Consulta: 17 juny 2024. [En línia]. Disponible a: https://learn.microsoft.com/en-us/power-bi/ [11] kfollis, «Referencia de expresiones de análisis de datos (DAX) - DAX». Consulta: 17 juny 2024. [En línia]. Disponible a: https://learn.microsoft.com/es-es/dax/
61 11 Annexes Per accedir als següents enllaços cal disposar d’un compte upc.edu. 11.1 Projecte Sysmac Studio https://drive.google.com/file/d/10DIea7S8V-khKY6u5H0vFXa4cKnd5kK/view?usp=sharing 11.2 Configuració Kep Server https://drive.google.com/file/d/1GcZwFc3KAhmJwCW14WNJWJeGE51VGKv7/view?usp= sharing 11.3 Excel simulació de dades https://docs.google.com/spreadsheets/d/1pSxN6Iry5BIcyCdiEsWqvuCiLyAoxQ9y/edit?usp =sharing&ouid=105365108625324001394&rtpof=true&sd=true 11.4 Projecte Power BI https://drive.google.com/file/d/1z1WLa4MLO5bpbevWhvhDzhtGGjpnC7tu/view?usp=shari ng