COMES přispívá kvalitě výroby pomocí RFID

Udržení vysoké kvality výrobních procesů velmi pomáhají moderní technologie IT a materiálové identifikace. Současné požadavky na zajištění jakosti potravin, nápojů, léčiv ale i strojírenských výrobků obsahují také funkce dohledatelnosti nebo traceability. Případová studie popisuje, jak je možné uvedené funkce zajistit v interní logistice výrobních procesů s využitím MES systému COMES a technologií bezkontaktní identifikace RFID.

Hlavní cíle projektu:

• Zamezit obsluze výrobních linek zaměnění vložení jednotlivých druhů výrobků do jiné balící linky s nesprávným obalovým materiálem.
• Zajistit traceabilitu výrobního procesu od rozpracovaných materiálů po finální balení výrobků.
• Zpřesnit informace o množství rozpracované výroby na jednotlivých výrobních strojích.
• Zajistit vyšší kontrolu výrobního procesu při ručním plnění balících strojů přepravkami s výrobky.
• Snížit pravděpodobnost možných reklamací od koncových spotřebitelů.

Cíl projektu

Cílem projektu investora bylo zajistit jakost a traceabilitu výroby, udržení kvality výrobků známých značek směřujících jak na domácí, tak i zahraniční trhy. Konkrétním cílem byla naprosto správná manipulace s materiály obsluhou výrobních linek, např. zamezení vložení jednoho druhu výrobků do jiné balící linky s nesprávným obalovým materiálem, tedy zajistit shodu výrobku a správného obalu. Při rozhodování o realizaci projektu vybral investor výrobní informační systém COMES a nasazení RFID technologie výrobce Siemens.

Popis výrobního procesu

Široká škála výrobků a ještě větší množství obalových materiálů vzhledem k výrobě výrobků do zahraničí, kde se pro různé regiony připravují obaly s jinými informacemi a vzory, kladou velké nároky na interní logistiku přepravy výrobků mezi výrobními linkami a balicími linkami, které mohou být při výrobním procesů různě kombinovány. A právě správnost přesunů výrobků v přepravkách ve výrobě pomáhá kontrolovat nasazená RFID technologie.

Výroba každého balení probíhá vždy na dvojici linek - výrobní linka a balicí linka. Výrobní linka kompletuje ze vstupních materiálů hotové samostatné výrobky. Ty jsou následně přepravovány do balicích linek, které automaticky podle balicího plánu umísťují výrobky do obalů a následně do skupinových balení a palet.

Přeprava produktů probíhá ruční přepravou, kdy výrobní stroj plní zboží do speciálně upravených plastových přepravek, které obsluha ze stroje ukládá na dopravní vozíky a ty dále převáží k cílové balicí lince. Zde obsluha přepravky vkládá z vozíku do balicí linky, přičemž vozíky se zbožím z jedné výrobní linky mohou být navíc zaváženy k více balicím linkám. Při tomto ručním způsobu přepravy může docházet k záměně přepravek při manipulaci obsluhou nebo k zavezení vozíku na špatné místo. Systém RFID, který byl nasazen do výrobního procesu, zabraňuje obsluze dělat chyby a vkládat přepravky do nesprávné balicí linky a předchází tak případným reklamacím od spotřebitelů.

Použité technické prostředky

Investor zvolil za dodavatele celkového řešení firmu Compas automatizace, spol. s r.o. (dále jen COMPAS), která v oblasti RFID dlouhodobě působí. COMPAS je Solution Partner firmy Siemens pro automatizaci i systémy identifikace RFID, má s produkty SIEMENS dlouholeté zkušenosti a uvedenou technologii zvolila mimo jiné i kvůli kompatibilitě s ostatními řídicími systémy výrobních a balicích linek, které jsou převážně PLC systémy Simatic S7.

Charakter projektu předurčil zvolení pasivní RFID technologie z kategorie HF (High Frequency, 13.56 MHz), která je určená pro průmyslovou bezkontaktní identifikaci RFID čipů čtečkou na krátkou vzdálenost, konkrétně přepravky s RFID čipem projíždějí po dopravníku s RFID čtečkou ve vzdálenosti 2 až 10 cm.

Princip činnosti pasivní RFID technologie spočívá ve vyzařování energie ze čtecí nebo zapisovací čtečky. Při vstoupení RFID čipu do pásma této vyřazované energie je čip aktivován a do čtečky jsou načtena data čipu nebo v případě zápisu odeslána nová data na čip. Data jsou bez aktivace trvale uložena v paměti RFID čipu a nesou tak důležité informace o identifikaci přepravky a jejího obsahu.

Identifikace RFID technologií navazuje na stále používanou identifikaci čárovými kódy, oproti které přináší následující výhody:

1. Vysoká odolnost a životnost samotného RFID čipu v průmyslovém prostředí.
2. Jedinečnou identifikaci každého RFID čipu danou výrobcem čipu.
3. Oblast uživatelské paměti pro uložení většího počtu informací do RFID čipu.
4. Variabilitu provedení RFID čipů a tím vhodné zvolení s ohledem na místo, na které budou čipy ukládány nebo montovány.

