איתות ויזואלי עבור ניהול מושכל של קווי ייצור

איור 1‏: משמעות המונח ניהול ויזואלי היא תקשורת שנועדה להביא לידי פעולה מהירה של צוות עובדים — ששונה מתקשורת ויזואלית אחרת ברצפת הייצור שנועדה להעביר אינפורמציה בלבד. מנורות אזהרה כאלו מידעות על קיום מצב מסוכן. (מקור תמונה: Getty Images‏)

איור 2‏: בדומה לרמזורים לניהול ההתנהגות של נהגים בצמתי רחובות, ציוד ניהול ויזואלי ביישומים תעשיתיים נועד לעורר תגובות עובדים לייצוב דרישות תהליך. (מקור תמונה: Banner Engineering‏)

קווי ייצור עבור העיבוד, המיון, השינוע, ההרכבה והאריזה של סחורות, בדרך כלל כוללים מערכי ציוד המבצעים בו-זמנית משימות הקשורות זו לזו, אם כי נפרדות. פעולות כאלו מחייבות הכללת רכיבים עבור ייצור בטוח וללא הפסקה. כאן, רכיבי איתות ויזואלי הם חיוניים. רכיבים אלה מתקשרים ביעילות נתוני מכונה ומידע אחר שיש לפעול לגביו לצוות עובדי המפעל, באמצעות מנורות או אמצעים ויזואליים (לעיתים קרובות מקודדי צבע) אחרים, עם הסתמכות מועטה או כלל לא על הוראות כתובות או טקסט.

ידועים גם בהקשר של אוטומציה תעשייתית כבקרה ויזואלית, ניהול ויזואלי תומך בייצור רזה (lean manufacturing) וביעילות של גישות מפעל-רזה (lean-factory)‏ IIoT‏. ניהול ויזואלי כזה יכול להיות בצורה של סימונים פשוטים על רצפות מפעל, מדבקות ותגים על לוחות מודעות ומצבורי חלקים בתהליכי עיבוד, מגדלי מנורות (נקראים מנורות התרעה Andon) ואלקטרוניקה מוארת אחרת על תחנות בקרה או מכונות, פסים מוארים על סלי חלקים של תחנות הרכבה, ואפילו מסכים שטוחים מורכבים בתקרה, כדי לשדר מצבי זמן-אמת והנחיות לעובדי המפעל.

המטרה הראשונית של ניהול ויזואלי בקווי ייצור היא להבטיח שכל תהליכי הייצור וההרכבה מתבצעים בביטחון ויעילות גבוהים ככל האפשר, באמצעות תקשורת פרואקטיבית ובעיתוי נכון של פעולות נדרשות מצד מפעיל או טכנאי.

רכיבי ניהול ויזואלי

רכיבי ניהול ויזואלי במתקנים אוטומטיים משרתים שלוש פונקציות שונות — להעביר מידע הדורש פעולה על מצב המכונות והתהליכים בקו הייצור, לתת הוראות מקודדות למפעילי מכונות ועובדי מפעל אחרים ולעקוב אחר ביצועי קו הייצור עבור החלטות מושכלות יותר ברמת הארגון. כל אחת מפונקציות אלו קשורה במערכים חופפים של כלי ניהול ויזואליים.

אזעקות ויזואליות עבור עובדי מפעל

איור 3‏: אזעקות ויזואליות מסתמכות על חיישנים המגלים כשמתרחשים ארועי מכונה ולעיתים קרובות מלוות על ידי סירנות נשמעות. מוצגת כאן אזעקה פייזו-אלקטרית מוארת-LED‏ עבור הרכבה בפאנל ורישות CAN דרך הפרוטוקול SAE J1939-15. צלילי האזעקה ניתנים להגדרה כדי להודיע על מצבי אזעקה שונים. (מקור תמונה: Floyd Bell Inc)

אזעקות ויזואליות הן אורות LED‏, נוריות חיווי והתקנים מוארים, שמושכים אופטית את תשומת הלב של מפעילי מכונה ומנהלי מפעל - בדרך כלל כאזהרה יעודית של בעיה אחת מיוחדת. גורמים נפוצים לאזעקות כוללים בעיות מכונה, העמסת-יתר, התחממות-יתר, נזילות, נפילות לחץ, תקלות חשמל, עכבה של פונקציות בטיחות ואש. עבור מצבים דחופים במיוחד, אזעקות ויזואליות אלו מלוות על ידי סירנות נשמעות.

