Univerza v Ljubljani Fakulteta za strojništvo NORGREN Parker I/IMffl Rutomstion LUBRICANTS miMehanizmi omRon www.miel.si Elemenli in sistemi za induslrijsiia avtomatizacijo tehnično svetovale, projektiranje in izdelava strojev REVIJA ZA FLUIDNO TEHNIKO, AVTOMATIZACIJO IN MEHATRONIKO o o o o o o o Intervju Ventil na obisku Digitalni ventili v hidravliki Plinovodni sistemi Krmiljenje procesov na daljavo Informacijski sistemi Kontrola v montaži Robotska celica ISSN 1318 - 7279 I APRIL, 14 / 2008 / 2 Impresum 101 Beseda uredništva 101 ■ DOGODKI - POROČILA 102 - VESTI I NOVICE - ZANIMIVOSTI I ALI STE VEDELI Seznam oglaševalcev 116 184 198 Znanstvene in strokovne prireditve 115 Naslovna stran: INEA, d. o. o., Stegne 11 1000 Ljubljana Tel.: 01 5138 100 Fax: 01 5138 170 www.inea.si, info@inea.si OPL Avtomatizacija, d. o. o. BOSCH Automation Koncesionar za Slovenijo IOC Trzin, Dobrave 2 SI-1236 Trzin Tel.: + (0)1 560 22 40 Fax: + (0)1 562 12 50 FESTO, d. o. o. IOC Trzin, Blatnica 8 SI-1236 Trzin Tel.: + (0)1 530 21 10 Fax: + (0)1 530 21 25 IMI INTERNATIONAL, d. o. o. (P.E.) NORGREN HERION Alpska cesta 37B 4248 Lesce Tel.: + (0)4 531 75 50 Fax: + (0)4 531 75 55 PARKER HANNIFIN Corporation Podružnica v Novem mestu Velika Bučna vas 7 SI-8000 Novo mesto Tel.: + (0)7 337 66 50 Fax: + (0)7 337 66 51 Titus+Lama+Huwil LAMA, d. d., Dekani Dekani 5 6271 Dekani Tel: + (0)5 66 90 241 Fax: + (0)5 66 90 431 www.automation.lama.si www.titusplus.com OLMA, d. d., Ljubljana Poljska pot 2, 1000 Ljubljana Tel.: + (0)1 58 73 600 Fax: + (0)1 54 63 200 e-mail: komerciala@olma.si ISKRA Mehanizmi, d. d., Lipnica 8, 4245 Kropa Tel.: + (0)4 535 51 00 Fax: + (0)4 533 65 93 e-mail: info@iskra-meha- MIEL Elektronika, d. o. o. Efenkova cesta 61, 3320 Velenje T: +386 3 898 57 50 F: +386 3 898 57 60 www.miel.si www.omron-automation.com ALBATROS-PRO d. o. o. Cankarjeva 9, 1370 Logatec tel: + (0)1 756 41 30 fax: + (0)1 756 41 32 albatros@siol.net SMC Industrijska avtomatika, d. o. o. Mirnska cesta 7 8210 TREBNJE Tel.: + (0)7 3885 412 Fax: + (0)7 3885 435 office@smc.si www.smc.si ■ INTERVJU Fluidna thenika v Sloveniji danes ■ PREDSTAVITEV Laboratorij za modeliranje, simulacijo in vodenje in Laboratorij za avtomatizacijo in informatizacijo procesov 124 128 ■ VENTIL NA OBISKU Iskra Asing - avtomatizacija montaže s sodelovanjem naročnikov 134 ■ DIGITALNA HIDRAVLIKA Matti LINJAMA, Matti VILENIUS: Digital Hydraulics - Towards Perfect Valve Technology 138 ■ PLINOVODNI SISTEMI Tom BAJCAR, Brane ŠIROK, Franc CIMERMAN, Matjaž EBERLINC: Kvantitativno ocenjevanje tveganja na slovenskem prenosnem plinovodnem sistemu - splošne in specifične značilnosti 150 ■ KRMILJENJE PROCESOV Peter BUTALA, Ivan VENGUST, Alojzij SLUGA: Delo na daljavo v proizvodnem okolju 158 ■ INFORMACIJSKI SISTEMI Tina BAGGIA: Povezava avtomatizirane montažne linije z informacijskim sistemom podjetja 165 ■ MONTAŽA Franc JUSTIN, Zdravko MRAK: Avtomatizirana kontrola na montažni liniji P054 169 ■ ROBOTIKA Borut POVŠE, Bošjan MUROVEC, Darko KORITNIK, Tadej BAJD: Robotska celica za manipulacijo malih motorjev 174 ■ IZ PRAKSE ZA PRAKSO Ivan VENGUST, Krištof DEBELJAK, Francelj TRDIČ: Razvoj inteligentnega večosnega strežnega robota 180 ■ AKTUALNO IZ INDUSTRIJE Frekvenčni pretvorniki Mitsubishi FR-E700 (INEA) 186 ■ NOVOSTI NA TRGU Vzdrževanje hidravličnih in mazalnih olj RMF Mini Vac (HAWE Hidravlika) 187 Novo Rexrothovo elektronsko tlačno stikalo PE5 (LA & Co) 187 Sušilnik komprimiranega zraka serije IDFA (SMC Industrijska avtomatika) 188 ■ PODJETJA PREDSTAVLJAJO Robotizirana celica na montažni liniji za sestavljanje koračnega motorja 190 Servostar - digitalni industrijski pogoni 192 LPKF Laser & Elektronika, d. o. o. - inovativne laserske tehnologije za svet elektronike in mehatronike 194 ■ LITERATURA - STANDARDI - PRIPOROČILA Nove knjige 196 ■ PROGRAMSKA OPREMA - SPLETNE STRANI Zanimivosti na spletnih straneh 197 Nova verzija simulacijskega paketa SIMULATION X 197 Izračuni pnevmatičnih vodov 198 Tako majhna, a že čisto prava črpalka Ni dolgo tega, ko je naša nova aksiaino-batna variabilna črpalka V30E zagledala luč sveta. Ker je razvita na podlagi najnovejših spoznanj o črpalkah, jo čaka dolgo življenje in s svojo visoko zmogljivostjo bo razveseljevala dolga leta. Že sedaj la^ko rečemo, da je_s svojo kompaknostjo, nizko težo in tihinn delovanjem izpolnila vsa naša visoka pričakovanja. Delati z njo je pravi užitekpsaj smo našjtajmlajši naraščaj oblikovali kot del modularnega sistema Hawe. Želite kot eden prvih spoznati V30E? Potem si priskrbite dodatnelnformacije na telefonski številki 03/713 48 80 ali elektronski pošti Jnfo@hawe.si Solutions for a World under Pressure 225. 3301 Petrovče, wviw.hawe.si HYDRAULIK © Ventil 14(2008)2. Tiskano v Sloveniji. Vse pravice pridržane. ©Ventil 14(2008)2. Printed in Slovenia. All rights reserved. Impresum Internet: http://www.fs.uni-lj.si/ventil/ e-mail: ventil@fs.uni-lj.si ISSN 1318-7279 UDK 62-82 + 62-85 + 62-31/-33 + 681.523 (497.12) VENTIL - revija za fluidno tehniko, avtomatizacijo in mehatroniko -Journal for Fluid Power, Automation and Mechatronics Letnik Letnica Številka 14 2008 Volume Year Number Revija je skupno glasilo Slovenskega društva za fluidno tehniko in Fluidne tehnike pri Združenju kovinske industrije Gospodarske zbornice Slovenije. Izhaja šestkrat letno. Ustanovitelja: SDFTinGZS-ZKI-FT Izdajatelj: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo Glavni in odgovorni urednik: prof. dr. Janez TUŠEK Pomočnik urednika: mag. Anton STUŠEK Tehnični urednik: Roman PUTRIH Znanstveno-strokovni svet: doc. dr. Maja ATANASIJEVIČ-KUNC, FE Ljubljana izr. prof. dr. Ivan BAJSIC, FS Ljubljana doc. dr. Andrej BOMBAČ, FS Ljubljana izr. prof. dr. Peter BUTALA, FS Ljubljana prof. dr. Aleksander CZINKI, Fachhochschule Aschaffenburg, ZR Nemčija doc. dr. Edvard DETIČEK, FS Maribor izr. prof. dr. Janez DIACI, FS Ljubljana prof. dr. Jože DUHOVNIK^ FS Ljubljana doc. dr. Niko HERAKOVIČ, FS Ljubljana mag. Franc JEROMEN, GZS - ZKI-FT doc. dr. Roman KAMNIK, FE Ljubljana prof. dr. Peter KOPACEK, TU Dunaj, Avstrija mag. Milan KOPAČ, KLADIVAR Žiri doc. dr. Darko LOVREC, FS Maribor izr. prof. dr. Santiago T.^PUENTE MENDEZ, University of Alicante, Španija prof. dr. Hubertus MURRENHOFF, RWTH Aachen, ZR Nemčija prof. dr. Takayoshi MUTO, Gifu University, Japonska prof. dr. Gojko NIKOLIC, Univerza v Zagrebu, Hrvaška izr. prof. dr. Dragica NOE, FS Ljubljana doc. dr. Jože PEZDIRNIK, FS Ljubljana Martin PIVK, univ. dipl. inž., Šola za strojništvo, Škofja Loka izr. prof. dr. Alojz SLUGA, FS Ljubljana prof. dr. Brane ŠIROK, FS Ljubljana prof. dr. Janez TUŠEK, FS Ljubljana prof. dr. Hironao YAMADA, Gifu University, Japonska Oblikovanje naslovnice: Miloš NAROBE Oblikovanje oglasov: Barbara KODRUN Lektoriranje: Marjeta HUMAR, prof.; Raul McGUINESS Računalniška obdelava in grafična priprava za tisk: LITTERA PICTA, d. o. o., Ljubljana Tisk: LITTERA PICTA, d. o. o., Ljubljana Marketing in distribucija: Roman PUTRIH Naslov izdajatelja in uredništva: UL, Fakulteta za strojništvo - Uredništvo revije VENTIL Aškerčeva 6, POB 394, 1000 Ljubljana Telefon: + (0) 1 4771-704, faks: + (0) 1 2518-567 in + (0) 1 4771-772 Naklada: 1 500 izvodov Cena: 4,00 EUR - letna naročnina 19,00 EUR Revijo sofinancira Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije Revija Ventil je indeksirana v podatkovni bazi INSPEC. Na podlagi 25. člena Zakona o davku na dodano vrednost spada revija med izdelke, za katere se plačuje 8,5-odstotni davek na dodano vrednost. Tehnično izobraževanje mladih ljudi V februarju so bili na srednjih šolah in fakultetah v Ljubljani in drugje po Sloveniji organizirani informativni dnevi za lažje odločanje mladih pri nadaljevanju šolanja iz osnovne v srednjo šolo in iz srednje šole na fakulteto. V času konjunkture na domačem in svetovnem trgu, v času intenzivnega iskanja kandidatov za delovna mesta v industriji in dokaj ugodne politične usmerjenosti na našem ministrstvu za znanost, visoko šolstvo in tehnologijo se tudi interesi mladih na osnovi teh informacij spreminjajo in prilagajajo potrebam delovne sile na trgu. To je tudi logično in edino pravilno. Tako je tudi naloga vseh nas, ki se na tak ali drugačen način ukvarjamo z izobraževanjem, naloga učiteljev, svetovalcev in drugih, ki usmerjamo mlade v poklice, da poznamo trg delovne sile in mladim pravilno svetujemo, predvsem pa, da pojasnimo realno situacijo in jim nalijemo čistega vina, kar v praksi pomeni, da jim konkretno povemo, v katerih poklicih je realno pričakovati, da bodo dobili službo, in v katerih bo to mnogo težje. Mislim, da je večina mladih nadarjena za številne poklice, da so sposobni opravljati najrazličnejša dela, da imajo interese za številne dejavnosti in da mnogi med njimi niti ne vedo prav dosti o svojih talentih niti o svojih primarnih sposobnostih za opravljanje poklicne aktivnosti. In prav ti mladi ljudje si želijo, da jim nekdo svetuje, prikaže različne poklice in potrebna znanja za ta dela, jih preizkusi, spozna njihove sposobnosti in jim na osnovi preizkusov tudi svetuje. Vsi tisti, ki se ukvarjamo s tehniko in se zavedamo, da brez nje ni razvoja, ni napredka in prave perspektive ne za osebni razvoj, ne za razvoj naroda, ne za državo in niti za celotno človeštvo, smo z zanimanjem spremljali informativne dneve. Obisk mladih na srednjih tehniških šolah in še mnogo bolj na tehniških fakultetah je bil zelo velik. Prvi vtisi ob srečanju s srednješolci na Fakulteti za strojništvo v Ljubljani so bili zelo prijetni, sproščeni in za razvoj tehnike zelo spodbudni. Glede na razgovore z organizatorji informativnih srečanj pa lahko zapišemo, da je bil to pravi pomladni poganjek tehnike, ki bo zacvetel prav kmalu in bo pokazal svoje sadeže že čez nekaj let. Ko razmišljamo o mladih, o njihovih željah po končanem šolanju, o poklicnih interesih, se pogosto pojavi vprašanje, zakaj je danes zanimanje za področje tehnike in naravoslovja med mladimi še vedno zelo nizko. Kje so razlogi, da veliko mladih pri nas in v svetu želi opravljati poklicno kariero v državnih službah, da so brez velikih ambicij za delo v industriji, za napredovanje in osebnostni razvoj. Pri pregledu šolskih in drugih izobraževalnih programov za osnovne in srednje šole lahko zelo hitro ugotovimo, da je področje tehnike in tudi naravoslovja izredno slabo zastopano. Še večji problem je pri podajanju snovi na vseh nivojih splošnega izobraževanja in pri promociji in navduševanju šoloobveznih otrok za učenje in delo na tehničnem področju ter za nadaljnje izobraževanje na tehniških šolah. Zelo pogosto se zgodi, da v osnovnih šolah tehnično naravnane predmete sicer predavajo pravi pedagogi, a niso pravi tehniki, ali pa obratno, da te predmete poučujejo pravi tehniki, ki pa niso pravi pedagogi. In prav v tem vidim velik razlog za nepriljubljenost tehnike in naravoslovja med mladimi. Janez Tušek EMIRAcIe: Evropsko združenje za inovativne raziskave na področju proizvajanja - European Manufacturing and Innovation Research Association, a cluster leading excellence Podpisovanje ustanovne listine združenja EMIRAcle Začetek povezovanja sega v leto 2004, ko smo v okviru 6. okvirnega programa EU skupaj s še 23 eminentnimi laboratoriji zasnovali mrežo odličnosti VRL-KCiP (VRL-KCiPje kratica za Virtual Research Lab - Knowledge Community in Production; www.vrl-kcip.org). I a kos Pri tem je bil pomemben cilj zmanjšati razdrobljenost raziskav na področju razvoja inovativnih proizvodov, proizvodnih tehnologij in sistemov predvsem na osnovi multikulturne-ga pristopa. VRL-KCiP je v tem času vpeljala učinkovito porazdeljeno raziskovalno strukturo na področju holističnih proizvodnih raziskav na evropskem nivoju. V letu 2007 se je VRL-KCiP transformirala v trajnostno združenje EMIRAcle s sedežem v Bruslju. Cilji združenja vključujejo znanstvene, tehnološke in družbenoekonomske vidike. Njegovo poslanstvo je izpeljati preboj v viziji, tehnološkem uveljavljanju, razvoju strateških programov in organiziranju dolgoročnih raziskav. Napori združenja so usmerjeni k dvigu znanja za doseganje trajnostne konkurenčnosti in dinamike evropske industrije. Združenje EMIRAcle (www. emiracle.eu) je ustanovilo 20 vrhunskih, mednarodno uveljavljenih partnerjev: University of Twente, Delft University of Technology, Universitaet Stuttgart, Fundacion Tekniker, University of Durham, University of Patras, Kungliga Tek-niska Högsko-lan (KTH), Hungarian Academy of Sciences, Tec-hnion - Israel Institute of Technology, Pole Pro-ductique Rhone Alpes, Institut National Polytechni-que de Grenoble, Ecole Centrale de Nantes, Universite Technologi-que de Troyes, University Polyte-chnicia of Timi-soara, Politecnica Poznanska, University of Stellenbosch, Con-siglio Nazionale delle Ricerche, Politecnico di Milano, Fraunho- skupina Laboratorij za tehnično kibernetiko, obdelovalne sisteme in računalniško tehnologijo. Tako EMIRAcle danes predstavlja mednarodno platformo raziskovalne odličnosti na različnih poljih holistične proizvodnje in nudi know-how v obliki storitev, orodij in skupnih projektov tako za industrijo kot tudi za akademsko sfero. Danes ni druge evropske organizacije, ki bi pokrivala tako širok spekter znanja in storitev na področju razvoja inovativnih proizvodov ter proizvodnih tehnologij in sistemov. Evropsko združenje EMIRAcle fer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung in Univerza v Ljubljani, ki jo v združenju predstavlja raziskovalna Alojz Sluga, UL, Fakulteta za strojništvo Vsepovsodna avtonomna proizvodna celica LAKOS EAC Na 2. Slovenskem forumu inovacij, ki je potekal v januarju 2008 v Cankarjevem domu, je bila med izbranimi inovacijami predstavljena tudi avtonomna proizvodna celica LAKOS EAC. 150 g, ki ga je LAKOS razvil v okviru dela na področju mehatronskih sistemov. Cilj tega dela je bil razvoj sodobnega učila za mehatroniko za različne ravni izobraževanja-od srednjih, višjih do univerzitetnih šol. Mreža proizvodnih celic I*PROMS LAKOS EAC je rezultat večletnega dela raziskovalne skupine LAKOS na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani. V inovaciji je združenih nekaj zanimivih konceptualnih in izvedbenih rešitev iz preteklih let. Predvsem bi tu omenili izviren koncept avtonomnih delovnih sistemov, ki je plod raziskav skupine na področju distribuiranih proizvodnih sistemov in je bil že predstavljen svetovni znanstveni javnosti. Drugi, za inovacijo tudi ključen element, pa je namizni CNC gravirni stroj LAKOS *Avtorji inovacije so: izr. prof. dr. Peter Butala, UL, Fakulteta za strojništvo, dr. Ivan Vengust, UL, Fakulteta za strojništvo; PS, d. o. o., Logatec in izr. prof. dr. Alojz Sluga, UL, Fakulteta za strojništvo Avtonomna proizvodna celica l-AKOS EAC (slika je simbolna) Do ideje, kako omenjena rezultata združiti in jima dodati nekatere nove elemente, ni prišlo čez noč. Dalj časa smo razmišljali, kako vzpostaviti učinkovito platformo za izvajanje ek- sperimentov na področju proizvajanja v mrežah. Porodila se je ideja t. i. »namizne tovarne«, ki bi omogočila več kot zgolj simulacije v virtualnem prostoru, kar je v glavnem obstoječa praksa pri tovrstnih raziskavah. Hkrati pa bi predstavljala poligon za študente, na katerem bi lahko spoznavali realne procese in druge sistemske elemente in medsebojne interakcije in kjer bi lahko implementirali rezultate svojega projektnega dela. Ideja pa je dozorela v diskusiji s kolegom prof. G. Putnikom z Univerze Minho iz Portugalske, ki je zasnoval mrežo proizvodnih celic v okviru evropske mreže odličnosti I*PROMS. V mreži proizvodnih celic, ki jo financira EU, sodelujejo štiri evropske univerze (glej sliko). Izkazalo se je, da lahko z rešitvami, ki smo jih razvili v LAKOS-u, ustrezno opremimo mrežo I*PROMS. Obstoječim rešitvam smo dodali še nekatere nove elemente t. i. inteligentnega vsepovsodnega okolja, ki, združeni v novo formo, predstavljajo izvirno sistemsko rešitev. Oprema za celice je bila tako že dobavljena na Portugalsko, v Veliko Britanijo in na Irsko. Oprema za Turčijo pa je v fazi izdelave. Prav tako se izdeluje oprema za celico, ki nastaja v Ljubljani. Celica bo podrobneje predstavljena v eni od prihodnjih številk revije Ventil. Koncept mreže I*PROMS pa bo skupina avtorjev na čelu s prof. Putnikom predstavila na konferenci CIRPICME '08, ki bo potekala v Neaplju v juliju 2008. Peter Butala, UL, Fakulteta za strojništvo 6. IFK - Mednarodni fluidnotehnicni kolokvij v Dresdnu Kongresni center Dresden - prizorišče 6. IFK »Najpomembnejše srečanje branže v svetovnem merilu«, »Izmenjavaznanja in izkušenj v fluidni tehniki«, »Fluidna tehnika potrjuje svojo inovativnost«, ... je nekaj naslovov, ki so omenjali in spremljali enega največjih strokovnih dogodkov s področja fluidne tehnike, 6. IFK - Mednarodni fluidnotehnični kolokvij. Ti kolokviji, ki se na dve leti organizirajo pod strokovnim vodstvom dveh vodilnih nemških inštitutov s področja fluidne tehnike, enkrat IFAS-a v Aachnu in naslednjič IFD-ja v Dresdnu, so brez dvoma ne samo največja, temveč tudi najpomembnejša srečanja na področju hidravlične in pnevmatične pogonske, krmilne in regulacijske tehnike. Uporabnikom, proizvajalcem in znanstvenikom omogočajo predstavitev in diskusijoo inovacijah, dosežkih razvoja ter izmenjavo mnenj. Strokovni del letošnjega 6. IFK je potekal med 31. marcem in 2. aprilom 2008 v Dresdnu v novem, sodobnem kongresnem centru, enem najlepših in tudi največjih v Evropi. S šestimi najsodobneje opremljenimi dvoranami, z vso potrebno infrastrukturo (restavracijo, razstaviščem, parkirno hišo, lahko hkrati sprejme več kot 2200 udeležencev. Da je srečanje resnično osrednji mednarodni dogodek branže, je potrdilo tudi veliko število udeležencev, kar 631, ki so prišli iz 25 držav. Večina udeležencev je bila domačih (79 %), iz ostalih držav pa nas je bilo 21 %. Slovenci smo bili s štirimi udeleženci nekje v sredini po zastopanosti tujcev. Vospredju so bili Finci in Avstrijci s po 15 oz. 13 udeleženci. Zanimiva je bila tudi struktura udeležencev. Od vseh jih je iz industrije prišlo kar 75 %; preosta- li pa z univerz, visokošolskih or-ganizacijali inštitutov. V treh dneh je svoja dela v obliki referatov predstavilo več kot 80 referentov iz 20 držav. Prvi dan srečanja so predstavljali dosežke svojih raziskav predvsem udeleženci z visokih šol in univerz iz Evrope, Azije in Amerike. Oba naslednja, osrednja dneva srečanja sta bila namenjena obsežnemu pregledu stanja tehnike in primerom praktične uporabe rešitev s poudarkom na mobilni hidravliki. Rastoče tržišče mobilnih strojev in naprav, spremenljive razmere na trgu energije, rastoči stroški goriv, ostrejši predpisi glede emisij in ter varnosti. Med številnimi predstavljenimi novostmi in tudi deloma že videnimi koncepti in rešitvami z vseh področij hidravlike in pnevmatike bi bilo potrebno omeniti npr. predlog novega načina določanja stopnje čistosti tekočine ob upoštevanju čistosti komponent ter novi način upoštevanja in ovrednotenja varnosti naprav skladno s predpisi EN 954 in EN ISO 13849. Podrobnejše informacije o posameznih predstavljenih tematikah in prispevkih so bralcem na razpolago na spletni strani srečanja: http://www.ifk2008. com/ Dogajanje je popestrila tudi strokovna razstava 25 proizvajalcev in ponudnikov opreme ter storitev s področja fluidne tehnike. V obeh osrednjih dneh si je bilo možno ogledati tudi laboratorijske prostore Inštituta za fluidno tehniko Tehnične univerze v Dresdnu, Utrinek s priložnostne razstave in iz Laboratorija Inštituta za fluidno tehniko v Dresdnu povečanje voznih hitrosti mobilnih strojev v zadnjih letih so pripeljali do pospešenega razvoja na področju mobilnih strojev. V ospredju so tako bile tematike, vezane na učinkovitejšo izrabo energije, možnosti vračanja energije, neškodljivosti do okolja ter številne specifične rešitve. Problematika mobilne hidravlike je bila tako predmet kar osmih plenarnih in tematskih sekcij pod geslom, ki je bilo hkrati tudi delovni naslov letošnjega srečanja: »Fluid Power in Motion«. Razen problematike s področja mobilne hidravlike so bile štiri skupine prispevkov posvečene nadzoru stanja fluidnotehničnih naprav in sistemov ki je pod vodstvom profesorja S. Hel-duserja prevzel strokovno vodenje in soorganizacijo letošnjega srečanja. Z zaključnim družabnim srečanjem se je to ob navzočnosti vseh najvidnejših profesorjev in vodij svetovnih inštitutov s področja fluidne tehnike v prostorih inštituta tudi končalo. Profesor Helduser po 15 letih profesure na TU Dresden in 11 letih uspešnega vodenja Inštituta za fluidno tehniko zaradi upokojitve v naslednjem letu prepušča vodenje inštituta in s tem organizacijo naslednjega srečanja v Dredsnu leta 2012 svojemu nasledniku. Darko Lovrec, Fakulteta za strojništvo Maribor HYDAIS INTERNATIONAL IDRA\/I_IKA - ELEKTRONIKA - " ~ I Wh ' /7 Spoštovani poslovni partnerji, mednarodni sejem TEROTECH - VZDRŽEVANJE 2008, nam nudi dodatno priložnost, da vas seznanimo s širolChemie, zum Download) Fluidna tehnika v Sloveniji danes Fluidna tehnika v povezavi s sodobno elektroniko in IT še naprej ostaja v konici razvoja sodobne tehnike. O stanju in nekaterih pomembnih vprašanjih FT v Sloveniji smo se pogovarjali z dolgoletnim predsednikom združenja Fluidna tehnika Slovenije, direktorjem tovarne Kladivar Žiri, mag. Milanom Kopačem. Mag. Milan Kopač Ventil: Konjuktura fluidne tehnike v Evropi in svetu je še vedno nadpovprečna v primerjavi z ostalimi vejami strojne industrije. Kakšno je stanje na tem področju po vaši oceni v Sloveniji? Kako je s hidravliko in kako s pnevmatiko? M. Kopač: Konjunktura na globalnem trgu fluidne tehnike vlada že vse od leta 2004, ko se je celotno svetovno gospodarstvo opomoglo od šoka po 11. septembru 2001. Konjunktura na trgu fluidne tehnike je v tesni korelaciji s konjunkturo na trgu celotne strojne industrije. Delež obsega fluidne tehnike v celotni strojni industriji se povečuje zaradi razvoja novih zahtevnejših in dražjih proizvodov fluidne tehnike, njene uporabe za izvajanje dodatnih funkcij postrojenj, strojev in naprav, zaradi povečevanja varnostnih in ekoloških zahtev za stroje itd. Kolikšna je rast obsega fluidne tehnike v primerjavi z rastjo strojne industrije, ne vem, ker tovrstne informacije niso več tako enostavno dostopne. Eden od glavnih vzrokov hitrejše rasti fluidne tehnike od strojne industrije je zanesljivo ta. Delež obsega vgrajene fluidne tehnike se hitro povečuje tudi v drugih industrijskih panogah, kot so cestna in necestna vozila, zračna in vodna plovila, zabavništvo itd., ki se statistično ne vodijo v strojni industriji, zato je možen vir hitrejše rasti obsega prodaje tudi tu. Globalno gledano še vedno pokrivajo največji trg fluidne tehnike države, združene v CETOP-u, sledijo ZDA in Japonska. Enak vrstni red je tudi ločeno za hidravliko in pnevmatiko. Po zadnjih podatkih je bila rast v 2006 inocenjenarastv2007ok. 11 %vdržavah CETOP-a (EU) in Japonske, ok. 5 % v ZDA, več kot 30 % pa je rast obsega prodaje fluidne tehnike na Kitajskem, ki je daleč najhitreje rastoči trg za fluidno tehniko. Leta 2000 je bil delež Kitajske v celotnem statistično obdelanem globalnem obsegu prodaje fluidne tehnike 2 %, v letu 2006 pa že skoraj8 %. Slovenija je močno odvisna od razmer na trgu nemške oziroma evropske strojne industrije. Če gre dobro njim, potem gre dobro tudi nam. Na žalost zaradi nesposobnosti pridobivanja podatkov o obsegu prodaje od članic združenja Fluidna tehnika Slovenije nimam natančnih podatkov o rasti v Sloveniji. Vsekakor je rast na področju hidravlike večja kot 10 %, na področju pnevmatike pa nekoliko manjša. Rast v Kladivarju v letu 2007 pa je večja od 20 %. Na strokovnem srečanju Fluidna tehnika 2007 v Mariboru sem ocenjeval, da se bodo razmere v drugi polovici leta 2008 umirile. Glede na obseg stanja naročil sedaj ocenjujem, da se bo tako stanje nadaljevalo do konca leta, leto 2009 bo pa že normalno. Ventil: V naših pogovorih z gospodoma A. Bolzanijem, takratnim predsednikom CETOP-a, in H. Murrenhoffom, predstojnikom IFAS-a v Aachnu, sta oba sogovornika poudarila poseben pomen poslovnega in strokovnega združevanja na mednarodni in nacionalni ravni. Kako pa vi ocenjujete tovrstno dejavnost v Sloveniji? Zdi se, da se malo čuti dejavnost združenja Fluidna tehnika Slovenije. Pogrešamo več sodelovanja in prizadevanja pri raziskovalnem in izobraževalnem delu, na področju standardizacije ipd. M. Kopač: O čistem poslovnem združevanju na področju fluidne tehnike ne bi mogel veliko povedati, ker takih združenj ne poznam. Kar zadeva strokovno združevanje na mednarodni in državni ravni, se s trditvami v celoti strinjam. Le na ta način lahko proizvajalci, porabniki pa tudi druge zainteresirane strani, kot so raziskovalne in izobraževalne ustanove, relativno enostavno usklajujejo svoje interese in jih uveljavljajo v širši združbi. Pomembne skupne zadeve so: - priprava modelov - pravil za merjenje konjunkturnih trendov, - oblikovanje glavnih statističnih skupin za spremljanje letnih obsegov prodaje, - oblikovanje smernic za uporabo sprejete nacionalne zakonodaje, ki je posledica transpozicije smernic Evropske unije, - sodelovanje pri sprejemanju ali