Z RFID komponent, které firmy SIEMENS vyrábí pro bezkontaktní průmyslovou identifikaci, byla pro projekt zvolena produktová řada SIMATIC RF 200, s operační frekvencí 13.56 MHz a komunikačním protokolem ISO 15693, konkrétně následující komponenty:

1. RFID čip – MOBY D MDS D126
2. RFID čtečka – SIMATIC RF260R:
3. Komunikační modul – SIMATIC RF182C.
4. Připojení Ethernet modulem – Profinet pro SIMATIC RF 182C.

Výhodou RFID komponent SIEMENS a zvolené produktové řady je především:

1. Robustnost průmyslového provedení všech komponent.
2. Kompaktní design umožňující snadnou instalaci a montáž zařízení v místě realizace.
3. Cenová dostupnost a spolehlivost zvolené produktové řady.

Nasazená RFID technologie a MES systém COMES

Při zavedení RFID technologie do výrobního procesu pro sledování interní logistiky přepravek s výrobky byla každá výrobní i balicí linka osazena RFID čtečkou a na všechny přepravky byl namontován RFID čip.

RFID čtečka na výrobních linkách plní funkci zapisovače, kdy do RFID čipu plněné přepravky zapisuje důležité informace distribuované na čtečku z výrobního řídicího systému COMES dodavatele Compas automatizace. Do RFID čipu jsou čtečkou zapisovány hodnoty:

1. Datum a čas přepravky.
2. Označení výrobní linky, kde byla přepravka naplněna.
3. Identifikaci výrobku – jeho kódové značení.

RFID čtečka na balicí lince naopak plní funkci kontroly, kdy pouze načítá z RFID čipu informaci o kódu výrobku a informaci o výrobní lince. Tyto informace jsou ze čtečky zpět předány do výrobního informačního systému COMES, který informace vyhodnocuje a porovnává vůči platnému výrobnímu plánu.

Pokud je na vstupu do balicí linky před RFID čtečkou zaznamenána přepravka s korektními informacemi v RFID čipu, je systémem propuštěna a vyprázdněna do balící linky. Opačně pokud RFID čtečka načte z RFID čipu informace, které jsou systémem vyhodnoceny jako neshodná přepravka s neočekávaným typem výrobků, je systémem dopravník s přepravkou okamžitě zastaven a obsluha linky je světelnou a zvukovou signalizací upozorněna na nesprávnou přepravku na vstupu do balící linky. Obsluha v tomto případě odebere přepravku, která byla zastavena v pozici před RFID čtečkou a odsouhlasí informaci o vzniklé poruše na ovládacím tlačítku celého systému. Po kvitování poruchy, systém pokračuje v kontrole dalších přepravek.

Systém upozorňuje obsluhu i na další možné chybové stavy, jako například:

1. Výskyt přepravky před čtečkou bez RFID čipu.
2. Poškozený RFID čip přepravky.
3. Poruchu komunikace mezi řídicím systémem COMES a čtečkami RFID.
4. Poruchy v zápise nebo čtení RFID čteček.

Všechny tyto stavy jsou signalizovány obsluze a při jejich vzniku je zastavena balicí linka. Obsluha po vyřešení chybového stavu poruchy opět odkvituje a celý systém se opět automaticky rozběhne.

Informace přenášené s RFID zařízení zpracovává výrobní systém COMES, který dále pro uživatele systému zpracovává:

1. Traceability výroby
2. Protokol plnění výroby na balicí lince a dosažení plánovaného množství výroby.
3. Výrobní statistiky o rozpracovaném množství výrobků v přepravkách.
4. Statistiku oběhu jednotlivých přepravek pro potřeby optimalizace logistiky a údržby.
5. Diagnostiku celého RFID systému – počet čtení a zápisů, chybových stavů, časů.

Komunikace všech informací mezi RFID zařízeními a systémem COMES probíhá po výrobní síti Ethernet (Obr.1). Každá linka je osazena samostatnou elektrickou rozvodnicí s přívodem napájení a komunikačního kabelu Ethernet. Ten je propojen na komunikační modul SIMATIC RF182C a na něj je napojena RFID čtečka SIMATIC RF260R. V rozvodnici jsou dále zapojeny signály na zastavení linky v případě poruchy a signály pro zvukovou a světelnou signalizaci zapnutí majáku.

Přínosy projektu

Využitím RFID technologie identifikace bylo za předpokladu provozní kázně operátorů dosaženo srovnatelné úrovně kvality výroby a její interní logistiky jako při automatizované manipulaci s materiály. Přitom flexibilita interní logistiky procesů s ruční manipulací je nesrovnatelně větší, než např. pevné dopravníkové systémy. Takové řešení kontroly vnitřní logistiky se velmi hodí ve výrobách s menšími sériemi výrobků, kde se plně automatizovaná technologie nevyplatí pořizovat.

Dosažení projektových cílů rovnoměrné jakosti výroby a zamezení chybovosti obsluhy, dodržení termínů a rozpočtu projektu vždy určuje míru spokojenosti investora. Moderní IT technologie systému COMES a kvalita komponent RFID technologie SIEMENS byly v projektu velmi nápomocné, stejně jako standardní postupy správné inženýrské praxe řešitelského týmu firmy COMPAS.

Kontakt: COMPAS automatizace, spol. s r.o., www.compas.cz, www.oee.cz