Intégration des données de mesure du CQ dans les systèmes de fabrication

L'Internet des objets (IoT) - et dans un sens plus large, la quatrième révolution industrielle (industrie 4.0) - est le nouveau paradigme omniprésent dans la fabrication aujourd'hui, affectant profondément la façon dont les fabricants fonctionnent ou prévoient de fonctionner. L'amélioration de l'efficacité globale de l'équipement (OEE) est une nouvelle exigence clé de l'IoT et l'optimisation de l'OEE nécessite des données précises et à jour dans l'ensemble de l'organisation, y compris des données de mesure et de test collectées à la fois dans les laboratoires de qualité et directement à partir de l'atelier de fabrication.

L'augmentation de la vitesse, du volume et de la précision de la collecte des données de mesure et d'inspection est essentielle, car elle fournit des informations puissantes essentielles pour améliorer l'efficacité et fabriquer des pièces de qualité constante. En termes d'acquisition/collecte de données de mesure de précision à des fins de contrôle qualité, la voie la plus claire vers ces avantages provient de la technologie de récupération sans fil et mobile.

Les systèmes de collecte de données sans fil doivent être mobiles ainsi que cryptés et sécurisés de manière robuste, et adaptés à de multiples besoins allant des distances illimitées et de la compatibilité des jauges à la facilité d'utilisation et à l'intégration pratique dans les opérations de fabrication automatisées. Les meilleurs systèmes de collecte de données sans fil peuvent augmenter considérablement la productivité, éliminer les risques d'erreurs, fournir une documentation complète et automatiser le processus d'acquisition de données. Les systèmes doivent inclure tous ces avantages, qu'ils soient utilisés par un seul employé ou dans toute une entreprise avec un système de contrôle qualité intégré.

Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles les fabricants doivent collecter des données de mesure et d'inspection précises, opportunes et complètes. Les initiatives OEE, Lean et Six Sigma nécessitent des données fiables pour soutenir les meilleures pratiques de contrôle de la qualité. Les fabricants, en particulier ceux des secteurs médical, biomédical, aérospatial et de la défense, doivent souvent respecter les exigences réglementaires et fournir une documentation traçable et fiable pour la fabrication de pièces critiques.

Limites courantes des systèmes de collecte de données

Possibilité d'erreur humaine et de retard : Les systèmes qui demandent aux travailleurs de suivre manuellement les mesures clés nécessitent une attention extrêmement précise aux détails, exercée plusieurs dizaines, voire des centaines de fois en un seul quart de travail - tout ce qui est souvent difficile et irréaliste à faire de manière cohérente, même si cela est fait en premier lieu . L'éducation est un autre problème - les employés peuvent ne pas avoir les connaissances nécessaires pour bien comprendre et collecter et transcrire avec précision les données. Des chiffres transposés, des points décimaux mal placés et des problèmes similaires peuvent survenir fréquemment. De plus, un employé peut avoir besoin d'arrêter le travail de production pour capturer et enregistrer des mesures, ce qui réduit la productivité globale.

Problèmes de sécurité numérique : Les réseaux non sécurisés utilisés pour transmettre des données de mesure peuvent permettre aux pirates d'obtenir un accès plus général aux données d'une entreprise. Lorsque les données de mesure sont transmises sans les mesures de sécurité numérique appropriées, elles présentent un risque de sécurité potentiellement grave.

Manque d'évolutivité : La croissance et la diversification de l'entreprise peuvent nécessiter davantage de processus de contrôle de la qualité qui peuvent être répartis sur un seul site ou sur plusieurs sites. Au mieux, si un système de collecte de données n'est pas évolutif, la mise en place de processus de collecte de données séparés prend du temps, est fastidieuse et peut entraîner de la confusion, des inexactitudes et des retards de communication. Pire encore, des rejets de produits, des échecs et des implications juridiques avec les clients peuvent en résulter.

Analyse incomplète via une stratégie d'échantillonnage : Une stratégie d'échantillonnage ne peut tout simplement pas fournir l'image complète offerte par une mesure à 100 % de chaque composant produit. Cette structure, commune à certains processus de CQ traditionnels, peut entraîner une incapacité à prévoir et à identifier les tolérances de production à la dérive. De plus, cette stratégie n'est même pas une option pour les industries telles que le médical ou l'armée qui exigent une inspection à 100 % des pièces et une documentation traçable.

