Nyomonkövethetőség 4.0 használata a termékbiztonság és a megfelelőség javításához valamint az alkatrészek jobb nyomon követéséhez

A raktárakon és gyárakon belüli valós idejű eszközkövetés és nyomonkövethetőség igen fontos az Ipar 4.0 megvalósítása és az ellátási lánc menedzselése szempontjából. Ez alá tartozik az autóipari alkatrészek és részegységek, a háztartási gépek, a repülőgépipar, a közlekedés és az elektronikai rendszerek gyártásakor minden alkatrész minden adatának ismerése. A nyomonkövethetőség itt különösen fontos, és magában foglalja a nyersanyagok, az alkatrészek, a részegységek és a késztermékek fizikai elhelyezkedésének nyomon követését, valamint történeteik és felhasználásuk dokumentálását. A hatékonyabb gyártás és a minőségesebb termékek előállításának támogatása mellett a Nyomonkövethetőség 4.0 képezi a termékbiztonság egyik alapvető pillérét, beleértve a hamisított alkatrészek elleni védelmet, a pontos visszahívások támogatását és a jogszabályoknak való megfelelést.

A Nyomonkövethetőség 4.0-nak megfelelő minden megoldás arra épül, hogy a gyártási folyamat során minden egyes alkatrészt valamilyen módon megjelölnek, gyakran 1D vagy 2D típusú vonalkódokat használva címkéken vagy közvetlenül ráformázva azokat az árucikkekre, és aktívan nyomon követik a cikkek mozgását. Ez gyakran kihívásokkal teli folyamat lehet. Egy átlagos autó például több mint 20 000 alkatrésszel rendelkezik, melyek mindegyikét nyomon kell követni. A Nyomonkövethetőség 4.0 megvalósítása összetett lehet. Nem elég egyszerűen megjelölni minden alkatrészt, hanem kívánatos egyetlen képalkotó platform használata a vonalkódolvasáshoz és az árucikkek vizuális ellenőrzéséhez. A képalkotóknak emellett zord ipari környezetben és változó fényviszonyok között kell megfelelően működniük.

Az Ipar 4.0-nak megfelelő nyomonkövethetőségi igények támogatásához a tervezők olyan ipari intelligens képalkotó platformokhoz fordulhatnak, amelyek a vizuális ellenőrzéshez képesek az 1D és 2D típusú vonalkódok olvasására, a képalkotás és képelemzés javításához pedig automatikus fókuszra is képesek. Ezek az intelligens képalkotók fejlett dekódoló algoritmusokkal rendelkeznek, amelyek segítségével még a sérült vonalkódok is leolvashatók. Dupla elülső ablakos kialakításúak a páralecsapódással kapcsolatos problémák minimalizálásához, valamint IP65/67-es védettségűek, amely biztosítja a jó teljesítőképességet zord környezetben is.

Ez a cikk a Nyomonkövethetőség 4.0 fejlődését tekinti át, és azt, miként javítja ez a technológia a termékbiztonságot, a termékkövetést és a jogszabályoknak való megfelelést. Áttekinti továbbá az alapvető vonalkódtípusokat és a sérült vonalkódok olvasására szolgáló rekonstrukciós szoftvereket, megvizsgálja a rendszerekbe történő beépítéssel kapcsolatos kérdéseket és a mechanikus és a folyadéklencsés autofókuszáló rendszerek közötti kompromisszumokat, majd zárásként bemutat néhány intelligens ipari képalkotót az Omrontól, valamint egy szoftverfejlesztő eszközt a vonalkódolvasási és gépi látási alkalmazások beállításához.

A Nyomonkövethetőség 4.0 kifejlődése

A Nyomonkövethetőség 4.0 szerves része az Ipar 4.0-nak, viszont nem minden gyártási művelet Ipar 4.0-ás művelet. Más esetekben, például kiskereskedelmi és raktározási folyamatoknál nincs szükség a Nyomonkövethetőség 4.0-ra. Nézzük meg, hogyan alakult ki a Nyomonkövethetőség 4.0 (1. ábra).