prevodu standardov tako na državni kot mednarodni ravni (CEN, ISO, SIST), - terminologija, - promocija fluidne tehnike kot interdisciplinarne industrijske panoge, - promocija fluidne tehnike pri dijakih in študentih, 000.000 000.000 000.000 000.000 000.000 000.000 000.000 000.000 000.000 000.000 000.000 000.000 000.000 000.000 000.000 000.000 —B 2001 2002 2003 2004 Year 2005 2006 CETOP Kitajska Japonska ■ Tajva^ ZDA Fluidna tehnika - gibanje trga v letih 2001 do 2006(vir: ISC Statistic) - izdajanje priporočil za usposabljanje s področja fluidne tehnike, - izdajanje pogojev za pridobitev pooblastil za izdajanje mednarodno veljavnih spričeval za vsako stopnjo izobraževanja. Prav zadnji dve našteti zadevi s področja izobraževanja sta pri evropskem združenju CETOP postali zelo pomembni. S spričevalom CETOP se imetniku priznava stopnja usposobljenosti znotraj celotne EU in tako zagotavlja prosto gibanje ljudi in njihovega znanja. Na sejmu Conexpo v Las Vegasu (na stojnici Poclain Hydraulics je razstavljal tudi Kladivar) je NFPA skupaj s CETOP-om ter nacionalnimi združenji iz Nemčije, Francije, Italije, Velike Britanije, Kitajske in Tajvana izdalo nov video, ki predstavlja fluidno tehniko in njeno uporabnost ter jo tako približuje dijakom in študentom. Ameriško, japonsko, kitajsko, tajvan-sko in kanadsko nacionalno združenje skupaj s CETOP-om tvorijo jedro ISC (International Statistic Commitee) - mednarodnega komiteja za statistiko. Preko ISC v zadnjih letih lahko pridobivamo globalne tržne trende in obseg prodaje fluidne tehnike (glej sliko). Ti podatki in informacije so v globaliziranem gospodarstvu resnično dobrodošli in pomembni. CETOP je po združitvi večine držav v EU nekoliko izgubil pomen, ker so del njegovih pristojnosti prevzeli drugi organi EU in CEN. Prav tako so velike korporacije pričele uveljavljati svoje interese na druge načine, tako da v delovnih telesih CETOP-a ni bilo več predstavnikov Boscha, Rexrotha, Festa, ^ s tem pa je delo postalo manj profesionalno. V zadnjem času se zadeva popravlja in zgleda, da bo CETOP počasi dobil stare pozicije. V Sloveniji je od konca sedemdesetih let pa do leta 1991 znotraj GZS in ZKI uspešno deloval Odbor za fluidno tehniko (OFT). Takrat so bile članice tega odbora največja slovenska podjetja kot so TAM, Litostroj, Riko, Metalna, Hypos, Kladivar, LIV, TIO itd. Kritična masa človeških in finančnih virov je bila zadostna za dobro delo odbora. Po velikih gospodarskih težavah od leta 1989 do 1994 je kar nekaj od teh podjetij razpadlo ali propadlo. Kljub vsemu nam je uspelo zbrati dovolj moči, da se je OFT organiziral kot samostojno združenje s svojimi pravili v Združenje za fluidno tehniko Slovenije in kasneje v Fluidno tehniko Slovenije. Za to so zaslužni takratna sekretarka GZS-ZKI Francka Gabron, ki je bila vedno naklonjena tovrstnemu združevanju in ga je po svojih močeh tudi podpirala, in skoraj vsi iz tako imenovanega Foruma 24, kot so Vogrič, Beovič, Marolt, Grebenc, Jeromen, Stušek, Kiker, Helbl, Križman _ Hvala jim. Potem smo uspeli združenje kot eno prvih strokovnih združenj iz Slovenije leta 1994 včlaniti v evropsko strokovno združenje CETOP. Združenje je vse tja do leta 2004 delovalo normalno, to pomeni, da so se organi redno sestajali, bili aktivni in produktivni na področju standardizacije, predvsem po zaslugi g. Marolta, izvajali skupne nastope na sejmih doma in v tujini, izdali direktorij članic združenja itd. ter aktivno sodelovali v organih CETOP-a - dvakrat smo organizirali tudi letno skupščino CE-TOP-a. Kot najboljši rezultat tega obdobja pa je nedvomno revija Ventil. Razvila se je iz predhodnika Biltena OFT. Mirno lahko rečem, da je bil idejni in izvedbeni oče te revije mag. Anton Stušek. Za rojstvo te revije smo na odborih OFT preživeli kar nekaj težkih ur glede financiranja, a se je splačalo. Upam, da bo tudi novi urednik imel dovolj volje za njen nadaljnji razvoj. Glede na število člankov v njej pa želim podobno tudi g. Stušku. Z razširitvijo vsebine na področje avtomatizacije je revija dobila širši krog bralcev, piscev strokovnih člankov in tudi oglaševalcev. Pravzaprav je ta revija poleg strokovnega srečanja Fluidna tehnika, ki ga organizira FS Maribor oziroma dr. Lovrec s sodelavci, trenutno edina aktivnost na področju FT. A zelo pomembna. Za tisto pravo strokovno sodelovanje na področju izobraževanja, standardizacije, terminologije, statistike ^ pa pri članicah ni več prave volje. Zmanjkalo je »pravih človeških virov«, ki so še bili pripravljeni kaj narediti prostovoljno. Podjetij, ki bi financirala take projekte, pa praktično ni več. Moram reči, da se v zadnjem času Kladivar počuti precej osamljen, kar se tiče interesa za sodelovanje. Potrebno je vedeti, da imajo resnično pravi interes le proizvajalna podjetja, teh pa je zelo malo. Vsaj nov pojmovnik s področja fluidne tehnike bi pa vseeno morali prevesti in tako zmanjševati zmedo pri pisanju strokovnih prispevkov in izdajanju katalogov proizvodov v podjetjih. Glede na dane razmere upam, da nam bo uspelo do konca aprila sklicati skupščino Fluidne tehnike Slovenije, izvoliti nove organe in z novimi silami nadaljevati tridesetletno delo na tem področju. Ventil: CETOP je v zadnjih letih poglobil prizadevanje za usklajeno izobraževanje in usposabljanje strokovnih kadrov na poklicni in srednji strokovni ravni. Izhodišča in zamisli so bili podrobneje predstavljeni tudi na generalni skupščini v Ljubljani leta 2005. Kako stvari napredujejo pri nas? Tudi v povezavi z bolonjskimi smernicami visokošolskega izobraževanja z vidikov obravnavanega področja? M. Kopač: Nekaj o tem je bilo povedanega že v prejšnjem odgovoru. Kaj konkretnega se še ni zgodilo. Vzroki so v premajhni kritični masi potreb po dodatnem usposabljanju. Glede visokošolskega izobraževanja v povezavi z bolonjskimi in CETOP-ovimi smernicami pa praktično ne vem nič. Sam tudi nisem goreč podpornik bo-lonjskih usmeritev, saj zgleda tako, da bodo le podaljšale in podražile študij ter razvrednotile dosedanje stopnje. Tudi razne višje šole, ki proizvajajo inženirje na »tržnih osnovah«, so bolj ali manj odklon od dobrega šolskega sistema. Glede na vsesplošno pomanjkanje teh virov pa je tudi to boljše kot nič. Vsakega novega strojnika smo zelo veseli. Ventil: Vaše podjetje se je lansko leto poslovno trajneje povezalo z mednarodno uveljavljeno firmo Poclain. Prosimo vas, da našim bralcem podrobneje predstavite vsebino in pomen te povezave za nadaljnje delo in razvoj tovarne Kladivar. M. Kopač: Cilj in želja vodstva družbe in kar nekaj zaposlenih sta bila, da družba ostane v lasti Žirovcev oziroma zaposlenih. Na žalost nismo uspeli zbrati dovolj denarja oziroma korajže ter tvegati veliko zadolženost družbe ter s tem ohromiti njen nadaljnji razvoj. Tako je nazadnje postala večinska oziroma že skoraj 100-odstotna lastnica Kladivarja družba Poclain Hydraulics SA iz Francije. Namen nakupa Kladivarja je bil predvsem v diver-zifikaciji njenega proizvodnega in prodajnega programa. Pocla-in Hydraulics je znan proizvajalec hidravličnih motorjev. Za celovitejšo oskrbo svojih kupcev in razvijanje pogonskih sistemov pa potrebujejo tudi ventile. Kladivar se jim je zdel s svojimi osrednjimi sposobnostmi razvijanja, proizvajanja in trženja hidravličnih ventilov pravšen, zato so ga kupili. Družba Poclain Hydraulics je v večinski družinski lasti, zato so njeni nameni s Kladivarjem pošteni in dolgoročni. Tudi v bodoče bo Kladivar ohranil svoj proizvodni in prodajni program ventilov, ohranil in po možnosti ojačal raziskovalno-razvojno enoto in še naprej intenzivno vlagal v osrednje tehnologije, kot so izdelava ohišij, vitalnih delov ventilov in blokov na obdelovalnih centrih, honanje, zunanje in notranje brušenje, razi-glanje, pranje, površinska zaščita ter merjenje, sestavljanje in preskušanje. Planirana organska rast do leta 2015 naj bi bila 10 % na leto. Strategija Kladivarja pri razvijanju proizvodov je bila v zadnjem času že preusmerjena s standardnega in kataloškega programa na razvoj in proizvodnjo posebnih ventilov za kupce OEM. Tu smo konkurenčnejši predvsem zaradi znanja, prilagodljivosti in cenovne prožnosti. Skupaj s Poclain Hydraulics SA bomo sedaj še lažje vstopali na ta segment trga in s tem v pomembne dobavne verige velikih porabnikov fluidne tehnike, kot so Caterpilar, Volvo, CNH itd. Seveda bomo morali za vstop v te verige izboljšati tudi naše organizacijske sposobnosti. Laurent Bataille, predsednik uprave družbe Poclain Hydraulics SA(na sliki levo) in Dušan Seljak, vodja trženja v Kladivarju predstavljata Kladivarjeve ventile na sejmu v Las Vegasu Prav tako bomo intenzivno razvijali področje hidravličnih sistemov, storitev ter zastopniškega programa. Seveda bomo v svoj prodajni program prevzeli tudi proizvode Poclaina in jih prodajali na trgu jugovzhodne Evrope, Družba Pocalin Hydraulics ima svoje prodajne družbe na vseh celinah. V njeni prodajni mreži bomo lahko prodajali tudi Kladivarjeve proizvode in tako lažje uravnavali posledice tržnih gibanj v prodaji in proizvodnji, saj ta ponavadi niso enaka na vseh trgih. Cilj vodstva Kladivarja sedaj je, da čim bolj ojača svoje osrednje sposobnosti razvijanja, proizvajanja in trženja sestavin sistemov in storitev s področja oljne hidravlike in na ta način ohranja in omogoči razvoj tega znanja v Žireh in v Sloveniji. Na ta način bomo najbolje ohranjali in razvijali tudi Kladivar in vse tisto, kar je vtkano v njegovo skoraj šestdesetletno zgodovino. Ventil: Za vaše izčrpne odgovore se vam prisrčno zahvaljujemo in ob tem želimo uspešen nadaljnji razvoj vašega Kladivarja. Mag. A. Stušek, pomočnik urednika Upfront CFD Vas zanima pot zraka in temperatura na poti skozi skozi prezračevalni sistem? Vas zanimajo tokovnice in padec tlaka pri pretakanju vode skozi ventil? Vas zanima, kako ventilator meša zrak? Vas zanima, kako prezračevalna šoba vpihuje zrak v prostor? Vaz zanimajo temperature komponent in ohišja elektronske naprave? Vas zanima, kaj se dogaja znotraj kompresorja ali črpalke? Odgovore vam ponuja CFdesign - programska oprema za simuliranje gibanja fluidov (kapljevin ter plinov) in toplote namenjena konstrukterjem. Za razliko od tradicionalnih programskih paketov za simuliranje fluidov za uporabo CFdesigna ne rabite posebnih znanj. CFdesign se poveže direktno s 3D modelom iz večine CAD sistemov (Autodesk Inventor, Pro/E, Solidworks, Unigraphics...). Sprememba modela tako ne zahteva ponovne nastavitve robnih pogojev in nastavitev mreženja.Tako lahko hitro in bistveno ceneje kot na tradicionlanih preizkuševališčih preverjate obnašanje različnih variant vašega izdelka pod različimi obratovalnimi pogoji. CFdesign prinaša obenem zmogljivost in enostavnost uporabe. www. basic.si www.cfdesign.com Laboratorij za modeliranje, • I •• • I • • simulacijo m vodenje m Laboratorij za avtomatizacijo in informatizacijo procesov Slika 1. Člani obeh laboratorijev Tradicija Korenine Laboratorija za modeliranje, simulacijo in vodenje (LMSV -predstojnik prof. dr. Borut Zupančič) in Laboratorija za avtomatizacijo in informatizacijo procesov (LAIP - predstojnik prof. dr. Drago Matko) na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani segajo v šestdeseta leta preteklega stoletja, ko je pokojni profesor dr. France Bremšak ustanovil Laboratorij za analogno in hibridno tehniko in sodeloval pri oblikovanju smeri Avtomatika na dodiplomskem in podiplomskem nivoju. Iz področij matematičnega modeliranja, računalniške simulacije in teorije regulacije sistemov, za katera je bil profesor Bremšak eden od začetnikov v Sloveniji, pri čemer je vzgojil ogromno mladih kadrov, sta se razvila omenjena laboratorija, ki vseskozi tako v pedagoškem kot tudi v raziskovalnem smislu delujeta kot ena skupina. V povezavi z Odsekom za sisteme in vodenje na Inštitutu Jožef Stefan, katerega ustanovitelj je bil tudi profesor Bremšak, predstavljata okolje z najdaljšo tradicijo na omenjenih področjih v Sloveniji. Laboratorija trenutno štejeta 15 članov (slika 1 ): • 3 redni profesorji • 3 izredni profesorji • 3 docenti • 5 mladih raziskovalcev • 1 tehnični sodelavec Temeljni pojmi področja modeliranja, simulacije in vodenja Sodobna tehnologija vodenja spada med tako imenovane kritične tehnologije, to je tiste, ki so v državnem in celo svetovnem merilu posebej pomembne za uspešnost in napredek gospodarstev. V nasprotju z drugimi tehnologijami, ki dajejo pretežno vidne izdelke in dobrine, ima tehnologija vodenja bolj posreden, se pravi infrastrukturni pomen. Njeni učinki se namreč prepletajo skozi mnoge inženirske, ekonomske, družbene in druge dejavnosti. Področje tehnologije vodenja pa je tudi izrazito interdisciplinarno. Potrebno je povezovanje znanja o procesih, ki jih želimo voditi, z znanjem iz tehnologije vodenja. Poleg klasičnih zahtev po minimizaciji surovin, energije, časa izdelave in cene so dandanes prisotne še zahteve po fleksibilnosti in zanesljivosti proizvodnje, po kvaliteti proizvodov, po varnosti in humanizaciji delovnih mest ter po varovanju okolja. V teh pogojih so uspešnejše interdiscplinarne skupine strokovnjakov, ki poleg svojega specialnega področja poznajo tudi osnove tehnologije vodenja. Vodenje je proces, s katerim vplivamo na delovanje sistema z namenom, da dosežemo nek zastavljeni cilj. Gre torej za transformacijo informacij o vodenem procesu in o njegovem okolju v odločitve in ukrepe, ki ob upoštevanju kriterijev in omejitev zagotavljajo želeno obnašanje sistema. Pri tem pojem vodenja zajema tako odprtozančno vodenje - krmiljenje kakor tudi zaprtozančno (povratno-zančno) vodenje - regulacijo. S področjem vodenja sta neločljivo povezana tudi pojma kibernetike, ki se ukvarja s študijem vodenja in komunikacij v živih bitjih in tehničnih sistemih, ter avtomatike, ko procesi zbiranja informacij o stanju sistema in okolice, priprave ukrepov in odločanje ter ukrepanje potekajo brez posredovanja človeka. Prav tako pa seveda ne gre brez komunikacijskih, informacijskih in računalniških tehnologij. Avtomatiki veliko stavimo na sistemski pristop, kar je posledica dejstva, da se v današnjem času pojavlja vedno več problemov z izrazito interdisciplinarnim značajem, zato konvencionalne metode analize niso več dovolj uspešne. Tako je postala teorija sistemov obenem z računalništvom, simulacijo, teorijo vodenja, kibernetiko, robotiko in informatiko zelo pomembna. Čeprav je sistemska teorija že dolgo znana, je zaradi hitrega razvoja tehnologije, računalnikov in komunikacij postala uporabna šele v novejšem času in pomeni enega bistvenih pristopov pri izvedbi večine projektov. Sistemska teorija je metodološka veda, ki temelji na lastnostih, ki so skupne najrazličnejšim sistemom. To so: cilji, stanja, omejitve, stabilnost, vodenje, dinamično obnašanje itd. Gre torej za vedo, ki teži po združitvi obstoječega znanja o različnih sistemih v enovit pristop. Tako je namen sistemskega pristopa razumeti, načrtovati, spreminjati, ohranjati in morda tudi voditi obnašanje obravnavanih sistemov. Med številnimi možnimi rešitvami torej iščemo najbolj sprejemljivo, upoštevajoč celovitost problema, okolico in različne omejitve. Sistem definiramo kot množico elementov, ki so povezani med seboj in z okolico tako, da delujejo kot celota. Pojem procesa pa pomeni potek, postopek ali dogajanje, ki povzroča spremembo stanja sistema. Gre torej za odvisnost odziva sistema od časa, ki ga opisuje pojem dinamike. Proces je torej dinamični sistem. Tehnični proces tako lahko imenujemo skupek soodvisnih potekov v nekem sistemu, ki rezultirajo v transformaciji, transportu ali skladiščenju materije, energije ali informacije. Sistemska teorija omogoča enovit in univerzalen pristop k reševanju problemov, pri čemer imata pomembno vlogo tudi modeliranje in simulacija. Gre za neločljiva postopka, ki vsebujeta kompleksne aktivnosti v zvezi s konstrukcijo modelov realnih objektov in eksperimentiranje z modeli v smislu pridobivanja podatkov o obnašanju modeliranega procesa. Pri tem je modeliranje vezano predvsem na relacije med realnim procesom in njegovimi modeli, simulacija se ukvarja s povezavo med matematičnim in simulacijskim (računalniškim) modelom, slednji pa tvori kot svoj izhod časovne odzive, ki jih vrednotimo glede na obnašanje obravnavanega procesa. Namen študija sistemov s pomočjo modeliranja in simulacije je torej doseganje različnih ciljev, ne da bi morali eksperimentirati na realnih objektih, pri čemer gre tako za opis kot tudi za razlago njihovega obnašanja. Raziskovalno delo Čeprav so raziskave na področju tehnologije vodenja dosegle izredno visoko stopnjo, pa njihovi učinki v praksi še precej zaostajajo. Zato se tudi na področju temeljnih raziskav kaže potreba po integraciji znanja v smislu praktične uporabnosti metod in ne toliko razvijanja novih bolj in bolj sofisticiranih pristopov. Poudarki raziskav laboratorijev se zaradi omenjenih razlogov obračajo predvsem v naslednje smeri: • problem učinkovitega pridobivanja znanja o procesu (novi pogledi na modeliranje in simulacijo sistemov); • pri načrtovanju vodenja se problematika širi predvsem v smislu enovitega upoštevanja ne le krmilno-regulacijskega nivoja, temveč tudi nadzora (vključuje zagon in zaustavitev procesa, odkrivanje, spoznavanje in odpravljanje napak, optimiranje urnikov itd.) ter poslovne in upravljavske sfere; • možnost povečevanja učinkovitosti načrtovanja vodenja v smislu kombinacij metod, vendar ne le iz klasične linearne teorije, temveč ob vključevanju ekspertnega znanja in pristopov s področja umetne inteligence ter v smislu prilagajanja načrtovalskih orodij domenam uporabe; • možnost uporabe omrežnih tehnologij na področju tehnologije vodenja. Modeliranje in simulacija Matematično modeliranje in simulacija procesov skokovito pridobivata na pomembnosti tako na tehniških kot tudi na netehniških področjih, še posebno pa narašča njun delež v projektih visoke tehnologije. Nekatera področja raziskav laboratorijev so: • konvencionalni pristopi teoretičnega in eksperimentalnega modeliranja in simulacije, • nelinearni modeli, • modeli z nevronskimi mrežami, • intervalni mehki modeli in večpredstavno modeliranje, • hibridni modeli (simulacija in pretvorbe med različnimi tipi), • modeliranje avtonomnih mobilnih sistemov. Nekatera področja uporabe modeliranja in simulacije pa so: • vodenje procesov (načrtovanje vodenja, razvoj metode, izvedba - npr. vodenje na osnovi modela, odkrivanje napak...), • bio- in farmakogenomika, medicina, • toplotni in svetlobni tokovi v stavbah itd. Slika 2. Avtonomni mobilni sistem Vodenje procesov Osnovna področja raziskav laboratorijev zajemajo konvencionalno, mul-tivariabilno, adaptivno in prediktivno vodenje zveznih, diskretnih in hibridnih sistemov z ustrezno računalniško podporo in v kombinaciji s pristopi s področja umetne inteligence, pri čemer so bolj kot nove metode zanimive kombinacije metod s ciljem približevanja uporabi v industriji. Omenimo naj • konvencionalne pristope (npr. PID-regulacija), • vodenje multivariabilnih sistemov, • vodenje na osnovi (nelinearnih) modelov - prediktivno vodenje, • adaptivno vodenje, • vodenje hibridnih sistemov, • uporabo pristopov s področja umetne inteligence (nevronske mreže, mehko vodenje, genetski algoritmi itd.), • ekspertne sisteme za vodenje ali za vrednotenje relativne učinkovitosti vodenja, • vodenje avtonomnih mobilnih sistemov (zaznavanje okolice, avtonomno delovanje, navigacija, zaznavanje ovir, iskanje želenih ciljev, senzorika, algoritmi vodenja, razpoznavanje značilk v prostoru, planiranje poti, lokalizacija, kartiranje itd.), • prilagajanje strategij vodenja konkretnim problemskim domenam ter standardni procesni opremi (npr. vodenje temperature šaržnega reaktorja, vodenje toplotnih in svetlobnih tokov v stavbah). V zadnjih letih je v laboratorijski raziskovalni dejavnosti precejšen pouda- rek na avtonomnih mobilnih sistemih. Enega izmed njih prikazuje slika 2. Pedagoško delo Pedagogi laboratorijev delujemo predvsem na smeri Avtomatika tako na univerzitetnem kot na visokošolskem strokovnem študiju. Program Avtomatike se v zadnjih treh semestrih še nadalje deli, sodelavci laboratorijev pa sodelujejo predvsem pri predmetih izbirnih skupin Procesna avtomatika (PA) in Inteligentni sistemi (IS). Predmeti vsebujejo vse tiste vsebine, ki so temeljnega pomena v avtomatizaciji industrijskih procesov: modeliranje, identifikacija in simulacija, sistemi vodenja (gradniki, algoritmi, nadzorni sistemi, računalniški sistemi), umetni inteligentni sistemi (razpoznavanje oblik, govora). Poučevanje temelji na t. i. sistemskem pristopu, kar omogoča učinkovito reševanje problemov raznih področij s podobnimi pristopi. Dejavnosti obeh laboratorijev (LMSV in LAIP) najlepše prikazujejo kar naslovi predmetov v tretjem, četrtem in 5. letniku univerzitetnega študijskega programa: Elementi za avtomatiko in robotiko, Regulacije 1, Modeliranje procesov, Simulacije, Regulacije 2, Seminar: Vodenje sistemov I, Diskretni regulacijski sistemi, Identifikacije, Računalniško podprto inženirstvo, Seminar: Vodenje sistemov II, Multivariabilni sistemi, Računalniško vodenje procesov, Seminar: Vodenje sistemov III. Skratka gre za vsebine, ki so nujne v avtomatizaciji v procesni in izdelčni industriji pa tudi za mode- liranje in vodenje sistemov na drugih področjih. Trije seminarji z naslovom Vodenje sistemov so zasnovani tako, da ob njih študenti praktično preizkusijo vse najpomembnejše pristope na področju avtomatizacije. Teoretične vsebine so podprte s praktičnim delom v dobro opremljenih laboratorijih (slika 3). Študentje se vključujejo tudi v raziskovalno delo. Za večino predmetov imajo na voljo učbenike, ki so jih napisali neposredni predavatelji in asistenti, pa tudi obsežno tujo literaturo. Vsako leto je organizirana ekskurzija v uspešna slovenska podjetja. Laboratorija sta se med prvimi na Fakulteti za elektrotehniko vključila v program SOCRATES-ERASMUS, ki omogoča mobilnost študentov in učiteljev. Nekaj študentov je že opravilo del študijskih obveznosti v tujini, prav tako pa je gostovalo nekaj tujih študentov. Člani laboratorijev občasno predavajo v tujini, tuji profesorji pa na naši fakulteti. Sodelavci laboratorijev smo v sodelovanju z Inštitutom Jožef Stefan in podjetjem INEA razvili niz petdnevnih tečajev, ki pokrivajo življenjski cikel projektov s področja tehnologije vodenja. Ker so bili tečaji načrtovani v okviru projekta TEMPUS-ALIAC ob sodelovanju še petih evropskih univerz, je njihova kvaliteta tudi mednarodno potrjena. Tečaji predstavljajo tudi glavni del predmetnika specialističnega študija Tehnologija vodenja industrijskih procesov na Fakulteti za elektrotehniko, možno pa jih je obiskovati tudi posamično kot tečaje dopolnilnega Slika 3. Prikaz laboratorijskih modelnih naprav izpopolnjevanja. Najpomembnejša lastnost tečajev je njihova praktična usmerjenost, pri čemer gre za prikaz le najnujnejših teoretičnih načel. Ustrezno strukturo prikazuje slika 4. na opremi industrijskih dimenzij študij popestri in poudarja uporabnostne vidike. Pri tem se vseskozi uporablja sodobna računalniška, komunikacijska in multimedijska oprema, v zadnjem času pa tudi učenje na daljavo. Pozor- Slika 4. Struktura dopolnilnega in specialističnega izobraževanja Tehnologija vodenja industrijskih procesov Oba načina izobraževanja sta namenjena predvsem: • inženirjem, ki se pri svojem delu srečujejo s problematiko vodenja procesov, • inženirjem avtomatike, ki si želijo obnoviti in dograditi znanje, • diplomantom visokih strokovnih šol, • ostalim zainteresiranim posameznikom poljubne izobrazbe. V vseh programih dajemo velik poudarek motivaciji študentov in popularizaciji stroke. Delo na sodobnih laboratorijskih modelnih napravah in gometu (slika 5). Študentje preko igre in tekmovanja pridobijo najsodobnejše znanje s področij senzorjev, umetnega vida, digitalne obdelave slik, računalništva in informatike, umetne inteligence, inteligentnega vodenja, komunikacije, robotike, mehatronike, modeliranja in simulacij itd. Naše ekipe se udeležujejo evropskih in svetovnih prvenstev ter olimpijad. Dosegle so velike mednarodne uspehe, saj so zmagale na evropskem prvenstvu v Ljubljani in na olimpijadi v San Franciscu, pa tudi na svetovnih prvenstvih so dosegle zelo visoka mesta. Ker Fakulteta za elektrotehniko v letu 2009/2010 prehaja na bolonjski študij, je bila za model 3+2 + 3 potrebna korenita stukturna in vsebinska prenova dosedanje študijske sheme, kar je v zadnjem obdobju zahtevalo velik angažma. Programi so pripravljeni in čakajo na ustrezne akreditacije. Želeli smo ponuditi privlačne predmete, ki bi ob evident-nem pomanjkanju kadrov na našem področju pritegnili čim več študentov in jih naučili tako samostojnega kot tudi skupinskega projektnega dela in učinkovitih pristopov k reševanju zastavljenih nalog. Dosežki Najpomembnejše dosežke laboratorijev na različnih področjih delovanja na najkrajši način predstavljajo naslednji kazalci: • nosilci programske skupine: Modeliranje, simulacija in vodenje nost je posvečena tudi samostojnemu kreativnemu delu študentov, ki z delom na ustreznih problemih pridobivajo potrebne izkušnje. To delo v nekaterih primerih popestrijo tudi tekmovanja. Motivacijsko in promocijsko vlogo v tem smislu igra tekmovanje v robotskem no- Slika 5. Računalniški programi tekmujejo v »nogometu« sistemov za MVZT, soustanovitelji in člani tehnološke mreže: Tehnologija vodenja procesov (TVP), soustanovitelji in člani Tehnološkega centra za avtomatizacijo, robotizacijo in informatizacijo (ARI), sodelovanje v projektu ESRR: Sodobne tehnologije vodenja za povečanje konkurenčnosti ob sodelovanju članov TVP in 44 slovenskih proizvodnih podjetij kot uporabnikov rezultatov, sodelovanje v Centru odličnosti za sodobne tehnologije vodenja in v Centru odličnosti biotehnologija s farmacijo, sodelovanje v dveh projektih CRP Znanje za varnost in mir, sodelovanje v evropskih projektih: TEMPUS, COPERNICUS, SOCRATES ERASMUS, 5. in 6. okvirni program EU, bilateralna sodelovanja z Nemčijo, Anglijo, Avstrijo, Češko, Japonsko, Francijo, Argentino, Hrvaško in BIH, več kot 90 raziskovalno-razvojnih projektov za domačo industrijo in 20 projektov z mednarodno udeležbo, tri monografije, od katerih sta dve izdani v mednarodnih založbah, 244 izvirnih znanstvenih in strokovnih člankov v revijah in 870 objavljenih prispevkov na znanstvenih srečanjih, trije patenti, organizacija štirih mednarodnih strokovnih srečanj, zaključna dela: 57 doktoratov, 105 magisterijev, 17 specialističnih del in 892 diplom, izdaja 34 učbenikov in 24 študijskih materialov, sedem nagrad MVZT, od katerih je najpomembnejša Zoisova nagrada za vrhunske znanstvene dosežke na področju avtomatike prof. Dragu Matku, 38 drugih nagrad (Prešernove, Bedjaničeve, najboljši študentski prispevki na strokovnih srečanjih, zmage na srečanjih ICAMES ...), v zadnjem obdobju je zelo pomembna zmaga mladega raziskovalca Simona Oblaka na študentski olimpiadi v St. Petersburgu, • popolna prenova prostorov v letu 2005. Člani laboratorijev smo imeli tudi več vabljenih predavanj na mednarodnih in domačih srečanjih in na različnih znanstvenoraziskovalnih institucijah, sodelujemo v različnih odborih znanstvenih publikacij, pri urejanju zbornikov, pri organizaciji in v odborih mednarodnih znanstvenih srečanj. To je bil v letu 2007 zagotovo najpomembnejši tovrstni dogodek v Evropi in tudi največji znanstveni dogodek doslej na Fakulteti za elektrotehniko v Ljubljani. Udeležilo se ga je 456 znanstvenikov iz 42 držav sveta, ki so predstavili 420 prispevkov. Kongres je dosegel lep uspeh tako v znanstvenem kakor tudi v družabnem smislu. V pripravi je tudi posebna številka revije SIMPRA z Slika 6. Med odprtjem 6. kongresa EUROSIM Smo tudi med ustanovitelji Društva avtomatikov Slovenije (DAS) in Slovenskega društva za simulacijo in modeliranje (SLOSIM), ki mu od vsega začetka tudi predsedujemo. Društvo je član evropske federacije EUROSIM, ustanovljene 1989, ki združuje 13 zvez iz evropskih držav in z različnimi strokovnimi srečanji in drugimi akcijami promovira modeliranje in simulacijo kot univerzalni pristop k reševanju najrazličnejših problemov. Združenje ima tudi svoji publikaciji, in sicer znanstveno revijo Simulation Modelling Practice and Theory (SIMPRA), ki jo izdaja založba Elsevier, in Newsletter/Journal Simulation News Europe (SNE). V obdobju 2004-2007 je združenju predsedoval prof. dr. Borut Zupančič, ki je močno izboljšal delovanje zveze EUROSIM, bil pa je tudi predsednik 6. kongresa EUROSIM (slika 6). izborom najboljših člankov s kongresa, pri čemer sta gostujoča urednika prof. dr. Borut Zupančič in prof. dr. Rihard Karba. Prof. dr. Rihard Karba Prof. dr. Borut Zupančič Doc. dr. Maja Atanasijevič-Kunc Vsi: UL, Fakulteta za elektrotehniko +++++++ +++++++ Celje, Celjski sejem 13.