Integración de los datos de medición de control de calidad en los sistemas de fabricación

El Internet de las cosas (IoT), y en un sentido más amplio, la Cuarta Revolución Industrial (Industria 4.0), es el nuevo paradigma omnipresente en la fabricación actual, que afecta profundamente la forma en que los fabricantes operan o planean operar. La mejora de la eficacia general del equipo (OEE) es un nuevo requisito clave de IoT y la optimización de la OEE requiere datos precisos y actualizados en toda la organización, incluidos los datos de medición y prueba recopilados tanto de los laboratorios de calidad como directamente de la planta de fabricación.

El aumento de la velocidad, el volumen y la precisión de la recopilación de datos de medición e inspección es fundamental, ya que proporciona información valiosa vital para mejorar la eficiencia y fabricar piezas de calidad de forma constante. En términos de adquisición/recopilación de datos de medición de precisión con fines de control de calidad, el camino más claro hacia estas ventajas proviene de la tecnología de recuperación inalámbrica y móvil.

Los sistemas inalámbricos de recopilación de datos deben ser móviles, además de estar sólidamente encriptados y protegidos, y ser adecuados para múltiples necesidades que van desde distancias sin restricciones y compatibilidad de calibres hasta facilidad de uso e integración práctica en operaciones de fabricación automatizadas. Los mejores sistemas de recopilación de datos inalámbricos pueden aumentar drásticamente la productividad, eliminar la posibilidad de errores, proporcionar documentación completa y automatizar el proceso de adquisición de datos. Los sistemas deben incluir todos estos beneficios, ya sea que los utilice un solo empleado o en toda una empresa con un sistema de control de calidad integrado.

Hay muchas razones por las que los fabricantes necesitan recopilar datos de medición e inspección precisos, oportunos y completos. Las iniciativas OEE, Lean y Six Sigma requieren datos confiables para respaldar las mejores prácticas de control de calidad. Los fabricantes, especialmente aquellos en industrias como la médica, biomédica, aeroespacial y de defensa, a menudo deben cumplir con los requisitos reglamentarios y proporcionar documentación confiable y rastreable para la fabricación de piezas críticas.

Limitaciones comunes de los sistemas de recopilación de datos

Posibilidad de error humano y retraso: Los sistemas que les piden a los trabajadores que realicen un seguimiento manual de las mediciones clave requieren una atención extremadamente precisa a los detalles, ejercitados muchas docenas o incluso cientos de veces en un solo turno, todo lo cual a menudo es difícil y poco realista de hacer de manera consistente, incluso si se está haciendo en primer lugar. . La educación es otro problema:es posible que los empleados no tengan los antecedentes necesarios para comprender completamente y recopilar y transcribir datos con precisión. Los dígitos transpuestos, los puntos decimales fuera de lugar y problemas similares pueden ocurrir comúnmente. Además, es posible que un empleado deba detener el trabajo de producción para capturar y registrar mediciones, lo que reduce la productividad general.

Problemas de seguridad digital: Las redes no seguras que se utilizan para transmitir datos de medición pueden proporcionar avances para que los piratas informáticos obtengan un acceso más general a los datos de una empresa. Cuando los datos de medición se transmiten sin las medidas de seguridad digital adecuadas, presentan un riesgo de seguridad potencialmente grave.

Falta de escalabilidad: El crecimiento y la diversificación del negocio pueden requerir más procesos de control de calidad que pueden distribuirse en una instalación o en varias ubicaciones. En el mejor de los casos, si un sistema de recopilación de datos no es escalable, establecer procesos de recopilación de datos separados lleva mucho tiempo, es engorroso y puede generar confusión, inexactitudes y demoras en la comunicación. Peor aún, pueden producirse rechazos de productos, fallas e implicaciones legales con los clientes.