• A Nyomonkövethetőség 1.0 általában vonalkódokra támaszkodik a termékek automatikus azonosításához, a pontosság és a hatékonyság javítása érdekében.
• A Nyomonkövethetőség 2.0 esetében már az ellátási lánc menedzsmenten belüli alkalmazásról beszélhetünk a dátum- és tételkódok használatának köszönhetően. A magasabb minőségi szintek megvalósításának támogatására és a fogyasztói bizalom megerősítésére tervezték, valamint a célzott termékvisszahívások lehetővé tételére. A kiskereskedelemben még mindig használják. Ezenkívül az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala (FDA) is használja az orvosi eszközök egyedi eszközazonosítóihoz (UDI). Ekkor kezdte el a Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (ISO) a vonalkódokra vonatkozó minőségi előírások kidolgozását.
• A Nyomonkövethetőség 3.0-nál a dátum- és tételkódok helyett már bevezették a különálló eszközök nyomon követését. Ennek érdekében kifejlesztették a műanyag és fém alkatrészek közvetlen jelölésére alkalmas technológiát (DPM), amely zord ipari környezetekben is használható. Kifejlesztették továbbá a hamisítás elleni programok alapját a termékek és alkatrészek eredetiségének biztosításához.
• A Nyomonkövethetőség 4.0 már egy teljes megvalósítás, beleértve az átfogó alkatrész-előzményeket és a különálló alkatrészekre vonatkozó egyenkénti geometriai méretezést és tűrésezést (GD&T). A GD&T létfontosságú a precíziós gyártásban, például a repülőgép- és autóiparban, és lehetővé teszi az alkatrészek pontos beépítését a GD&T értékek alapján, biztosítva a nagy pontosságú összeszerelést és kiváló minőségű rendszerek létrehozását.

1. ábra: A Nyomonkövethetőség 4.0 az Ipar 4.0 szerves részét képezi, de nem váltja fel teljesen a nyomonkövethetőség korábbi generációit (kép: Omron)

Vonalkódtípusok és szabványok

A vonalkódtípusok a nyomonkövethetőség egyre kifinomultabbá válásával együtt fejlődtek és bővültek. Ma már többféle gyakori vonalkód típus létezik, köztük a lineáris, a 2D (például Data Matrix, QR-kód és Aztec kód), valamint a halmozott lineáris (például PDF 417, Micro PDF és az összetett kódok) (2. ábra). Ezek címkékre nyomtathatók vagy valamilyen módon közvetlenül az alkatrészekre formázhatók. Széleskörű szabványkészlet létezik, többek között a következők:

• AIAG B4 - az Automotive Industry Action Group szerinti alkatrész-azonosítás és nyomon követés
• AS9132 - a Society of Aerospace Engineers szerinti adatmátrix-minőségi követelmények alkatrészjelöléshez (Data Matrix Quality Requirements for Part Marking)
• EIA 706 - az Elektronikai Ipari Szövetség szerinti alkatrészjelölés
• ISO/IEC 16022 - International Symbology Specification
• ISO/IEC 15418 - Symbol Data Format Semantics
• ISO/IEC 15434 - Symbol Data Format Syntax
• ISO/IEC 15415 - 2D nyomtatási minőségi szabvány
• ISO/IEC 15416:2016 - 1D nyomtatási minőségi szabvány
• ISO/IEC TR 29158:2011 - minőségi iránymutatás közvetlen alkatrészjelöléshez (DPM)
• SPEC 2000 - Légiközlekedési Szövetség (Air Transport Association), elektronikai kereskedelem, állandó alkatrészazonosító befoglalása
• IUID - az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma szerinti állandó és egyedi tételazonosítás
• UDI - orvosi eszközök egyedi azonosítása az FDA szerint

2. ábra: A Nyomonkövethetőség 4.0-nak megfelelően különböző típusú vonalkódok használhatók (kép: Omron)

Megoldások sérült vonalkódok esetén

Vonalkóddal való jelölés esetén eltérésekre kerülhet sor; a módszer nem tökéletes. Még a jól nyomtatott vonalkódok is megsérülhetnek vagy elferdülhetnek miközben az alkatrész halad a gyártási folyamaton keresztül. Az alkatrész felülete és a vonalkód közötti kontraszt hiánya, valamint az ipari környezetben igen változó megvilágítás mind hozzátesz azokhoz a problémákhoz, amelyeket le kell küzdeni egy Nyomonkövethetőség 4.0 szerinti infrastruktúra kifejlesztése során.

A különböző vonalkódtípusoknak a legszéleskörűbb körülmények közötti pontos leolvasására az Omron az X-Mode algoritmusait kínálja, amelyek gyakorlatilag bármilyen kódot képesek leolvasni bármilyen felületen, beleértve a fényes, texturált vagy görbült felületeket is. Az X-Mode használatával az „olvashatatlan” esetek minimálisra csökkenthetők, így minimalizálhatók a késések és az állásidők.