-16. maj 2008 PRIJAZNE ENERGIJE, VARČNE TEHNOLOGIJE 13. mednarodni sejem TEROTECH - VZDRŽEVANJE 14. mednarodni sejem ENERGETIKA info@ce-sejem.si www.ce-sejem.si 3. mednarodni sejem VARJENJE in REZANJE dete' 11 Celjski sejem d.d., Deei«Mi 1,3102 Celje Iskra Asing - avtomatizacija montaže s sodelovanjem naročnikov Izdelovalci montažnih sistemov se danes soočajo s številnimi izzivi, med njimi še posebno s kratkimi razvojnimi in izdelovalnimi časi, z globalizacijo trga in visokimi zahtevami glede kakovosti. Ob obisku v podjetju Iskra Asing, d. o. o., smo se pogovarjali z direktorjem g. Stankom Komelom o njihovih izzivih. g. Stanko Komel Ventil: Podjetje Asing je bilo nekaj časa del Iskre Avtoelektrika, danes je samostojna družba z omejeno zavezo. Kje vidite razloge za to in kakšne so prednosti ali morebitne slabosti? S. Komel: Začetki naše dejavnosti segajo v osemdeseta leta prejšnjega stoletja, ko je bila v okviru podjetja Iskra Avtoelektrika, d. d., iz Šempetra pri Gorici osnovana skupina za mehanizacijo in so pričele nastajati prve proizvodne naprave za lastne potrebe. Leta 1992 pa je bilo v okviru družbe Iskra Avtoelektrika ustanovljeno podjetje Iskra Asing, d. o. o. Vzrokov za ustanovitev samostojne družbe je več, najpomembnejša pa sta predvsem dva, in sicer: sama dejavnost in velikost naše družbe opravičujeta samostojno poslovanje za svoj račun, drugi vzrok pa je bil v pomanjkanju naročil zaradi razpada takratnega jugoslovanskega trga in stališča lastnikov, naj preživijo sposobni. Osebno vidim v sedanjem statusu samo prednosti: oblikovanje interne organizacije v skladu s potrebami in dejavnostjo družbe, večja fleksibilnost pri sprejemanju posameznih odločitev, hitrejše prilagajanje potrebam na trgu. Slabosti so tudi, vendar ne odtehtajo prednosti. Z vztrajnostjo, nenehnim pridobivanjem znanja in novih izkušenj smo zgradili ekipo, ki danes razvija in izdeluje visokotehnološke fleksibilne montažne proizvodne sisteme, navijalne sisteme za rotorje in sta-torje električnih motorjev, kontrolne naprave za mehanske in električne meritve. V poslovnih načrtih imamo tudi razvoj in izdelavo impregnirnih naprav. Ventil: Razvijate in izdelujete opremo za avtomatizacijo proizvodnje, še posebno elektromotorjev. Katere so značilnosti vaše opreme in prednosti? S. Komel: Že od vsega začetka smo izdelovali opremo za proizvodnjo, največkrat za montažo zaganjalnikov in alternatorjev za avtomobilsko industrijo. Zahteve v avtomobilski industriji so, kar se tiče zanesljivosti delovanja, nadzora procesov in sledlji-vosti, specifične in naša tehnološka oprema mora temu slediti. Razvili smo lastno tehnologijo navijanja, ki je primerna za letne količine do 300.000 kosov izdelkov. Konkurenčne tehnologije so namenjene za večje količine, vendar pa so primerno temu tudi višje cene. Ventil: V čem so vaše prednosti pred drugimi podjetji opreme za avtomatizacijo? Detail navijanja rotorja S. Komel: Prav gotovo so naše prednosti znanje, ki ga imamo na področju tehnologij proizvodnje zaganjalnikov, alternatorjev in raznih električnih motorjev, prilagodljivost, kakovostni sistemi in kakovost servisiranja. V naše sisteme vgrajujemo le komponente, ki so zanesljive in preverjene. Uvedli smo tudi standardizacijo, ki podpira projektante. Pri servisiranju opreme na razdalji do 500 km smo pri naših kupcih najkasneje v 48 urah. Naši projekti so zaključeni, ko inštalirana oprema pri kupcu dosega predvideni takt in druge pogodbeno dogovorjene parametre. Ventil: V kolikšni meri pri razvojnih projektih uvajate inovativne pristope v razvoju (podporo različnih orodij) in inovativne rešitve (nove tehnologije)? S. Komel: Za izdelavo namenskih izdelovalnih sistemov je značilen projektni pristop. Prav zato so potrebna znanja projektnega vodenja. Pri pripravi ponudbe sodeluje vsa strokovna ekipa in po uspelem naročilu je projektni vodja odgovoren za njegovo izvedbo. Pri svojem delu uporabljamo podporo različnih sodobnih računalniških orodij, kot je tudi modeliranje v 3D. Razvili smo poseben model za spremljanje stanja na projektu. Še posebno skrbno vodimo stroške materiala in stroške dela. Delež stroškov razvoja pri projektih je med 20 do 30 odstotki in je končan šele z izdelavo dokončno usklajene dokumentacije ter z izdelavo navodil. Ventil: Kako organizirate projekte, da obvladujete stroške razvoja in izdelave? S. Komel: Delo na razvoju stimuliramo z nagradami za prihranke tako pri stroških dela kot pri stroških materiala. Še vedno nam vzame veliko časa izdelava ponudb. Žal je treba omeniti, da izdelavo ponudb in s tem tehniške rešitve v domačem prostoru pogosto spremljajo težave, še posebno, če je bilo v rešitve vloženega veliko razvojnega dela. Z zelo podrobno izdelanimi ponudbami dajemo morebitnemu naročniku tudi znanje, še posebno takrat, ko naročila ne pridobimo. Neredko se zgodi, da so naše rešitve pozneje vgrajene v izvedbe drugih dobaviteljev. Zaradi omejenih človeških resursov se v Asingu že od vsega začetka povezujemo s proizvajalci, ki so specializirani za določene rešitve v avtomatizaciji montaže. Od njih pričakujemo, da so razvojno naravnani in da za vsak nov problem najdejo inovativne rešitve, ki dajejo najboljše rezultate. Usmerjamo se v razvoj montažnih sistemov, končno montažo in postavitev sistema pri kupcih, zato del dela opravijo za nas tudi podjetja, ki so specializirana za obdelavo. V določenih primerih pri razvoju sodelujejo tudi strokovnjaki iz raziskovalnih institucij. V preteklosti smo tako uspešno sodelovali s Fakulteto za strojništvo na področju reševanja problema vibracij. Ventil: Ali ste pri izvedbi projektov omejeni s časom in koliko povprečno porabite za razvoj in izdelavo montažnih sistemov? proizvodnega zagona posameznega projekta, vendar smo do sedaj vse te težave vedno rešili. V kolikor bi se omejil na projekte višjega tehnološkega nivoja končane v zadnjem obdobju bi omenil štiri in sicer: - Avtomatska montažna linija sta-torja motorja za elektro hidravlični volan Opel Astra, - Linija izdelave rotorja zaganjalnika Lucas Indija, - Linija montaže AC motorjev za pogon vozil na električni pogon E-Z-GO ZDA in - Naprava za suho in mokro kontrolo pnevmatskih avtomobilskih vzmeti Good Year Ventil: Kdo so naročniki opreme za avtomatizacijo proizvodnje doma? Montažni sistem za rotorje DC motorjev S. Komel: Skoraj vedno so pri razvoju in izdelavi tovrstne opreme postavljeni zelo ozki časovni okviri. Čas razvoja in izdelave je vsekakor odvisen od zahtev oziroma kompleksnosti problema, npr. števila ročnih in števila avtomatiziranih mest. Običajno je danes ta čas med štirimi in desetimi meseci. Ventil: Ali lahko bralcem revije Ventil predstavite kakšen uspešen projekt? S. Komel: Pravzaprav v našem dosedanjem delu ne poznamo neuspešnih projektov. Res je, da občasno pride do določenih težav v fazi razvoja ali S. Komel: Naše dolgoletne izkušnje pri strojegradnji, strokovna usposobljenost ter poznavanje tehnologij in tehnoloških problemov nam omogočajo učinkovit nastop na domačem in tujih tržiščih. V preteklih dvajsetih letih smo za matično družbo Iskra Avtoelektrika d.d. izdelali več sto naprav, strojev in ostale tehnološke opreme. Tudi danes, ko se družba usmerja v tehnološko zahtevnejše proizvodne procese z visoko dodano vrednostjo, smo ostali njen prednostni dobavitelj in jo oskrbujemo z izdelki iz celotnega proizvodnega programa. Montažni sistem za sestavljanje statorjev AC motorjev za servo volan Opel Astra Med slovenskimi poslovnimi partnerji, s katerimi sodelujemo pri izvedbi večjih projektov, so še: Cimos Koper, Revoz Novo mesto, ARSED Novo mesto, Hella Lux Ljubljana, TCG Unitech Lth-ol Škofja Loka, Danfoss Črnomelj, Good Year Kranj _ Ventil: Kako v Asingu vidite globali-zacijo trga? Ali ste povezani s tujimi dobavitelji in ali nastopate s svojimi projekti tudi v tujini? S. Komel: Skupina Iskra Avtoelektrika je globalno podjetje s tovarnami v tujini in številnimi poslovnimi povezavami. Ta pristop ima tudi podjetje Asing. Tako smo v tujini s stroji in tehnološko opremo oskrbeli: Avto VAZ - Togliatti in Tarasov Works Inc. (Rusija), IskRa, o. o. o. - Grodno in BATE - Borisov (Belorusija), Elektroprecizia - Brasov (Romunija), IAI (Iran), LUCAS TVS - Chennai (Indija), Pramo Rusija, Avtoplankomponent Rusija, Statomat Nemčija, ISA Kitajska in drugod. Naše rešitve omogočajo kupcem kakovostno proizvodnjo delov, ki se vgrajujejo v izdelke priznanih blagovnih znamk: BMW, Opel, Citroen, Mercedes - Benz, Renault, Peugeot, Toyota, Fiat, Bosch itd. Ventil: Za uspešno delo potrebujete kadre, kakšno znanje naj bi imeli? S. Komel: Visokokvalificirani sodelavci in nenehen razvoj nam omogočajo izpolnjevanje še tako zahtevnih želja naročnikov v celotnem procesu izdelave opreme -odrazumevanja kupčevih zahtev projektiranja in izdelave do zagona. Kakor ste lahko videli, so za razvojno in inovativno delo, kakršno je razvoj in izdelava avtomatiziranih sistemov za proizvodnjo, ustrezno izobraženi kadri ključnega pomena. Predvsem morajo imeti posebna znanja. V osnovi so to inženirji strojništva in elektrotehnike. Poznati in uporabljati morajo orodja za konstruiranje in tridimenzionalno modeliranje, poznati morajo metode projektiranja in vodenja projektov Detalj kontrolne naprave za merjenje električnih karakteristik in hrupnosti DC motorjev kakor tudi posebna znanja s področja pnevmatike, hidravlike, računalništva, elektrotehnike in elektronike, varilske tehnologije, avtomatiziranih proizvodnih sistemov, robotike in senzorike. Pri tem pa morajo imeti še dobro mero osebnih kvalitet, kot so sposobnost prilagajanja, učenja, zlasti pa inovativnost. Žal se Asing in številna druga podjetja srečujejo s skoraj nerešljivim problemom pomanjkanja strokovnjakov, kar bo lahko imelo dolgoročno slabe posledice za nadaljnji razvoj. Pri razpisih smo soočeni s tem, da se na razpisano mesto projektanta prijavi zelo malo kandidatov ali sploh ni prijav, za razpisana netehniška mesta pa skoraj neskončno število kandidatov. Podjetja sama rešujemo kadrovsko politiko s štipendiranjem in permanentnim izobraževanjem zaposlenih, vendar to ni dovolj. Za izboljšanje stanja bi bile potrebne korenite spremembe pri financiranju študija, še posebej bi bilo treba izboljšati opremljenost tehniških fakultet. Študij tehnike bi bilo treba zelo spodbujati. Ventil: Kakšne so vaše usmeritve za prihodnost? S. Komel: V strateškem načrtu 20082011 smo zapisali, da želimo biti tudi naprej priznan proizvajalec strojev in opreme za izbrane tehnologije in da bomo s ponudbo inovativnih in kakovostnih izdelkov stalno večali svoje primerjalne prednosti. Idej je veliko, čas in trg nam bosta pokazala, katere so uresničljive, katere pa ne. Glede na to, da so naši kupci skoraj v celoti proizvajalci komponent za avtomobilsko industrijo, je s tem naša usmeritev za prihodnost znana - spremljanje in prilagajanje celotnih kapacitet potrebam in razvoju avtomobilske industrije. V imenu revije Ventil in bralcev vam želim še naprej uspešno realizacijo projektov doma in na globalnem trgu, vse v zadovoljstvo vas in naročnikov. Dr. Dragica Noe nadaljevanje s strani 115 ■ 15th ISC - Internationale Dichtungstagung (J5. madnarodna konferenca, z razsfavo o tesnjenju) 7. in 8. 09. 2008 Sttutgart, ZRN Organizatorja: - Universität Stuttgart, Institut für Maschinenelemente (IMA) - VDMA, Fachverband Fluidtechnik Tematika: - Statična tesnila - Gredne tesnilke - Premočrtne tesnilke (H + P) - Osnove tesnilne tehnike - Tesnilni materiali - Trenje/Obraba/Prihranki energije - Simulacije - Standardizacija/Patentna dejavnost/Zakonski predpisi - Preskušanje - Primeri uporabe Informacije: - Fachverband Fluidtechnik im VDMA, 15'h ISC, Postfach 71 08 61, 60498 Franfurt/Main, BRD; Ralf Stemjack; tel.: + 069-6603-1318, faks: + 069-66032318, e-pošta: ralf.stemjack@vdma.org ■ Bath/ASME Symposium on Fluid Power and Motion Control (ASME-jev simpozij o fluidni tehniki in krmiljenju gibanja, v Bathu) 10.-12. 09. 2008 Bath, UK Organizatorja: - ASME - Univerza v Bathu, Anglija Informacije: - dr. Nigel Johnston - tel.:+44 1225 386 371 - faks:+44 1225 386 928 - e-pošta: ptmc@bath.ac.uk - internet: http://www.bat.ac.uk/ptmc ■ 7th JFPS International Symposium on Fluid Power, Toyama 2008 (7. mednarodni simpozij o fluidni tehniki, Japonskega združenje za fluidno tehniko, Toyama 2008) 15.-18. 09. 2008 Toyama, Japonska Organizator: - JFPS - internet: http://www.jfps.jp/net/7thjfps/index.htm ■ VDI-Tagung LANDTECHNIK 2008 (VDI - konferenca o kmetijski tehniki 2008) 25. in 26. 09. 2008 Stuttgart, ZRN Organizator: - Universität Hohenheim - VDI Wissensforum GmbH nadaljevanje na strani 157 Digital Hydraulics - Towards Perfect Valve Technology Matti LINJAMA, Matti VILENIUS Abstract: Digital Hydraulics is a recently developed alternative for traditional control with servo or proportional valves. The key principle is to use parallel-connected two-way on/off valves together with intelligent control. This paper analyses characteristics of different digital valve systems. It is shown that valve system having equally sized valves is in many senses optimal solution. The feasibility and achievable performance of this approach is discussed. It is shown that the technology has potential for ten times faster response than existing valves and good fault tolerance. Miniaturization is shown to be essential method in implementation of this kind of valve systems. Keywords: Digital hydraulics, on/off control, miniaturization, ■ 1 Introduction 1.1 Background Great majority of hydraulic systems are based on analogue control components, such as proportional valves and variable displacement pumps. Benefits of analogue systems are e.g. simple and smooth control. On the other hand, analogue components may be expensive and sensitive to contamination, temperature, vibration etc. Analogue systems have been superseded by digital systems in many fields. Some examples are cameras, displays, computers and music. Digital technology is not limited to electronics but it can be applied in any field of technology. Old examples are DNA code, smoke signs and Morse code, and modern examples are ABS brakes and fuel injection of modern cars [1, 2]. By definition, digital systems utilize discrete value components. Some Dr. Matti Linjama; Prof. Matti Vilenius, Tampere University of Technology, Institute of Hydraulics and Automation, Tampere, Finland general principles of digital technology are plurality of similar components (e.g. pixels), AD and DA conversion and intelligent control. Important benefits of digital technology are robustness, repeatability and fault tolerance. The most common solution is to use binary components and it is easy to determine if the signal is ON or OFF. This makes digital systems repeatable and insensitive to noise. Plurality of similar components makes digital systems redundant. For example, failure in single pixel of digital camera causes only a negligible reduction in performance. Digital components are also easier to optimize for performance because there are no requirements for linearity or hysteresis. Digital component is either ON or OFF but nothing between. Challenges of digital technology are large number of components and/or risk for jerky control. Good controllability requires proper design together with sufficient number of components or extremely fast components. Digital systems have always been more expensive at the beginning but mass production has made them cheaper than analogue counterparts. Also, increased performance, programma- bility and flexibility (e.g. MP3 player compared to LP disk) have helped to tolerate increased price. 1.2 Classification of Digital Principles in Hydraulics Digital technologies in hydraulic systems can be divided into three major classes as shown in Table 1. The simplest one is traditional on/ off technology, in which the output of the system has only two discrete values, such as motor/pump rotating or stopped, cylinder moving or stopped, pressure high or low. Hydraulic cylinder controlled to one or another end can also be included in this class. The second major class is switching techniques, which mimic principles of electric switching systems. The most popular variant is pulse width modulated (PWM) on/off valve. Switching techniques rely on extremely fast switching and the main benefit is simple hydraulic hardware. The purpose is to produce analogue-like output via high-frequency modulation and filtering. The third class is the utilization of parallel-connected components. The systems are truly digital because the output has only discrete values. Output level is defined as a sum of ou- tputs of ON components. Essential difference to switching techniques is that no switching is needed to maintain any of discrete output values. This technology is called here Digital Hydraulics. Switching techniques have been under active research already for decades. Scheidl and Manhartsgruber [5] give a good overview of switching techniques and this material is not repeated here. Some discussion can also cars [1,2]. Switching controlled pump (Table 1 (f)) has been studied in [7]. Parallel connected on/off valve series of Table 1 (h) is an old invention [8, 9], but it has been applied quite Table 1. Classification of digital principles in hydraulic circuits and some example circuits. ('Lower picture of (j) from [3]) On/Off Technology Switching Technologies Digital Hydraulics 1.3 State of the Art Basic on/off technology is not studied much nowadays. This is probably because the technology is considered as old-fashioned. However, the on/off control is the best solution for cases in which its control characteristics can be tolerated, and the approach is very popular in pneumatic systems. A short survey on on/off control is given in [4]. be found in [4]. The biggest challenge of switching techniques is the development of extremely fast, reliable and energy efficient on/off valve. Traditional valve technology seems not to be able to satisfy these requirements, but the resonance valve concept [6] seems promising approach. The most important commercial applications of switching techniques are ABS brakes and fuel injection systems of modern seldom in 20'h century [10-12]. The development of valves and control techniques has resulted in extensive research and development of this technology since 2000 [13-21]. The results of this research can be summarized as: • Digital hydraulic valve systems can significantly save energy similarly as analogue distributed valve systems [13] • The valve system is fault tolerant and failure in single valve does not prevent the use of actuator [14, 15] • Performance is comparable or better to analogue counterparts [13, 16, 17] • Rather complicated controllers are needed [13, 18-20] • Proper design is needed in order to avoid pressure peaks [21] Parallel connected pumps (Table 1 (i), left) are routinely used in many applications. Another way to implement digital pump is so called digital displacement technology shown in right side of Table 1 (i) [22, 23]. The idea is to actively control operation of each piston of the pump by on/off valves. Each piston can be independently in idle mode, pump mode or motor mode. This results in better efficiency and controllability but for some reason, the approach is not widely adopted. 1.4 Definition of Terms Used Together with Digital Hydraulics Most of this paper deals with digital valve systems, such as Table 1 (h). The terminology is not well-established and following definitions are used in this paper (see also Figure 1): DFCU (Digital Flow Control Unit) - Group of two-way two-position on/off valves connected in parallel. Digital valve system - Configuration of several DFCUs. For example, four-way digital valve system. Digital Hydraulics - Hydraulic systems, which utilizes parallel-connected binary components. Output has only certain discrete values. See Table 1. Coding or Coding scheme - Coding determines flow rates of valves of DFCUs expressed relative to the smallest valve. Some coding schemes are binary coding (1, 2, 4, 8, 16, _,2~-1), Fibonacci coding (1, 1, 2, 3, 5, 8, PN-2+ PN-1)and Pulse Number Modulation (PNM) coding (1, 1, 1, 1, ^,1). Figure 1. Some definitions of digital valve systems N-bit DFCU - DFCU with N parallel connected valves. For example, four-bit DFCU, seven-bit binary-coded DFCU. PNM-coding (PNM = Pulse Number Modulation) - Coding scheme in which all valves have the same flow capacity. PNM control - Control method in which output is changed either by opening or closing valves. This means that simultaneous opening and closing of valves never happen in DFCU. State of DFCU - Binary vector with N elements or integer number between 0 and 2N-1. State determines open and closed valves of DFCU. For example, state [10 10] or 5 means that the first and third valves are open and the second and fourth valves are closed. Step size - Change in output of DFCU when the state is changed by one. Ideally, equals to flow rate of the smallest valve of DFCU. 1.5 Objectives of the Paper The main objective is to find out, which kind of performance is possi- ble with digital valve technologies, such as shown in Table 1 (e) and (h). At first, the availability and characteristics of existing on/off valves is introduced. Then requirements set by different digital valve technologies are analyzed and performance of some valve systems is presented. ■ 2 Characteristics of On/Off Valves 2.1 Commercial Valves Commercial on/off valves are widely used in simple tasks, such as switching hydraulic motor on or off. The response time is not critical in these applications and slow response is many times advantageous in order to reduce pressure peaks. These facts have caused that commercial valves have only moderate performance. Fortunately, characteristics can be significantly improved with proper control electronics and slight modifications [24]. Table 2 presents measured characteristics of some commercial on/off valves. Problem with directly operated valves is that they cannot tolerate high pressure differentials. Pilot operated valves do not have this problem but they have longer and more varying delay. Table 2. Measured characteristics of some commercial on/off valves [16, 24] Valve type Direct operated spool (NS4) Direct operated spool (NS6) Direct operated seat valve with dynamic seal (Screw-in cartridge) Pilot operated seat valve (Screw-in cartridge) Valve manufacturer & type Bosch Rexroth 4WE420/ EG24N9K4 Moog WE43P06_ E03PC0BN Hydac WS08W-01 Sterling Hydraulics GS0205 Control electronics & modifications Opening and closing booster, structural modifications Opening and closing booster, structural modifications Opening and closing booster Closing booster Response time 8-10 ms 8-12 ms 5-8 ms 10-40 ms Nominal flow QN @ 3.5 MPa 75 l/min 200 l/min 36 l/min 52 l/min Max. pressure differential 3.5 MPa 6 MPa 3.5 MPa 21 MPa Size excluding connectors 168x37x39 mm 208x45x48 mm 36.3x95 mm 34x40x91.5 mm 2.2 Special Valves and Valve Prototypes Standard hydraulic on/off valves are not optimized to be used together with modern digital technologies. This is why many on/off valve prototypes have been developed [25-28]. Automotive industry utilizes also modern on/off valves in fuel injection, brakes and valvetrains [1, 2]. Table 3 presents characteristics of some of these valves. flow capacity, number of valves and fault tolerance. 