در عصر حاضر که رقابت شدیدی بین صنایع برای کسب سهم بیشتری از بازار وجود دارد، افزایش کارایی، دقت و سرعت فرایندها اهمیت زیادی دارد و برای این هدف، مانیتورینگ صنعتی یک ضرورت به شمار میرود.
در یک مجموعه تولیدی صنعتی، فرایند نظارت، بررسی و کنترل عملکرد و وضعیت تجهیزات صنعتی را مانیتورینگ صنعتی مینامند. از مانیتورینگ صنعتی برای شناسایی مشکلات، پیشگیری از خرابیهای غیرمنتظره، بهبود کارایی تولید و افزایش ایمنی در محیطهای صنعتی استفاده میشود.
مانیتورینگ صنعتی چیست؟
تعریف و مفهوم
مانیتورینگ صنعتی فرآیندی است که دادههای بهدستآمده از تجهیزات، سیستمها و فرآیندهای مختلف صنعتی را بررسی و تحلیل میکند. دادهها معمولاً از طریق حسگرها (سنسورها) و تجهیزات خاص جمعآوری و سپس تحلیل میشوند تا وضعیت سیستمها و فرایندها و عملکرد آنها با دقت بررسی و کنترل شود.
مانیتورینگ صنعتی برای بهبود بهرهوری، کاهش هزینهها و افزایش ایمنی در صنایع مختلف یک ابزار حیاتی است. این فرایند با استفاده از تکنولوژیهای پیشرفته میتواند بهطور چشمگیری کارایی سیستمها را بهبود بخشد؛ از خرابیهای غیرمنتظره جلوگیری کند؛ و در صورت وقوع هرگونه اشکال در فرایند، هشدار لازم را ارسال نماید.
تاریخچه و تکامل مانیتورینگ صنعتی
در دوران پیش از انقلاب صنعتی، فرایندهای تولیدی و صنعتی و نظارت بر آنها به روشهای بسیار ابتدایی و وابسته به نیروی انسانی انجام میشد. بنابراین معمولا خرابیها و مشکلات در تولید پس از بروز، شناسایی میشدند و هیچ سیستمی برای پیشبینی خرابیها وجود نداشت.
با رشد انقلاب صنعتی و گسترش استفاده از دستگاههای بزرگ در کارخانهها در قرن هجدهم، با استفاده از ابزارهایی مانند فشارسنجها، دماسنجها و گیجها، دادهها اندازهگیری و بهطور دستی ثبت میشدند؛ بنابراین باز هم این نظارتها و اندازهگیریها وابسته به نیروی انسانی بود.
با پیشرفت فناوریهای الکترونیک دیجیتال در نیمه قرن بیستم، سیستمهای کنترل مرکزی (مانند PLCها) ارائه شدند که امکان کنترل و نظارت بر فرایندها را بهصورت دیجیتال و دقیقتر فراهم میکردند. در این زمان استفاده از تکنولوژیهای جدیدی مانند SCADA (سیستم کنترل و نظارت بر دادههای صنعتی) و DCS (سیستمهای کنترل توزیعشده) برای مانیتورینگ و کنترل فرآیندهای مختلف در کارخانهها آغاز شد. این سیستمها با جمعآوری خودکار دادهها، امکان مشاهده وضعیت دستگاهها و تجهیزات را در لحظه برای کاربران فراهم میکردند.
از دهه 1980 که استفاده از سیستمهای SCADA در صنایع گسترش یافت، نرمافزارهای تحلیلی و پایگاههای داده برای پردازش و تجزیه و تحلیل دادهها توسعه پیدا کرد. این سیستمها با استفاده از حسگرهای دیجیتالی به اپراتورها این امکان را میدادند که علاوه بر مشاهده وضعیت دستگاهها، میتوانستند هشدارهای پیشگیرانه را دریافت و تصمیمات بهتری در زمینه نگهداری و تعمیرات اتخاذ کنند.
در قرن حاضر و با توسعه اینترنت و فناوریهای ارتباطی، اینترنت اشیاء (IoT) وارد عرصه صنعتی شد. اینترنت اشیا به دستگاهها و تجهیزات امکان میدهد که بهطور خودکار و بیسیم با یکدیگر و با سیستمهای کنترل مرکزی ارتباط برقرار کنند. با اتصال سیستمهای مانیتورینگ صنعتی به شبکههای اینترنتی متصل شوند و امکان نظارت بر فرآیندها از راه دور فراهم میشود.