Análisis incompleto a través de una estrategia de muestreo: Una estrategia de muestreo simplemente no puede proporcionar la imagen completa que ofrece la medición al 100% de cada componente producido. Esta estructura, común con algunos procesos de control de calidad tradicionales, puede conducir a la incapacidad de predecir e identificar tolerancias de producción desviadas. Además, esta estrategia ni siquiera es una opción para industrias como la médica o la militar que requieren inspección de piezas al 100 % y documentación rastreable.

Mayor posibilidad de rechazos: Cada pieza rechazada representa dinero, tiempo y recursos perdidos. Sin la información completa proporcionada por la medición al 100 %, los fabricantes corren el riesgo de incurrir en gastos adicionales y de dañar potencialmente las relaciones con los clientes. Si una posible pieza rechazada llega a un cliente, especialmente una que requiere un cumplimiento estricto de los estándares, los resultados pueden tener implicaciones graves, si no catastróficas.

Los nuevos sistemas mejoran, modernizan y agilizan la recopilación de datos

Un principio subyacente es permitir que los fabricantes adquieran de manera precisa y consistente grandes cantidades de datos de medición para cumplir con los requisitos de la Industria 4.0. Los sistemas inalámbricos de recolección de datos de medición de hoy deben ser completos, escalables, seguros y robustos para la Industria 4.0. Eso significa ofrecer beneficios fundamentales a través de la automatización, la facilidad de operación, la escalabilidad optimizada, el cifrado y la protección de datos sólidos, y las distancias sin restricciones y el uso sin trabas para la transmisión. El resultado es una mayor productividad, menos errores, provisión de documentación completa y un proceso de adquisición de datos confiable impulsado por la automatización.

Al operar con la última tecnología de redes inalámbricas que utiliza frecuencias de radio de onda corta para interconectar teléfonos celulares, computadoras y dispositivos electrónicos inalámbricos, esto permite una velocidad mucho más rápida, un mayor ancho de banda y un mayor alcance para un mayor rendimiento de datos. Sistemas como estos ofrecen una amplia gama de beneficios cruciales que incluyen:

Automatización: Cuando los empleados tienen que dejar de trabajar repetidamente para registrar una medición, la productividad seguramente se ve afectada negativamente. Además, los procesos manuales de recopilación de datos pueden introducir errores en la base de datos de registros, con el potencial de reducir severamente la precisión y perpetuar las fallas en el futuro. Con los últimos sistemas de recopilación de datos de medición, con solo presionar un botón se pueden transmitir los datos de medición, lo que ahorra mucho tiempo; por ejemplo, es al menos cuatro veces más rápido presionar un botón en comparación con escribir datos y luego escribirlos en una computadora.

La automatización se maximiza durante todo el proceso de recopilación de datos de medición de control de calidad, lo que mejora la eficiencia del proceso y la precisión de las mediciones capturadas. Funciones como la marca de tiempo automática proporcionan un contexto crítico sobre cada punto de datos, necesario para la trazabilidad y el cumplimiento de las especificaciones de producción/control de calidad. También es útil enviar un mensaje a la herramienta de medición para confirmar la recepción.

Velocidad: Se pueden procesar grandes volúmenes de datos sin demora, incluso a plena capacidad, con sistemas que utilizan tasas de bits más altas y una conexión de muy alta velocidad de menos de 50 ms de tiempo de viaje de datos, así como una red de latencia ultrabaja.

Facilidad de operación: Establecer un proceso de recopilación de datos de medición puede encontrarse con resistencia en múltiples niveles. Para la gerencia de la empresa, puede existir la incertidumbre de que implementar un nuevo método tendrá beneficios tangibles. Para los operadores, puede haber cierto temor a lo desconocido y temor al aprender un nuevo proceso. Para disipar estas preocupaciones, la facilidad de uso es una alta prioridad para que los operadores puedan sentirse seguros rápidamente y el proceso de recopilación de datos se optimice en un corto período de tiempo; por ejemplo, la facilidad de operación se extiende a la aplicación móvil, que elimina la necesidad de traer hardware más grande, como una computadora portátil, al campo.