לדוגמה, אזעקות אש משלבות חיישני חום וחלקיקי עשן כמו גם אלקטרוניקה קשיחה המתוכנתת להפיק יציאת אותות צליל והבזק. במקרים מסוימים, אזעקות גם מרושתות בתוך מערכת בקרה רמה-גבוהה, שיכולה להורות לאזעקה להפיק את ההתרעה הבולטת ביותר שלה במקרה שמתרחשת סדרת ארועים מבשרת רעות.

מרבית האזעקות התעשייתיות מודיעות רק שיש תקלה, ללא פרטים אודות מקור התקלה או מיקומה המדויק. עם זאת, אזעקות ויזואליות בדרוג-תעשייתי מתוכננות בדרך כלל כך שהן אינטואיטיביות אפילו לצופה המתחיל שקיימת בעיה, והאזעקות הטובות ביותר יכולות להקנות הבנה מידית על אופי הבעיה. לדוגמה, אזעקה המותקנת בקו‏ ייצור יכולה להבהב‏ או להוציא אות שקול כלשהו כשהחיישנים הקשורים מגלים מספר מתוכנת מראש של ריג'קטים. זה מידע את מפעילי המשמרת שיש בעיה בנקודה לא מוגדרת כלשהי במסוע או בקו הייצור. על מכונות אחרות, אזעקות ויזואליות מתוכנתות להבהב‏ בהתאם לתבניות זמן, ממש כמו סמני נתיבים ימיים עבור תעבורה ימית, עם משמעויות מקודדות לכל תבנית הבהוב.

מחווני מצב מכונה

מחווני מצב מכונה בסביבות תעשייתיות כוללים את המדים והמונים שמהנדסים רבים מדמיינים כשהם שומעים את המילה מחוון. למעשה, מחווני מצב כוללים גם רכיבי אוטומציה נוספים, כולל אורות לוח בקרה, מגדלי מנורות ומאפייני HMI המציינים‏ התרחשות ארוע מכונה או דרישה לתגובת עובד.

בניגוד לאזעקות שמציינות התרחשות ארועים מסוכנים, לא שגרתיים או עוצרי תהליך אחרים, מחווני מצב מכונה קשורים עם התרחשויות או מדידות דורשות פעולה שהן נורמליות עבור אופרציה נתונה. לדוגמה, הם יכולים להציג בזמן-אמת את כמות החשמל הנצרכת או החום שהופק על ידי תהליך הרץ במהירות מתכווננת מסוימת או מומנט פיתול על ציר ציוד מנוטר.

מנורות התרעה Andon‏ (Andon lights) ומגדלי מנורות (light towers)

איור 4‏: בניגוד לאזעקות ומחוונים, מנורות התרעה Andon‏ הן התקנים המיועדים למצב יחיד של מכונה. מגדלי מנורות התרעה Andon באים במגוון מספרים של נורות-צבעוניות מגובבות וקטרים. תושבות בתקן תעשייה ואינטגרציה מהירה מחווטת מראש. (מקור תמונה: Menics‏)

מנורות התרעה Andon הן רכיב ניהול ויזואלי נפוץ במפעלי ייצור של היום. הן מהוות מגדל של מנורות בצבעים שונים מגובבות אנכית. המונח Andon מקורו במילה‏ יפנית המציינת סוג אחד של פנס נייח, והשימוש בו בייצור נובע מהשימוש של Toyota ב-Andons ביחס למערכות איתות-בעיה מבוססות אור במפעלים המודרניים המוקדמים שלה.