چرا مانیتورینگ صنعتی اهمیت دارد؟
امروزه رواج گسترده مانیتورینگ صنعتی در صنایع و واحدهای تولیدی مختلف، نشان از اهمیت فراوان و وابستگی زیاد صنایع به این موضوع دارد. در ادامه به برخی از مزایای مهم مانیتورینگ صنعتی اشاره میکنیم:
افزایش بهرهوری
در مانیتورینگ صنعتی با جمعآوری و تحلیل دقیق دادهها، امکان شناسایی نقاط ضعف و بهینهسازی عملیات و فرایندها را فراهم میکند. این موضوع بهرهوری، کارایی و سرعت فرایندهای تولید را افزایش میدهد.
کاهش هزینهها
یکی از کارکردهای مهم مانیتورینگ امکان نگهداری پیشگیرانه از دستگاهها و تجهیزات است. در بسیاری از مواقع میتوان با استفاده از دادههای جمعآوریشده، پیش از خرابی تجهیزات، زمانبندی مناسبی را برای انجام تعمیرات و تعویض قطعات تنظیم کرد. این کارکرد به کاهش هزینههای نگهداری اضطراری و نیز طول عمر بیشتر تجهیزات منجر میشود.
نظارت بر کیفیت محصولات
در بسیاری از صنایع، مانند صنایع غذایی، داروسازی و خودروسازی که کیفیت محصول اولویت بسیار زیادی دارد، مانیتورینگ صنعتی با نظارت دقیق بر شرایط تولید و نیز شرایط محیطی مانند دما و رطوبت، منجر به تولید محصول باکیفیت میشود.
اجزای اصلی سیستمهای مانیتورینگ صنعتی
سیستمهای مانیتورینگ صنعتی شامل مجموعهای از اجزاء مختلفی هستند که در هماهنگی کامل با یکدیگر کار میکنند تا نظارت دقیق و موثری را بر فرآیندها، تجهیزات و شرایط محیطی موجود در یک واحد صنعتی فراهم آورند. در حالت کلی، یک سیستم مانیتورینگ صنعتی شامل ابزارهای سختافزاری، نرمافزاری و ارتباطی است که میتوانند دادهها را جمعآوری، تجزیه و تحلیل کنند و نتایج را به کاربران ارائه دهند. در ادامه به معرفی اجزای اصلی سیستمهای مانیتورینگ صنعتی میپردازیم:
- سنسورها و ابزارهای اندازهگیری
- واحد پردازنده مرکزی
- نرمافزارهای نظارتی
- پایگاههای داده و سیستمهای ذخیرهسازی
سنسورها و ابزارهای اندازهگیری
سنسورها یا حسگرها مهمترین بخش در سیستم مانیتورینگ صنعتی هستند و وظیفه دارند تا دادههای فیزیکی از محیط یا تجهیزات را جمعآوری و به سیستم پردازنده منتقل کنند. حسگرها اطلاعات مهمی را برای نظارت بر وضعیت تجهیزات و فرآیندها در هر لحظه فراهم میکنند.
سنسورها در انواع مختلفی وجود دارند و بسته به نوع فرآیند و نیاز به کار گرفته میشوند:
- حسگرهای دما (برای اندازهگیری دما در تجهیزات یا محیط)
- حسگرهای رطوبت (برای نظارت بر رطوبت در محیطهای حساس)
- حسگرهای فشار (برای نظارت بر فشار در لولهها یا مخازن)
- حسگرهای ارتعاشات (برای شناسایی مشکلات در موتور یا ماشینآلات)
- حسگرهای جریان و ولتاژ (برای نظارت بر مصرف انرژی)
- حسگرهای گاز (برای اندازهگیری آلایندهها یا گازهای خطرناک)
واحد پردازنده مرکزی
در سیستم مانیتورینگ صنعتی، دادههایی که از حسگرهای مختلف جمعآوری میشوند بایستی به یک فرمت قابل استفاده برای پردازش تبدیل شوند. به عبارت دیگر بایستی دادههای آنالوگ یا دیجیتال دریافتی، به یک فرمت استاندارد برای تجزیه و تحلیل یا ارسال به سیستمهای دیگر تبدیل شوند.
