Tuottavuutta ja turvallisuutta uusilla käyttöomaisuuden hallinnan ja digitaalisen suunnittelun teknologioilla

Muutosvoimat

 Teollisuuden rakenteelliset muutokset ovat muuttaneet toimijoiden rooleja ja kone- ja laitevalmistajien sekä palvelutarjoajien asiakkaiden odotukset toiminnan tehokkuuden ja hankittavien palveluiden osalta kiristyvät. Asiakkaat odottavat lisääntyvää tehokkuutta uusien teknologioiden tukemana ja kilpailukykyiseen hintaan. Konefleettien hallinta ja järjestelmien elinkaaren hallinta aina suunnittelusta tuotteen elinjakson päättymiseen (tai R-strategioiden mukaisiin vaihtoehtoihin) asti on korostumassa. Yritykset pyrkivät yhä kasvavassa määrin kohti ympäristöystävällisiä teknologioita ja kestäviä käyttöomaisuuden hallinnan keinoja sekä käyttämään niukkoja resursseja tehokkaasti. Nykyaikaisissa kaivos- ja tunnelisovelluksissa turvallisuus on prioriteetti ja sen parantamiseen kehitetään jatkuvasti uusia valmiuksia.

Kehitystyö autonomisiin järjestelmiin ja sähkökoneisiin ja -ajoneuvoihin liittyen edellyttää uusia kyvykkyyksiä ja Teollisen internetin sovellukset sekä digitaaliset suunnitteluympäristöt tuovat osaltaan uusia mahdollisuuksia turvallisuuden, laadun ja tuottavuuden lisäämiseen. Digitalisaation odotetaan kokonaisuutena muuttavan toimintaa ja päätöksentekoa niin, että viisaita päätöksiä osataan tehdä eri tasoilla aina komponenteista järjestelmätasolle ja yksittäisistä ihmisistä liiketoimintaverkostoihin. VTT on tarttunut yllä esitettyihin ja kuvassa 1 kuvattuihin näkökohtiin eri osaajia laajasti yhdistävällä tutkimusprojektilla.

 

tecnetwork

Kuva 1. VTT:n T&K-projektikokonaisuuteen vaikuttavia liiketoimintaympäristön tekijöitä.

Miten tukea yrityksiä kiristyvässä kilpailutilanteessa?

VTT on yhteistyökumppaniensa kanssa rakentanut tutkimusprojektikokonaisuuden, joka pyrkii tukemaan yrityksiä seuraavien näkökulmien mukaisesti: 1) Digitaalinen suunnitteluprosessi 2) Digitaalinen käyttöomaisuuden ja turvallisuuden hallinta, 3) Sähköisten ajoneuvojen ja työkoneiden suunnittelu ja elinjakson aikainen tuki.

Digitaalinen suunnitteluprosessi:

  • HIL-simulaatioympäristöt mahdollistavat testaamisen ja optimoinnin käyttäen simuloituja dynaamisia konemalleja ja todellisia ohjausjärjestelmäkomponentteja ennen varsinaista valmistusprosessia. VTT:n projektissa HIL-ympäristön integrointi IoT-pohjaisiin koneiden diagnostiikka- ja analyysityökaluihin tuo uusia mahdollisuuksia koneiden ja fleetien analytiikan suunnitteluun ja toteuttamiseen. Kompleksiset järjestelmät tullaan tulevaisuudessa myös kehittämään HIL- simulaatioympäristöjä hyödyntäen. Tässä projektissa luodaan teknologista perustaa tulevaisuuden koneiden digitaalisten T&K-ympäristöjen kehittämiselle.
  • Tavoitteena on tukea yritysten suunnitteluprosessien nopeuttamista turvallisuus- käyttövarmuus- ja kyberturvallisuusvaatimusten parempaan hallintaan perustuen. Nykyisellään turvallisuuden, kyberturvallisuuden ja luotettavuuden prosessit ovat erillisiä mutta kehitteillä on lähestymistapa, jolla riskejä hallitaan kokonaisvaltaisesti ja yhteisen prosessin mukaisesti etenemällä.