3.1 PWM Controlled Valve The output uncertainty of PWM controlled valve can be defined as difference between target duty ratio and true duty. Uncertainty depends on both the switching time and flow uncertainty as shown in Figure 2. Uncertainty depends also on switching frequency. Relative error e caused quency and Duty is duty ratio. Equation 1 shows that error increases with frequency and decreases with duty. This means that relative error becomes very big at small duty. Situation is even worse in practice because valve opening is highly unpredictable at very short pulses [2]. Response time of PWM controlled valve depends on valve dynamics and switching frequency. Valve response time must be a small fraction Table 3. Characteristics of some special valves and valve prototypes Valve type Direct operated bistable spool Direct operated spool (NS10) Direct operated bistable seat Pilot operated seat Valve manufacturer & type Sturman Industries SI-1000 [2] Linz Center of Mechatronics GmbH [25] Tampere University of Technology [26] Tokio Institute of Technology [27] Response time 0.45 ms 2 ms 1.5-3.5 ms 1-2 ms Nominal flow QN @ 3.5 MPa 32 l/min 120 l/min 10 l/min ~6 l/min Max. pressure differential n.a. 14 MPa 21 MPa 14 MPa Size excluding connectors [mm] Approx. 110x35x35* Approx. 90x90x110* 31x28.2 Approx. 50x150* *Partial or no data available. Size estimated from figure. ■ 3 Characteristics of Digital Valve Systems This chapter analyses characteristics of PWM controlled valve and different digital valve systems. Characteristics are analysed in terms of uncertainty in output, response time, by variation in valve delay can be expressed as: (F max T min )./ Duty (1) where and are maximum and m^:K min minimum delay, f is switching fre- of switching period for successful duty control. A rule of thumb is that switching frequency is at maximum ten percent of inverse of valve response time. The basic principle of classical PWM approach is to filter output such that ripple at switching frequency remains reasonable. This ^T = Figure 2. Uncertainty of PWM duty cycle means that output bandwidth is a small fraction of switching frequency, usually less than ten percent. Thus, it can be concluded that response time of the output of the PWM valve is at least 100 times longer than response time of the valve. Good feature of PWM controlled valve is that only one valve is needed. Side effects are that the valve must pass all the flow and that fault tolerance is poor. Durability requirements are also high because of continuous high frequency switching. 3.2 Binary-Coded DFCU A binary-coded DFCU consists of N parallel connected on/off valves such that their flow capacities are [1 2 4 8 16 32 etc.]xQ1 where Q1 is the flow capacity of the smallest valve. The operation principle of the binary-coded DFCU is similar to DA converter and output has 2N discrete values depending on which valves are open. The open valves are defined via state vector, which has N elements. For example, "three-bit" binary-coded DFCU has states [0 0 0], [1 0 0], [0 1 0], [1 1 0], [0 0 1], [1 0 1], [0 1 1] and [111]. Important difference to PWM approach is that no switching is needed in order to maintain any of these output values. Steady-state output uncertainty depends on output uncertainty of open valves only. This means that relative uncertainty is constant, which allows exact control also at small openings. However, it is important to remember that DFCU can deliver only certain discrete flow rates and flow rate increases stepwise. Another steady-state uncertainty is step size uncertainty, which depends on state transition executed. Step size uncertainty is equal to sum of uncertainty of all valves, which change their state. For example, step size uncertainty of state transition [0 1 0]^[1 1 0] is equal to output uncertainty of the smallest valve while step size uncertainty of transition [1 1 0]^[0 0 1] is equal to sum of output uncertainty of all three valves. Assume for example that flow rate of the two smallest valves is two percent too big and flow rate of the third valve is two percent too small. The flow rate of state [1 1 0] is3.06xQ1 instead of 3x0^ and flow rate of state [0 0 1] is 3.92x0)^ instead of 4x0^, which gives 14 percent too small step. Practical systems have five or six valves, which means that step size uncertainty can exceed step size for certain state transitions in the binary-coded DFCU. This phenomenon has been observed also in prac- Figure 3. The effect of viscosity on characteristics of a five-bit binary-coded DFCU. Note big change in step size of state transition 15 16. [29] tice;see [29] and Figure 3. Figure 3 shows also clearly that uncertainty caused by viscosity change is proportional to flow rate. Response time of the binary-coded DFCU is equal to response time of individual valves and amplitude has no effect on response time. One special feature of the binary-coded DFCU is transient uncertainty. This is caused by the fact that certain state transitions require simultaneous opening and closing of valves. Variation in response times causes that some valve may close before another opens or vice versa. The result is short term uncertainty in the effective opening. This phenomenon has been studied in detail by Laamanen et al. [21]. Figure 4 presents transient uncertainty for a four-bit binary-coded DFCU when its state increases linearly. Uncertainty is huge in state transition [1 1 1 0]^[0 0 0 1].Theonly ways to reduce uncertainty is to use valves with very small uncertainty in response time or to part with binary coding. The binary-coded DFCU requires five or six valves for good controllability. Flow capacity of the DFCU is approximately twice the flow capacity of the biggest valve. The flow capacity of the smallest valve is 1/16 (N = 5) or 1/32 (N = 6) of the flow capacity of the biggest valve. Thus, implementation of binary-coded DFCU requires different valve sizes or extensive choking of flow rate. Figure 4. Theoretical transient uncertainty of a four-bit binary-coded DFCU when state increases linearly Fault tolerance of the binary-coded DFCU is good when compared to the PWM valve or any traditional analogue valve. Fault in any of the smaller valve has only a small effect on performance while bigger valves are more critical. It is important to detect faults in order to maintain controllability. Figure 5 presents controllability in the case of five-bit DFCU. [14] 3.3 PNM-Coded DFCU The binary-coded DFCU has the highest possible number of output levels but also some problems as described in the previous section. Pulse Number Modulation (PNM) coding is another extreme in which all valves have the same flow capacity. The number of output values is only N+1, which Figure 5. Fault tolerance of five-bit binary-coded DFCU [14] Ventil 14 /2008/ 2 means that a large number of valves is needed in order to achieve high resolution. Control principle is to open more valves when more flow is needed and close valves when less flow is needed, and there never exist simultaneous opening and closing of valves. The PNM-coded DFCU does not have problems of binary-coded DFCU, i.e.: • Step size uncertainty is small, relative to step size and independent on state transition • There is no transient uncertainty but opening is between initial and final opening during the state transition. • There is no need for different valve sizes because all valves have the same flow capacity • Fault tolerance is much better than in binary-coded DFCU. The only effect of failure in one valve is that flow rate does not increase in one state transition. The only problem of the PNM-coded DFCU is the big number of valves. For example, 31 valves are needed in order to achieve the same resolution than with five-bit binary coding. On the other hand, only one type valves are needed and mass production may be used. The required flow rate per valve is small (1/N), which helps to achieve very fast response. 3.4 Mixed PNM-Binary Coding Mixed PNM-binary coding tries to combine good characteristics binary and PNM-coding. Targets are set as follows: • In normal conditions, control strategy must be PNM control, Figure 6. Characteristic curves of pure PNM-coding and different mixed coding schemes when PNM control is used i.e. there are never simultaneous opening and closing of valves. • In fault situation, binary-like control is allowed if transient uncertainty remains small. • Number of valves must be reduced significantly from PNM-coded system • Control resolution can be reduced at bigger openings The last fact is based on analysis results of [18, 30], which shows that high resolution is needed only at small openings in four-way valve applications. Five-bit binary and 31-bit PNM-coded DFCUs are used as an example. For simplicity, it is assumed that step size is 1 l/min. Flow capacity of all valves is 1 l/min in pure PNM-coding. The number of valves can be almost halved if one 1 l/min valve is used together with fifteen 2 l/ min valves. In order to improve fault tolerance and resolution, it could be better to have two or three 1 l/min valves. Several alternatives can be derived from this principle: 1) 3x1 l/min + 14x2 l/min (17 valves) 2) 3x1 l/min+4x2 l/min+ 5x4 l/min (12 valves) 3) 3x1 l/min + 2x2 l/min + 2x4 l/min + 2x8 l/min (9 valves) Figure 6 depicts flow curves when PNM control is used. Note that all alternatives can deliver all 31 flow rates if binary like control is allowed. 3.5 Summary Table 4 summarizes characteristics of digital valve systems together Table 4. Summary of characteristics of digital valve systems studied PWM controlled valve Binary- Coded DFCU PNM-Coded DFCU Mixed- Coded DFCU Number of valves Small Moderate Very large Large Steady-state uncertainty Large Small Small Small Step size uncertainty n/a Big Small Small Transient uncertainty n/a Big Small Small Dynamic performance Poor Good Best Very good Fault tolerance None Good Best Very good Requirements for valves - High flow - Extremely fast - Extreme durability - Exact timing - High flow - Exact timing - Small size - Small size -Small size with valve requirements. PWM Valve requires big, fast and durable valve as well as small uncertainty in switching time. Binary-coded DFCU requires also relatively large valve (the biggest valve) and exact timing. Response time itself is not critical but uncertainty in response time must be small in order to reduce transient uncertainty. PNM-coded DFCU has the best characteristics but the cost is strongly increased number of valves. ■ 4 Miniaturization and PNM - Towards Perfect Valve 4.1 Definition of Perfect Valve Well known design rule is to strive for impossible in order to obtain best possible solution. This kind of impossible "perfect valve" could be defined as follows: Infinite bandwidth, no oscillations or overshoot. • No uncertainty, perfect repeatability • Unlimited durability • Characteristics independent on fluid, temperature, pressure, wear etc. • Fully programmable characteristics for optimal fit to any system • Low costs and small size • No variants, same valve can perform all necessary tasks Practical intermediate objectives could be: • Response time is small compared to pressure wave propagation speed in the system. Propagation speed is usually below 1400 m/s or 1.4 m/ms, which means that response time of 0.1 ms could be considered as fast enough. • Fewpercentgain variation may be acceptable if outer-loop feedback is used. It is not enough to have small absolute uncertainty but relative uncertainty must also be small. • Durability must cover lifetime of the system. • Valve variants for different number or ports and different flow ranges are allowed. 4.2 Is There Need for Perfect Valve? A natural question is which the benefits of perfect valve are. If the price of the valve is low, the high performance does not matter. High performance allows new functions, such as: • Active noise reduction • Compensation for pump ripple • Attenuation of pressure shock waves • Emergency functions • Bumbless transfer between different modes, such as inflow-outflow vs. differential mode or flow vs. pressure control mode. The vision is that single high performance programmable valve allows all hydraulic functions of an actuator to be implemented with the same valve. 4.3 Miniaturization as a Method to Improve Digital Valves Consider simple needle valve shown in Figure 7. Let assume that maximum needle lift x is proportional to diameter d, i.e. x = Kd. Assuming small opening (K << 1) and neglecting flow forces, the flow rate Q, closing force F and opening work Wopen can be estimated as: A =Kx sin a = d2 Kn sin a d - — sin (2a) K 1 -—sin (2a) Q = ^A Pout. = d2Kn^ sin a ■ V P 1 - K sin(2a) 2(p„ - Pout (2) P = d ^n(Pin - Pout )/4 Wopen " Fx = d (pn - Pout )' 4 These equations show that flow rate and closing force are proportional to square of diameter while opening work is proportional to cube of diameter. For example, if one valve is replaced with four smaller valves with half diameter, the result is same flow but halved opening work. The effect is even bigger in practice because smaller valve has lighter armature (mass is proportional to d3) and because shorter actuation time is needed (lighter armature and shorter stroke). It can also be assumed that volume of valve is proportional to d3. Thus, replacing big valve with several smaller valves results in smaller total volume, faster response and smaller total switching energy. Figure 7. Simple needle valve Although simplified calculations of a simple seat type valve are used, the benefits of miniaturization seem to be general. An example can be found in [2], in which characteristics of three highly optimized spool type on/off valves are presented. Volume of valve can be assumed proportional to spool travel and square of spool diameter, and flow rate is proportional to flow area. The data of [2] together with two efficiency numbers are presented in Table 5. Comparison show that switching time and relative power consumption decreases with decreasing size and that relative volume reduces or at least remains at the same level. 4.4 PNM-Coded Miniaturized Four-Way Digital Valve System Analysis of Chapter 3 shows that PNM-coded digital valve systems give the best characteristics. Miniaturization also goes together well with PNM-coding because PNM calls for plurality of small valves. Let us assume that mass production makes on/ P Table 5. Comparison of three same type high performance on/off valves [2] Name Spool diameter d [mm] Spool travel x [mm] Flow area A [mm2] Switching time [ms] Switching energy W [J] A d 2 X A W Pilot 3 0.16 0.75 0.19 0.011 0.52 68 SI-1000 6.4 0.38 10 0.45 0.30 0.64 33 SI-1500 9.5 0.64 23 1.0 0.70 0.40 33 off valves so inexpensive that PNM-coded valve systems are feasible. A four-way PNM-coded digital valve system is next outlined. The target nominal flow rate is selected 100 l/ min at 3.5 MPa per edge and the target flow resolution is 50:1. This requires 50 valves per edge or 200 valves in total. Each valve passes 2 l/min at 3.5 MPa, which means flow area of 0.6 mm2. If pilot valve of Table 5 is used to implement this kind of valve package, its characteristics will be: • Response time 0.2 ms independently on amplitude • Nominal flow rate 100 l/min at Ap = 3.5 MPa per edge • Flow resolution 50:1, actuator velocity resolution over 100:1 [18] • Relative uncertainty of flow rate few percent • Highly fault tolerant valve system • Durability of each valve over 109 cycles [2] • Programmable characteristics and possibility for differential connection [13] Clearly this is towards perfect valve in terms of response time, uncertainty, reliability and programmability. Best existing analogue servovalves have several milliseconds response time from -100 to 100 percent and hardly any fault tolerance. The big number of valves is the biggest obstacle for implementation of this kind of valves, but mixed coding of Section 3.4 can be used to reduce number of valves. ■ 5 Discussion and Conclusions Analysis results of this paper show that digital valve systems based on parallel-connected on/off valves can provide unique features in terms of performance, accuracy and fault tolerance. Miniaturized PNM-coded di- gital valve systems have the best characteristics and there are no technical obstacles for implementation of 100 l/min valve (at Ap = 3.5 MPa) with 0.2 ms full-amplitude response time. High performance allows all hydraulic functions to be implemented with same type of digital valves, which allows huge reduction of the number of different valve variants. Vision is that only one type of on/off valve with some different sizes are mass-produced and assembled into some different programmable packages. Essential question is can this kind of valve packages be produced in sufficiently low costs. The price of individual valve should be about 1 € in the four-way digital valve system of Section 4.4. It is clear that this can be achieved only in very big series. It is possible that completely different operation principles and manufacturing methods are needed. One possibility is valve matrix based on active materials, such as piezo [31]. Mixed coding seems an effective way to reduce the number of valves 50-70 percent. This requires bigger valves but may be feasible way to reduce price. Miniaturization and corresponding increase of number of components seems to be effective method for improving characteristics of digital valves. Important questions, which are not studied in this paper, are how far miniaturization gives benefits and which the effects of miniaturization on valve actuator design are. It is clear that there is a limit for the degree of miniaturization because Reynolds number decreases as a result of miniaturization. The effects of miniaturization on valve actuator may be positive or negative. At least, the relative surface area increases, which helps to prevent overheating of actuator. References [1] Wennmacher, G. 1996. Untersuchung und Anwendung schnellschaltender elektro-hydraulischer Ventile für den Einsatz in Kraftfahrzeugen. Dissertation D 82 RWTH Aachen, 183 p. (Verlag der Augustinus Buchhandlung, 1996). [2] Johnson, B., Massey, S. & Stur-man, O. 2001. Sturman Digital Latching Valve. Proceedings of the Seventh Scandinavian International Conference on Fluid Power, May 30 - June 1, 2001, Linköping, Sweden, pp. 299-314 (Vol. 3). [3] McCloy, D. & Martin, H. 1973, The Control of Fluid Power. 367 p. (Longman Group Limited, London). [4] Linjama, M., Laamanen, A. & Vilenius, M. 2003. Is it time for digital hydraulics? Proceedings of the Eighth Scandinavian International Conference on Fluid Power, May 7-9, 2003, Tampere, Finland, pp. 347-366. [5] Scheidl, R. & Manhartsgruber, B. 2005. State of the Art in Hydraulic Switching Control - Components, Systems, Applications. Proceedings CD-ROM of the Ninth Scandinavian International Conference on Fluid Power, June 1-3, 2005, Linköping, Sweden, 12 p. [6] Manhartsgruber, B. 2006. A Hydraulic Control Valve for PWM Actuation at 400 Hz. In: Johnston, D. N., & Edge, K. A. (eds.) Power Transmission and Motion Control, PTMC2006, pp. 373-385 (Hadleys Ltd, 2006). [7] Mansouri, G., Misovec, K., Johnson, B., Babbitt, G. & Sturman, O. 2001. Variable Flow Supply Using Switched-Mode Control of a Fixed-Displace- ment Pump. Proceedings of the Seventh Scandinavian International Conference on Fluid Power, May 30 - June 1, 2001, Linköping, Sweden, pp. 361-376 (Vol. 1). [8] Rickenberg, F. 1930. Valve. US Patent No. 1757059. [9] Bower, J. 1961. Digital Fluid Control System. US Patent No. 2999482. [10] Virvalo, T. 1978. Cylinder Speed Synchronization. Hydraulics & Pneumatics. Dec 1978, pp. 55-57. [11] Liu, R., Wang, X., Tao, G. and Ding, F. 2001. Theoretical and Experimental Study on Hydraulic Servo Position Control System with Generalization Pulse Code Modulation Control. In: Lu, Y., Chen, Y. & Xu, L. (Eds.) Proceedings of the Fifth International Conference on Fluid Power Transmission and Control (ICFP'2001), pp. 176-179 (International Academic Publishers, Beijing, China). [12] Tanaka, H. 1988. Electro-Hydraulic PCM Control. Journal of Fluid Control, Vol. 18, No1, pp. 34-46. [13] Linjama, M., Huova, M., Bos-tröm, P., Laamanen, A., Siivo-nen, L., Morel, L., Walden, M. & Vilenius, M. 2007. Design and Implementation of Energy Saving Digital Hydraulic Control System. Accepted for publication in the Tenth Scandinavian International Conference on Fluid Power, May 21-23, 2007, Tampere, Finland. [14] Siivonen, L., Linjama, M. & Vilenius, M. 2005. Analysis of fault tolerance of digital hydraulic valve system. In: Johnston, D. N., Burrows, C. R. & Edge, K. A. (eds.) Power Transmission and Motion Control, PTMC2005, pp. 133-146 (John Wiley & Sons, Ltd., 2005). [15] Siivonen, L., Linjama, M. & Vilenius, M. 2007. Fault Detection and Diagnosis of Digital Hydraulic Valve System. Accepted for publication in the Tenth Scandinavian International Conference on Fluid Power, May 21-23, 2007, Tampere, Finland. [16] Laamanen, A., Siivonen, L., Linjama, M. & Vilenius, M. 2004. Digital Flow Control Unit - an Alternative for a Proportional Valve? In: Burrows, C. R., Edge, K. A. & Johnston, D. N. (eds.) Power Transmission and Motion Control, PTMC2004, pp. 297308 (Professional Engineering Publishing Ltd, 2004). [17] Ahola, v., Linjama, M., Mäkita-lo, J. & Vilenius, M. 2007. High Performance Digital Hydraulic Servo System for Linear Cyclic Motion. Accepted for publication in the Tenth Scandinavian International Conference on Fluid Power, May 21-23, 2007, Tampere, Finland. [18] Linjama, M. & Vilenius, M. 2005. Improved Digital Hydraulic Tracking Control of Water Hydraulic Cylinder Drive. International Journal of Fluid Power, Vol. 6, No 1, pp. 29-39. [19] Linjama, M. & Vilenius, M. 2005. Digital Hydraulic Tracking Control of Mobile Machine Joint Actuator Mockup. Proceedings CD-ROM of the Ninth Scandinavian International Conference on Fluid Power, June 1-3, 2005, Linköping, Sweden, 16 p. [20] Boström, P., Linjama, M., Morel, L., Siivonen, L. & Walden, M. 2007. Design and Validation of Digital Controllers for Hydraulic Systems. Accepted for publication in the Tenth Scandinavian International Conference on Fluid Power, May 21-23, 2007, Tampere, Finland. [21] Laamanen, A., Linjama, M. and Vilenius, M. 2007. On the Pressure Peak Minimization in Digital Hydraulics. Accepted for publication in the Tenth Scandinavian International Conference on Fluid Power, May 21-23, 2007, Tampere, Finland. [22] Ehsan, Md., Rampen, W. & Salter, S. 2000. Modeling of Digital-Displacement PumpMotors and Their Application as Hydraulic Drives for Nonuniform Loads. Transactions of the ASME, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Con- trol, Vol. 122, pp. 210-215. [23] http://www.artemisip.com [24] Mikkola, J., Ahola, V., Lauttamus, T., Luomaranta, M., Linjama, M. & Vilenius, M. 2007. Improving Characteristics of On/Off Solenoid Valves. Accepted for publication in the Tenth Scandinavian International Conference on Fluid Power, May 21 - 23, 2007, Tampere, Finland. [25] Winkler, B. & Scheidl, R. 2006. Optimization of a Fast Switching Valve for Big Flow Rates. In: Johnston, D. N., & Edge, K. A. (eds.) Power Transmission and Motion Control, PTMC2006, pp. 387-399 (Hadleys Ltd, 2006). [26] Uusitalo, J.