Possibilité accrue de rejet : Chaque partie rejetée représente de l'argent, du temps et des ressources perdues. Sans les informations complètes fournies par une mesure à 100 %, les fabricants risquent d'engager des dépenses supplémentaires et de nuire potentiellement aux relations avec les clients. Si une pièce susceptible d'être rejetée parvient à un client, en particulier une pièce nécessitant une conformité stricte aux normes, les résultats peuvent avoir des conséquences graves, voire catastrophiques.

De nouveaux systèmes améliorent, modernisent et rationalisent la collecte de données

Un principe sous-jacent est de permettre aux fabricants d'acquérir de manière précise et cohérente de grandes quantités de données de mesure pour répondre aux exigences de l'Industrie 4.0. Les systèmes de collecte de données de mesure sans fil d'aujourd'hui doivent être complets, évolutifs, sécurisés et robustes pour l'Industrie 4.0. Cela signifie offrir des avantages fondamentaux grâce à l'automatisation, la facilité d'utilisation, une évolutivité rationalisée, un chiffrement et une protection des données robustes, des distances illimitées et une utilisation sans encombre pour la transmission. Le résultat est une productivité accrue, une réduction des erreurs, la fourniture d'une documentation complète et un processus d'acquisition de données fiable piloté par l'automatisation.

Fonctionnant sur la dernière technologie de réseau sans fil qui utilise des fréquences radio à ondes courtes pour interconnecter les téléphones portables, les ordinateurs et les appareils électroniques sans fil, cela permet une vitesse beaucoup plus rapide, une plus grande bande passante et une plus longue portée pour un débit de données plus élevé. Des systèmes tels que ceux-ci offrent un large éventail d'avantages cruciaux, notamment :

Automatisation : Lorsque les employés doivent s'arrêter de travailler à plusieurs reprises pour enregistrer une mesure, la productivité est certainement affectée négativement. De plus, les processus manuels de collecte de données peuvent introduire des erreurs dans la base de données des enregistrements, avec le potentiel de réduire considérablement la précision et de perpétuer les défauts à l'avenir. Avec les derniers systèmes de collecte de données de mesure, la simple pression d'un bouton peut transmettre les données de mesure, ce qui permet de gagner beaucoup de temps ; par exemple, il est au moins quatre fois plus rapide d'appuyer sur un bouton que d'écrire des données puis de les saisir dans un ordinateur.

L'automatisation est maximisée tout au long du processus de collecte des données de mesure du contrôle qualité, améliorant ainsi l'efficacité du processus et la précision des mesures capturées. Des fonctionnalités telles que l'horodatage automatique fournissent un contexte critique sur chaque point de données, requis pour la traçabilité et la conformité aux spécifications de contrôle qualité/de production. Il est également utile de renvoyer un message à l'outil de mesure confirmant la réception.

Vitesse : De gros volumes de données peuvent être traités sans délai, même à pleine capacité, avec des systèmes qui utilisent des débits plus élevés et une connexion à très haut débit de moins de 50 ms de temps de trajet des données ainsi qu'un réseau à ultra-faible latence. /P>

Facilité d'utilisation : La mise en place d'un processus de collecte de données de mesure peut rencontrer des résistances à plusieurs niveaux. Pour la direction de l'entreprise, il peut y avoir une incertitude sur le fait que la mise en place d'une nouvelle méthode aura des avantages tangibles. Pour les opérateurs, il peut y avoir une certaine peur de l'inconnu et de l'appréhension lors de l'apprentissage d'un nouveau processus. Pour apaiser ces inquiétudes, la facilité d'utilisation est une priorité élevée afin que les opérateurs puissent rapidement se sentir en confiance et que le processus de collecte de données soit optimisé en peu de temps; par exemple, la facilité d'utilisation s'étend à l'application mobile, ce qui élimine le besoin d'apporter du matériel plus volumineux, tel qu'un ordinateur portable, sur le terrain.

Polyvalence : Une nouvelle structure de topologie de réseau peut être configurée pour de nombreuses situations simples ou complexes, et des passerelles distantes distribuées peuvent également être utilisées. La structure modulaire des systèmes d'aujourd'hui facilite l'extension ou la contraction d'un processus de collecte de données de mesure de contrôle de la qualité sans avoir à acquérir un nouveau système de collecte de données. Les données sont transmises à partir d'instruments dotés d'émetteurs radio intégrés ou de nœuds d'extrémité montés à l'extérieur vers des passerelles et sont utilisables à la fois sur Android™ ou iOS ^® plates-formes mobiles et Windows ^® , y compris les ordinateurs portables, les ordinateurs de bureau, les ordinateurs clients légers et les serveurs. Les composants de répéteur et de pont peuvent également se connecter directement aux API et à d'autres équipements d'automatisation série à grande vitesse pour la collecte de données en temps réel ou le fonctionnement à distance de la machine.