دادهها پس از آمادهسازی و برای تجزیه و تحلیل، وارد واحد پردازش مرکزی (CPU) میشوند. این واحد میتواند شامل سرورهای محلی، کامپیوترها یا سیستمهای مخصوصی باشد که دادهها را پردازش و تجزیه و تحلیل میکنند.
نرمافزارهای نظارتی (نرمافزارهای مانیتورینگ)
همان طور که گفته شد دادههایی که از حسگرها و دیگر ورودیها جمعآوری میشوند در واحد پردازنده مرکزی (CPU) پردازش میشوند. برای اینکه بتوانیم نتایج را تجزیه و تحلیل و از آن استفاده کنیم به نرمافزارهای مانیتورینگ احتیاج داریم. از این نرمافزارها برای اهداف مختلفی استفاده میشود:
- گزارشدهی: ارائه اطلاعات به کاربران و مدیران
- هشدارها و اعلانها: برای اطلاعرسانی درباره شرایط غیر عادی یا خرابیها
- تحلیل روند: برای شناسایی روندهای زمانی و پیشبینی خرابیها
- مدیریت نگهداری: برنامهریزی و پیگیری برای عملیات نگهداری پیشگیرانه
این نرمافزارها به کاربران کمک میکنند تا بتوانند وضعیت دستگاهها را در لحظه بررسی و بهموقع اقدام کنند.
پایگاههای داده و سیستمهای ذخیرهسازی
سیستمهای ذخیرهسازی و پایگاههای داده، برای ذخیرهسازی طولانیمدت دادههای جمعآوریشده از حسگرها و فرایندهای مختلف بهکار میروند. از این دادههای ذخیره شده میتوان برای تحلیلهای آینده، گزارشدهی یا تحقیقات تاریخی استفاده کرد. معمولا برای ذخیرهسازی دادهها از دیسکهای سخت، سرورهای ابری و بانکهای داده استفاده میشود.
کاربردهای مانیتورینگ صنعتی در صنایع مختلف
همان طور که گفته شد مانیتورینگ صنعتی نقش حیاتی در بهبود عملکرد، ایمنی و بهرهوری در صنایع مختلف ایفا میکند. با توجه به نیازهای خاص هر صنعت، سیستمهای مانیتورینگ به گونهای طراحی و پیادهسازی میشوند که به بهینهسازی فرآیندها، پیشگیری از خرابیها، و اطمینان از کیفیت محصولات کمک کنند. در ادامه برخی از کاربردهای مانیتورینگ صنعتی را در صنایع مختلف بررسی میکنیم:
معادن استخراج منابع زیر زمینی
در معادن، بهویژه در محیطهای زیرزمینی، شرایط کاری سخت و پرخطر است. غبار، گازهای خطرناک و دما و رطوبت میتوانند تهدیدی جدی برای سلامت کارگران و ایمنی محیط باشند. به همین دلیل، استفاده از سیستمهای مانیتورینگ پیشرفته برای نظارت دقیق بر این عوامل امری ضروری است. یکی از جنبههای کلیدی این مانیتورینگ، نظارت مستمر بر عملکرد سیستمهای تهویه، بهویژه دمندهها و مکندهها است.
دمندهها و مکندهها بهعنوان دستگاههای اساسی در سیستمهای تهویه معادن، مسئولیت تامین هوای تازه و پاکسازی هوای آلوده از گرد و غبار را بر عهده دارند. در صورتی که عملکرد این دستگاهها بهدرستی مانیتور و کنترل نشود، خطرات زیادی میتواند متوجه کارگران و فرآیندهای تولید شود. بهعنوان مثال، اگر سنسورهای غبار یا سیستمهای کنترل هوا بهدرستی عمل نکنند، دمندهها و مکندهها قادر به تصفیه هوای محیط نخواهند بود که این امر میتواند منجر به تجمع غبار و آلودگی شدید هوا شود.
استفاده از سیستمهای مانیتورینگ هوشمند و دقیق بهطور مداوم، عملکرد دمنده و مکنده را بررسی کرده و در صورت بروز هرگونه مشکل یا کاهش راندمان، هشدارهای لازم را ارسال میکند. این نظارت مستمر باعث میشود تا از وقوع مشکلات جدی مانند خرابیهای غیرمنتظره یا افت کیفیت هوا جلوگیری شده و هزینههای تعمیرات به حداقل برسد.
