Nas fábricas de hoje, para evitar danos às máquinas, os sensores costumam disparar um alarme assim que o equipamento começa a exibir um comportamento suspeito - mas raramente esses dados do sensor são totalmente explorados. No Hannover Messe Preview em 12 de fevereiro, 2020, pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Produção e Tecnologia de Design IPK mostrarão o que é possível quando a tecnologia de sensor está conectada a uma plataforma em nuvem:gerenciamento de fluxo de trabalho perfeitamente coordenado e a otimização de frotas inteiras de máquinas-ferramenta.

As máquinas-ferramentas são aparelhos de precisão. Eles moem, gire e retifique peças de trabalho com precisão micrométrica. Essa precisão só pode ser alcançada quando as partes mecânicas estão trabalhando juntas perfeitamente e nada vibra. Afinal, as vibrações podem ser transmitidas às ferramentas e, por fim, levar a erros e imprecisões na peça acabada. Quando as coisas dão errado, as reclamações seguem e atingem o fabricante na carteira. É por isso que é importante reconhecer os danos ou desgaste das máquinas em um estágio inicial. Por esta razão, muitas máquinas são monitoradas por sensores que podem reconhecer - com base em leves vibrações, por exemplo - que um componente está lentamente se desgastando. Os sensores podem emitir um sinal de advertência de que a peça deve ser substituída antes que ocorram danos. Isso é conhecido como manutenção preditiva, e agora existem vários sistemas de manutenção preditiva no mercado.

Ciclo de vida de ferramentas de máquinas salvas na nuvem

Geralmente, Contudo, os sistemas de manutenção preditiva permanecem soluções autônomas. Embora eles emitam um aviso para que um componente possa ser substituído, esta valiosa informação raramente é posta em uso. Os especialistas da Fraunhofer IPK em Berlim desenvolveram agora um sistema que faz muito mais com a manutenção preditiva. Eles integram a tecnologia de sensor em uma plataforma de Internet que armazena todo o ciclo de vida de uma ou mais ferramentas de máquina. Isso abre caminho para uma análise de dados abrangente, que pode ser usado para otimizar máquinas ou processos de trabalho inteiros. Em uma demonstração interessante, a equipe chefiada por Claudio Geisert, vice-chefe do departamento de Máquinas de Produção e Gerenciamento de Sistemas da Fraunhofer IPK, mostrará como isso funciona durante o Hannover Messe Preview em 12 de fevereiro, 2020 no Hall 19 e durante a própria feira de 20 a 24 de abril, 2020 no estande conjunto da Fraunhofer no Hall 6, Estande A26. Para sua demonstração, os pesquisadores escolheram um componente-chave de uma máquina-ferramenta:uma unidade de fuso de esferas, que move um transportador de peças na máquina com extrema precisão para a frente e para trás em um fuso.

Esses fusos podem se desgastar com o tempo, o que leva a vibrações indesejadas que podem criar falhas na peça de trabalho - e que devem ser detectadas o mais cedo possível. O sistema de manutenção inteligente desenvolvido pela Fraunhofer IPK faz exatamente isso. No coração do sistema está uma placa de circuito do sensor que contém um chip sensor disponível comercialmente, conhecido como sistema microeletromecânico (MEMS). Esses MEMS são pequenos componentes de silício que acomodam vários módulos tecnológicos interconectados em sua superfície. Desta forma, eles podem, por exemplo, medir estímulos ambientais, como vibrações, e analisá-los com um processador conectado. O MEMS e o processador juntos formam um nó sensor. "Milhões de MEMS como esses são instalados em carros e smartphones hoje. Eles são econômicos e, ainda assim, suficientemente precisos para nossos propósitos, "diz Claudio Geisert. Um elemento importante é que o processamento dos sinais do sensor ocorre diretamente no nó sensor. o processador reconhece uma falha por si mesmo e pode passar essa informação adiante.

Gêmea digital da máquina-ferramenta integrada à plataforma IoT

As informações são transmitidas para uma plataforma de Internet das Coisas (IoT), que envia um alarme para a sede do serviço, que então decide o que fazer. Por exemplo, pode definir uma data adequada para a substituição do fuso para evitar paradas de produção devido a paradas da máquina. Além disso, esta plataforma IoT contém um chamado gêmeo digital da máquina-ferramenta - uma cópia digital que contém o histórico da máquina e todas as condições e parâmetros operacionais.

Chame e analise o histórico da frota

Se, no fim, o fuso defeituoso é substituído, o gêmeo digital também recebe a informação de que agora inclui um novo componente. "A replicação da condição real das ferramentas da máquina facilita uma análise abrangente, "explica Claudio Geisert. Os operadores das máquinas seriam capazes de reconhecer, por exemplo, se certos processos nas máquinas aumentam significativamente o desgaste, permitindo que os processos de trabalho sejam adaptados em conformidade. E os fabricantes de máquinas-ferramenta podem obter indicações valiosas para otimizar ainda mais seus sistemas. "Em última análise, isso permite que você chame e analise o histórico de uma frota inteira de máquinas para encontrar possíveis pontos fracos, "diz Geisert.

Monitorando a frota de máquinas em todos os locais

Mas conectar a máquina real com a plataforma IoT também traz vantagens para a equipe no local que faz a manutenção da máquina. Na solução IPK, os técnicos primeiro escaneiam um código QR na máquina para verificar se estão trabalhando na máquina certa. Isso é particularmente importante em empresas que possuem frotas inteiras de máquinas. O componente também pode ser verificado e comparado com os dados no gêmeo digital - para garantir que outro componente não seja substituído por acidente. Além disso, os funcionários podem usar um tablet para acessar as instruções de encaixe e remoção de um componente. Assim que o reparo for feito, eles podem iniciar uma execução de teste diretamente da máquina. Se tudo correu bem, they press an OK button to give the signal to update the component in the digital twin as well. "By connecting the machine and the sensors to the IoT platform, we now get, pela primeira vez, a holistic picture of a machine or an entire fleet, " says Claudio Geisert. "This will enable large companies to monitor their full fleet of machines across individual locations." The IPK solution, which is being presented at the Hannover Messe Preview, is already so far developed that it can be used in industrial applications. It offers the possibility to adapt these technologies to the specific needs of various customers.