Pour la mesure sans fil, il est extrêmement productif d'utiliser des outils de mesure sans fil qui incluent des radios intégrées, ce qui les rend plus faciles à utiliser pour la collecte de données. Il est également avantageux qu'un système de collecte de données de mesure soit compatible avec une large gamme de marques d'outils et de jauges électroniques de précision. Les radios dorsales étendent les fonctionnalités, sont discrètes et faciles à fixer. Les utilisateurs des derniers systèmes de collecte de données de mesure peuvent utiliser plusieurs passerelles qui servent de points centraux ou distribués pour la collecte de données, par rapport aux systèmes conventionnels qui n'ont qu'une seule passerelle. Les passerelles et répéteurs compacts tiennent facilement dans la paume de la main.

De plus, les applications de collecte de données sont incroyablement diverses et le système doit être suffisamment polyvalent pour couvrir toutes ces applications. Les derniers systèmes de collecte de données de mesure sont adaptables à presque tous les cas d'utilisation, avec des exemples allant de l'automobile et de l'agriculture à la mesure à 100 % de toutes les pièces et composants dans des secteurs hautement réglementés tels que la défense, l'aérospatiale, le médical, l'énergie, etc.

Évolutivité : Les derniers systèmes de collecte de données sont conçus pour acquérir de manière fiable et précise des données de mesure de précision dans une large gamme d'applications et de distances. Qu'il s'agisse d'un ou de quelques outils de mesure sur de courtes distances, ou de configurations comportant de nombreux outils de mesure situés à des centaines de mètres l'un de l'autre dans une grande usine ou répartis sur un mile dans plusieurs installations, les distances étendues et les exigences d'application accrues sont facilement prises en compte en tant que données de mesure les exigences de collecte évoluent et se développent.

Dans son application la plus simple, un système portable comprend une application sans fil exécutée sur un appareil mobile. Cette configuration simple peut avoir un outil de mesure sans fil avec une radio intégrée transmettant des données jusqu'à 30 pieds (10 mètres) à un appareil mobile. Ou, selon l'appareil mobile, un système portable peut avoir 5 à 8 outils de mesure qui se connectent à l'application mobile pour la transmission de données jusqu'à 30 pieds (10 mètres). De plus, les utilisateurs peuvent facilement transmettre des données de mesure jusqu'à 30 pieds (10 mètres) d'un (ou plusieurs) outil(s) de mesure sans fil vers un ordinateur portable ou un PC doté d'une passerelle USB (Figure 1).

Dans un schéma typique, le fabricant pourrait avoir un ordinateur ou un ordinateur portable exécutant le système de collecte de données de mesure pour prendre en charge 20 outils de mesure dans le processus de collecte de données sur une distance allant jusqu'à 200 pieds. Dans cette configuration, une passerelle USB est incluse et les nœuds d'extrémité du sac à dos sur les outils de mesure augmentent la portée de transmission de 30 pieds à 200 pieds (Figure 2).

Dans un exemple de schéma de grande usine, 20 outils de mesure peuvent utiliser un pont et une passerelle distante pour étendre la portée totale de transmission de données à des centaines de pieds ou de mètres (Figure 3). Et dans un schéma d'entreprise, la transmission des données de mesure peut être augmentée de centaines de mètres à plus d'un mile. En utilisant des passerelles distantes, des ponts et peut-être en ajoutant des répéteurs, plus de 100 outils de mesure peuvent être intégrés. Chaque passerelle distante peut animer 20 outils de mesure. Pour des distances encore plus grandes, les antennes longue portée Yagi peuvent être incorporées dans le schéma (Figure 4).

Cryptage et protection robustes des données : La sécurité des données est une priorité pour tous les fabricants, y compris les militaires. Et bien que les données de mesure du contrôle qualité en elles-mêmes ne soient pas particulièrement précieuses pour les pirates, les cybercriminels peuvent toujours usurper les réseaux utilisés pour transmettre les données de contrôle qualité afin d'obtenir un accès plus général à l'infrastructure numérique. Les systèmes de collecte de données de mesure résolvent ce problème grâce à une variété de mesures, y compris des efforts de sécurité qui comportent une plate-forme sans fil hautement sécurisée. Les données transportées sont cryptées à l'aide d'une approche multicouche qui empêche absolument tout accès extérieur aux données, qu'il soit passif ou actif.