صنایع نفت و گاز
به علت شرایط پیچیده و خطرساز و نیز حساسیت بالای تجهیزات و فرآیندها در صنعت نفت و گاز، استفاده از سیستم مانیتورینگ دقیق اهمیت بالایی دارد. مانیتورینگ صنعتی در صنایع نفت و گاز به پیشگیری از حوادث بزرگ، کاهش خطرات زیستمحیطی و بهبود کارایی فرآیندهای استخراج و پالایش کمک میکند.
استفاده از مانیتورینگ صنعتی را میتوان در بخشهای مختلف صنایع نفت و گاز مشاهده کرد:
- نظارت بر فشار، دما و جریان در خطوط لوله و مخازن
- شناسایی نشتیها و خطرات احتمالی در مخازن و لولهها
- نظارت بر عملکرد پمپها و کمپرسورها برای پیشگیری از خرابی و کاهش هزینههای تعمیرات
- مدیریت سیستمهای برق و انرژی برای جلوگیری از مصارف غیر ضروری و افزایش بهرهوری
صنعت برق و نیروگاهها
در صنعت برق و انرژی، مانیتورینگ صنعتی برای نظارت بر تجهیزات و فرآیندهای تولید و انتقال انرژی بهکار میرود. یکی از مسائل مهم در موضوع سیستمهای برق و انرژی، پیک مصرف برق در شبکه است که با کمک مانیتورینگ در مراکز دیسپاچینگ توزیع، میتوان آن را بهتر مدیریت کرد. برخی کاربردهای مانیتورینگ در صنعت برق و انرژی عبارتند از:
- نظارت بر وضعیت توربینها: کنترل وضعیت و عملکرد توربینهای گازی یا بخاری برای جلوگیری از خرابیها
- مدیریت توزیع و مصرف انرژی: نظارت بر مصرف و توزیع انرژی در شبکههای برق برای افزایش بهرهوری
- شناسایی نقصهای سیستمی: تشخیص مشکلات در شبکههای برق و انجام اقدامات پیشگیرانه برای جلوگیری از قطع برق
صنعت آب و فاضلاب
در صنعت آب و فاضلاب، حفظ کیفیت آب و مدیریت صحیح فاضلابها از ارکان اصلی در تضمین سلامت عمومی و حفاظت از محیط زیست است. در این راستا، مانیتورینگ دقیق و هوشمند در فرآیندها و تجهیزات این صنعت نقش حیاتی دارد. با استفاده از سیستمهای مانیتورینگ صنعتی، اپراتورها میتوانند شرایط مختلف را بهطور پیوسته نظارت کنند و از وقوع مشکلات پیشگیری کنند. یکی از مهمترین چالشها در این صنعت، اطمینان از عملکرد بهینه پمپها و تجهیزات انتقال سیالات است. نقش مانیتورینگ صنعتی را میتوان در بخشهای مختلف این صنعت مشاهده کرد:
- بایستی بر پارامترهای کیفیت آب شرب و مصرفی مانند مانند pH، میزان کلر، سختی آب؛ آلودگیهای میکروبی؛ مواد سمی و آب تصفیه شده نهایی، به دقت نظارت شود تا از هرگونه آلودگی یا تغییرات در خواص فیزیکی و شیمیایی آب جلوگیری و بر کیفیت آب نظارت شود.
- مانیتورینگ صنعتی در صنعت آب و فاضلاب بهویژه در نظارت بر عملکرد پمپ ها مانند لجن کش بسیار حائز اهمیت است. اگر سیستمهای مانیتورینگ بهدرستی عمل نکنند، ممکن است از خرابیهای فیزیکی پمپها یا مشکلات در انتقال سیالات بیخبر بمانیم. پمپها به عنوان یکی از اصلیترین تجهیزات در این صنعت، مسئول جابهجایی آب یا فاضلاب در مسیرهای مختلف هستند. اگر در عملکرد آنها نقصی ایجاد شود، مانند کاهش فشار یا نشت سیالات، این مشکلات میتوانند به آسیبهای جدی و خرابیهای غیرمنتظره منجر شوند. با استفاده از سیستمهای مانیتورینگ دقیق، میتوان از این مشکلات جلوگیری کرده و پیش از وقوع خرابیهای عمده، به موقع اقدام کرد.