-P., Lauttamus, T., Linjama, M., Söderlund, L., Vilenius, M. & Kettunen, L. 2007. Miniaturized Bistable Seat Valve. Accepted for publication in the Tenth Scandinavian International Conference on Fluid Power, May 21-23, 2007, Tampere, Finland. [27] Park, S.-H., Kitagawa, A., Ka-washima, M., Lee, J.-K. & Wu, P. 2002. A Development of Water Hydraulic High Speed Solenoid Valve. Proceedings of the 5th JFPS International Symposium on Fluid Power, Nov. 13-15, 2002, Nara, Japan, pp. 137-142. [28] Aaltonen, J. & Vilenius, M. 2002. Electrohydraulic System For High Speed Gas Exchange Valve Actuation. Proceedings of the 5th JFPS International Symposium on Fluid Power, Nov. 13-15, 2002, Nara, Japan, pp. 775-780. [29] Laamanen, A., Linjama, M. & Vilenius, M. 2003. Characteristics of a Digital Flow Control Unit with PCM Control. CD-ROM Proceedings of Seventh Triennial International Symposium on Fluid Control, Measurement and Visualization, August 25-28, Sorrento, Italy, ISBN 0-9533991-4-1, 16 p. [30] Linjama, M. & Vilenius, M. 2004. Digital Hydraulic Control of a Mobile Machine Joint Actuator Mockup. In: Burrows, C. R., Edge, K. A. & Johnston, D. N. (eds.) Power Transmission and Motion Control, PTMC2004, Acknowledgement * The article was originaly published pp. 145-158 (Professional Engi- in SICFP 07, Tampere, Finland. neering Publishing Ltd, 2004). The research was supported by [31] Reynolds, G. 1989. Fluid Power the Academy of Finland (Grant no. Control Apparatus. US Patent 80411). No. 4,842,017. Digitalna hidravlika - v smeri dovršene ventilske tehnologije Razširjeni povzetek Večina hidravličnih sistemov temelji na analognih krmilnih komponentah, kot so proporcionalni in servoventili ter črpalke z nastavljivo iztisnino, katerih veliki prednosti sta enostavnost in zveznost krmiljenja. Po drugi strani sta slabosti analognih komponent visoka cena in občutljivost na umazanijo, temperaturo in vibracije. Digitalna hidravlika predstavlja nedavno razvito alternativo tradicionalnemu krmiljenju s servo- ali proporcionalnimi ventili. Prednosti digitalne tehnologije so robustnost, ponovljivost in majhna napaka tolerance. Ključni princip digitalne ventilske tehnologije v hidravliki je uporaba več paralelno povezanih dvosmernih dvopoložajnih (on/off) ventilov v povezavi z inteligentnim krmiljenjem, kar zagotavlja redundantnost digitalnih hidravličnih sistemov. V tem prispevku sta prikazana pregled in analiza različnih digitalnih ventilskih sistemov. Ventilski sistem z enako velikimi ventili je v mnogih pogledih optimalna rešitev. Izvedljivost in dosegljivost izvedbe tovrstnega pristopa krmiljenja sta v prispevku podrobneje pregledani in komentirani. Digitalna ventilska tehnologija predstavlja potencial za desetkrat hitrejši odziv, kot to omogočajo obstoječi ventili ob upoštevanju sprejemljive tolerance napake. Pri tem je miniaturizacija ventilov bistvena metoda v implementaciji tovrstnih ventilskih sistemov. Analiza rezultatov tega članka potrjuje prednosti in implementacije digitalne ventilske tehnologije ob uporabi velikega števila istega tipa ventila, kar omogoča znatno zmanjšanje različnih variant uporabljenih ventilov. Končni cilj je velikoserijska izdelava enega samega tipa dvopoložajnega ventila z nekaterimi različnimi velikostmi in kombiniranje teh ventilov v različne programabilne pakete. Pri vsem tem je ključno vprašanje, ali lahko takšni programabil-ni ventilski paketi dosežejo dovolj nizko tržno ceno. To je možno doseči le v dovolj velikih proizvodnih serijah, pri tem pa lahko nastopijo tudi možnosti popolnoma drugačnih principov delovanja in proizvodnih metod ventilov. Ob vsem tem pa ostajajo odprta vprašanja, v kolikšni meri lahko miniaturizacija pozitivno prispeva in kakšni so učinki miniaturizacije na konstrukcijo in obliko samega aktuatorja ventila. Izvleček: Digitalna hidravlika predstavlja nedavno razvito alternativo tradicionalnemu krmiljenju s servo- ali proporcionalnimi ventili. Ključni princip je uporaba paralelno povezanih dvosmernih dvopoložajnih (on/off) ventilov v povezavi z inteligentnim krmiljenjem. Vtem prispevku sta prikazana pregled in analiza različnih digitalnih ventilskih sistemov. Ventilski sistem z enako velikimi ventili je v mnogih pogledih optimalna rešitev. Izvedljivost in dosegljivost izvedbe tovrstnega pristopa krmiljenja sta v prispevku podrobneje pregledani in komentirani. Digitalna ventilska tehnologija je potencial za desetkrat hitrejši odziv, kot to omogočajo obstoječi ventili ob upoštevanju sprejemljive tolerance napake. Miniaturizacija ventilov pa je bistvena metoda v implementaciji tovrstnih ventilskih sistemov. Ključne besede: digitalna hidravlika, digitalno krmiljenje, miniaturizacija, GOSPODARSKA ZBORNICA SLOVENIJE FLUIDNA TEHNIKA inovacij« www.irt3000.si FANUC Roboti delamo 24 ur na dan. www.mikron.si Tel/fax: 01 28 34 721 Mobil: 041 668 008 E-mail: info@ mikron.si Kvantitativno ocenjevanje tveganja na slovenskem prenosnem plinovodnem sistemu - splošne in specifične značilnosti Tom BAJCAR, Brane ŠIROK, Franc CIMERMAN, Matjaž EBERLINC Izvleček: Mreža prenosnih cevovodov za zemeljski plin predstavlja v primeru poškodbe ali puščanja tudi potencialno nevarnost za okolico. Kljub izredno nizkim verjetnostim takega dogodka je naloga operaterja, da obvladuje vse možne potencialne nevarnosti, ki se še lahko pojavijo v primeru izrednega dogodka loma ali poškodbe plinovodne cevi. Zato je potrebno zagotoviti, da je tveganje, ki ga predstavlja takšen cevovod na poseljenih območjih, dovolj nizko oz. v mejah, ki so določene v skladu z zakonodajo ali s specifičnimi zahtevami upravljalca cevovoda. Kvantitativno oceno tveganja je mogoče dobiti s pomočjo ustreznih analitičnih modelov, ki na osnovi fizikalnih relacij, obstoječih statističnih baz podatkov, mehanističnih in probabilističnih pristopov ter tudi nume-ričnih simulacij omogočajo kvantitativno vrednotenje posledic dogodkov na plinovodih in njihovo predvideno pogostost. Pri tem je pomemben predvsem stalen razvoj novih pristopov in metodologij ocenjevanja tveganja, ki temeljijo na lokalnih značilnostih cevovodov in lokalnih izkušnjah ter predstavljajo nenehno nadgrajevanje obstoječega modela. Rezultat nadgradnje modela pa se kaže v večji zanesljivosti napovedi. Ključne besede: zemeljski plin, plinovodi, kvantitativno ocenjevanje tveganja, ■ 1 Uvod Tveganje oz. rizik je na splošno definiran kot merilo za pogostost in resnost poškodb zaradi nevarnosti. V tem primeru je nevarnost označena s prisotnostjo nevarne substance - zemeljskega plina, ki ima eksplozivne oz. gorljive lastnosti in lahko po- Dr. Tom Bajcar, univ. dipl. inž., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo, prof. dr. Brane Širok, univ. dipl. inž., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo, dr. Franc Cimerman, univ. dipl. inž., Geoplin plinovodi, d. o. o., Ljubljana; Matjaž Eberlinc, univ. dipl. inž., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo vzroči poškodbe na ljudeh, lastnini in okolju. Individualno tveganje dogodka (IT) predstavlja verjetnost, da lahko oseba v bližini objekta umre zaradi možnih dogodkov na tem objektu. Splošno in primerno merilo individualnega tveganja zaradi specifičnega dogodka na plinovodu se izračuna s pomočjo enačbe [1, 2]: individualno tveganje (IT) = posledica dogodka (U^) x pogostost dogodka (<^) (1) pri čemer predstavljajo posledice dogodka verjetnost umrljivosti na določeni oddaljenosti od mesta nesreče zaradi dogodka, ki se lahko zgodi kjerkoli na dolžini cevovoda in ima še vpliv na mesto računanja rizika. Pogostost dogodkov je ocenjeno število takšnih dogodkov oz. nesreč v nekem časovnem obdobju na plinovodu oz. njegovem odseku. Ocena oz. izračun rizika poteka s pomočjo posebej za obravnavani sistem prilagojenih modelov. Modeli za izračun rizika morajo slediti standardom, ki veljajo na področju računanja rizika, opirajo pa se lahko tudi na številna priporočila. ■ 2 Model za določanje kvantitativnega individualnega tveganja za cevovode z zemeljskim plinom - splošne značilnosti S pomočjo modela je mogoče ocenjevati individualno tveganje na po- Slika 1. Blokovna shema modela za izračunavanje individualnega tveganja sameznih segmentih cevovoda, torej na delih, ki imajo določene skupne lastnosti (npr. enak premer cevi, enaka ali podobna tla itd.). Postopek ocene individualnega tveganja v modelu poteka v skladu s predpisi in priporočili [2, 3]. Ta postopek je shematsko predstavljen na sliki 1 . Posamezni koraki izračuna tveganja v modelu (slika 1) so predstavljeni v nadaljevanju. 2.1 Izbor ustreznega segmenta cevovoda Za želeni odsek cevovoda je potrebno vnesti v model podatke, ki so za ta segment značilni. Ti podatki vsebujejo konstrukcijske in delovne parametre cevovoda kot tudi značilnosti terena, na katerem se cevovod oz. njegov odsek nahaja. Dolžina izbranega segmenta cevovoda je pogojena z nespremenljivostjo njegovih parametrov. Odsek cevovoda se konča tam, kjer se vsaj eden izmed vnesenih podatkov oz. parametrov cevovoda spremeni. Parametri oz. podatki izbranega segmenta cevovoda, ki vstopajo v model, so: - notranji premer cevi segmenta cevovoda, - debelina stene cevi segmenta cevovoda, - delovni tlak, - oddaljenost segmenta cevovoda od kompresorske postaje, - globina vkopa cevovoda oz. višina nasutja, - uporaba dodatnih zaščitnih sredstev, - območje poseljenosti - gostota prebivalstva (3 območja), - plazovitost območja, - leto izdelave cevovoda. Vhodni parametri vstopajo v model v obliki tekstovnih datotek, ki so izdelane neposredno preko geografskega informacijskega sistema (GIS) in so poslane na računalnik oz. sistem, na katerem deluje model za izračun tveganja. 2.2 Določitev posledic možnega dogodka Dogodek na cevovodu z zemeljskim plinom je v danem primeru obravnavan kot neželen izpust plina iz cevovoda skozi poškodbo na cevovodu ter vžig uhajajočega plina, posledice takšnega dogodka pa so poškodbe na ljudeh in objektih zaradi toplotnega sevanja gorečega plinskega curka ter ekonomska in gospodarska škoda na večji oddaljenosti od cevovoda, kjer je prišlo do poškodbe. Model se bo omejil na določanje individualnega rizika za ljudi. Slika 2 shematsko prikazuje izpostavljenost osebe, ki se v času nesreče rn// / r / k' h V C 1 1 1 cevovod L= I. + L Slika 2. Območje vpliva posledic nesreče na cevovodu na lokacijo S na cevovodu nahaja na mestu S na oddaljenosti h od cevovoda. Mesto dogodka je označeno s točko S'. L označuje dolžino dela cevovoda, na kateri ima nesreča še vpliv na osebo na mestu S; domet posledic dogodka je označen z mejno oddaljenostjo (rh) in je določen z mejno (tj. še sprejemljivo) gostoto toplotnega toka, ki deluje na človeka. Te vrednosti so priporočene oz. predpisane v različnih dokumentih in priporočilih [2, 3]. Na oddaljenostih r > rh nesreča nima več bistvenega vpliva na osebo, ki se nahaja na mestu S. Za določitev posledic dogodka je potrebno poleg ocene smrtnosti upoštevati tudi dolžino L cevovoda oz. njegovega odseka, kjer dogodek še lahko vpliva na osebo na mestu S. Določevanje posledic možnega dogodka je sestavljeno iz: - ocene verjetnosti smrtnosti P: na tem mestu je potrebno preko matematičnega modeliranja fizikalnih pojavov ter statističnih metod izračunati količino iztečenega plina iz poškodbe v časovnem intervalu (običajno 20-30 s), gostoto toplotnega sevanja [4] zaradi gorenja tega plina ter preko empiričnih formul (funkcije Probit, [3]) določiti verjetnost smrtnosti za posameznika; - integracije izračunane verjetnosti smrtnosti P vzdolž vplivne dolžine cevovoda L. Verjetnost smrtnosti P ima porazdelitev, ki se lahko oceni s pomočjo naslednje enačbe [3, 5]: P = 1 Pr-5 e 2 dx (2) kjer je t^ čas izpostavljenosti, I pa je sevalni toplotni tok na izbrani lokaciji S. Pri enačbi 3 je upoštevan dogovor, da je pri izpostavljenosti toplotnemu toku I = 9,84 kW/m2 v trajanju te = 20 s verjetnost smrtnosti P = 0,01e[3]. Sevalni toplotni tok se v poenostavljeni obliki določi s pomočjo enačbe 4 [4]: (4) ßz = kjer je x je enak (Pr-5)/ s standardno deviacijo a =1, argument Pr pa je verjetnostna enota (= probability unit - PROBIT), ki predstavlja zvezo med količino obremenitve (npr. tlaka, toplote ali toksičnosti) in posledicami na sprejemnikih te obremenitve. Vrednosti Pr so empirično določene; v primeru termičnega učinka gorečega curka je ta vrednost [3]: Pr = -36,38 + 2,56 • ln([43 • t^) (3) K + 1 K+1 K-1 (5) kjer je d premer cevi, k je razmerje specifičnih toplot plina, po je gostota plina pri obratovalnih pogojih v cevovodu, po zastojni tlak pri istih pogojih, a pa predstavlja razmerje med efektivno površino poškodbe in površino prečnega prereza cevi. Efektivni masni tok plina Q iz poškodbe na cevovodu je odvisen od natančno določenega časa vžiga, kar je pomembno za določitev smrtnosti. V tem primeru se lahko smrtnost oceni na podlagi upoštevanja konstantnega masnega toka plina, kjer je upoštevana kratka zakasnitev vžiga od trenutka izpusta plina. V splošnem velja za efektivni masni tok plina Q^ predpostavka [4]: Öe = C • Ö, , (6) kjer je n razmerje med sevalno toploto in celotno toploto, ki se sprosti pri gorenju, Ta je prepustnost atmosfere za sevanje, Q je masni tok izpuščenega plina, Hk predstavlja kurilnost plina, r pa je oddaljenost izbrane lokacije S od izvora toplote. Model za izračun rizika upošteva 3 vrste poškodb cevovoda v skladu s klasifikacijo EGIG [6]. Pri tem so poškodbe aproksimirane z luknjami okrogle oblike z ostrimi robovi, in sicer: 1. poškodbe 1: (t. i. »pinhole«): premer luknje je manjši od 2 cm, 2. poškodbe 2: premer luknje je večji od 2 cm in manjši od premera cevovoda, 3. Poškodbe 3: premer luknje je velikosti premera cevovoda ali večji (pretrganje cevovoda). Poleg odvisnosti od velikosti poškodbe pa se masni tok plina skozi poškodbo s časom spreminja (pada); največji je na začetku. Začetni masni tok Qz je mogoče oceniti s predpostavko zvočnega toka skozi odprtino [7] kjer je koeficient upadanja C odvisen od velikosti cevi, tlaka v cevi v času nesreče, predpostavljenega časa vžiga in časa, ki je potreben za povzročitev poškodb na ljudeh. Z znanimi vrednostmi Qe je mogoče preko enačbe 4 rešiti enačbo 3 in s pomočjo zakona porazdelitve verjetnost smrtnosti (enačba 2) določiti odvisnost verjetnosti smrtnega izida P od oddaljenosti od mesta izpusta r. Ocena vplivne dolžine izbranega segmenta cevovoda oz. integracija smrtnosti vzdolž cevovoda poteka v modelu s pomočjo numeričnega izračuna. Potek vrednosti izračunane verjetnosti umrljivosti je razdeljen na n odsekov od P = 0,01 do P = 1. Posledice nesreče (n) zaradi poškodbe i se nato lahko ocenijo z vsoto zmnožkov vseh povprečnih smrtnosti Pn na posameznem odseku in njim ustreznih vplivnih dolžin cevovoda Ln: ^ ^ n (7) i = 1, 2, 3 Natančnost ocene utežne dolžine (enačba 7) narašča z naraščanjem števila odsekov n. 2.3 Določitev pogostosti dogodkov Frekvenca oz. pogostost nesreč predstavlja drugo stopnjo določevanja individualnega rizika (enačba 1). Model se v prvi fazi opira predvsem na obstoječe evropske baze podatkov. Ti podatki temeljijo na statistični obdelavi nesreč, ki so bile zabeležene v več desetletjih. Pogostost nesreč je v največji meri določena glede na bazo podatkov, ki jih zbira in obdeluje Eu- 3 ropean Gas Pipeline Incident Data IT = -(ß, Group - EGIG [6]. Zaradi obsežne i=i zgodovine in zaradi obravnavanja razmer v evropskem prostoru je bila ta baza izbrana za osnovo pri določanju pogostosti nesreč v modelu za izračun individualnega rizika. meru treh različnih velikosti poškodb dobi enačba 1 obliko: (8) že Pri tem je v frekvenci dogodkov upoštevana ustrezna verjetnost vžiga plina po tabeli 2. Slika 3 predstavlja primer videza rezultata modela Tabela 1. Podatki o dogodkih na cevovodih za transport zemeljskega plina na ozemlju srednje in zahodne Evrope med leti 1970 in 2004 (vir: EGIG, [6]^ Vzrok poškodbe Delež vseh poškodb [%] Posegi tretjih oseb 49,7 Konstrukcijski defekti 16,7 Korozija 15,1 Premiki tal 7,1 Napačni priključki na cevovodu 4,6 Drugo 6,7 Skupaj 100 Tabela 2. Verjetnost vžiga izhajajočega plina glede na vrsto poškodbe cevovoda (vir: EGIG, [6]; Vrsta poškodbe Verjetnost vžiga plina (%) Poškodba 1 3 Poškodba 2 2 Poškodba 3 (notranji premer cevi < 406 mm) 9 Poškodba 3 (notranji premer cevi > 406 mm) 30 Tabela 1 prikazuje delež vseh nesreč po klasifikaciji EGIG, ki odpade na posameznega povzročitelja. Na končno vrednost individualnega rizika vplivajo vsi dogodki, vendar imajo bistven vpliv le tisti, pri katerih pride do značilnega deleža poškodb v obliki pretrganja cevovoda. To pa so po tabeli 1 dogodki, katerih vzrok so predvsem posegi tretjih oseb. Vsi ostali vzroki imajo splošno gledano manjši vpliv na tveganje, vendar se lahko v specifičnih (lokalnih) razmerah njihov vpliv močno poveča. V povprečju se plin vžge le v okoli 4 % neželenih izpustov [6], verjetnost vžiga pa je pogojena tudi z velikostjo poškodbe (tabela 2). - porazdelitev vrednosti tveganja z odmikom od cevovoda. Dobljeni rezultati modela za izračun tveganja se primerjajo z zahtevami po vrednostih individualnega rizika 2.4 Ocena tveganja skladu Ocena tveganja poteka enačbo 1 po tem, ko so določene posledice in pogostosti dogodkov. V pri- Slika 3. Porazdelitev individualnega tveganja mikom h od cevovoda z zemeljskim plinom na predpisanih oddaljenostih od cevovoda s strani zakonodaje [8] ali pa s strani upravljalca cevovoda. V primeru previsoke vrednosti individualnega rizika na izbranem mestu ob cevovodu je mogoče z modelom spremeniti vrednost rizika s spremembo vhodnih parametrov. Pri tem sta najpomembnejša globina vkopa cevovoda in dodatna zaščita cevovoda v obliki opozorilnih trakov, betonskih plošč ali kinet. Na velikost tveganja je mogoče vplivati tudi s spremembo ostalih parametrov, ki pa so v glavnem le teoretične narave (območje poseljenosti, starost cevovoda) ali pa so za upravljalca izvedbeno kot tudi ekonomsko večinoma neupravičljivi (spremembe konstrukcijskih ali obratovalnih parametrov, kot so notranji premer cevovoda, debelina stene cevi, delovni tlak v cevovodu). ■ 3 Prilagoditev ocene tveganja lokalnim pogojem - specifične značilnosti Značilnost zgoraj opisanega modela za ocenjevanje tveganja je konzervativnost napovedi, ki je značilna za začetno stopnjo razvoja modela. Konzervativnost omogoča določeno stopnjo varnosti, ki se odraža v pretirani napovedi tveganja, hkrati pa veča tudi negotovost ocene tveganja. Zaradi tega takšne napovedi pogosto niso dovolj natančne oz. opravičljive za konkreten primer, predvsem s stališča lokalne rabe prostora ter varnosti in z njo povezanih omejitev za lokalno prebivalstvo. Cilj razvoja modela je zato nenehno nadgrajevanje z izboljšanimi metodami ocenjevanja tveganja z manjšimi negotovostmi, kar je v praksi zaželeno tako z ekonomskega kot tudi z varnostnega vidika. Poglavitni vzroki negotovosti ocene izvirajo predvsem iz: IT z od- - poenostavitev računanja, ki so vpeljane tako, da večajo konzervativnost ocene tveganja, - nepopolnosti obstoječih podatkovnih baz, - labe statistične popisanosti dogodkov, - posplošenosti informacij oz. podatkov. Bistven dejavnik, ki omogoča izboljšanje ocene tveganja, je predvsem prehod od splošnega k specifičnemu obravnavanju problema oz. prehod od globalnih k lokalnim razmeram. To pomeni, da je potrebno modificirati oz. razviti ter vpeljati v model takšne metode, ki omogočajo boljšo prilagojenost dejanskim razmeram na obravnavanem odseku cevovoda. Pri tem ima velik pomen tudi gradnja in uporaba lastnih podatkovnih baz z močno lokalno naravnanostjo. Izboljšava modela s ciljem izboljšati oceno tveganja poteka tako na dveh nivojih: a) izboljšava analize posledic dogodkov, b) izboljšava analize pogostosti dogodkov. Pri analizi posledic dogodkov gre predvsem za natančnejše določanje toplotnega sevanja plina. Uporabljenim analitičnim metodam pri tem predstavljajo alternativo nume-rične metode, ki so v zadnjih desetletjih doživele močan razvoj. Rezultati numeričnih metod služijo za oblikovanje multiregresijskih fenomenoloških relacij med sevanjem in ostalimi bistvenimi parametri cevovoda in poškodb, ki jih uporabljene analitične metode ne zajemajo v celoti. Pomembno področje izboljšave napovedi tveganja pa predstavlja analiza pogostosti dogodkov, ki vključuje predvsem vrednotenje uporabe zaščitnih ukrepov ter vpliva okolice cevovoda na tveganje. Pri tem je upoštevanje lokalnih razmer na cevovodu praktično neizogibno, osnove za analizo pogostosti dogodkov pa ne predstavljajo več samo statistične baze podatkov, pač pa se vpeljujejo tako mehanistični kot tudi probabi-listični pristopi k reševanju proble- ma. Dva primera takšnih izboljšav, izdelanih predvsem z namenom upoštevanja lokalnih specifičnih razmer na slovenskem plinovodnem omrežju, bosta v kratkem orisu predstavljena v nadaljevanju. 3.1 Določanje pogostosti dogodkov na cevovodu zaradi plazov Cevovodi z zemeljskim plinom so večinoma vkopani v tla, ki so geološko stabilna. Kljub temu se je na trasi s cevovodom pogosto težko ali praktično nemogoče izogniti geološko nestabilnim tlem. Na takšnih tleh je cevovod izpostavljen zemeljskim zdrsom ali plazovom, ki lahko tako močno poškodujejo cevovod, da pride do neželenega uhajanja plina. Mnoge statistične baze podatkov, kot npr. baze EGIG [6], posredujejo informacije o pogostosti dogodkov na cevovodih z zemeljskim plinom zaradi premikov tal, vendar te informacije veljajo le na splošno (povprečene so npr. za celotno območje EU). Poleg tega tam ni javno dostopnih informacij o podrobnostih, kot so tip plazovi-te zemljine, geološka klasifikacija plazovitega območja, predvsem pa informacija o spremljanju premikov tal na plazoviti lokaciji. Negotovost rezultatov analize pogostosti se lahko zato na poljubnem lokalnem primeru močno poveča. Predlagana izboljšava napovedi pogostosti dogodkov na cevovodu zaradi plazov temelji predvsem na lokalnih podatkih o večletnih premikih zemljin na izbrani lokaciji plinovodne trase. Cevovod je obravnavan kot nosilec, ki je izpostavljen silam zaradi premikajoče se zemljine, ki je v stiku s cevovodom. Na cevovodu, ki prečka plazovito območje pod poljubnim kotom, se zaradi zdrsa zemljine pojavijo natezne, tlačne ter upogibne obremenitve (slika 4). Velikost obremenitev je odvisna od velikosti plazovitega območja in od velikosti zemeljskih premikov na tem območju. Pri tem so upoštevane naslednje predpostavke: - periodično merjeni zemeljski premiki so neodvisni od premikov, ki so bili izmerjeni eno časovno periodo nazaj. To pomeni, da posamezni zemeljski premiki, izmerjeni ob določenem času oz. časovni periodi, predstavljajo naključno porazdeljene vrednosti znotraj vzorca, tj.znotraj celotne lokalne baze podatkov o premikih; - premiki zemljine vzporedno z vzdolžno osjo cevovoda povečujejo vzdolžne napetosti v cevovodu; - premiki zemljine pravokotno na vzdolžno os cevovoda povzročajo upogibanje cevovoda v tej smeri; - vpetje cevovoda se nahaja izven območja zemeljskega zdrsa. Položaj zemljine pred zdrsom upogib, nateg upogib, tlak Položaj zemljine po zdrsu Vkopani cevovod Slika 4. Obremenitve cevovoda, ki prečka plazovito območje pod poljubnim kotom Ocena pogostosti plazov, ki lahko poškodujejo cevovod, tako vključuje dva koraka: - določitev velikosti zemeljskega zdrsa oz. kritičnega premika zemljine, ki je dovolj velik, da povzroči pretrganje cevovoda na dani lokaciji; - ugotovitev verjetnosti takšnega dogodka glede na večletno lokalno bazo podatkov o premikih zemljine na dani lokaciji. Pri prvem koraku gre predvsem za trdnostni preračun mejnih obremenitev, ki jih cevovod še zdrži, ne da bi se pretrgal. Pri tem igrajo bistveno vlogo material in gabariti cevovoda, tlak plina ter velikost območja zemeljskega zdrsa oz. upogibna krivulja cevovoda [9]. Po določitvi kritičnega upogiba oz. kritične upogib-nice cevovoda je mogoče v drugem koraku dobljeno vrednost primerjati z vrednostmi meritev zemeljskih premikov na izbranih mestih na pla-zovitem območju. S pomočjo statističnih testov za preverjanje hipotez, kot sta npr. T-test ali test hi-kvadrat, je mogoče neposredno določiti verjetnost za nastanek kritičnega upogiba cevovoda. 