מנורות Andon נבדלות מרכיבי ניהול ויזואלי אחרים בכך שכל אחת קשורה עם אינטרלוק מכונה, לחצן עצירה או התקן עוקב-פעולה נתון. המאפיין המובהק ביותר של מערכות Andon הוא בכך שהן מספקות למפעיל אמצעי לעצור את קו הייצור כשמתעוררת בעיה. הפונקציה העיקרית של מנורות התרעה Andon היא לאותת למפעיל קרוב שיש בעיה מסוימת בקו הייצור.

במגדל מנורות התרעה‏ Andon, כל צבע ‏מעביר מסר בתקן-תעשייה.

• ירוק מציין‏ שקו הייצור עובד ולא התגלתה כל בעיה.
• צהוב מציין שלוגיקת המכונה מגלה בעיה ... אך הייצור יכול עדיין להימשך. אור צהוב של מנורת התרעה Andon נדלק בדרך כלל כשיש אנורמליות בקו הייצור, כמו טמפרטורה גבוהה מדי, חוסרים, תקלה במכונה או מספר לא נורמלי של ריג'קטים. בעיות הגורמות להדלקת אור צהוב אינן קריטיות אך עלולות להוביל לבעיות חמורות יותר אם לא מטפלים בהן.
• אדום מציין שהייצור נעצר, לעיתים בגלל שמפעיל מכונה ‏הפעיל אינטרלוק מכונה או לחץ על לחצן עצירה אלקטרונית. כשמערכת Andon מגלה או מקבלת התרעה על בעיה‏ קריטית הדורשת תשומת לב מידית, האור האדום של מגדל ה-Andon נדלק ומערכת ה-Andon עוצרת את הייצור. אם הייצור נעצר אך לא על ידי מערכת ה-Andon (או נעצר מסיבה כלשהי שלא התגלתה על ידי מערכת ה-Andon) האור האדום של ה-Andon יהבהב. הייצור ישאר במצב עצירה עד לתיקון הבעיה.

בעוד מרבית מנורות ההתרעה Andon כוללות סדרות של אור אדום, צהוב וירוק, חלקן כוללות אדום וירוק בלבד. אף על פי כן, אחרות כוללות‏ אור לבן‏ ואור כחול בסדרה. משמעות תקן-התעשייה של מנורה כחולה דולקת במגדל‏ התרעה Andon היא בקשת סיוע, בין אם אספקת מלאי חומרים, צוות תחזוקה או ניהול. מאידך, מנורת LED לבנה דולקת‏ במערכת מגדל‏ התרעה Andon משדרת בדרך כלל מצב ספציפי של מכונה בהתיחס למידת ‏תפוקה מנוטרת.

סימונים פשוטים יותר ושילוט מפעל

איור 5‏: שילוט בטיחות משתמש באיקונוגרפיה מתוקננת על ידי ה-National Electrical Manufacturers Association‏ (NEMA‏), מכון התקנים הלאומי האמריקאי (American National Standards Institute) בתקן ANSI Z535 וה-International Organization for Standardization in ISO standard 7010. (מקור תמונה: Getty Images‏)

איור 6‏: ניהול ויזואלי צנוע מבוסס שלט יכול להבטיח את הבטיחות של עובדי מפעל. (מקור תמונה: Clarion Safety Systems)

ניהול ויזואלי במסגרות תעשייתיות אינו חייב להיות אלקטרוני. סימונים צנועים (low-tech), שלטים ותוויות בסביבת תאי עבודה ומכונות הם אלמנטים חיוניים של מפעל ייצור רזה מתוכנן היטב.‏ שילוט כזה תפקידו להורות ולהנחות עובדי מפעל. לדוגמה, סימוני רצפה יכולים להנחות תעבורה רגלית לאורך מסלולים בטוחים במתקני ייצור. במקומות אחרים, תוויות מבוססות סמלים יכולות לציין בבירור את המיקומים המדויקים של כלים, חלקים מאוחסנים עבור הרכבה, צירי ציוד, שערי בטיחות ואובייקטים נוספים.