Az X-Mode fejlett digitális képfeldolgozást és képpontelemzést alkalmaz, hogy képes legyen a torz, sérült, rosszul nyomtatott vagy ferde szimbólumok leolvasására. A DPM-kódok, például a kartonra és egyéb csomagolóanyagokra tintasugarasan nyomtatott kódok vagy a fényvisszaverő fémfelületeken lévő pontjelölések esetében az X-Mode növeli a kontrasztot és a kép élességét, hogy a kódokat még dinamikus környezetben is megbízhatóan olvasni és értelmezi tudja (3. ábra). Az X-Mode támogatja a minden irányú dekódolást is, ami növeli az olvasófejek rögzítési szögtartományát, és egyszerűsíti a vonalkódolvasók beépítését a rendszerekbe.

3. ábra: A fejlett digitális kép- és pixelfeldolgozás lehetővé teszi az X-Mode szoftver számára, hogy a kódokat még problémás körülmények között is képes legyen leolvasni (kép: Omron)

Rendszerekbe történő beépítés

A Nyomonkövethetőség 4.0-nak valóban megfelelő rendszerekhez több kamerára van szükség, amelyeket egy könnyen használható és könnyen kezelhető rendszerbe kell integrálni. Ezekkel az intelligens ipari képalkotókkal a folyamatmérnökök a 360 fokos kódolvasás és a termékellenőrzés támogatásához akár nyolc olvasót is kombinálhatnak egy Ethernet switch segítségével, ha több leolvasást tartalmazó kombinált kimenetre van szükség, vagy ha a kód pontos helyét nem lehet előre kiszámítani.

Az Ipar 4.0-ra jellemző igen vegyes gyártás támogatható azáltal, hogy a vonalkód mérete, típusa, megvilágítása, kontrasztja és elhelyezkedése alapján automatikusan több beállítás közül lehet választani az olvasási és a vonali sebesség maximalizálása érdekében. A rendszer az ISO szerinti szabványos osztályozási módszereket használja a vonalkódok minőségének gyártási folyamatokon belüli ellenőrzésére, és riasztást adhat, ha a minőség a felhasználó által beállított küszöbérték alá esik.

Ezek az intelligens ipari képalkotók integrált webalapú vonalkódolvasó interfésszel rendelkeznek. Minden képalkotó a saját IP-címén keresztül biztonságosan elérhető bármely webképes eszköz segítségével. A nyílt protokollstruktúra leegyszerűsíti az eszközök integrációját és kiküszöböli az inkompatibilitási problémákat. A webes integráció három felhasználói hozzáférési szintet tartalmaz. A biztonság és a hozzáférés legmagasabb szintjén a felhasználók szerkeszthetik a beállításokat, amelyek az olvasó belső memóriájába vagy külső eszközökre menthetők és más eszközökre átvihetők, hogy felgyorsítsák az új berendezésekhez és a változó környezeti igényekhez való igazodást.

Az összköltségek csökkentése érdekében több olvasó aktuális állapota egyetlen eszközzel felügyelhető. Míg a hagyományos képalkotókhoz eszközönként egy kijelzőre van szükség, ezek az intelligens ipari képalkotók csak egy kijelzőt igényelnek több eszközhöz. Ez egyszerűsíti a több képalkotó telepítését és felügyeletét. Ezenkívül minden egyes intelligens ipari képalkotóba webes felügyeleti szoftver van integrálva, amely lehetővé teszi több képalkotó távoli felügyeletét táblagépek vagy személyi számítógépek segítségével.

Autofókuszálási lehetőségek

Az autofókuszálási képesség jelentősen befolyásolhatja a vonalkódolvasó rendszerek működési teljesítményét problémás környezetekben. Ezek az intelligens ipari képalkotók mechanikus és folyékony lencsés autofókuszálást kínálnak. A mechanikus autofókusz egy kis motor segítségével van megvalósítva. Mechanikai jellege miatt kopásnak és fémfáradásnak van kitéve, és évente cserére szorulhat. Folyékony lencsés autofókuszálásnál a lencse fókusztávolsága úgy változik, hogy az eszköz egy olajból és vízből álló belső szerkezet alakját módosítja elektromos feszültség változtatásával (4. ábra). Mivel nincs mechanikai kopás, a folyékony lencsés autofókuszáló mechanizmusok élettartama akár több év is lehet. Folyadéklencsés technológiával a képalkotó automatikusan képes állítani a fókuszt 50 mm és 1200 mm között, és még az összetett nyomtatott áramköri lapokon lévő nagy sűrűségű adatmátrix szimbólumokat is képes leolvasni. Mindkét típusú autofókusszal rendelkező képalkotók esetében az eszközök a csatlakoztatást követően másodpercek alatt képesek bármilyen kódot beolvasni, külön beállítás nélkül.