Sähköiset ajoneuvot ja työkoneet ja elinjakson aikainen tuki:

  • VTT:llä kehitetyistä simulointimalleista ja suunnitteluprosessista sähköajoneuvoille ja latausinfrastruktuurille on saatu jo paljon kokemusta joukkoliikenteen osalta. TecNetwork-projektissa toteutettavan kehitystyön huomion kohteena on erityisesti kaivoskoneiden sähköistäminen. Mallinnus- ja simulointiympäristön täydennys tähän suuntaan edellyttää kaivosprosessin tuntemusta ja mallinnusta. Lisäksi keskeisenä kehityskohteena on laajennus yksittäisten koneiden mallinnuksesta kohti fleetien suunnittelun ja hallinnan sovellusta. Tulosten laaja hyödynnettävyys eri kaupallisissa sovelluksissa nähdään tärkeänä.
  • Investointipäätöksentekoa ja elinjakson aikaista ylläpitoa tulee ohjata parhaalla mahdollisella tiedolla sähköajon vaikutuksista. Elinjaksokustannusten ja -tuottojen mallinnus ja kunnossapidon luotettavuuskeskeinen suunnittelu tarjoaa keinot uuden teknologiaan liittyvän päätöksenteon tueksi.

Digitaalinen käyttöomaisuuden ja turvallisuuden hallinta:

  • Uudenlaiset liikkuvat työkoneet ja erityisesti niiden täys- tai osittaiset automaattitoiminnot tuovat vaatimuksia turvallisuusratkaisuille. Laajakaistaradioon (UWB) pohjautuvia paikannusratkaisuja on jo tutkittu kaivosympäristössä ja potentiaali on pystytty osoittamaan. Käytännön testit ja laajempi hyödynnettävyys teollisissa kohteissa on kuitenkin edelleen kehityskohteena. VTT:n UWB-ratkaisun kehitysversio on jo demonstroitavissa ja projektissa kehitetään jatkossa vastauksia ei-avointen tilojen aikaansaamiin paikannuksen haasteisiin teollisissa ympäristöissä.
  • Antureiden langaton verkottaminen helpottaa instrumentoitavien kohteiden siirrettävyyttä ja mahdollistaa kokonaan uusia kohteita kuten pyörivät koneenosat. Lisäksi langattomuus helpottaa antureiden asentamista ja merkitsee usein myös parempaa luotettavuutta ilman kaapeli- ja kontaktivaurioiden riskiä. Suurjännitteisten tai häiriöherkkien kohteiden mittauksissa tarvitaan anturin ja muun järjestelmän välille tyypillisesti galvaaninen erotus, joka järjestyy kätevästi liittämällä anturi langattomasti. Anturien langattoman verkottamisen pullonkaula on usein antureiden tehonsyöttö, johon paristo tai akku ei tyypillisesti ole kelvollinen ratkaisu sen vaihto- tai lataustarpeen vuoksi. Kaapeleiden, paristojen ja akkujen vaihtoehdoksi VTT tutkii ja kehittää anturisovelluksiin erilaisia langattomaan tehonsiirtoon perustuvia ja ympäristöstä energiaa kerääviä tehonsyöttöratkaisuja.
  • Siinä missä nykyiset ohjausjärjestelmien kommunikointitavat eivät enää tulevaisuudessa vastaa tarpeita, Ethernet-teknologian kehittäminen tuo ratkaisun yhä lisääntyvää dataliikennettä vaativiin sovelluksiin. Modernin Ethernet-teknologiaan perustuvan langallisen kommunikaatioratkaisun kehitys on käynnissä TecNetwork-projektissa ja demonstraatiovalmiudessa lähiaikoina.

Toni Ahonen, Kalle Määttä, Esko Strömmer, Mikaela Ranta

Projektin web-sivut: http://www.vtt.fi/sites/tecnetwork

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

w

Connecting to %s