- نظارت دقیق بر جریان و فشار آب یا فاضلاب برای حفظ کارایی سیستم و جلوگیری از مشکلاتی مانند نشت یا انسداد بسیار مهم است. سنسور فشار در خطوط لوله به اپراتورها کمک میکند تا فشار مناسب را در طول مسیر توزیع آب و فاضلاب حفظ کند و از بروز خرابی در لولهها جلوگیری کند.
- با استفاده از حسگرهای صوتی و لرزهای، سیستمها میتوانند نشتیهای آب یا فاضلاب را شناسایی و اطلاعرسانی کنند تا مشکلات سریعتر برطرف شوند.
- برای اطمینان از مطابقت با استانداردهای محیط زیستی، بایستی بر فرآیند تصفیه فاضلاب نظارت دقیقی اعمال شود. در این فرایند غلظت مواد شیمیایی و آلایندهها و باکتریهای بیماریزا در فاضلاب به خوبی اندازهگیری و کنترل میشود.
خطوط تولیدی و بستهبندی
استفاده از مانیتورینگ صنعتی در صنایع تولیدی و بستهبندی بهبود کیفیت، افزایش بهرهوری و کاهش هزینهها را در پی دارد. از آنجا که تولید و بستهبندی معمولاً در محیطهایی با ماشینآلات پیچیده و فرآیندهای دقیق انجام میشود، نظارت مداوم بر شرایط مختلف میتواند به پیشگیری از خرابیها، کنترل کیفیت و بهینهسازی عملیات کمک کند. در ادامه، به برخی از کاربردهای اصلی مانیتورینگ صنعتی در بخش تولید و بستهبندی میپردازیم.
نظارت بر کیفیت محصولات تولیدی: در خطوط تولید، نظارت دقیق بر کیفیت محصولات بسیار مهم است تا محصولات نهایی مطابق با استانداردهای لازم باشند. در مانیتورینگ دقیق کیفیت، ابعاد و اندازه محصولات، ویژگیهای ظاهری و نقایص و مشکلات ظاهری محصولات سنجیده میشود.
کنترل فرآیندهای تولید: در صنایع مختلف تولیدی، فرآیندهای تولید در مراحل مختلف نیاز به نظارت مداوم دارند. مانیتورینگ در این زمینه شامل نظارت بر دما و فشار (برای مثال در فرآیندهای قالبگیری، جوشکاری، یا تولید پلاستیک)، کنترل سرعت تولید و نظارت بر مصرف انرژی میشود.
نظارت بر فرآیند بستهبندی: در صنعت بستهبندی، مانیتورینگ صنعتی با نظارت دقیق بر کیفیت، وزن و حجم بستهها؛ کنترل برچسبگذاری و تاریخگذاری و نظارت بر کیفیت در بستهبندیهای حساس (مانند محصولات دارویی یا مواد غذایی) به تضمین کیفیت و رعایت استانداردهای ایمنی در فرآیند بستهبندی کمک میکند.
پیشگیری از خرابی تجهیزات و دستگاهها: با نظارت بر وضعیت کاری تجهیزات مختلف و تشخیص مشکلات مکانیکی و نیز مدیریت نگهداری پیشگیرانه از طریق مانیتورینگ صنعتی، ماشینآلات و تجهیزات میتوانند با حداقل خرابی و هزینههای تعمیراتی و بهطور مداوم کار کنند. در ادامه به بررسی مانیتورینگ و جلوگیری از خرابی چند دستگاه مهم در خطوط تولید اشاره میکنیم.
1-بلبرینگها در تجهیزات دوار: بلبرینگها یکی از اجزای کلیدی در تجهیزات دوار مانند نوار نقالهها، ماشینهای بستهبندی و پمپها هستند. خرابی بلبرینگها میتواند منجر به کاهش دقت، افزایش اصطکاک، و در نهایت خرابیهای شدیدتر در دستگاهها شود. سیستمهای مانیتورینگ به کمک حسگرهای ارتعاشی و دما میتوانند تغییرات در وضعیت بلبرینگها را شناسایی کنند. اگر این سیستمها بهدرستی عمل نکنند، ممکن است از خرابی فیزیکی بلبرینگ پیشگیری نشده و در نتیجه موجب توقف خط تولید و افزایش هزینههای تعمیرات و نگهداری شود.
