Att förstå industriella sensorer

Inom tillverkningsindustrin går mycket av tiden åt till att försöka göra produktionen mer effektiv. Gissningar och erfarenhet hjälper dig en bit på vägen, men för att göra de vinster du behöver för att ligga steget före kommer du att vilja använda verkliga data från dina produktionslinjer.

Och för att få de tillverkningsdata du vill ha behöver du industriella sensorer.

Produktionschefer, processingenjörer och fabrikschefer runt om i världen har redan införlivat Manufacturing Intelligence-lösningar som Factbird för att utvinna värde ur sina data. Och en viktig del i att lyckas med detta är att strategiskt använda sensorer för att få en bild av vad som händer på produktionslinjerna.

I den här artikeln ska vi fördjupa oss i tillverkningssensorer (även kallade industrisensorer) och undersöka deras viktiga funktion för att övervaka och optimera produktionsaktiviteterna på fabriksgolvet.

Vad är en sensor?

Sensorer är utrustning som sitter i utkanten av det område där man kan hämta data. Inom tillverkningsindustrin är sensorer ögon och öron i moderna tillverkningsanläggningar.

I grund och botten är en sensor en enhet som fångar upp data från den verkliga världen i sin råa form, dvs. fysiska fenomen som temperatur, tryck, fukt, ljud, ström eller ljus.

En sensor omvandlar sedan vanligtvis dessa data till en utsignal som kan användas i annan elektronik, övervaka världen på minutnivå och återföra information till IoT-system för analys och åtgärder.

De data som samlas in och analyseras från sensorer kan användas för att övervaka, styra och optimera tillverkningsprocesser, vilket leder till ökad effektivitet, säkerhet och kvalitetsförbättringar. De industriella sensortyperna är olika och skräddarsydda för specifika tillämpningar och branscher, men de har alla ett gemensamt mål: att förbättra vårt sätt att hantera tillverkningen.

Var används sensorerna?

Ju fler industriella sensorer vi installerar i tillverkningsmiljöer för att samla in data, desto bättre möjligheter har vi att visa och förstå mönster.

De är ingen ny uppfinning, utan patentet för det "elektriska teletermosskopet", även kallat termostat, beviljades i USA redan 1883. De har utvecklats mycket sedan dess och blir snabbt billigare, mindre och betydligt vanligare.

När det gäller bilar rapporterade det amerikanska energidepartementet Office of Scientific and Technical Information att år 2020 "har en genomsnittlig ny bil mellan 60 och 100 sensorer, vilket kan fördubblas inom 6 år". Dessa sensorer är placerade överallt i bilen, bland annat i bränsleinsprutningssystemet, växellådan, bränsletanken, hjulen och krockkuddarna.

Inom tillverkningsindustrin används sensorer för att övervaka och styra olika produktionsprocesser. Här är några exempel på hur sensorer används i produktionslinjer:

Övervakning av produktionens input och output kan göras med räknesensorer, vanligtvis fotoelektriska (ljus) och induktiva sensorer, som övervakar antalet producerade artiklar samt skrot och artiklar som behöver omarbetas.

Förpackningsprocesser är en vanlig orsak till flaskhalsar, och sensorer som noggrant mäter avstånd och positionering bidrar till att minska förpackningsproblemen.

Flaskhalsanalys använder videokameror för att identifiera grundorsaken till stopp genom att titta på tidsstämplade videor.

Tillståndsövervakning av maskiner med vibrations- och temperatursensorer som upptäcker om en utrustning beter sig onormalt.

Övervakning av förbrukningen av exempelvis el och gas för att identifiera ineffektivitet och minska kostnaderna.

Förbättrad säkerhet för medarbetarna genom att använda videokameror för att analysera vad som gick fel i händelse av en olycka.

Vilka typer av sensorer används i tillverkningsindustrin?

Industrisensorer spelar en avgörande roll för att öka effektiviteten genom automatisering, ett viktigt mål för Industri 3.0 och 4.0. De möjliggör detektering, mätning, analys och bearbetning av olika förändringar, t.ex. förskjutningar i position, längd, höjd, externa faktorer och förskjutningar inom industriella produktionsanläggningar.

Smarta fabriker utnyttjar dessa sensorer för att övervaka produktionen i realtid, medan automatiserade styrsystem bidrar till att minska potentiella underhållskostnader. Dessutom ökar digitaliseringen produktionsflexibiliteten, vilket ger en konkurrensfördel för avancerade tillverkningsföretag.

Det finns olika typer av givare på marknaden, varav vissa är massproducerade och lättillgängliga. De vanligaste typerna av givare som du hittar idag är:

• Positionssensorer kan mäta rörelsen hos ett objekt eller dess position i förhållande till en referenspunkt.
• Tryckgivare är viktiga för att övervaka tryckförändringar i vätskor eller gaser, vilket säkerställer en säker och effektiv drift.
• Flödesgivare är avgörande för att mäta flödet av vätskor eller gaser i ett system, optimera genomströmningen och minska stilleståndstiden.
• Temperaturgivare mäter och övervakar temperaturvariationer i tillverkningsprocesser.
• Kraftsensorer känner av mekaniska krafter som spänning, vikt och kompression.
• Närhetssensorer är viktiga för att detektera närvaron eller frånvaron av ett objekt utan fysisk kontakt.
• Nivågivare håller reda på nivåer av vätskor eller fasta material i behållare eller kärl.
• Visionsensorer är viktiga för att fånga bilder för analys, t.ex. för att verifiera produktkvalitet och effektivisera inspektionsprocesser.