Versatilidad: Se puede configurar una nueva estructura de topología de red para muchas situaciones simples o complejas, y también se pueden utilizar puertas de enlace remotas distribuidas. La estructura modular de los sistemas actuales simplifica la expansión o la contratación de un proceso de recopilación de datos de medición de control de calidad sin tener que adquirir un nuevo sistema de recopilación de datos. Los datos se transmiten desde los instrumentos que tienen transmisores de radio incorporados o nodos finales montados externamente a las puertas de enlace y funcionan tanto en Android™ como en iOS ^® plataformas móviles y Windows ^® -computadoras basadas en computadoras portátiles, PC de escritorio, PC de cliente ligero y servidores. Los componentes de puente y repetidor también se pueden conectar directamente a los PLC y otros equipos de automatización en serie de alta velocidad para la recopilación de datos en tiempo real o la operación remota de la máquina.

Para la medición inalámbrica, es extremadamente productivo utilizar herramientas de medición inalámbricas que incluyen radios integradas, lo que las hace más fáciles de usar para la recopilación de datos. También es ventajoso que un sistema de recopilación de datos de medición sea compatible con una amplia gama de marcas de calibres y herramientas electrónicas de precisión. Los radios de mochila amplían la funcionalidad, son discretos y se conectan fácilmente. Los usuarios de los últimos sistemas de recolección de datos de medición pueden utilizar múltiples puertas de enlace que sirven como puntos centrales o distribuidos para la recolección de datos, en comparación con los sistemas convencionales que tienen una sola puerta de enlace. Las puertas de enlace y los repetidores compactos caben fácilmente en la palma de una mano.

Además, las aplicaciones para la recopilación de datos son increíblemente diversas y el sistema debe ser lo suficientemente versátil para cubrir todas esas aplicaciones. Los últimos sistemas de recopilación de datos de medición se adaptan a casi todos los casos de uso, con ejemplos que van desde la automoción y la agricultura hasta la medición del 100 % de todas las piezas y componentes en industrias altamente reguladas como defensa, aeroespacial, médica, energía y más.

Escalabilidad: Los últimos sistemas de recopilación de datos están diseñados para adquirir de manera confiable y precisa datos de medición de precisión en una amplia gama de aplicaciones y distancias. Desde solo una o unas pocas herramientas de medición en distancias cortas, hasta configuraciones que tienen muchas herramientas de medición ubicadas a cientos de metros de distancia en una fábrica grande o repartidas a lo largo de una milla en múltiples instalaciones, las distancias ampliadas y los requisitos de aplicación aumentados se acomodan fácilmente como datos de medición. los requisitos de colección evolucionan y crecen.

En su aplicación más simple, un esquema portátil presenta una aplicación inalámbrica que se ejecuta en un dispositivo móvil. Esta sencilla configuración puede tener una herramienta de medición inalámbrica con una radio integrada que transmite datos hasta 30 pies (10 metros) a un dispositivo móvil. O, según el dispositivo móvil, un esquema portátil puede tener de 5 a 8 herramientas de medición que se conectan a la aplicación móvil para la transmisión de datos hasta 30 pies (10 metros). Además, los usuarios pueden transmitir fácilmente datos de medición de hasta 30 pies (10 metros) desde una (o más) herramientas de medición inalámbricas a una computadora portátil o PC que tenga una puerta de enlace USB (Figura 1).

En un esquema típico, el fabricante podría tener una computadora o computadora portátil que ejecute el sistema de recopilación de datos de medición para admitir 20 herramientas de medición en el proceso de recopilación de datos en una distancia de hasta 200 pies. En esta configuración, se incluye una puerta de enlace USB y los nodos finales tipo mochila en las herramientas de medición aumentan el rango de transmisión de 30 a 200 pies (Figura 2).