De plus, l'application mobile ne se connecte pas au système d'exploitation d'un smartphone ou d'une tablette, ce qui limite l'accès involontaire à un point critique. Le maintien d'une bonne sécurité comprend également la résolution fréquente des vulnérabilités émergentes dans la transmission radio pour assurer la sécurité des systèmes à l'avenir, avec laquelle votre fournisseur de systèmes de collecte de données de mesure doit s'efforcer de suivre le rythme.

Distances illimitées et utilisation libre pour la transmission : L'utilisation de passerelles, de ponts et de répéteurs distants offre un cadre de transmission de données efficace et fiable. Les structures du système peuvent impliquer aussi peu de composants qu'un sac à dos ou une radio intégrée avec un appareil mobile exécutant l'application mobile, ou utiliser des ponts, des passerelles et des répéteurs pour étendre considérablement les portées de transmission dans une grande configuration d'usine.

La dernière application logicielle des systèmes de collecte de données de mesure utilise un réseau sans fil pour recueillir des informations à partir de plusieurs outils de mesure. Le réseau sans fil s'appuie sur la technologie sans fil intégrée des outils de mesure ou sur les nœuds d'extrémité pour collecter puis relayer les données vers le PC. Le système de collecte de données peut également envoyer des signaux aux composants du réseau pour vérifier les transmissions et demander des données. Les composants matériels du système sont la passerelle USB, la passerelle distante, les prolongateurs de pont et le(s) nœud(s) d'extrémité. Le nœud final est un émetteur/récepteur radio qui se fixe à un outil de mesure. La passerelle USB est un émetteur/récepteur radio relié à un PC. La passerelle distante est identique à la passerelle USB mais étend également la portée de communication depuis le PC en utilisant un prolongateur de pont pour amplifier les signaux entre la passerelle distante et le PC. La passerelle distante a la même portée que la passerelle USB mais peut être configurée très loin du PC.

Quelle que soit l'architecture du système mise en place, le résultat est une solution fiable, précise et rapide pour collecter des données de mesure de contrôle qualité à partir de chaque point d'opération où la collecte de données est nécessaire.

Pratique : Il est efficace d'utiliser des nœuds d'extrémité et des outils de mesure sans fil rechargeables, ce qui élimine le remplacement de la batterie et les coûts associés. Envisagez également d'utiliser des nœuds d'extrémité et des outils de mesure sans fil qui offrent un niveau de protection IP67 pour une utilisation dans des environnements d'atelier difficiles. La capacité de s'adapter à la plupart des programmes SPC, MRP et ERP existants est un autre avantage du système de collecte de données de mesure.

Autres détails et fonctionnalités à prendre en compte

• La distance de fonctionnement des passerelles ou des appareils mobiles peut atteindre 10 mètres (30 pieds) pour les outils de mesure sans fil.

• La distance de fonctionnement des passerelles peut atteindre 200 pieds (61 mètres) pour les nœuds d'extrémité du sac à dos.

• Un système Gateway gère jusqu'à 20 outils de mesure, principalement des pieds à coulisse, des micromètres et des indicateurs.

• Des passerelles distantes supplémentaires augmenteront le nombre d'outils de mesure pris en charge par incréments de 20 chacun, et un répéteur peut augmenter la portée de transmission à des kilomètres.

• Les radios de nœud final peuvent stocker jusqu'à 10 lectures si le système principal est en panne ou occupé.

• La portée de diffusion est jusqu'à 610 mètres (2 000 pieds) entre les passerelles distantes et le pont.

• Les multiplexeurs virtuels fournis dans le système de collecte de données de mesure prennent de nombreuses entrées (données d'outil) et les partagent sur une seule ressource de sortie, qui est un port COM virtuel. Le multiplexeur virtuel prend les données de l'outil et les envoie à un port COM pour que le logiciel SPC et d'autres packages SW les traitent.

• Accès à distance sur un réseau local au serveur de collecte de données via un logiciel client distant.

• Types d'antennes en option pour divers déploiements.

Les connaissances, le service et l'assistance d'un fournisseur sont essentiels lors du choix d'un système de collecte de données de mesure sans fil. Un niveau d'expérience approfondi combiné à une expertise en contrôle qualité contribuera grandement à établir une mise en œuvre réussie.

Cet article a été rédigé par Jeff Wilkinson, directeur, Recherche et développement et directeur général - Division des technologies avancées au L.S. Société Starrett (Athol, MA). Pour plus d'informations, rendez-vous ici .