Sensorerna används inom en rad olika tillverkningsindustrier, t.ex. läkemedels-, livsmedels- och dryckesindustrin, flyg-, fordons-, elektronik- och textilindustrin.

Tillverkningssensorer som en del av IoT-stacken

Enligt McKinsey "beskriver Internet of Things (IoT) fysiska objekt med sensorer och ställdon som kommunicerar med datorsystem via trådbundna eller trådlösa nätverk - vilket gör att den fysiska världen kan övervakas digitalt eller till och med styras."

Utifrån denna definition är det tydligt att sensorer är en viktig del av IoT, Industrial IoT (IIoT), M2M, eller vad man nu vill kalla detta fenomen.

Ett typiskt IoT-system består av fem delar:

1. Sensorer omvandlar fysiska fenomen till elektriska signaler.
2. Edge-enheter utför uppgifter som att översätta, lagra och bearbeta signalerna för kommunikation med ett nätverk.
3. Anslutning som skickar data till molnet, t.ex. mobilnät, LoRaWAN, Wi-Fi och Ethernet.
4. Molnet är mjukvaran som bearbetar data och sedan utför åtgärder som att skicka varningar. NB:s lokala lösningar förekommer fortfarande inom tillverkningsindustrin, men blir allt mindre vanliga.
5. Ett användargränssnitt är hur människor ser på de data som började redan vid sensorn och som har bearbetats av molnapplikationen.

Industriella sensorer kan vara din anläggnings ögon och öron, men det är de data de genererar som har verkligt värde. Så här ser en typisk installation ut när du använder Factbirds plug-and-play-lösningar för Manufacturing Intelligence.

Med Manufacturing Intelligence-lösningar som Factbird kan du samla in, lagra och analysera data från olika sensorer och omvandla rå information till användbara insikter.

Denna datahanteringsprocess omfattar fyra viktiga komponenter:

• Tillhandahålla sammanhang för sensordata (tid, plats och processtillstånd) för att bättre förstå informationen och fatta mer välgrundade beslut.
• Genom att filtrera och prioritera data baserat på betydelse kan du fokusera på de mest kritiska aspekterna av din verksamhet.
• Säkerställa enhetlighet i dataformat och enheter för att främja smidig kommunikation och interoperabilitet mellan olika system och sensorer.
• Omvandla rådata från sensorer till meningsfulla insikter som ger dig och ditt team möjlighet att fatta välgrundade beslut och vidta lämpliga åtgärder.

Vad bidrar sensorer till att förbättra?

Att investera i industriella sensorer kan ge betydande fördelar för din verksamhet.

Företag som samlar in och analyserar produktionsdata får ökad produktivitet genom realtidsövervakning och optimering av processer, vilket ökar effektiviteten och minskar stilleståndstiden.

Förbättrad kvalitet kan också uppnås genom exakt kontroll av tillverkningsprocesser, vilket resulterar i produkter av högre kvalitet med färre defekter.

Ökad säkerhet är en annan fördel, eftersom tidig upptäckt av farliga förhållanden eller fel på utrustningen bidrar till att förebygga olyckor och skydda medarbetarna.

Sensorer bidrar också till minskat avfall genom att optimera resursanvändningen och minimera avfallet, vilket leder till mer hållbara och kostnadseffektiva verksamheter.

Slutligen möjliggör övervakning av utrustningens hälsa och prestanda förebyggande underhåll och prediktivt underhåll, vilket möjliggör allt noggrannare förutsägelser av potentiella fel och proaktivt underhåll, vilket i slutändan minskar stilleståndstiden.

En titt på framtidens sensorer

I takt med att Industri 4.0 och nu Industri 5.0 fortsätter att forma tillverkningslandskapet kommer sensorer att spela en allt viktigare roll för att driva innovation och effektivitet.

Sensorer bidrar till att öka den produktivitet som Industri 4.0 kräver samtidigt som de hjälper till att fokusera på människor och miljö i banbrytande koncept inom Industri 5.0.

Förväntade framsteg inom sensorteknik för tillverkning inkluderar

• Den fortsatta miniatyriseringen kommer att göra det möjligt att utveckla mindre och mer kompakta sensorer som kan integreras i ett större antal utrustningar och applikationer.
• Avancerade material, som grafen och nanokompositer, kommer att ge ökad känslighet, hållbarhet och mångsidighet.
• Utbyggnaden av trådlösa sensornätverk kommer att förbättra insamling, analys och kommunikation av realtidsdata inom och mellan tillverkningsanläggningar.
• Integreringen av artificiell intelligens (AI) och maskininlärningsteknik med sensordata från tillverkningen kommer att möjliggöra avancerad analys och prediktiva funktioner, vilket leder till smartare och mer autonoma tillverkningsprocesser.

Avslutande tankar

Sensorer för tillverkning har utvecklats mycket sedan starten och har blivit ett oumbärligt verktyg för produktionsledare, produktionschefer och fabrikschefer för att övervaka, styra och optimera sin verksamhet.

Genom att investera i lättanvända lösningar för Manufacturing Intelligence som Factbird kan organisationer utnyttja den fulla potentialen hos dessa sensorer och omvandla rådata till användbara insikter som omedelbart ökar effektiviteten, kvaliteten och lönsamheten.