In a Large Factory Scheme example, 20 measuring tools can use a bridge and remote gateway to expand the total data transmission range to hundreds of feet or yards (Figure 3). And in an Enterprise Scheme, measurement data transmission can be increased from hundreds of yards to over a mile. By using remote gateways, bridges, and perhaps adding in repeaters, over 100 measuring tools can be incorporated. Each remote gateway can facilitate 20 measuring tools. For even greater distances, Yagi Long Range Antennas can be incorporated in the scheme (Figure 4).

Robust data encryption and protection: Data security is top-of-mind for all manufacturers including military. And while quality control measurement data by itself might not be particularly valuable to hackers, cybercriminals can still spoof the networks used to transmit quality control data to gain more general access to digital infrastructure. Measuring data collection systems address this issue through a variety of measures including security efforts that feature a highly secure wireless platform. Transported data is encrypted using a multilayered approach that absolutely prevents any outside access to the data, whether passive or active.

In addition, the mobile app doesn’t connect to the OS of a smartphone or tablet, restricting unintended access at a critical point. Maintaining good security also includes addressing emerging vulnerabilities in radio transmission on a frequent basis to keep systems secure going forward, with which your measuring data collection systems supplier should be dedicated to keeping pace.

Unrestricted distances and unencumbered use for transmission: Leveraging remote gateways, bridges, and repeaters offers an efficient and reliable data transmission framework. System structures can involve as few components as a backpack or embedded radio along with a mobile device running the mobile app, or utilize bridges, gateways, and repeaters to greatly extend transmission ranges in a large factory configuration.

The latest measuring data collection systems’ software application uses a wireless network to gather information from multiple measuring tools. The wireless network relies on the measuring tools’ embedded wireless technology or end nodes to gather and then relay data back to the PC. The data collection system can also send signals out to the network components to verify transmissions and request data. The hardware components of the system are the USB Gateway, Remote Gateway, Bridge Extenders, and End Node(s). The End Node is a radio transmitter/receiver that gets attached to a measuring tool. The USB Gateway is a radio transmitter/receiver attached to a PC. The Remote Gateway is the same as the USB Gateway but also extends the communication range from the PC by using a Bridge extender to boost the signals between the Remote Gateway and the PC. The Remote Gateway has the same range as the USB Gateway but can be set up very far away from the PC.

Regardless of the system architecture put into place, the result is a dependable, accurate, and fast solution for gathering quality control measurement data from every point of operation where data collection is needed.

Practicality: It is efficient to use end nodes and wireless measuring tools that are rechargeable, eliminating battery replacement and associated costs. Also, consider using end nodes and wireless measuring tools that offer an IP67 level of protection for use in harsh shop environments. The ability to adapt to most existing SPC, MRP, and ERP programs is another advantage to the measuring data collection system.

Other Details and Capabilities to Consider

• Operating distance from Gateways or mobile device is up to 30 feet (10 meters) for Wireless Measuring Tools.

• Operating distance from Gateways is up to 200 feet (61 meters) for backpack end nodes.

• One Gateway system handles up to 20 measuring tools, primarily calipers, micrometers, and indicators.

• Additional Remote Gateways will expand the number of measuring tools supported in increments of 20 each, and a repeater can increase the transmission range to miles.

• End Node Radios can store up to 10 readings if the main system is down or busy.

• Broadcast range is up to 2,000 feet (610 meters) between Remote Gateways and Bridge.

• Virtual multiplexers provided in the measuring data collection system take many inputs (tool data) and share them over a single output resource, which is a virtual COM port. The virtual multiplexer takes tool data and sends them on to a COM port for SPC software and other SW packages to process.

• Remote access over a LAN to the data collection server via remote client software.

• Optional antenna types for various deployments.

Suppler knowledge, service, and support are key when choosing a measuring wireless data collection system. A deep level of experience combined with expertise in quality control will go far in establishing a successful implementation.

This article was written by Jeff Wilkinson, Director, Research &Development and General Manager – Advanced Technology Division at the L.S. Starrett Company (Athol, MA). Para obtener más información, visite aquí .