2-الکتروموتورها: الکتروموتورها در خطوط تولید و بستهبندی مسئول حرکت و تأمین نیروی محرکه برای بسیاری از تجهیزات هستند. خرابی الکتروموتور میتواند باعث توقف خط تولید و اختلال در فرآیندها شود. مانیتورینگ وضعیت الکتروموتورها به کمک حسگرهای جریان و ولتاژ، میتواند نوسانات غیرعادی در عملکرد موتور را شناسایی کند. اگر این نوسانات یا مشکلات مانند افزایش دما یا تغییرات در جریان برق به موقع تشخیص داده نشوند، میتوانند منجر به خرابیهای بزرگتر مانند سوختن موتور یا آسیب به دیگر اجزا شوند.
3-گیربکسها: گیربکسها در بسیاری از تجهیزات صنعتی برای انتقال قدرت و تنظیم سرعت به کار میروند. خرابی گیربکسها معمولاً ناشی از فرسایش دندهها، نقص در روغنکاری یا بار اضافی است. اگر سیستمهای مانیتورینگ بهطور مستمر وضعیت گیربکس صنعتی را بررسی نکنند، مشکلاتی مانند نویزهای غیرعادی، تغییرات در دما یا فشار روغن ممکن است از نظر پنهان بمانند. این مشکلات میتوانند به خرابیهای جدیتر و توقف تولید منجر شوند.
4-پمپها و کمپرسورها: پمپها و کمپرسورها در خطوط تولید و بستهبندی برای جابهجایی مایعات یا گازها استفاده میشوند. خرابی این تجهیزات میتواند به توقف خط تولید و اختلال در فرآیندهای تولیدی منجر شود. مانیتورینگ دقیق وضعیت فشار، دما و جریان این دستگاهها میتواند به شناسایی مشکلات اولیه مانند کاهش فشار، نشتی یا خرابی مکانیکی کمک کند. به کمک سیستمهای مانیتورینگ، هرگونه مشکل در پمپ و کمپرسور به سرعت شناسایی شده و قبل از اینکه به خرابیهای جدی منجر شود، اقدامات لازم انجام میگیرد.
جمعبندی
در این مقاله به طور خیلی خلاصه به مفهوم، تاریخچه، اهمیت و کارکردهای مانیتورینگ صنعتی پرداختیم. همان طور که گفته شد حضور و نقش مانیتورینگ صنعتی را میتوان در تمام شاخههای تولید و صنعت مشاهده کرد. مانیتورینگ صنعتی همگام با پیشرفتهای چشمگیر در عرصه فناوری، همچنان در حال رشد و گسترش است و چه بسا با پیشرفت هوش مصنوعی، شاهد تحولات شگفتآوری در این شاخه صنعتی باشیم.
مانیتورینگ صنعتی فرآیندی است که دادههای بهدستآمده از تجهیزات، سیستمها و فرآیندهای مختلف صنعتی را بررسی و تحلیل میکند. دادهها معمولاً از طریق حسگرها (سنسورها) و تجهیزات خاص جمعآوری و سپس تحلیل میشوند تا وضعیت سیستمها و فرایندها و عملکرد آنها با دقت بررسی و کنترل شود.
امروزه کمتر صنعتی را میتوان یافت که از مانیتورینگ صنعتی استفاده نکند. صنایع مختلفی چون نفت و گاز، آب و فاضلاب، کارخانجات تولیدی و صنعت برق وابسته به مانیتورینگ صنعتی هستند.
افزایش بهرهوری، کاهش هزینهها، افزایش ایمنی و نظارت بر کیفیت محصولات تنهایی بخشی از مزایای استفاده از مانیتورینگ صنعتی هستند.
پیادهسازی مانیتورینگ صنعتی یک سرمایهگذاری اولیه و نسبتا پرهزینه محسوب میشود، اما با توجه به مزایای زیادی که دارد و همین طور وابستگی بسیاری از صنایع به آن، انجام آن یک ضرورت و الزام است.