3.2 Določanje vpliva opozorilnih znamenj (markerjev) na tveganje Uporaba dodatnih zaščitnih ukrepov na cevovodih z zemeljskim plinom zmanjšuje tveganje zaradi posegov tretjih oseb na območju trase cevovoda, ki lahko poškodujejo cevovod do te mere, da pride do nenadzorovanega izpusta plina in njegovega vžiga. Dodatna zaščita cevovodov deluje kot fizična ovira (npr. zaščitne plošče) ali pa kot opozorilo (trakovi in markerji). Težava nastopi predvsem pri dejanski oceni zmanjšanja tveganja zaradi posameznega zaščitnega ukrepa. Pri tem še posebno izstopajo markerji, saj se ti v skladu s standardi in priporočili pojavljajo regularno vzdolž celotne trase cevovoda in je samo na osnovi statistike zaradi tega težko določiti delež njihovega vpliva na tveganje v primerjavi z nezaščitenimi deli cevovoda. Poleg tega je na območju Slovenije količina podatkov o poškodbah na cevovodih skopa, zato je samo statistično obravnavanje problema praktično izključeno. Videz tipičnega markerja na slovenskem plinovodnem omrežju, ki služi tudi za opazovanje trase plinovoda iz zraka, je prikazan na sliki 5. dja na vidljivost oz. zmožnost prepoznavanja predmeta. Ta zveza ima za barvni prostor CIE XYZ splošno obliko: Y max Y ai -k = ao + ai - e 1 ^ (9) Slika 5. Videz markerja plinovodne trase (t. i. zračni marker) Predlagana metoda ocene vpliva mar-kerjev na tveganje na cevovodih z zemeljskim plinom izhaja iz dejstva, da marker deluje predvsem vizualno, torej je učinkovit le, kadar ga opazijo tretje osebe, ki so na trasi cevovoda. Vizualna ostrina predstavlja zmožnost prepoznavanja predmetov na daljavo. Določena je z najmanjšim kotom, ki pokriva vidno polje človeškega očesa in omogoča prepoznavanje predmetov oz. oblik, ki jih ta kot oklepa. Statistično je velikost tega kota enaka 5 kotnim minutam, kar sovpada z zmožnostjo prepoznavanja črk, ki oklepajo tak kot, za ljudi, ki imajo 100-odstotni vid [10]. To pomeni, da je takšen kot potreben za zaznavanje ostrih oz. jasnih robov različnih oblik predmetov. Opisane značilnosti zaznavanja predmetov oz. oblik na daljavo veljajo v primeru kombinacije bele (ozadje) in črne (predmet), ki imata visoko razmerje svetlosti oz. visok svetlostni kontrast. Druge kombinacije barv bistveno prispevajo k zmožnosti prepoznavanja predmetov na daljavo. Glede na do sedaj opravljene raziskave [11, 12] prepoznavanja oblik oz. predmetov na ozadju poljubne barve je bilo ugotovljeno, da ima pri tem bistveno vlogo barvni kontrast oz. razlika v svetlosti med barvo predmeta in barvo ozadja. Svetlost barve je mogoče določiti na podlagi različnih barvnih modelov oz. prostorov (npr. CIE XYZ, CIE Lab, RGB, itd.) [13]. Na osnovi analize izdelanih raziskav na večji populaciji ljudi [14] je mogoče ugotoviti vpliv svetlostnega kontrasta barvne kombinacije predmeta in oza- kjer je Ymx/Y razmerje svetlosti barvne kombinacije predmeta in ozadja (pri tem je v števcu vedno svetlost višje vrednosti od tiste v imenovalcu oz. Y^JY >1). kv je koeficient vidnosti, ki predstavlja razmerje med prepoznavnostjo oblike v dani barvni kombinaciji in prepoznavnostjo črno-bele barvne kombinacije, kar je določljivo na osnovi empiričnih podatkov [14]. Koeficienti ao, a1 ter a2 se določijo na osnovi znanih eksperimentalno določenih oz. empiričnih vrednosti Ymx/Y in kv s pomočjo aproksimativ-nih metod. Celoten postopek ocene vpliva markerjev na tveganje na cevovodu poteka v naslednjih korakih: - določitev oddaljenosti H, na kateri je marker črne barve viden oz. prepoznaven na belem ozadju (najmanjša izmera table markerja mora oklepati kot 5'' vidnega polja opazovalca s 100-odstotnim vidom); - določitev svetlosti povprečne barve markerja; - določitev svetlosti povprečne barve ozadja (okolice) markerja. Pri tem je potrebno upoštevati, da se barva ozadja markerja spreminja predvsem zaradi letnih časov; - določitev koeficienta vidnosti kv iz razmerja svetlosti markerja in ozadja (enačba 9); - izračun dejanske oddaljenosti, na kateri je marker določene barve na povprečni barvi ozadja prepoznaven: Hdej = H. kv; - pri poznavanju povprečne razdalje med dvema markerjema L sledi določitev deleža te razdalje, kjer je marker viden (= 2 . Hde./L); - povezava dobljenih rezultatov s statističnimi podatkovnimi bazami o dogodkih na cevovodih. Zadnji korak predpostavlja, da so se dogodki, ki so v bazah podatkov klasi-ficirani kot dogodki na cevovodu brez markerjev, dejansko zgodili na cevo- vodu, ki je bil opremljen z markerji v skladu s standardi, vendar noben izmed markerjev ni bil v času in na mestu dogodka viden. Obstoj statistične baze podatkov o dogodkih na cevovodih je tako tudi pri ocenjevanju vpliva markerjev na tveganje ključnega pomena, kar za velike operaterje ne predstavlja posebne težave. Manjši operaterji, ki takšnih baz ne posedujejo, pa lahko uporabijo baze večjih operaterjev [15] ob predpostavki podobnosti lokalnih značilnosti cevovoda s tistimi iz tuje baze podatkov. ■ 4 Zaključki Prispevek predstavlja model za kvantitativno oceno individualnega tveganja na plinovodnem sistemu na osnovi obratovalnih in konstrukcijskih parametrov cevovoda ter parametrov okolice. Postopek ocenjevanja tveganja je izveden v skladu z veljavnimi mednarodnimi standardi na tem področju. Model vključuje tako analizo posledic dogodkov na cevovodih kot tudi analizo pogostosti dogodkov. Matematično modeliranje posledic dogodkov (iztok plina, toplotno sevanje) je izvedeno s pomočjo enodimenzionalnega modela. Določanje pogostosti nesreč poteka na tej stopnji v modelu na osnovi evropskih baz podatkov (EGIG). Poleg splošne zgradbe modela je predstavljena tudi nadgradnja mode- la oz. upoštevanje lokalnih razmer na osnovi lastnih izkušenj, lokalnih podatkovnih baz in novih metodologij obravnavanja problema z namenom izboljšanja zanesljivosti ocene tveganja. Prilagojenost lokalnim razmeram predstavljata predvsem novi metodi obravnavanja vpliva tretjih oseb (markerji) in zemeljskih premikov na tveganje. Literatura [1] ASME, Gas Transmission and Distribution Piping Systems, ASME B31.8:2004, 2004. [2] CSChE, Risk Assessment - Recommended Practices for Municipalities and Industry, Canadian Society for Chemical Engineering, Ottawa, 2004. [3] CPR 18E Purple Book, Guideline for Quantitative Risk Assessment, Committee for the Prevention of Disasters, The Netherlands, 1999. [4] Jo, Y.-D., Ahn, B. J., A method of quantitative risk assessment for transmission pipeline carrying natural gas, Journal of Hazardous Materials A123 (2005), str. 1-12. [5] Lees, F. P., Lee's loss prevention in the process industries: hazard identification, assessment and control, Elsevier/ButterworthHeinemann, Amsterdam, 2005. [6] EGIG, Gas Pipeline Incidents 6th Report 1970-2004, 2005. [7] Yuhu, D., Huilin, G., Jing'en, Z., Yaorong, F., Mathematical modeling of gas release through holes in pipelines, Chemical Engineering Journal, 92 (2003), str. 237-241. [8] Uradni list RS, št. 60-3175/2001, Pravilnik o tehničnih pogojih za graditev, obratovanje in vzdrževanje plinovodov z delovnim tlakom nad 16 bar. [9] O'Rourke, M.,J., Liu, X. (editors), Response of Buried Pipelines Subject to Earthquake Effects. Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering and Research (MCEER), MCEER Monograph No-3, 1999. [10] Valberg, A., Light, vision, color. J. Wiley & Sons, Chichester, 2005. [11] Tinker, A. M., Legibility of Print, Ames, IA: Iowa State University Press, 1963. [12] Lin, C.-C., Effects of contrast ratio and text color on visual performance with TFT-LCD, International Journal of Industrial Ergonomics 31 (2003), str. 65-72. [13] Hunt, R. W. Measuring colour, 3rd edition, Fountain Press, 1998. [14] Gradišar, M., Humar, I., Turk, T., The Legibility of Colored Web Page Texts, Proceedings of the ITI 2007 29th Int. Conf. On Information Technology Interfaces, June 25-28, 2007, Cavtat. [15] Mather, J., Blackmore, C., Petrie, A., Treves, C., An assessment of measures in use for gas pipelines to mitigate against damage caused by third party activity, Contract Research Report 372/2001, Health and Safety Executive, 2001. Quantitative risk assessment of the transmission gas pipeline system in Slovenia - general and specific characteristics Abstract: The transmission pipeline network for natural-gas transportation represents a potential danger to the environment in the event of damage or gas leaks. In spite of the very low probability of such an event, the pipeline operator should be able to cope with any possible potential danger, which could occur as a consequence of a damaged pipeline. Therefore, it should be ensured that the risk due to such pipelines in populated areas is low enough, or inside boundaries, specified by the legislation or the specific requirements of the pipeline operator. A quantitative risk assessment can be executed through the appropriate analytical models based on physical relationships, statistical databases, mechanical and probabilistic approaches, as well as numerical simulations, which enable a quantitative evaluation of the event frequencies and their consequences. Of particular importance is the continuous development of new approaches and the methodologies of risk assessment, which are based on the local characteristics of pipelines as well as on local experience; it represents a continuous upgrading of the model. The results of such an upgrade are felt through the increased reliability of the risk predictions. Keywords: natural gas; pipelines; quantitative risk assessment, nadaljevanje s strani 137 Informacije: - VDI Wissensforum GmbH, Postfach 10 11 39, 40002 Düsseldorf, BRD; Birge König, tel.: + 0211-6214-359, faks: + 0211-6214-430, e-pošta: koenig.b@vdi.de, internet: www.vdi.de/landtechnik 2008 ■ The 20th International Conference on Hydraulics and Pneumatics (20. mednarodna konferenca o hidravliki in pnevmatiki) 29. 09.-01. 10. 2008 Praga, Češka Informacije: - ga. Hana Kropikova - faks: + 420 267 913 943 - e-pošta: hkropikova@telecom.cz - internet: http://www.jasta.cz ■ MAINTAIN 2008 (Mednarodni strokovni sejem industrijskega vzdrževanja) 14.-16. 10 2008 München, ZR Nemčija Organizator: - M. O. C. Veranstaltungscenter, München Informacije: - internet: www.maintain-europe.com ■ 5. Kolloquium Mobilhydraulik (5. Kolokvij mobilne hidravlike) 16.-17. 10. 2008 Karlsruhe, ZR Nemčija Organizatorja: - Institut für Landmaschinen und Fluidtechnik (ILF) - Braunschweig - Lehrstuhl für mobile Arbeitsmaschinen (MOBIMA) - Karlsruhe Tematika: - Hidravlika na mobilnih delovnih strojih - Vozni pogoni - Elektrohidravlična krmilja in regulatorji nadaljevanje na strani 173 Delo na daljavo v proizvodnem okolju Peter BUTALA, Ivan VENGUST, Alojzij SLUGA Izvleček: Z razvojem komunikacij in interneta postaja delo na daljavo na marsikaterem področju resna alternativa klasičnemu načinu dela. Seveda pa se postavlja vprašanje, ali je delo na daljavo ustrezna alternativa tudi pri izvajanju delovnih procesov v materialni proizvodnji. V prispevku so podane nekatere možnosti spremljanja, nadzora, upravljanja in vzdrževanja delovnih sistemov v proizvodnji na daljavo. Predstavljen je kibernetski koncept podpore proizvodnih operacij in procesov, ki je ilustriran z vrsto realiziranih primerov iz raziskovalnega kot tudi industrijskega okolja. Zozirom na odzive industrijskih uporabnikov je pristop relevanten in prinaša številne potenciale za posodobitev in racionalizacijo dela v industriji ter uvajanje povsem novih pristopov k strukturiranju, vodenju in krmiljenju proizvodnih procesov. Ključne besede: proizvodni sistem, nadzor, krmiljenje, oddaljen dostop, informacijska podpora, ■ 1 Izhodišča in motivacija Delo na daljavo postaja resna alternativa klasičnim oblikam dela. Motiv je zelo jasen - z novimi pristopi, metodami in tehnologijami dela postati bolj odziven, fleksibilen, učinkovit in racionalen, skratka bolj konkurenčen. Danes je delo na daljavo značilno za tiste delovne procese, ki temeljijo na procesiranju informacij. Pri tem kraj in običajno tudi čas izvajanja procesa nista pomembna. V proizvodnji pa se poleg informacijskih procesov opravlja tudi vrsta procesov transformacije materiala. Ti se izvajajo na ustreznih strojih ali napravah, torej na točno določenem kraju. Ti procesi so dinamični in Izr. prof. dr. Peter Butala, univ. dipl. inž., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo; dr. Ivan Vengust, univ. dipl. inž., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo; PS, d. o. o., Logatec; Izr. prof. dr. Alojzij Sluga, univ. dipl. inž., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo potekajo v realnem času. Navedeni značilnosti sta ključni za presojo možnosti in smiselnosti dela na daljavo kot tudi za razvoj in implementacijo tovrstne podpore v materialni proizvodnji. Pri razvoju rešitev za podporo dela na daljavo igrajo pomembno vlogo sodobne informacijsko-komunika-cijske tehnologije (IKT), ki nudijo nove možnosti za podporo razvoju, operacijam in vzdrževanju delovnih sistemov na daljavo. Članek izhaja iz prispevka, ki je bil predstavljen na posvetu Avtomatizacija strege in montaže 2007 [1], in podaja nekatere konceptualne rešitve in primere izvedbe podpore dela na daljavo za delovne procese v proizvodnji. Nekatere predstavljene rešitve so se uveljavile tudi v industriji. ■ 2 Tehnološke možnosti za podporo delu na daljavo Delovni procesi v proizvodnji potekajo na dveh nivojih: • na nivoju t. i. elementarnih delovnih sistemov, kjer se izvajajo delovni procesi (npr. struženje, montaža, testiranje), • na nivoju proizvodnega sistema kot zaokrožene celote (npr. delavnice, delovne enote obrata), kjer potekajo proizvodni procesi oz. proizvodne operacije kot množica opravil, ki se izvajajo zaporedno in/ali vzporedno na elementarnih delovnih sistemih. Da se navedeni procesi lahko izvajajo učinkovito in ažurno, je potrebno opravljati še vrsto upravljavskih procesov (npr. načrtovanje, koordiniranje, krmiljenje, nadzor) in podpornih procesov (npr. oskrba z informacijami, materialom, orodji in energijo, kontrola kakovosti, vzdrževanje). Pri vseh teh procesih ima pomembno vlogo človek, ki potrebuje za kakovostno delo in odločanje zanesljive in ažurne informacije. Informacija je torej eden od najpomembnejših elementov vodenja operacij proizvodnih sistemov. Ključna problema proizvodnje sta zbiranje in upravljanje velikega volumna podatkov v realnem času ter posredovanje ustrezno pripravljenih informacij ob pravem času na mesta dela in odločanja. Da bi to dosegli, je potrebno doseči razvidnost proizvodnih in delovnih sistemov, to je možnost dostopanja do informacij o sistemu in njegovem stanju od koderkoli in kadarkoli. Glede na današnjo dosegljivost IKT tehnologij in orodij se odpirajo možnosti dela na daljavo tudi v proizvodnji. Internet in svetovni splet sta za realizacijo tovrstnih komunikacij ključni tehnologiji. Vedno pomembnejšo vlogo igrajo mobilne tehnologije in tehnologije brezžične komunikacije, tako na nivoju dostopa do sistemov preko interneta (npr. GPRS, Wi-Fi), na nivoju identifikacije med posameznimi sistemi (RFID) in na nivoju povezovanja posameznih elementov sistema, kot npr. brezžičnega povezovanja senzorjev za zbiranje podatkov (npr. Bluetooth, ZigBee). S temi tehnologijami se odpirajo možnosti za razvoj t. i. ambientalne inteligence za prodorne (pervasive) in vsepovsod (ubiquitous) prisotne e-storitve, neodvisne od lokacij v proizvodnem okolju! ■ 3 Delo na daljavo v proizvodnji Človek kot subjekt je element vsakega delovnega sistema v proizvodnji [2]. Z višanjem stopnje avtomatizacije se vloga subjekta v sistemu spreminja in njegova stalna fizična prisotnost ob napravi pri izvajanju procesa ni več nujna. S tem pa se odpira možnost, da subjekt opravlja svoje delo na daljavo. Preglednica 1 podaja pregled tipičnih aktivnosti v proizvodnji, ki jih lahko ob ustrezni podpori opravljamo od koderkoli. Opazovanje. Osnova za odločanje je opazovanje. Človek pri svojem delu opazuje proces in delovno napravo ter se na osnovi tega odloča. Stanje procesa/naprave zaznava s svojimi čutili: vidom in sluhom, včasih tudi vonjem in tipom. Za delo na daljavo je torej potrebno zajeti in prenesti vsaj del teh informacij. Zajem in prenos slike in zvoka v realnem času danes ne predstavljata večjega problema. Rešitev nudijo spletne kamere, ki vključujejo vso infrastrukturo za direkten priklop na internet. Preglednica 1. Aktivnosti v proizvodnji, ki se lahko izvajajo na daljavo Aktivnost Opis Tip informacije Opazovanje Opazovanje delovnega procesa/ naprave v realnem času Video/avdio signal - slika/ zvok v živo Spremljanje/ nadzor Spremljanje stanja procesa, naprave v določenem časovnem obdobju Zajemanje podatkov procesa statusov naprave, interpretacija podatkov Upravljanje/ krmiljenje Interakcija med krmilnikom in uporabnikom, aktiviranje in spremljanje funkcij v realnem času Prenos informacij uporabniškega vmesnika, generiranje krmilnih informacij Vzdrževanje/ zagon Dostop do SW-krmilnika, odpravljanje napak, spreminjanje, nadgrajevanje ipd. Izvorna koda krmilnika, prevajanje, testiranje SW Izobraževanje Dostop do opreme in njeno upravljanje na daljavo - virtualni laboratorij Uporaba navedenih funkcionalnosti za potrebe učenja in treninga Slika 1 prikazuje sistem za opazovanje s spletno kamero. Poleg slike se lahko na daljavo posredujejo tudi zvok in haptične informacije (npr. vibracije), ki dopolnijo sliko zaznavanja. Sisteme za opazovanje lahko danes srečamo v prometu, turizmu ipd. daljavo je potrebno zajemati podatke o delovnem sistemu ter omogočiti dostop do le-teh preko interneta/intraneta. Slika 2 prikazuje sistem za spremljanje in nadzor avtonomnega delovnega sistema preko interneta [4]. Za obvladovanje tega sistema je potrebno zajemati podatke v proizvo- Slika 1. Sistem za opazovanje Zgolj opazovanje preko kamere ni dovolj za delo na daljavo, nudi pa koristno podporo pri izvajanju vseh drugih aktivnosti. So pa že prve študije pokazale velik potencial strojnega vida v sledenju in avtomatski identifikaciji stanj obdelovalnih delovnih sistemov v proizvodnji [3]. Spremljanje in nadzor. Pri spremljanju oz. nadziranju delovnega sistema na dnji on-line. Zajemanje podatkov v proizvodnji poteka v realnem času, in sicer (1) podatke o dogodkih (začetek dela, zastoj ipd.) vnašajo operaterji preko terminala; (2) podatki o stanju strojev in (3) podatki o procesu pa se zajemajo avtomatsko preko t. i. sistema SCADA (supervisory control and data acquisition) na osnovi informacije s senzorjev oz. iz CNC-krmilnika. Slika 2. Spremljanje delovnega sistema na daljavo Zajeti podatki se shranijo v lokalni bazi podatkov in znanja in služijo za on-line krmiljenje in za evalvacijo performance. Dostop do podatkov je možen tudi od zunaj, kar omogoča razvidnost sistema navzven. Sistem torej spremljamo na osnovi zajetih podatkov. Podatki se shranjujejo in vizualizirajo na zahtevo uporabnika. Na ta način spremljamo proizvodne operacije, stanje stroja/ delovne naprave ter stanje delovnega procesa. Primer tovrstnega operativnega sistema v industriji je spletni sistem za spremljanje in krmiljenje delavnice LIMES [5], katerega prototip je bil razvit leta 2003 [6]. Upravljanje in krmiljenje. Pri upravljanju oz. krmiljenju delovnega sistema na daljavo je potrebno omogočiti vpogled operaterja v stanje stroja in interakcijo med operaterjem in krmilnikom naprave na daljavo. Slika 3 prikazuje blokovno shemo rešitve, ki bazira na konceptu elementarnega delovnega sistema [2]. Da bo operater lahko upravljal s sistemom, mora imeti možnost opazovanja delovnega procesa/naprave. Poleg tega mora imeti na razpolago enake možnosti interakcije z napravo kot na njej. To pomeni, da mora biti grafični uporabniški vmesnik pri operaterju strukturno enak kot na krmilniku, informacije na njem pa se morajo osveževati v realnem času. Uporabnik mora imeti možnost ge-neriranja vhodnih krmilnih signalov na standardni periferni opremi računalnika (npr. tipkovnici, miški). Zaradi paketnega prenosa informacij se je potrebno izogibati funkcijam, katerih vrednost ni točno definirana (npr. "jog"). Upoštevati je potrebno naključne zakasnitve pri prenosu podatkov. Vsepovsodno proizvodno okolje. Nadaljnji razvoj lahko pričakujemo v smeri t. i. ambientalne inteligence in vsepovsodnega okolja. Ideja vsepov-sodnega okolja izhaja iz računalništva in pomeni prisotnost računalnikov vsepovsod v okolju. Vsepovsodno proizvodno okolje (angl.: ubiquitous manufacturing) je eden izmed novih pristopov, ki obetajo boljše obvladovanje proizvodnje, temelječe na integraciji distribuiranih avtonomnih in inteligentnih delovnih enot. O tem, kako te nove trende aplicirati tudi na področje proizvajanja, je l. 2006 v organizaciji Lakosa na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani potekala mednarodna delavnica z naslovom U-Manufacturing: the organizational and technological perspectives. Na delavnici so sodelovali poleg evropskih raziskovalcev tudi predstavniki Južne Koreje. Vsepovsodno okolje je mogoče realizirati z agentskimi strukturami. V njih so programski elementi, ki so dodeljeni posameznim elementom proizvodnega sistema. Agent v imenu elementa sistema odloča v skladu Slika 3. Krmiljenje delovnega sistema na daljavo (prirejeno po [2]) Slika 4. Vsepovsodno proizvodno okolje z določenimi cilji. Uvedba agentskih struktur prinese v proizvodnjo odločanje, ki se hitreje prilagodi na spremembe v sistemu in je manj občutljivo na naključne motnje. Hkrati lahko agente uporabimo pri avtomatizaciji določenih procesov, pri čemer opravljajo operaterji le še nadzorno vlogo. Vse to lahko prispeva k večji odzivnosti in fleksibilnosti proizvodnje. Slika 4 prikazuje osnovni koncept vsepovsodnega proizvodnega okolja. Elementi sistema (delovni sistemi, transportni sistemi, obdelovanci ipd.) so opremljeni z računalniki in povezani z brezžično komunikacijo. Vsak element ima svojega agenta. Agenti medsebojno komunicirajo in sodelujejo ali si konkurirajo pri izvedbi operativnih nalog v proizvodnji. Ideja vsepovsodnega proizvodnega okolja je podrobneje podana v [7]. ■ 4 Primeri implementacije dela na daljavo v proizvodnji Opazovanje. Slika 5 prikazuje primer opazovanja procesa preko spletne kamere. Ta je povezana v lokalno mrežo in identificirana z IP-naslovom, preko katerega jo lahko dosežejo uporabniki od koderkoli. Spremljanje proizvodnje - LIMES. Primer sistema za spremljanje proizvo- dnje preko spleta je sistem LIMES, ki je uveden v delavnico podjetja Litostroj E. I. Sistem so uporabniki na vseh nivojih proizvodnje dobro sprejeli predvsem zaradi (1) dostopa do relevantnih podatkov od koderkoli in kadarkoli, (2) povečane razvidnosti dela v delavnici Camera View Lai as Ne team Fri Sep 22 13:23:18 Slika 5. Opazovanje stanja procesa/naprave preko spletne kamere in časovne transparentnosti operacij, (3) povečane zanesljivosti razporedov in dobav, (4) izboljšane performance v smislu krajših pretočnih časov in s tem večje produktivnosti, (5) krajšega odzivnega časa v primeru odpovedi, (6) občutno zmanjšanega administri-ranja in informacijskega toka brez papirja (npr. eliminiranje delovnih nalogov in delovnih listov na papirju), (7) boljšega razumevanja problemov in vzrokov in s tem boljšega vodenja in organizacije dela, npr. vzdrževanja ter (8) ustreznejše porazdelitve odgovornosti pri vodenju. Zadnje je po mnenju vodstva najpomembnejši dosežek sistema. Sistem je podrobneje predstavljen v [5]. Upravljanje in krmiljenje testirnih sistemov. Trajnostni testi mehanskih podsklopov se lahko izvajajo ciklično v režimu 24/7, in sicer več tednov, preizkuševališča pa se lahko nahajajo na različnih, geografsko dislociranih mestih. Da je delo v takem okolju čim bolj učinkovito, je smiselno uvesti spremljanje in upravljanje testirnih sistemov na daljavo. S tem se bistveno pripomore k večji izkoriščenosti časa ter boljši učinkovitosti dela in tako izboljša ter skrajša razvojni proces. Sistem je implementiran v Laboratoriju za preizkušanje podjetja CIMOS Koper, kjer se izvajajo testi prototipov avtomobilskih komponent. Testiranje teh komponent je zelo nepredvidljivo, ker se prvi testi izvajajo že v zgodnji fazi razvoja in se pomanjkljivosti v konstrukciji in izdelavi šele ugotavljajo. Zaradi tega pogosto prihaja do zastojev. Testiranje je avtomatizirano in stalna prisotnost operaterja ni potrebna. Potreben pa je stalni nadzor nad delovanjem sistemov, tudi v času, ko operaterji niso prisotni. Če namreč pride do zastoja procesa izven delovnega časa, se testiranje ustavi, dokler se ne odpravi motnja. To pa pomeni zastoj do prihoda operaterja, ki odpravi motnjo in ponovno zažene proces. Slika 6. Arhitektura sistema za upravljanje testirnega sistema na daljavo [8] Za rešitev navedenega problema je bila razvita spletna aplikacija, ki omogoča spremljanje in upravljanje preizkuševališč preko interneta [8]. Arhitektura sistema je prikazana na sliki 6. V primeru zastoja se sproži sporočilo v obliki SMS, ki opozori operaterja o problemu. Operater se nato lahko poveže s krmilno aplikacijo preko interneta ter odpravi motnjo, če ta ne zahteva fizične intervencije. Testirni sistem pa lahko spremljajo na daljavo tudi razvijalci testiranca, ki na ta način sproti pridobivajo informacije o rezultatih svojega dela, kot je prikazano na sliki 7. Upravljanje in krmiljenje CNC-obde-lovalnega stroja - Telemanufacturing. Izvajanje obdelave na sodobnem CNC-obdelovalnem stroju zahteva prisotnost operaterja, ki upravlja stroj preko krmilnika. Cilj raziskave je bil raziskati možnost prenosa interakcij med strojem in operaterjem na daljavo, preko lokalne mreže ali interneta. S tem bi bila dana možnost upravljanja večjega števila strojev s centralnega mesta. Prav tako se odpira možnost izvedbe spletnega obdelovalnega servisa. Sistem je bil realiziran na CNC-stro-ju za lasersko rezanje pločevine. Slika 8 prikazuje koncept sistema v arhitekturi strežnik/odjemalec. Sistem omogoča spremljanje in krmiljenje delovnih parametrov stroja in procesa, iskanje referenčne točke stroja, ročno vodenje stroja v načinu "incremental", nalaganje in izbira načina izvajanja NC-programov, določanje ničelnih zamikov stroja, določanje programskih limit stroja ter diagnostiko stroja. Slika 9 prikazuje uporabniški vmesnik z aktualnimi parametri ter vključeno živo sliko. Izobraževanje na daljavo. Predstavljeni koncepti in rešitve se lahko s pridom uporabijo tudi v izobraževalnem procesu. Slika 10 prikazuje eksperiment, ki smo ga poimenovali Teleteaching. Eksperiment Teleteaching je bil izveden novembra 2005 v sodelovanju z University of Minho iz Portugalske. Sodelovali sta dve skupini študentov, ena iz Ljubljane in ena iz Minha. Tema Slika 7. Uporabniški vmesnik spletne aplikacije za spremljanje testirnih sistemov [8] Slika 8. Arhitektura sistema za upravljanje CNC-obdelovalnega sistema na daljavo [9] Slika 9. Uporabniški grafični vmesnik sistema Telemanufacturing [9] Slika 10. Eksperiment učenja na daljavo Teleteaching je bila NC-programiranje. Pri tem sta obe skupini študentov izdelali svoje NC-programe za obdelavo določenih komponent, samo obdelavo pa so študentje realizirali na daljavo na CNC-stroju v Ljubljani. ■ 5 Zaključek Prispevek obravnava nekatere konceptualne osnove za podporo dela na daljavo v proizvodnji, kjer imamo opravka z informacijskimi in materialnimi procesi ter z njihovim krmiljenjem v realnem času. To pa predstavlja posebne zahteve in omejitve za delo na daljavo, ki postaja vedno bolj aktualna opcija tudi v materialni proizvodnji. Predstavljenih je nekaj rešitev za spremljanje, krmiljenje, vzdrževanje v proizvodnji ter izobraževanje na daljavo. Vsi primeri kažejo na velike potenciale takšnega pristopa. Doseženi so tudi vidni rezultati v industrijskem okolju. Nadaljnji razvoj lahko pričakujemo v smeri t. i. ambientalne inteligence in vsepovsodnega okolja, v katerem se bodo izbrisale marsikatere meje in razdalje, kar bo omogočilo povsem drugačen pristop k organizaciji in vodenju proizvodnih procesov. Literatura [1] Butala, P., Vengust, I., Sluga, A., 2007, Nadzor in krmiljenje delovnih sistemov na daljavo. V: Herakovič, N., Debevec, M., Adrovic, E. (ur.). Avtomatizacija strege in montaže ASM'07, Ljubljana: gradivo posveta. Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo, str. 23-28. [2] Peklenik, J., 1988, Fertigungskybernetik, Eine neue wissenschaftliche Disziplin fur die Produktionstechnik. TU-Berlin. Festvortrag anlasslich der Verleihung des Georg-Schlesinger Preises 1988. [3] Husejnagic, D., Sluga, A., 2002, Machine vision in manufacturing system surveillance. V: Katalinic, B. (ur.). Annals of DAAAM for 2002 & Proceedings of the 13'h International DAAAM Symposium Intelligent Manufacturing & Automation: Learning from nature, Vienna: DAAAM International, str. 219-220. [4] Butala, P., Sluga, A., 2006, Autonomous work systems in manufacutirng networks. CIRP ann., 55/1: 521-524. [5] Butala, P., Sluga, A., Rihtaršič, B., 2006, Sodobne proizvodne strukture v mrežnem okolju, Zbornik posvetovanja Orod-jarstvo, str. 43-48. [6] Jenkole,J.,Sluga, A.,2003,WEB based shop floor monitoring. V: Dašic P. (ur.). RaDMI 2003: Proceedings, str. 1538-1541. [7] Husejnagic, D., Rihtaršič, B., Sluga, A., Butala, P., Vrabič, R., 2007, Vodenje delavnice s pomočjo agentskih struktur, CIMOSOV Forum, Koper: 3. Zbornik referatov, str. 476-480. [8] Počkar, J., Primožič, U., Butala, P., 2006, Spremljanje in krmiljenje testirnih sistemov preko interneta, Dan raziskav, zbornik 2. posvetovanja, Koper, 325-328. [9] Jeras, T., 2000, Razvoj programskega modula za upravljanje CNC-obdelovalnega stroja na daljavo, Diplomsko delo 5075, Fakulteta za strojništvo UL. Distance Work in the Manufacturing Environment Abstract: With new developments in information and communication technologies, distance work has become a viable alternative to traditional work in many domains. The question here is whether distance work could be an appropriate alternative also in the manufacturing field, where the realization of products is vital and where one has to deal with processes related to the transformation of materials. The paper reviews some possibilities and solutions for the remote surveillance, monitoring and control of manufacturing work systems as a basis for distance work in manufacturing. Several case studies from the industrial and academic environments illustrate the potential and confirm the relevance of distance work for industrial and educational use. Distance work opens up new perspectives for the structuring, management and control of manufacturing processes. Keywords: manufacturing system, monitoring, control, remote access, information support, Zahvala Delo je sofinancirano s strani Ministrstva za visoko šolstvo, znanost in tehnologijo, pogodba št. L2-6604. Projekt je povezan tudi z mrežo odličnosti NoE VRL KCiP. Povezava avtomatizirane montažne linije z informacijskim sistemom podjetja Tina BAGGIA Povzetek: Za doseganje konkurenčnosti oz. obstoj na svetovnem in domačem trgu morajo biti proizvodna podjetja sposobna zagotavljanja visoke tehnologije in hitrega odzivanja na zahteve in potrebe kupcev. Za doseganje ciljev so nujne kvalitetne in ažurne informacije, do katerih pridejo z uporabo informacijskih sistemov. Ti omogočajo upravljanje vseh poslovnih procesov v podjetju, med katerimi ima pomembno vlogo prav proizvodni proces. V prispevku je prikazana vloga proizvodnih informacijskih sistemov, njihova umestitev, funkcionalnost in opis proizvodnega informacijskega sistema na montažni liniji hladilno-zamrzovalnih aparatov. Ključne besede: proizvodnja, planiranje, spremljanje, upravljanje, proizvodni proces, proizvodni informacijski sistem, avtomatizacija, ■ 1 Uvod Celovit informacijski sistem sodobnega proizvodnega podjetja podpira izvajanje vseh poslovnih, proizvodnih in fizičnih procesov za izpolnitev naročil kupcev. Običajno ga sestavljajo med sebojintegrirani informacijski gradniki s strateškega, poslovnega, proizvodnega, procesnega in nadzornega nivoja (slika 1). Najboljučinkovit je celovit informacijski sistem, ki mora zagotavljati dobro povezanost informacijskih sistemov, enkraten zajem podatkov v realnem času in posredovanje infor-macijuporabnikom ob pravem času. Jedro celovitega informacijskega sistema v izvajanju proizvodnega procesa so t. i. proizvodni informacijski sistemi (ang. MES - Manufacturing Execution Systems). Ti zagotavljajo informacije, omogočajo optimizacijo proizvodnega procesa in nanj vezanih aktivnosti od izdaje proizvodnega naloga do njegove realizacije. Mag. Tina Baggia, univ. dipl. inž., INEA, d. d., Ljubljana Strateško odločanje CL / ERP \ / (MRP II) \ Taktično odločanje C -a o o > > i ISR \ Razvrščevalnik\ Operativno odločanje o CL MES \ O .5= — C / £=__ / m £= / 55 / / C^ cc / C / 1 Vodenje in nadzor ■ 2 Upravljanje proizvodnega procesa Z uvedbo proizvodnega informacijskega sistema dobi podjet je natančno sliko o trenutnem stanju celotne proizvodnje, izvajanju proizvodnega procesa, sle-dljivosti izdelka in pregled nad razpoložljivostjo in stanjem proizvodnih virov. Slika 1. Informacijska arhitektura proizvodnega podjetja Umeščeni so med poslovne informacijske sisteme (angl. kratica ERP) in sisteme za neposredno vodenje proizvodnih procesov (nadzorni SCA-DA nivo in procesno vodenje PLC). Dopolnjujejo poslovne informacijske sisteme in pripomorejo k izboljšanju poslovnih procesov. Celoten proizvodni cikel vodimo preko naslednjih faz (slika 2): • planiranje proizvodnega procesa, • podrobno razvrščanje proizvodnih operacij, • lansiranje proizvodnje, • izvajanje proizvodnje in zajem podatkov, analiziranje, izboljšave proizvodnega procesa. Izboljšava ^Planiranje Analiziranj^ ^ ® Razvrščanje Izvajanja ^^ Lansiranje Slika 2. Vodenje celotnega proizvodnega cikla 2.1 Planiranje in razvrščanje Planiranje proizvodnje je poslovni proces, ki povezuje temeljne poslovne procese prodajanja, nabavljanja in proizvajanja v funkcionalno celoto. Proces planiranja proizvodnje je razčlenjen na dva podprocesa: • grobo planiranje proizvodnje, • podrobno razvrščanje proizvodnih operacij (tudi mikroplaniranje ali terminiranje). Podprocesa se razlikujeta predvsem po stopnji upoštevanih podrobnosti o izdelavi izdelka in stopnji upoštevanja značilnosti tehnologije ter organizacije podjetja. Namen podrobnega razvrščanja je generiranje vrstnega reda izvajanja operacij na posameznem proizvodnem viru, upoštevajoč realne omejitve virov (urniki, orodja, ljudje idr.) in različne algoritme planiranja. 2.2 Lansiranje, izvajanje in zajem podatkov Obvladovanje proizvodnih nalogov omogoča pregled nad trenutnim stanjem celotnega proizvodnega procesa ter vpogled v trenutno stanje posameznega proizvodnega naloga: • kje se PN nahaja, • njegov status (lansiran, v izvajanju, prekinjen, zaključen), • realizacija po operacijah (število dobrih kosov, izmeta). Na tem mestu vzdržujemo podatke o PN (tehnološki postopek, kosovnica), kar vključuje tako urejanje avtomatsko prenesenih podatkov kot tudi lokalno vzdrževanje, pregledujemo plan oz. razvrstitve proizvo- dnih operacij po delovnih mestih, spremljamo operacije v izvajanju in pregledujemo končane operacije. Sledljivost proizvodov omogoča zbiranje podrobnejših informacij o izdelkih za vse faze proizvodnega procesa. Sledimo vgrajene materiale in polizdelke, uporabljene proizvodne vire, čas izdelave, procesne podatke, parametre kakovosti, popravila. Spremljanje proizvodnih virov omogoča pregled nad trenutno zasedenostjo in stanjem proizvodnih virov. Največkrat spremljamo ljudi in stroje. Spremljanje strojev nam poda celovito informacijo o njihovem stanju in delovanju v proizvodnji in analizo podatkov preko zajema podatkov s strojev in ročnih vnosov. Zajeti podatki iz proizvodnega procesa se ustrezno hranijo. Na podlagi analitike razpoznamo kritične dogodke in ustrezno ukrepamo. Omogoča hiter dostop in sistematičen pregled podatkov preko interaktivnega tlorisa proizvodnje o trenutnem stanju, zgodovini delovanja, obratovalnih urah, številu izdelanih izdelkov/ ciklov, izkoriščenosti stroja in zastojih (zgodovina zastojev, število zastojev in analize po vrsti in času trajanja) za izbrano časovno obdobje. Zajem podatkov s strojev je izveden na različne načine (direktna povezava s krmilnikom stroja ali preko krmilniškega vmesnika, ročni vnos podatkov preko operaterskih pultov, povezava z obstoječimi aplikacijami strojev). Funkcija upravljanja ljudi omogoča pregled nad delom delavcev, številom opravljenih ur, vrsti opravljenega dela, izdelanih količinah (dobrih in slabih). Omogoča dinamično generiranje in spreminjanje delovnih skupin. Izvaja se na podlagi vnesenih podatkov delavcev oz. delovnih skupin. Vnosi so lahko ročni z neposrednim vpisom ali z uporabo čitalca črtne kode. Prijavna mesta so lahko ope-raterski pulti ali PC-ji. 2.3 Analiziranje, izboljšave procesa Prilagodljivi pregledi in parametri-zirana poročila so lahko smiselno vključeni v posamezne sklope sistema ali pa so dosegljivi preko spleta. Tako so podatki dostopni vsem, ki jih potrebujejo, kjerkoli in kadarkoli. Pregledi in poročila omogočajo spremljanje proizvodnih podatkov v vsakem trenutku, pregledovanje izračunov ter izvajanje analiz. Uporabniki sledijo izdelke, spremljajo vire, skupine virov, organizacijske enote, proizvodne naloge, operacije, idr. Vsebujejo podrobne ali su-marne podatke, zajete ali vpisane v proizvodni informacijski sistem. Kazalniki učinkovitosti (KPI - Key Performance Indicators) omogočajo spremljanje uspešnosti izvajanja proizvodnega procesa. Med kazalniki je kazalec skupne učinkovitosti (OEE - Overall Equipment Effectiveness) eden najpogostejših. Izračun je dokaj enostaven, pomembno pa je zagotoviti kvalitetne podatke. Na osnovi zajetih podatkov izračunavamo tri parametre skupne učinkovitosti: • razpoložljivost: odvisna od planiranih in neplaniranih zastojev; • zmogljivost: razmerje med dejansko proizvedeno in teoretično izvedljivo količino izdelkov; • kakovost: razmerje med izdelanimi dobrimi in vsemi proizvedenimi izdelki. Ker je kazalnik skupne učinkovitosti zelo razširjen, se podjetje lahko primerja s konkurenco. ■ 3 Programsko orodje i4PROS i4PROS je informacijski sistem za spremljanje in upravljanje različnih tipov proizvodnje, ki ga je razvilo podjetje INEA. Podjetju omogoča dinamično upravljanje celotnega proizvodnega procesa. Zagotavlja informacije, ki omogočajo optimizacijo proizvodnih aktivnosti in takojšen odziv na spremenjene pogoje proizvodnje. Deluje kot večuporabniško okolje. Delavcem, tehničnemu osebju in proizvodnemu managementu predstavlja uporabniško prijazno, interaktivno podporo pri njihovem delu: zasnovan je namreč tako, da na eni strani nudi ažuren pregled nad proizvodnimi nalogi, proizvodnimi viri ter omogoča vpogled v izvajanje pripravljenega plana, na drugi strani pa omogoča enostaven vnos zahtevanih podatkov (na ročni ali avtomatski način), ažuriranje in pregled vpisanih podatkov. i4PROS je zasnovan na večnivojski arhitekturi odjemalec/strežnik. Sestavljajo ga moduli, zgrajeni na sodobni NET-tehnologiji. To omogoča hitro uvedbo in prilagodljivost različnim tipom proizvodnje ter možnost nadgradnje in prilagajanja sistema ob spremembi proizvodnega ali poslovnega procesa. Integriramo ga z obstoječimi informacijskimi sistemi: poslovnim informacijskim sistemom, različnimi nadzornimi sistemi ipd. Funkcionalnosti so opisane v poglavju 2. ■ 4 Informatizacija montažne linije bele tehnike Proizvodni informacijski sistemi so običajno zgrajeni modularno, tako si uporabniki lahko prilagodijo funkcionalnosti glede na potrebe. Na prikazanem primeru na montažni liniji hladilno-zamrzovalnih aparatov je proizvodni informacijski sistem izveden s programskim orodjem i4PROS, implementirane so naslednje funkcionalnosti: • povezava proizvodnega sistema z avtomatizacijo: - prejem receptov in poročanje, - avtomatski izbor pravilnega kompresorja, - avtomatski izbor recepta za polnitev s hladilnim medijem (vrsta in količina), - avtomatsko določanje vzorca (recepta) za kontrolo delovanja s termovizijsko kamero, - signalizacija napak preko semaforja; • spremljanje proizvodnje: pregled proizvodnih nalogov, evidentiranje realizacije in izmeta; 3 predmontaže # O ^ Kontrola po PUR ^ Vgradnja kompresorja ^ Polnjenje ^ 100% kontrola ^ Prevzem u Popravilo Slika 3. Delovna mesta na montažni liniji • zajem podatkov o izdelavi za vsak aparat (genealogija): beleženje vgrajenega kompresorja, medija in količine polnjenja kompresorja, rezultata kontrole, časa izdelave, prevzema aparata; • izvajanje proizvodnje: pomoč pri izvrševanju operacij, avtomatsko izvajanje ključnih operacij, zmanjševanje vpliva človeškega faktorja na kvaliteto izdelkov, kontrola vgrajenega kompresorja, polnjenje medija, kontrola pravilnosti prevzema aparata; • pregledi: podatke o izvajanju proizvodnje je možno pregledovati z internetnim brskalnikom in jih uporabiti za kontrolo kvalitete, statistične obdelave, reševanje reklamacij in podobno. Spremljanje in izvajanje proizvodnje poteka na naslednjih delovnih mestih: začetek montažne linije: obdelava prebranih črtnih kod lakiranih ohišij in izbor aparata, ki se bo izdeloval iz lakiranega ohišja glede na dnevni plan; vgradnja kompresorja: - podpora delavcu pri izboru pravega kompresorja s tem, da se mu na industrijskem opera-terskem pultu prikažejo predvideni kompresor in možne alternative; - beleženje dejansko vgrajenega kompresorja (črtna koda), točnost podatka je izredno pomembna, ker je na naslednji operaciji polnitev medija prilagojena dejansko vgrajenemu kompresorju; polnilnica: naprava polnilnice dobi podatek o zahtevani količini polnjenja iz proizvodnega informacijskega sistema glede na tip aparata in dejansko vgrajeni kompresor; kontrola aparatov s termovizijsko kamero: izvedena je avtomatska kontrola aparatov glede na tip aparata in arhiviranje rezultata testa hkrati s sliko termovizijske kamere; funkcionalno popravilo: delavec ima možnost vpogleda v zgodovino aparata, kar mu pomaga identificirati napako. Po odpravi napake vnese v sistem izvedene posege in zamenjane dele, kar služi za statistične obdelave in Slika 4. Vnos podatkov preko operaterskega pulta naknadno ugotavljanje šibkih točk montaže; • prevzem hladilno-zamrzovalnih aparatov: - pomoč delavcu pri pravilnem prevzemanju aparatov s svetlobno in zvočno signalizacijo (izbor serijske številke in navodil); - arhiviranje podatkov o prevzemu (čas, serijska številka). Izvedena je integracija vseh nivojev: poslovni, proizvodni in procesni. Zagotovljen je enkratni vnos podatkov (fiksni in ročni čitalci črtne kode, podatki iz PLC) in prenos podatkov: • iz poslovnega v proizvodni informacijski sistem (dnevni plan, nalogi, artikli s pripadajočimi kosovnicami in tehnologijo), nazaj se poroča o realizaciji; • iz proizvodnega sistema na procesni nivo (PLC, operaterski pulti) podatki, potrebni in pomembni za izvajanje nemotenega proizvodnega procesa (vgradne komponente in materiali, procesni podatki); • s procesnega nivoja v proizvodni informacijski sistem: podatki o izvajanju proizvodnega procesa in sledljivosti proizvodov na vseh operacijah. ■ 5 Zaključek Proizvodni informacijski sistemi predstavljajo podporo delavcem pri njihovem delu: na eni strani omogočajo enostaven vnos zahtevanih podatkov in na drugi ažuren pregled nad proizvodnimi nalogi, proizvodnimi viri, vpogled v izvajanje pripravljenega plana in podatke o ključnih kazalnikih učinkovitosti. Poveča se pregled nad celotnim proizvodnim procesom, zajemanje in obdelava podatkov v realnem času omogočata hitro reagiranje na nepredvidene dogodke v proizvodnji, odpravljanje napak, boljše upravljanje oz. izboljšanje učinkovitosti proizvodnega procesa. Z njihovo uporabo znižamo stroške proizvodnje, izboljšamo kakovost izdelkov, povečamo izkoristek proizvodnih virov, izboljšamo doseganje proizvodnih rokov ter pospešimo obračanje zalog. Vse to se kaže v večji učinkovitosti in vitko-sti proizvodnje. Literatura [1] BAGGIA, Tina, KROŠL, Mihael, ROJEC, Primož, TRDAN, Helena: i4PROS Inea Proizvodni informacijski sistem: Funkcionalne specifikacije, ver. 1.0.1. [2] Miha Božiček, Helena Trdan: PIS THT, Projekt izvedenih del, INEA, 2004. [3] ROJEC, Primož: Uporaba metodologij pri načrtovanju in izvedbi proizvodnih informacijskih sistemov, Zbornik posvetovanja: Dnevi slovenske informatike 2006, Portorož, 2006, str. 166. [4] KOVAČIČ, Andrej, BOSILJ-VUKŠIČ, Vesna: Management poslovnih procesov, Prenova in informatizacija poslovanja, I. izd., GV Založba, Ljubljana, 2005, 487 str., ISBN 86-7061390-5. [5] MESA International, MES Explained: A High Level Vision -White Paper, No. 6, 1997 (www.mesa.org). * Prispevek je bil predstavljen na posvetu ASM 07 v Ljubljani. The integration of an automated assembly line with a production information system Abstract: To be competitive in the global market, a manufacturer must be capable of a faster response to customers' requirements; the needs for the high and uniform quality of products and services have become a requirement. This requires the information to see new ways to produce higher productivity, speed and quality. With modern information technology, companies can manage all business processes, including the production process. In this article the manufacturing execution systems are presented, as is their role in the production process, their functionality and their implementation during the assembly line for fridges and freezers. Keywords: production, planning, control, execution, production process, manufacturing information system, automation, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo Laboratorij LASIM najavlja posvet AVTOMATIZACIJA STREGE IN MONTAŽE 2008 - ASM '08 v četrtek, 20. 11. 2008, ob 9. uri v prostorih GZS, Dimičeva ulica 13, Ljubljana. Avtomatizirana kontrola na montažni liniji P054 Franc JUSTIN, Zdravko MRAK Izvleček: Namen prispevka je predstaviti izkušnje podjetja pri uvajanju kontrole v proces montaže izdelkov za zahtevno avtomobilsko industrijo. V prvem delu sta predstavljena izdelek in montažni sistem z montažnimi mesti. V drugem delu pa so opisana kontrolna mesta za zagotavljanje zahtevane kakovosti. Avtomatizirana kontrolna mesta imajo vključen nadzor ponovljivosti meritev (MSA), kar je zahteva in pogoj za zagotavljanje dobave 100-odstotno kakovostnih izdelkov kupcem. Ključne besede: montaža, montažni sistemi, kontrola kakovosti, kontrolna mesta, FMEA, KAIZEN, nadzor merilnih sistemov, ■ 1 Uvod Podjetja, ki želijo v prihodnjih letih samostojno razvijati in proizvajati izdelke za zahtevne trge avtomobilske industrije, si morajo pridobiti ustrezne izkušnje in ustvariti dobre povezave s proizvajalci in kupci avtomobilskih komponent. V podjetju Iskra Mehanizmi smo spoznali, da je mogoče postati uspešen sistemski dobavitelj, če bomo vgradili v svoje delo in izdelke vrhunske konkurenčne prednosti, kot so inovativnost, kakovost, dobavna zanesljivost in prilagodljivost, ter stalno zniževali stroške proizvodnje. V to je vključeno tudi osvajanje vseh potrebnih standardov kakovosti in varovanja okolja, ki jih zahtevata trg in lastna težnja po odličnosti. V svoje poslovne procese in razvoj komponent za avtomobilsko industrijo moramo vtkati filozofijo procesa nenehnih izboljšav, kot na primer po japonskem pristopu KAIZEN. Izdelki, ki jih izdelujemo v velikih serijah, zahtevajo visoko kakovost, kar je mogoče doseči s 100-odstotno kontrolo, ki mora biti integrirana v montažne sisteme. To zahteva, da se že pri načrtovanju, projektiranju, izdelavi in v času proizvodnje kontroli posveča posebna pozornost in se v čim večji meri tudi avtomatizira. Pri razvoju in izdelavi montažne linije za montažo reduktorja P054 smo kontroli v vseh fazah montažnega procesa posvetili posebno pozornost, kar se je obrestovalo v času uporabe montažnega stroja. Rešitve, ki smo jih vgradili v montažni sistem, omogočajo, da je montaža rentabilna, da narašča obseg proizvodnje in da so naši izdelki visoke kakovosti. Franc Justin, Zdravko Mrak, Iskra Mehanizmi, d. d., Lipnica Slika 1. Zgradba reduktorja P054 ■ 2 Reduktor Reduktor P054 je namenjen za nastavljanje položaja bočnih ogledal za gospodarska vozila, kot so avtobusi, tovornjaki in traktorji. Reduktor omogoča premikanje bočnega ogledala v vseh smereh in ima vgrajeno varovalo pred mehanskimi premiki in poškodbami. Premikanje ogledala omogočata dva DC-motorja, ki prenašata gibanje preko polžastih gonil in reduktorskega sklopa. Za varovanje in prekomerne obremenitve sta vgrajeni dve sklopki (slika 1). Sklopki sta bili razviti v podjetju Iskra Mehanizmi v sodelovanje s kupcem izdelka, kar je omogočilo pridobitev naročila končne montaže z lastnim razvojem montažnega procesa in sistema. ■ 3 Razvoj montažnega sistema Osvajanje montaže rotorja je Slika 2. Zgradba montažne linije - a, pogled na izdelan montažni sistem PO54 - b potekalo v dveh korakih. V prvem, ki je sledil uspešni konstrukcijski zasnovi sklopke, je bil postavljen ročni montažni sistem z ročnim podajanjem palet, v drugem koraku pa smo razvili in izdelali skupaj z zunanjimi partnerji delno avtomatiziran montažni sistem z avtomatičnim paletnim transportom. Ročni montažni sistem je bil zasnovan tako, da so bila ročna mesta povezana med seboj s paletami z ročnim podajanjem. Sistem je že vključeval 100-odstotno kontrolo izdelkov kakor tudi zapis izmerjenih karakteristik reduktorja. Na osnovi izkušenj in povečanja zahtevane kapacitete montaže, zagotavljanja stroškovno ugodnejše izdelave povečanih naročil smo se lotili zasnove novega montažnega sistema, ki naj bi zagotavljal proizvodnjo okrog 600 tisoč reduktorjev na leto. Uspešna realizacija projekta v samo šestih mesecih je bila mogoča le zaradi sistematičnega dela projektne skupine, lastnega razvoja in izdelave, saj so dobavni roki ponudnikov montažnih sistemov mnogo daljši. Zunanje sodelavce in dobavitelje smo vključili v projekt za izdelavo nekaterih kontrolnih enot, programiranja ter druge senzorike kakor tudi dobave standardnih komponent za gradnjo montažnega sistema. Nosilna konstrukcija, orodja in merilna mesta so bili izdelani v domači konstrukciji in orodjarni. Montažna linija s paletnim transportom vključuje 28 montažnih mest in dodatno mesto za popravila (slika 2 in slika 5). Popolnoma avtomatiziranih je 16 montažnih postaj, ostala montažna mesta so ročna, saj sestavni deli izdelka ne omogočajo ekonomsko upravičene montaže. V linijo so vgrajena še tri rezervna montažna mesta za razširitve in morebitne nove zahteve. V montažno linijo je vključeno tudi robotizirano mesto mazanja z mastjo po obodu ohišja in mazanje preko zobniških letev. Zahteve mazanja so bile natančno opredeljene in so omogočene le s programirano nastavitvijo (slika 3). Za zagotavljanje kakovosti izdelka in 100-odstotne kontrole procesa in izdelka je bila posebna pozornost namenjena temu, kje se lahko pojavijo napake in kako obvladovati proces montaže ter zagotoviti kakovostne izdelke. Za ta namen je bila izdelana analiza napak (FMEA), ki lahko nastopijo v procesu, in kako jih obvladovati (slika 4). Tej analizi, ki