Kỷ yếu Hội thảo khoa học cấp Trường 2022 Tiểu ban Điện-ĐTVT-CNTT Ứng Dụng IIot Vào Giải Pháp Giám Sát Tổng Thể Hiệu Suất Máy Cho Mơ Hình Băng Tải Phân Loại Sản Phẩm Nguyễn Minh Quyền Khoa Điện-Điện tử viễn thông Trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam quyen_dv@hcmutrans.edu.vn Tóm tắt-Phân loại cơng đoạn quan trọng từ khâu đầu vào đến đầu quy trình sản xuất đại, hiệu suất tổng thể máy phân loại cần giám sát liên tục trở thành sở cho công tác nâng cấp tối ưu quy trình vận hành sản xuất thông qua việc ứng dụng Internet vạn vật công nghiệp (IIoT) Bài báo tập trung vào cách tiếp cận đơn giản triển khai thành công ứng dụng với mơ hình phân loại sản phẩm Từ khóa-Internet vạn vật cơng nghiệp, hiệu suất tổng thể máy, điện tốn biên, điện toán đám mây, chuyển đổi số I GIỚI THIỆU Phân loại sản phẩm/nguyên liệu công đoạn hữu dây chuyền sản xuất với mục đích tuyển chọn sản phẩm/nguyên liệu theo nhiều tiêu chí khác nhằm đảm bảo sản phẩm cuối đạt tiêu chuẩn Tuy nhiên, với số lượng hàng hóa lớn, hiệu suất hệ thống phân loại phải đảm bảo mức cao Việc giám sát hiệu suất tổng thể máy giúp người quản lý có góc nhìn khác dây chuyền vận hành, hiệu suất sử dụng tài nguyên, điểm tắc nghẽn, làm sở cho kế hoạch sản xuất, nâng cấp cải tiến quy trình vận hành [1] Xu hướng số hóa thơng tin sản xuất dần phổ biến dây chuyền sản xuất đại nhờ vào phát triển công nghệ cảm biến, truyền thông tin, lưu trữ đặc biệt điện tốn đám mây II QUY TRÌNH CHUNG CỦA CÁC GIẢI PHÁP PHÂN LOẠI SẢN PHẨM TRONG CƠNG NGHIỆP Hình Sơ đồ cho giải pháp phân loại sản phẩm Cung cấp: Vận chuyển hàng hóa/nguyên liệu đến đầu vào hệ thống phân loại, thực băng tải, cấu đẩy, băng thao tác thủ công từ công nhân; Nhận dạng: Các cảm biến lắp đặt đường di chuyển hàng hóa/nguyên liệu để nhận dạng theo tiêu chí đề như: Màu sắc, khối lượng, kích thước, thơng tin kỹ thuật số,…; Phân loại: Sau nhận thơng tin hàng hóa/ngun liệu, điều khiển đưa định phân loại thông qua cấu khác như: Băng tải lăn xoay, module bánh đa hướng omni,… Hình Sơ đồ mơ hình phân loại sản phẩm 108 Nguyễn Minh Quyền III GIẢI PHÁP IIOT TRONG GIÁM SÁT TỔNG THỂ HIỆU SUẤT CỦA HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM Thuật ngữ IIoT – Industrial Internet of Things trường hợp ứng dụng IoT (Internet of Things) môi trường công nghiệp Tại đây, thông tin hệ thống/máy sản xuất thu thập gửi server thông qua hệ thống cảm biến thông minh, gateway, datalogger smart controller mơi trường Internet [2] Vì cơng tác giám sát tổng thể hiệu suất máy cần nhiều thời gian lượng thông tin đủ nhiều nên IIoT cơng cụ hữu ích cho nhà phát triển giải pháp tích hợp vào hệ thống Hình Kiến trúc hệ thống IIoT (Industrial Internet of Things) Nguồn: https://se.rs-online.com/web/generalDisplay.html?id=industrial-iot A Kiến trúc hệ thống IIoT Điện toán biên – Edge computing: Thuật ngữ biên phạm vi thiết bị đầu cuối có khả thu thập, xử lý, phân tích tạo liệu chỗ, khơng cần truyền máy chủ trung tâm (datalogger, mini PC, smart controller, smart sensor); Thiết bị mạng – Network devices: Các thiết bị có vai trị tạo liên kết thiết bị biên với máy chủ trung tâm cloud thông qua giao thức kết nối Internet (router, IoT gateway, điểm truy cập mạng - access point); Điện toán đám mây – Cloud computing: Tại đây, liệu xử lý phục vụ cho công tác