4. ábra: A mechanikus autofókuszálású eszközök (balra) használata több karbantartást igényel a folyékony lencsés autofókuszálású eszközökhöz (jobbra) képest (kép: Omron)

Intelligens ipari képalkotók

Az Omron MicroHAWK kódolvasók gyors és megbízható működést biztosítanak, és robusztus, ultrakompakt házzal rendelkeznek dupla elülső ablakos kialakítással, ami segít elkerülni a nedvesség lecsapódását az ablakon belül. A modelltől függően IP65-ös vagy IP67-es védettségű változatokban kaphatók, hogy megfelelően tudjanak működni még problémásabb környezetekben is. 0,3 és 5 megapixel közötti képfelbontású eszközök állnak rendelkezésre. Ezek a képalkotók külnböző optikai, világítási és szűrési képességű változatokban elérhetők, hogy a készüléket az adott működési környezethez és képalkotási igényekhez optimalizálják. A MicroHAWK jellemzői többek között a következők:

• Ethernet/IP, Ethernet TCP/IP és PROFINET kompatibilitás
• 5–30 V_DC közötti tápellátás, PoE (Power over Ethernet) lehetőséggel
• 800 MHz-es processzorsebesség a gyors képfeldolgozás támogatásához
• Nem lineáris kalibrációs (NLC) funkció, amely a lencse torzulásának kiküszöbölésével 20-szorosára javítja a mérési és helymeghatározási teljesítményt. A méréseket mm-ben és pixelben adja ki

Ugyanez az eszköz akár 60 képkocka/másodperc sebességű vonalkódolvasást és vizuális ellenőrzést is támogat. Példák a MicroHAWK kódolvasókra:

• V430-F000W12M-SRP, 1,2 MP-es képalkotó, széles látómezőjű, 5,2 mm-es fókusztávolságú objektívvel; valamint standard autofókusz, standard külső vörös fény és plusz üzemmódú képalkotás (5. ábra)
• V430-F000L12M-SRX, 1,2 MP-es képalkotó keskeny 16 mm-es objektívvel és autofókusszal 1160 mm-ig, standard külső vörös fénnyel és X-Mode képalkotással

5. ábra: Ez az 1,2 MP-es képalkotó széles, 5,2 mm-es fókusztávolságú objektívvel és plusz módú képalkotó szoftverrel rendelkezik (kép: DigiKey)

Hatékony konfigurálás

Az Omron AutoVISION szoftverével a MicroHAWK képalkotók beállítása és telepítése felgyorsítható. Az AutoVISION lehetővé teszi a felhasználók számára egy eszközhöz való csatlakozást és annak konfigurálását, valamint egy adott feladat vagy munka programozását és felügyelését. Az AutoVISION munkák skálázhatók több MicroHAWK képalkotó berendezésen, szoftvercsomagon, ipari rendszeren, valamint táblagépeken és PC-ken. Egyetlen rendszerbe akár 8 képalkotó is integrálható. Az AutoVISION segítségével ezek az intelligens képalkotók olyan gépi látásellenőrzési funkciókhoz használhatók, mint az alkatrész jelenlétének vagy hiányának felismerése, az alkatrész helyének meghatározása, az alkatrészek számlálása, a színérzékelés és a dimenzionális mérések végzése. Az AutoVISION bevezetése a következő három lépésből áll:

• Kép rögzítése egy kattintással
• Vizsgált terület meghatározása és kimenetek hozzárendelése drag and drop módszerrel
• Ellenőrzési folyamat elindítása a futtatás gombbal

Az AutoVISION fejlesztői szoftver számos használati esetre alkalmas:

• Ellenőrzés és általános gépi látás
• Csomagolósorok
• Összeszerelési folyamatok
• Hibák észlelése

Összegzés

A Nyomonkövethetőség 4.0 része az Ipar 4.0-ás gyártási folyamatoknak és ellátási láncoknak, de nem váltja fel teljesen az egyéb alkalmazási esetekben használt korábbi nyomon követhetőségi módszereket. A kiváló teljesítményre képes képalkotók használata egyik kritikus eleme a Nyomonkövethetőség 4.0 megvalósításának. Rendelkezésre állnak autofókuszáló képességgel rendelkező intelligens ipari képalkotók, melyek még problematikus környezeti feltételek és fényviszonyok mellett is megbízhatóan működnek. Az NLC szoftver képes akár 20-szorosára javítani a mérési pontosságot, a rendelkezésre álló automatikus konfigurációs szoftver pedig felgyorsítja a jó teljesítményű nyomonkövetési rendszerek telepítését.