הסוג החשוב ביותר של ניהול ויזואלי מבוסס שלט הוא זה המתיחס לבטיחות עובדים. סימון כזה דרוש על פי חוק בכל מקום בו יש משטחים חמים, גורמי סיכון חשמליים, רצפות רטובות או סכנת חשיפה לקרינה. שלטי בטיחות גם מתריעים עובדים על ציוד ההגנה האישי (PPE) הדרוש עבור אזור עבודה מסוים ... וכאשר הם מתקרבים לאזורים מוגבלים לעובדים בלתי מורשים. דוגמאות אחרות של שלטים עבור ניהול ויזואלי של קווי ייצור הן תוויות או תגים שעברו למינציה או עשויים מפלסטיק קשיח המתארים צעדים בהם יש לנקוט במקרה של מצבי מכונה או מפעל נתונים, או כיצד להפעיל התקן פשוט או ציוד מסוים.‏

לוחות גרפיים וממשקי אדם-מכונה (HMIs) עבור מדדי ביצוע מרכזיים (KPIs)

איור 7‏: תפעול ולוחות KPI במפעלים, יותר ויותר לובשים צורה של מסכים מחוברים IIoT דיגיטלי, כדי להודיע על ביצועי תא עבודה אינדיבידואלי והמפעל הכולל. (מקור תמונה: Getty Images‏)

אמנם מעבר לתחום מאמר זה, ראוי לציין שבשנים האחרונות מסתמכים יותר ויותר על ממשקי אדם-מכונה (HMIs) כדי להעביר התרעות ואזעקות ברמת מכונה. התרעות HMI אלו הן אותות בולטים על מסך המשתמשים לעיתים קרובות בסמלים המדמים כיפה פיזית ומנורות התרעה Andon, אותן עובדי המפעל כבר מכירים.

עבור תקשורת נתונים הקשורים למדדי מפעל ומדדים ברמת הארגון (ביחד עם מידע על הביצועים והמצב השוטף של אחד או יותר קווי ייצור), לוחות גרפיים ברצפת-ייצור הם סטנדרטיים. לוחות אלה כוללים גרסאות אלקטרוניות ולא אלקטרוניות.

לוחות גרפיים לא אלקטרוניים הם לוחות לבנים ולוחות מודעות המציגים מידע כתוב בכתב יד ותדפיסי מחשב של סטטיסטיקות ייצור של תא עבודה המתיחסות לקצבי תפוקה, חלקים מוגמרים ומשלוחים, אירועי בטיחות, ועוד.

לוחות גרפיים אלקטרוניים פשוטים לובשים צורה של לוחות תוצאות LED‏ שיכולים להציג מספרים ומסכי מטריצת נקודות. לעומתם, לוחות גרפיים אלקטרוניים מתוחכמים יותר כוללים מסכים שטוחים דיגיטליים המרושתים עם מכונות ומציגים ציוד, רצפת ייצור ואפילו נתונים ברמת ארגון בזמן-אמת. במקרים רבים, יעד תפוקה וכמויות תפעוליות אחרות משורטטות במקביל לתפוקה וכמויות בפועל. ערכים כאלה נקראים מדדי ביצוע מרכזיים או KPIs, אינדיקטורים של שעורים תפעוליים ומדידות שיפור המשפיעים על החלטות ברמת העסק. בנוסף ל-KPIs, לוחות ניהול ויזואליים לעתים קרובות כוללים סטטיסטיקת ביצועים המתיחסת למילוי הזמנות של עמדת עבודה, מספר החלקים שיוצרו, תקלות מכונה, שעות ריצה ללא הפסקה ומספר ימים ללא תאונה.

מסקנה

ניהול ויזואלי בהקשר של אוטומציה תעשייתית כולל מערכות ורכיבי איתות המעבירים פקודות שאינן טקסט לעובדי מפעל. למעשה, רכיבים המיועדים עבור פונקציות ניהול ויזואלי מעבירים מידע על תהליך ומצב מכונה או מעבירים פרטים אודות ביצועי קו ייצור ותפוקה שדורשים פעולה. הטבע הבולט אינהרנטית של אותות וסימנים צבעוניים, זוהרים ומהבהבים הוא לב להצלחה של ניהול ויזואלי ויתרונות התפוקה של מפעל ויזואלי IIoT.