lưu trữ, phân tích chun sâu, sử dụng nhiều thuật tốn phức tạp với mục đích khác nhau, thiết bị biên không thực giới hạn cấu hình phần cứng tốc độ xử lý B Giám sát hiệu suất tổng thể máy – OEE OEE – Overal Equipment Effectiveness công cụ để đánh giá khả hoạt động máy móc dựa ba tiêu chí: Tính sẵn sàng (Availability), chất lượng (Quality), hiệu suất (Performance) Cơng thức tính [3]: OEE Availability x Quality x Performance (1) 1) Tính sẵn sàng - Availibility Chỉ số mô tả tỉ lệ thời gian máy hoạt động (Operation time) so với tổng thời gian dự kiến hoạt động (Planned production time) 109 A Operation Time Planned production time (2) Ứng dụng IIot vào giải pháp giám sát tổng thể hiệu suất máy cho mơ hình băng tải phân loại sản phẩm Giá trị A cao chứng tỏ máy có thời gian hoạt động lâu dài, bị dừng hay gián đoạn lý hư hỏng, hiệu chỉnh, bảo trì, thay nguyên liệu, thay đổi ca người vận hành,… 3) Hiệu suất – Performance Chỉ số mô tả khả làm việc thực tế máy so với khả làm việc thiết kế P 2) Chất lượng – Quality Chỉ số mô tả tỉ lệ sản phẩm đạt chất lượng (Acceptable pieces) tổng số sản phẩm sản xuất (Total pieces) Q Acceptable Pieces Total Pieces (3) Chỉ số chất lượng bị ảnh hưởng công tác vận hành, nguyên liệu đầu vào, quy trình chưa kiểm tra kỹ, trước đưa vào áp dụng sản xuất Ideal Cycle Time x Total product Operation time Ideal Cycle Time thời gian lý tưởng máy sản xuất sản phẩm Do đó, nhân với tổng số lượng sản phẩm, kết đạt “tổng thời gian thực tế máy hoạt động có tạo sản phẩm” Sau chia cho tổng thời gian máy hoạt động, thu hiệu suất hoạt động máy Nguyên nhân gây tổn thất hiệu suất máy kể đến như: Các chi tiết máy bị mài mòn, hỏng, nhân viên vận hành thao tác chậm, cài đặt máy chưa phù hợp với nguyên liệu, bị ảnh hưởng tốc độ sản xuất công đoạn trước công đoạn đầu Hình Tổng quan ý nghĩa thành phần phép tính OEE IV (4) TRIỂN KHAI HỆ THỐNG IIOT VÀO MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC A Mơ hình thử nghiệm Hình Hình ảnh thực tế mơ hình (1) Cơ cấu cung cấp (5) Cơ cấu phân loại vật màu vang (2) Ống sản phẩm (6) Cảm biến đếm vật đỏ (3) Cảm biến nhận dạng màu (7) Cảm biến đếm vật vàng (4) Cơ cấu phân loại vật màu đỏ (8) Băng tải 110 Nguyễn Minh Quyền Sản phẩm cấu cung cấp (1) đẩy từ ống sản phầm (2) vị trí cảm biến màu (3) Sản phẩm băng tải (8) đưa khỏi vị trí cảm biến đến cảm biến (6) (7), cấu phân loại (4) (5) đẩy sản phẩm tương ứng với thông tin cảm biến màu đọc B Phương án thu thập liệu từ mơ hình Có ba phương án chung tiến hành thu thập liệu trường: Kết nối vào nguồn liệu có sẵn hệ thống PLC, Database; Lắp đặt cảm biến, thiết bị nhập liệu bên ngồi để thu thập thơng tin vận hành máy; Lập trình PLC hoạt động thiết bị biên, từ lấy liệu theo ý muốn Hình Kiến trúc hệ thống triển khai IIoT vào mơ hình băng tải phân loại sản phẩm Phương án thứ ba thực báo Trong đó, Gateway IoT có nhiệm vụ thu thập liệu từ PLC, sau lưu trữ vào sở liệu chỗ đồng thời gửi liệu cloud server thơng qua giao thức MQTT [4] Hình Các thiết bị sử dụng mơ hình: (1) HMI; (2) PLC ; (3) + (4) IoT gateway, local database 111 Ứng dụng IIot vào giải pháp giám sát tổng thể hiệu suất máy cho mơ hình băng tải phân loại sản phẩm C Cách tính số OEE mơ hình 1) Chỉ số Availability Theo cơng thức (2), cần phải đo thời gian máy chạy (operation time) tổng