je zahtevala veliko časa, je bila posvečena posebna pozornost v sa- Slika 3. Avtomatizacija mazanja z robotom Bosch mem snovanju koncepta montažnega sistema. ■ 4 Zagotavljanje kakovosti na montažni liniji V montažno linijo je bilo treba že na začetku projektiranja in tudi kasneje na podlagi pridobljenih izkušenj vgraditi več kontrolnih montažnih mest. Skoraj vsaka montažna operacija zahteva nadzor, ki ga ni mogoče prepustiti samo delavkam, saj tako ne bi bilo mogoče zagotoviti stabilnega procesa in visoke kakovosti. V nadaljevanju bo prikazano, kako je kontrola vključena na posameznih montažnih mestih - MM. Vse meritve in rezultati meritev se zbirajo v računalniku, ki je del krmilja montažnega sistema. MM2 -na krožnem avtomatu se sestavljajo sklopke - najzahtevnejši sklop reduktorja. Z izvirno rešitvijo kovanja na zahtevano silo smo omogočili proizvodnjo z zahtevano kakovostjo. Integracija delovnih in kontrolnih postaj omogoča z vlaganjem in nadzorom delavke 100-odstotno kakovost. Postavitev avtomatsko izloča slabe kose in onemogoča mešanje z dobrimi. Enkrat dnevno preverjamo točnost merilnega mesta. MM 6 - natiskovanje polža na DC-motor z nadzorom sile natiskavanja in končne višine polža. Pri nas razvit montažno-merilni sistem omogoča identifikacijo napak in sprotno ukrepanje. V primeru slabega kosa je za nadaljevanje dela potrebna izključitev montažnega mesta. MM 7- kontrola prisotnosti sestavnih delov pred operacijo mazanja na robotu je pogoj za nadaljevanje dela. Če so zobniške letve v napačnem položaju, jih priprava sama poravna. Za nadzor smo uporabili mehanska tipala, ki aktivirajo svetlobne indikatorje. Če se zazna odstop, se paleta vrne v ponovno vstavljanje manjkajočih delov. MM 8 - mazanje masti po obodu ohišja in zobniških letev programirano izvajamo na robotu. Količina masti je predpisana, s sistemom doziranja pa dosegamo stabilen proces (CpK = 2,5). Sistem zazna in z zvočnim Slika 4: Analiza FMEA signalom informira, da je dosežen kritični nivo masti v posodi. MM 9 - uvijanje zobnikov s pnevmatskim vijačnikom na zahtevano višino je kontrolirano z metodo Poka-yoke. Moment privitja je nastavljen in enkrat dnevno preverjan. MM 10 - mazanje reduktorskega sklopa izvajamo avtomatsko s šobami. Mazanje preverjamo z optičnimi senzorji, ki zaznajo in informirajo z zvočnim signalom. Nekakovostno namazan kos je potrebno popraviti na naslednjem delovnem mestu. Ko se izvede popravilo, se alarm izključi. MM 13 - avtomatsko vijačenje 4 vijakov reduktorja izvajamo z dvema pnevmatskima vijačnikoma. Moment je programiran, preverjanje momenta izvajamo enkrat v izmeni. MM 16 - ker vijačni sistem na predhodnem MM ne kontrolira prisotnosti vseh vijakov in globine uvitja, poteka na tem delovnem mestu preverjanje vijačenja. Kontrolo predhodnega privitja izvajamo s programiranim vijačnikom stopnje 2, ki šteje število vrtljajev in zagotavlja predpisan moment. Vijačnik na tem delovnem mestu je bil zaradi nevarnosti neprivitih vijakov dodan naknadno. MM 16- kontaktiranje priključnih vodnikov za različne variante je razvito za vse izvedbe. Če niso priključeni vsi vodniki, paleta ne more zapustiti delovnega mesta. S tem onemogočimo, Slika 5. Prikaz montažnih mest in stanja v montaži Slika 6. Produktivnost, 4 % reparature, 0,2 % izmeta in 2 % zastojev da dobri kosi v nadaljnjih kontrolah niso navidezno slabi. MM 20, 21 - avtomatski kontrolni montažni mesti, na katerih z optičnimi senzorji kontroliramo končno pozicijo gibanja reduktorja. V primeru odstopa se paleta kodira kot slaba in potuje po opravljenih kontrolah na mesto reparature. Kalibracijo merilnega sistema izvajamo z dummyjem. (merilni indikator z napako ali z nazivno vrednostjo zahtevane mere). Z nadzorom časa pomikanja med končnima pozicijama nadzorujemo ustreznost vgrajenih motorjev. MM 22, 23 - avtomatski kontrolni delovni mesti, na katerih merimo porabo toka v času vrtenja reduktorja in drsenja sklopke. Nadzor merilnega sistema izvajamo dnevno z uporom umerjene vrednosti (dummy). V primeru odstopa se paleta kodira kot slaba in potuje po opravljenih kontrolah na mesto reparature. MM 24, 25 - avtomatski kontrolni delovni mesti, na katerih merimo moment reduktorja med delovanjem in zdrsom. Nadzor merilnega sistema izvajamo dnevno z vzvodom in utežjo (dummy). V primeru odstopa se paleta kodira kot slaba in potuje po opravljenih kontrolah na mesto reparature. MM 28 - avtomatsko delovno mesto, na katerem termotransfer tiskanja nalepk lepi nalepke na reduktor po programu, ki zagotavlja evidentiranje posameznega izdelka. Sledljivost je omogočena po zapisih napetosti, datumu izdelave, kodi izdelka, zaporedni številki kosa in indeksu risbe. Preko pomožnega PC na naslednjem delovnem mestu delavka preverja skladnost podatkov in kakovost tiskanja. MM REPARATURE - vse palete, kodirane kot slabe, potujejo po opravljenih avtomatskih kontrolah preko pomožne proge na mesto izvajanja reparature, kjer je indikator napak, ki reparaterki definira vrsto zabeleženega odstopa. Slika 7. Popravila, izmet, zastoji ■ 5 Sledenje izmerjenih vrednosti Vse izmerjene vrednosti shranjujemo v centralni PC in jih redno posredujemo kupcu. Na PC-ju so tloris montažnega sistema, montažna mesta (slika 5) ter signalizacija odstopov merjenih vrednosti. Svetlobni zapisi opozarjajo na zastoje na določenih montažnih mestih. V podmenije vpisujemo recepture za posamezne kode, ki zagotavljajo oziroma določajo zahtevane karakteristike vseh tipov reduktorjev. Zaradi tekočega informiranja smo za delavke izdelali program in industrijski prikazovalnik. Preko prikaza je mogoče spremljanje izdelanih kosov, reparature, izmeta in trenutnega trenda doseganja norme (slika 6). Izdelane količine so odvisne od zastojev, popravil, izmeta, predvsem pa od motiviranosti zaposlenih (delavk in upravljavcev). Trenutno dosegamo ok. 90-odstotni izkoristek po taktu. Z dnevnim spremljanjem in zapisovanjem podatkov ugotavljamo upravičenost investicije in doseganje planiranih časov izdelave. Na podlagi rezultatov se izvajajo korektivni ukrepi, s katerimi moramo povečati produktivnost, zmanjšati reparaturo, zastoje in izmet (slika 7). ■ 6 Zaključek Uspešna montaža in zagotavljanje kakovosti s povezovanjem kontrole v montažna mesta in krmilje montažnega sistema nam omogočata, da v treh izmenah sestavimo 850.000 izdelkov na leto. Strošek investicije je bil vrnjen po izdelanih 720.000 reduktorjih. V podjetju smo pridobili dragocene izkušnje pri načrtovanju, izdelavi in uvajanju avtomatizacije. Samo s sprotnim spremljanjem proizvodnje in takojšnjimi korektivnimi ukrepi lahko zagotavljamo zahtevano kakovost in količine. Pridobljene izkušnje nam bodo omogočile, da bomo postali priznan dobavitelj tehnološko visoko zahtevnih izdelkov na področju mehatronike, avtomobilske industrije in OEM dobavitelj za električne aparate. Viri [1 ] Razvojno-tehnološka dokumentacija projekta - linija P054, Iskra Mehanizmi, d. d., Lipnica, l. 2006. * Prispevek je bil predstavljen na posvetu ASM 07 v Ljubljani. Automatic control on assembly line - P054 Abstract: The purpose of this article is to present the experiences of a company involved in control for the assembly process when producing a product for the demanding automotive industry. The first part presents the product and the assembly system with assembly places. In the second part, the control places that have to ensure the demanded quality are described. Automated control places are overviewed by the system for the repetition of measurements, which is demanded for 100% product quality for delivery to the customers. Key words: assembly, assembly systems, quality control, control places, FMEA, KEIZEN, measurement system overview, nadaljevanje s strani 157 Informacije: - Filtrirna tehnika - UniversitätKarlsruhe(TH),InstitutfürFahrzeugtechnik - Delovna hidravlika und Mobile Arbeitsmaschinen, prof. dr. inž. Marcus - Mehatronski sistemi Geimer, Gotthard-Franz-Strasse 8, 76128 Karlsruhe, - Distribuirana inteligenca BRD - Simulacijska tehnika - e-pošta: mobilkolloquium@imauni.karlsruhe.de - internet: www.mobima.uni-karlsruhe.de Prijava aktivne udeležbe: do 31. 03. 2008 internationaIHtrade fair of automation & rriEchatronic 28.-3Q.01.2009 hall K, Celje, Slovenia www.ifam.si r. ^ Mednarodni strokovni sejer za avtomatizacijo, robotiko, mehatroniko,.., International Trade Fair far Automation, robotics, mechatronic, ... iCftt' Robotska celica za manipulacijo malih motorjev Borut POVŠE, Bošjan MUROVEC, Darko KORITNIK, Tadej BAJD Izvleček: V članku je predstavljena robotska celica za manipulacijo malih motorjev. Njen namen je robotizacija delovnega mesta, kjer je do sedaj človek opravljal manipulacijo z motorji med tekočim trakom, paletnim sistemom in strojem za valjanje polža. Aplikacija je zahtevna predvsem zaradi taktnega časa in zaradi že obstoječih naprav, ki niso prilagojene za delo z robotom. Ključne besede: manipulacija z motorji, robotska prijemala, dvojno prijemalo, dvoprstni prijem in razvrščanje proizvodnih procesov, ■ 1 Uvod Naš industrijski problem je zahteval gradnjo robotske celice za manipulacijo malih motorjev v tovarni BSH v Nazarjih. Pred robotizacijo je manipulacijo z motorji opravljal človek. Motorje bilo potrebno z vhodne proge pobrati in ga v pravilni orientaciji vstaviti v prazno paleto paletnega sistema (slika 1). Paleta je napredovala po fazah obdelave in se vrnila do delavca. Delavec je moral vzeti motor iz palete in ga položiti v stroj za valjanje (slika 1). Po končani obdelavi je delavec vzel motor iz stroja, obrisal olje z gredi motorja in ga odložil na izhodno progo. V prazno paleto je vstavil naslednji motor iz vhodne proge. Omeniti je še potrebno, da je naenkrat na transportnem sistemu okoli 15 palet. Zgoraj omenjena opravila mora robot izvajati s 15-sekundnim ali nižjim taktnim časom. Od hitrosti delovanja Borut Povše, univ. dipl. inž., DAX, d. o. o. Trbovlje; Doc. dr. Boštjan Murovec, univ. dipl. inž., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko; Darko Koritnik, univ. dipl. inž., DAX, d. o. o. Trbovlje; Prof. dr. Tadej Bajd, univ. dipl. inž., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko Slika 1. Delovno mesto pred robotizacijo robota so namreč odvisni merilna in magnetilna postaja ter delavci, ki sestavljajo in izvajajo vgradnjo motorja. Taktni čas robota nikakor ne sme predstavljati ozkega grla v proizvodnji in stem nižati proizvodnih kapacitet celotne linije. ■ 2 Razvrščanje proizvodnih procesov V proizvodnji se nenehno pojavlja problem razvrščanja, saj je potrebno čim uspešneje izvesti določen nabor operacij z uporabo po številu in kapaciteti omejenega nabora proizvodnih resorjev. Operacije so v večini prime- rov med seboj odvisne, saj so pogosto podvržene tehnološkim omejitvam. Posamezna operacija se tako zaradi omejitev ne more izvršiti, dokler niso izvedene vse njene tehnološke predhodnice. Nespretno zastavljen urnik bo povzročil predolgo čakanje določenih operacij na tehnološke predhodnice, stroji pa bodo stali neizkoriščeni. To je posledica prekomernega kopičenja in zastojev operacij na drugih strojih, kjer te operacije čakajo na izvršitev in s tem blokirajo izvajanje svojih tehnoloških naslednic [1]. ■ 3 Dvoprstni prijem Prijem predmeta je sestavljen iz dotikov prsta in predmeta. Vsak dotik med prstom in predmetom zmanjša število prostostnih stopenj predmeta in omogoča, da na predmet delujejo zunanje sile. Preden predmet uspešno primemo z dvema prstoma, nastopi najprej potiskanje in zatem njegovo stiskanje. Obe operaciji sta neobčutljivi na omejeno nezanesljivost v začetni legi predmeta, ki ga želimo prijeti [2, 4]. 3.1 Potiskanje, stiskanje stabilen prijem (slika 2 levo spodaj). Slika 2 desno spodaj prikazuje povsem stisnjen predmet, ko se prsta ne moreta več pomikati. Dobili smo stabilen prijem predmeta. Potrebno je poudariti dejstvo, da je kljub nedoločenosti začetnega položaja predmeta prijemanje uspelo. Opisani način prijemanja odstrani dve od treh prostostnih stopenj nezanesljivosti v legi trikotnika. Prijemalo omejuje predmet v orientaciji in v vertikalni smeri glede na pozicijo. Nedoločen pa je položaj predmeta v horizontalni smeri [3]. Slika 2. Primer stiskanja in potiskanja pri robotskem prijemu Za ponazoritev operacij potiskanja, stiskanja in na koncu stabilnega prijema vzemimo trikoten predmet, ki leži na ravni površini (slika 2). Predmet želimo prijeti z robotskim prijemalom, ki ima dva vzporedna prsta [3]. Kot kaže slika 2 levo zgoraj, začetna lega trikotnika ni povsem določena. V fazi prijema se prsta prijemala približujeta drug drugemu. Obstaja velika verjetnost, da se bo eden od prstov prej dotaknil predmeta kot drugi. Nastopi operacija potiskanja, med katero se predmet zavrti okrog točke dotika med prstom in predmetom (slika 2 desno zgoraj). Med približevanjem prstov drug drugemu se kmalu tudi drugi prst dotakne predmeta. Prične se operacija stiskanja 3.2 Odjem motorjev s traku V procesu manipulacije je ena izmed nalog robota odjem motorjev s traku. Težavo predstavlja nedoločenost lege motorja na traku. Ograda tekočega traku dopušča motorju nekaj milimetrov manevrskega prostora, zato se pozicija in orientacija spreminjata za nekaj milimetrov oziroma stopinj. To težavo rešuje način prijemanja, sestavljen iz potiskanja in stiskanja motorja. S tem načinom dosežemo stabilen prijem, čeprav ne poznamo natančne pozicije in orientacije motorja. Slika 3 prikazuje faze prijema. Opisana naloga odstrani štiri od šestih prostostnih stopenj v nedoločenosti lege motorja. S prijemom sta določeni koordinati x in y (slika 3 levo spodaj) ter rotaciji okrog x in y osi. ■ 4 Izdelava robotske celice V robotsko celico je vgrajen Epsonov robot Pro Six. To je šestosni serijski mehanizem, namenjen uporabi v industriji. Njegovo zgradbo lahko opišemo kot odprto serijsko kinematično verigo s šestimi prostostnimi stopnjami. Vsi sklepi so rotacijski. Robot lahko razdelimo na dva dela. Prvi, pozicijski del, predstavljajo prve tri osi, katerih naloga je postaviti orodje v želeno pozicijo. Zadnje tri osi predstavljajo orientacijski del in služijo za doseganje želene orientacije orodja. Slika 3. Faze prijema motorja: levo zgoraj potiskanje, desno zgoraj stiskanje in levo spodaj stabilen prijem 4.1 Prva rešitev robotske celice V celici je robot postavljen na mesto, kjer je prej stal človek. Celoten proces manipulacije in obdelave motorjev v robotski celici se lahko razdeli na dve opravili, kot je prikazano v tabeli 1. Tabela 1. Predpis izvajanja tehnoloških operacij prve rešitve Z urnikom, prikazanem na sliki 4, deluje robot s taktnim časom 32 sekund, kar je 17 sekund več od maksimalnega dopustnega taktnega časa. Že na prvi pogled opazimo, da je ta urnik zelo nespretno določen. Operacije 2a, 2b in 2c bi se lahko izvajale med čakanjem robota na a b Tehnološke faze c d e f Izdelek M p M p M p M p Mp Mp R 2 R 3 V 10 R 3 I 1 R 2 J2 R 2 R 7 R 2 Oznake v tabeli imajo sledeči pomen: M - stroj, na katerem se izvaja operacija (R - robot, V - stroj za valjanje, I - izpihovalnik olja) J - opravilo oziroma motor v fazi obdelovanja p - število časovnih enot, ki jih zahteva operacija konec operacije 1c. Izboljšani urnik je prikazan na sliki 5. Urnik, prikazan na sliki 5, še vedno ne zagotavlja ustreznega taktnega časa. Kako izboljšati urnik, prikazan na sliki 4, je očitno. Pojavi pa se vprašanje, ali je možno s postopki razvrščanja proizvodnih procesov izhodišča za izvajanje učinkovitih premikov operacij urnika, ki z veliko verjetnostjo vodijo k manjšanju izvršnega časa. Za izvajanje premikov operacij urnika, prikazanega na sliki 5, sta pomembna predvsem dva teorema. Prvi teorem pravi, da so pri optimiranju urnika z zamenjavami sosednjih kritičnih operacij samo spremembe na robovih kritičnih blokov zmožne same zase zmanjšati izvršni čas urnika. Drugi teorem pa pravi, da se izvršni čas urnika zanesljivo ne more zmanjšati, kadar premaknemo neprvo operacijo prvega kritičnega bloka na njegov začetek in se pri tem ne spremeni konec kritičnega bloka (to je v primeru, ko ne premaknemo zadnje operacije v bloku). Analogno velja tudi za premik nezadnje operacije zadnjega kritičnega bloka na njegov konec [1]. Kritična bloka {1e} in {1f} sta sestavljena iz samo po ene operacije, zato sprememb na njunih robovih Slika 4. Urnik manipulacije in obdelave motorjev Opravilo J1 je sestavljeno iz sedmih operacij. Najprej robot izvede odjem motorja iz paletnega sistema, to je operacija 1a, ki traja dve časovni enoti. Zatem robot odloži motor v stroj za valjanje, kar je operacija 1b. Stroj za valjanje izvaja operacijo 1c deset časovnih enot. Po končanem valjanju robot prime motor in ga odnese iz stroja za valjanje, kar je operacija 1d. Za trenutek se robot ustavi pred izpiho-valnikom olja, ki opravi operacijo 1e. V končni operaciji 1f robot odloži motor na izhodno progo. Drugo opravilo J2 je sestavljeno iz treh operacij. V operaciji 2a robot izvede odjem motorja z vhodne proge, sledi določanje orientacije motorja 2b, na koncu robot odloži motor v paleto, kar predstavlja operacijo 2c. Eden izmed urnikov, ki upošteva predpis izvajanja tehnoloških operacij tabele 1, je prikazan na sliki 4. izboljšati tudi urnik, prikazan na sliki 5. Na to vprašanje je možno odgovoriti s pomočjo teorije razvrščanja proizvodnih procesov. Graf urnika s slike 5 vsebuje kritično pot, sestavljeno iz kritičnih operacij, ki so na grafu prikazane odebeljeno. Kritično pot lahko razdelimo na 3 kritične bloke: {1a, 1b, 2a, 2b, 2c, 1d}, {1e} in {1f}. Obstajajo teoretična ne moremo doseči, torej ne moreta prispevati k skrajšanju časa izvajanja. Le spremembe prvega kritičnega bloka lahko vodijo do skrajšanja časa izvajanja. Prvi teorem pravi, da je potrebno zamenjati operacije na robovih kritičnega bloka, drugi pa, da moramo premakniti zadnjo operacijo kritičnega bloka, če želimo doseči krajši čas izvajanja. S premikom operacij 2a, 2b, 2c na konec kritičnega Slika 5. Izboljšani urnik manipulacije in obdelave motorjev v robotski celici bloka oziroma s premikom operacije 1d naprej se čas izvajanja urnika lahko le podaljša ali ostane enak. Torej je razvidno, da se urnika s krajšim časom izvajanja ne da določiti. Ob tem spoznanju je jasno, da je potrebno za dosego krajšega taktnega časa spremeniti segmente, ki sestavljajo robotsko celico. Pri določanju potrebnih sprememb je lahko urnik v veliko pomoč. 4.2 Izbira prijemala Z dvojnim prijemalom je potek odjema in vstavljanja motorja v stroj za valjanje sledeč. Robot s prvim prijemalom, ki je prazno, izvede odjem motorja iz stroja za valjanje. Zadnja os robota se nato zasuče za 180°, s čimer se prijemali zamenjata. Na koncu robot z drugim, polnim, prijemalom odloži motor v stroj za valjanje. Takoj zatem se valjanje lahko prične. Stroj za valjanje je tako prazen le v času odjema motorja, zasuka prijemal in odlaganja motorja. Slika 6. Urnik manipulacije in obdelave motorjev v robotski celici Pri manipulaciji z enim prijemalom pa je bil stroj za valjanje prazen ves čas odjema motorja iz stroja, izpiho-vanja olja iz gredi motorja, odlaganja motorja na izhodno progo, odjema motorja iz paletnega sistema ter odlaganja motorja v stroj za valjanje. Z dvojnim prijemalom je torej število operacij manjše in čas med dvema cikloma valjanja krajši. 4.3 Zamenjava naprave za določanje orientacije motorja Če upoštevamo dejstvo, da je valjanje motorja časovno najbolj potratna operacija, se mora čim več operacij izvesti vzporedno z valjanjem. Med manipulacijo z motorji robot izvaja tudi določanje orientacije motorja okoli osi z, kar je druga časovno najbolj potratna operacija. Na sliki 6 to operacijo ponazarja pravokotnik z oznako 2b. Smiselno je torej vgraditi napravo, ki bo sama določala orientacijo motorja, robot pa bo imel več časa za izvajanje preostalih operacij. Naprava za določanje orientacije je prikazana na sliki 8. Robot vstavi motor v centrirno gnezdišče, sučni mehanizem pa vrti centrirno gnezdišče toliko časa, dokler robotski krmilnik s pomočjo laserskega senzorja ne zazna luknjice na spodnjem delu plašča motorja. Ko je orientacija motorja določena, robot izvede odjem motorja iz centrirnega gnezdišča, ga vstavi v paleto, sučna enota pa zavrti centrirno gnezdišče v prvotni položaj. 4.4 Končna rešitev ustrezna zahtevanemu delovnemu taktu Z vsemi spremembami robotske celice je dosežen ustrezen taktni čas centrirno gnezdišče laserski senzor Slika 7. Dvojno prijemalo Časovno najbolj potratna operacija je valjanje polža na gred motorja. Pred valjanjem in po njem se izvede še pet drugih operacij prvega opravila, ki skupaj prispevajo k predolgemu taktnemu času. Te operacije so na sliki 6 označene s prekinjeno črto. Potrebno je zmanjšati število teh operacij in skrajšati čas njihovega izvajanja. Rešitev tega problema je uporaba dvojnega prijemala namesto enega. sučni mehanizem s koračnim motorjem Slika 8. Naprava za določanje orientacije motorja delovanja 15 sekund. Celoten proces manipulacije in obdelave motorjev končne rešitve robotske celice se lahko razdeli na tri opravila, kar je prikazano v tabeli 2. stroja za valjanje. Ti dve operaciji imata zato na grafu enako oznako 3b. Prvo opravilo sestavlja odjem motorja iz vhodne proge (operacija 1a), odlaganje motorja v stroj za valjanje Tabela 2. Predpis izvajanja operacij prve rešitve Tehnološke faze a b c d e Izdelek M p M p M p Mp Mp R 1 R 2.5 V 6 R 1 R 2 O 6 R 2 R 2 V 4 R+I 2.5 R 2 Oznake v tabeli imajo sledeči pomen: M - stroj, na katerem se izvaja operacija (R - robot, V - stroj za valjanje, I - izpihovalnik olja, O - naprava za iskanje orientacije, R+I - robot in izpihovalnik vzporedno izvajanje) J - opravilo oziroma motor v fazi obdelovanja p- število časovnih enot, ki jih zahteva operacija (operacija 1b) ter valjanje polža na gred motorja (operacija 1c). Pri drugem opravilu robot najprej izvede odjem motorja z vhodne proge (operacija 2a) in ga vstavi v centrirno gnezdišče naprave za določanje orientacije (operacija 2b). Sledi določanje orientacije motorja (operacija 2c), nato robot izvede odjem motorja iz naprave za določanje orientacije (operacija 2d) in ga na koncu vstavi v paleto (operacija Slika 9. Urnik manipulacije in obdelave motorjev v robotski celici (vrstnega reda operacij, označenih z zvezdico, se zaradi tehnoloških omejitev ne da zamenjati) Urnik, ki upošteva vse predpise iz tabele 2, je prikazan na sliki 9. Valjanje 1c se ne zaključi v enem ciklu, zato se nadaljuje še v drugi cikel kot operacija 3a. Operacija izpiha olja iz gredi motorja se izvaja vzporedno z odjemom motorja iz 2e). Tretje opravilo pa sestavlja valjanje polža na gred motorja iz prejšnjega cikla (operacija 3a), odjem motorja iz stroja za valjanje z vzporednim izvajanjem izpiha olja iz gredi motorja (operaciji 3b) ter odlaganje motorja na izhodno progo. ■ 5 Zaključek Robotika prevzema in bo prevzemala vedno večjo vlogo v industriji. Razvoj robotske tehnologije bo omogočal večjo interakcijo med človekom in robotom, zato bodo lahko poleg klasičnih aplikacij roboti opravljali vse težje in zahtevnejše naloge. V tem delu je predstavljena robotizacija delovnega mesta, kjer namesto človeka monotono in naporno delo opravlja robot. Pri izdelavi robotske celice so se pojavile določene težave, ki smo jih uspešno rešili. Nekatere naprave, s katerimi je prej delal človek, niso bile primerne za delo z robotom. Potrebno je bilo predelati pogon vhodne proge, zaradi težko dostopnega ležišča za motor v stroju za valjanje pa smo skonstruirali posebne prste prijemala. Največjo težavo je povzročal zahtevani taktni čas. Celotno opravilo manipulacije z motorji je bilo potrebno opraviti v 15 sekundah. Literatura [1] B. Murovec, Preprečevanje neiz-vedljivosti urnikov pri metahevris-tičnem razvrščanju proizvodnih procesov, Doktorska disertacija, Univerza v Ljubljani, 2004. [2] R. C. Brost, Automatic grasp planning in the presence of uncertainty, International Journal of Robotics Research, 7(1): 3-17,1988. [3] J. Lenarčič, T. Bajd, Robotski mehanizmi, Založba FE in FRI, Ljubljana, 2003. [4] Z. Balorda, T. Bajd, Reducing positioning uncertainity of objects by robot pushing, IEEE Transactions of Robotics and Automation, 10(4): 535-541, 1994. Robot cell for small motor manipulation Abstract: The paper presents a robot cell for the manipulation of small motors. The purpose of this cell is to substitute a human worker with a robot. Previously, the worker had to pick up the motors from the incoming line, serve the palette system and the roll machine. This application is quite complex because of the time frame in which the robot has to perform all the tasks and because some machines were not built to work with robots. Keywords: smal scheduling, motor manipulation, robot grippers, double gripper, two-fingered grasping, and production * Prispevek je bil objavljen in predstavljen na 16. mednarodni Elektrotehniški in računalniški konferenci (The Sixteenth International Electrotechnical and Computer Science Conference, ERK2007), ki je potekala v Portorožu od 24. do 26. septembra 2007. EPSON EXCEED YOUR VISION Scara RC 170 EZ Moduli RC 420 rx ■ ^ [ ProSix RC 520 Krmilniki »• Nizka cena Visof