thời gian hoạt động dự kiến (planned production time) Thời gian máy chạy: Được tính băng tải bắt đầu hoạt động Khi đó, Timer đếm có tín hiệu băng tải chạy; Tổng thời gian hoạt động dự kiến: Tính từ người dùng nhấn nút bắt đầu ca kết thúc ca làm việc hình HMI 2) Chỉ số Quality Theo cơng thức (3), số cần phải có thông tin số lượng sản phẩm phân loại tổng số sản phẩm qua máy phân loại; Số sản phẩm phân loại đúng: Về lý thuyết sử dụng giá trị đếm cấu phân loại sản phẩm hoạt động, nhiên để có kết xác, cần phải có khâu kiểm tra đầu máy Trong phạm vi nghiên cứu, số lượng sản phẩm khơng đạt giả lập cách cho phép nhập liệu trực tiếp từ hình HMI Khi đó: Số lượng sản phẩm đạt = Tổng số sản phẩm – Số lượng không đạt Tổng số lượng sản phẩm: Được tính lần có sản phẩm qua cảm biến màu tăng giá trị đếm lên 01 lần 3) Chỉ số Performance Theo cơng thức (4), tham số cần tính tổng số lượng sản phẩm phân loại (kể phân loại sai), thời gian lý tưởng sản xuất sản phẩm (ideal cycle time), tổng thời máy chạy (operation time) Thời gian lý tưởng thông số nhập vào từ hình HMI hệ thống, thông số thiết kế máy ban đầu 4) Giao diện trực quan hóa liệu OEE Giao diện (dạng Dashboard) thể đầy đủ ba số thành phần giá trị OEE mơ hình Đồng thời hiển thị trạng thái máy dạng mơ hình 3D giúp người giám sát nhận biết nhanh chóng định danh máy Hình Giao diện thơng số OEE hệ thống Hình Giao diện phân tích chun sâu cho số Availability Ứng dụng truy cập từ xa thơng qua trình duyệt web máy tính điện thoại hay nhúng vào phần mềm quản lý khác doanh nghiệp Điều mang đến khả tích hợp linh hoạt không ảnh hưởng nhiều đến hệ thống phần mềm 112 Nguyễn Minh Quyền V KẾT LUẬN Kết nghiên cứu, giải pháp giám sát tổng thể hiệu suất máy hồn tồn xây dựng dựa kiến trúc Internet vạn vật công nghiệp (IIoT) Các thiết bị tự động hóa cụ thể PLC trở thành phần hệ sinh thái điện toán biên, mở tiềm cho ứng dụng phức tạp đòi hỏi liệu tin cậy từ nguồn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] G R Naik, Dr V.A Raikar, P G Naik, “A Simulation Model for Overall Equipment Effectiveness of a Generic Production Line”, IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering, vol.12, issue 5, 2015 DOI: 10.9790/1684-12535263 [2] I J H Reynolds; “IOT Architecture”, 2020 Available: https://www.zibtek.com/blog/iot-archi tecture/ Accessed on: 19/06/2022 [3] M Lääts, “What Is OEE and How Does It Work?”, 2019 Available: https://evocon.com/ articles/what-is-oee-and-how-does-it-work/ Accessed on: 18/06/2022 [4] A Grizhnevich, “How to monitor machine utilization across distributed factories with IioT”, 2018 Available: https://www.scnsoft.com/ blog/machine-utilization-monitoring-iiot Accesed on: 18/06/2022 113 ... [4] Hình Các thiết bị sử dụng mơ hình: (1) HMI; (2) PLC ; (3) + (4) IoT gateway, local database 111 Ứng dụng IIot vào giải pháp giám sát tổng thể hiệu suất máy cho mơ hình băng tải phân loại sản. .. IIot vào giải pháp giám sát tổng thể hiệu suất máy cho mơ hình băng tải phân loại sản phẩm Giá trị A cao chứng tỏ máy có thời gian hoạt động lâu dài, bị dừng hay gián đoạn lý hư hỏng, hiệu chỉnh,... cần phải có thơng tin số lượng sản phẩm phân loại tổng số sản phẩm qua máy phân loại; Số sản phẩm phân loại đúng: Về lý thuyết sử dụng giá trị đếm cấu phân loại sản phẩm hoạt động, nhiên để có kết