Kunnonvalvontametodien arvontuotto

TEKSTI: JARNO SUOMELA, SCHAEFFLER KUVAT: ISTOCKPHOTO, SCHAEFFLER

Arvontuotto teollisuuden IoT-ratkaisuissa keskittyy nykyään yhä enemmän elinkaarikustannuksien hallintaan. Modernit teknologiat tarjoavat aiempaa monipuolisemmat mahdollisuudet kustannustehokkuuden parantamiseen.

Vaikka teknologia on edennyt hurjin harppauksin, kehittyneetkään teknologiat eivät yksistään ratkaise monimutkaisia haasteita, vaan ratkaisun kokonaiskonseptoinnin täytyy olla isäntä teknologian toimiessa renkinä. Tärkeitä kysymyksiä ovat ongelmaan riittävän ratkaisun ymmärtäminen sekä käytettävyyteen ja skaalautuvuuteen liittyvät kysymykset. Näennäisesti paras tekninen ratkaisu voi todellakin olla hyvän pahin vihollinen, koska usein absoluuttiselta suorituskyvyltään kyvykkäin ratkaisu on liian kallis – ainakin laajamittaisesti sovellettuna.

Schaeffler on suuri saksalainen perheyritys. Suomesta yritys etsii vahvoja teollisuuden asiakassektoreita, joiden toimijat hakevat kilpailukykyä teknologiasta ja voivat toimia sopivina yhteistyö- ja pilottisasiakkaina. Suomessa on myös monipuolinen ja houkutteleva osaamisverkosto IoT-, kommunikaatioja järjestelmäteknologioiden alueella. Yrityksen Suomen organisaation tavoitteena on ollut rakentaa nopeasti toimiva ja asiakaskeskeinen kehitysyksikkö Saksan osaamiskeskusten sekä Suomeen rakennetun partneriverkoston välille.

”Teemme läheistä yhteistyötä kehityshankkeissamme rinnakkain useiden eri toimialojen asiakkaiden kanssa. Hyvä esimerkki tällaisesta yhteistyöstä oli OPTIME-ratkaisun kehitys Stora Enson ja Eforan kanssa. Järjestelmä kehitettiin läheisessä yhteistyössä kumppaniyritysten kanssa, pilotoitiin Stora Enson Sunilan tehtaalla ja on nyt käytössä useilla tehtailla”, sanoo Jarno Suomela.

”Järjestelmillä saavutetaan hyvin pitkä varoaika laitevaurioiden havaitsemiseen”

Esimerkki portfolion hallinnasta

Usein yhteistyö alkaa avoimista keskusteluista esimerkiksi tuotantoon tai kunnonvalvontaan liittyvistä tarpeista tai haasteista. Näiden pohjalta monialainen asiantuntijatiimimme analysoi ongelmaa päivittäisen käytön ja kustannusten kannalta ja pyrkii rakentamaan yksinkertaisimman mahdollisen ratkaisumallin monimutkaisiinkin ongelmiin. Yhteistyö asiakkaiden kanssa käsittää useita vaiheita ennen varsinaisen kehityshankkeen aloittamista.

”Tällä tavalla pyritään varmistamaan, että varsinainen ongelma ja arvoketju on ymmärretty riittävän hyvin. Kehityshankkeissa teemme asiakaskohtaisen suunnitelman yhteistyömallista, asiakkaan osallistamisesta hankkeeseen sekä kaupallisesta konseptista”, Suomela sanoo.

Jatkuva monikanavainen kunnonvalvonta tarjoaa moninaisia hyötyjä. Oikein sovelluttuna kunnonvalvonta parantaa laitteiden käyttöaikaa, kannattavuutta, henkilö- ja ympäristöturvallisuutta sekä käytön, kunnossapidon ja investointien suunnittelua. Tästä huolimatta tyypillisessä prosessiteollisuuden tehtaassa vain noin viisi prosenttia kaikissa – usein tuhansista – koneista ja laitteista on jatkuvan kunnonvalvonnan piirissä. Syy on perinteisten värähtelyyn perustuvien langallisten kunnonvalvontaratkaisuiden korkeassa kokonaiskustannuksessa. Yhden mittauspisteen kokonaishinta on luokkaa 900€ – 1500€, kun kustannukseen huomioidaan asennustyöt, kaapeloinnit ja mittausdatan prosessoinnin laitteet. Tämän lisäksi järjestelmien käyttöönotto, hälytysrajojen määrittely sekä datan analysointi vaatii merkittävän määrän asiantuntijatyötä.

Toisaalta näillä järjestelmillä saavutetaan hyvin pitkä, kuukausien mittainen varoaika laitevaurioiden havaitsemiseen sekä mahdollisuus valvoa kaikilla nopeusalueilla pyöriviä koneita kaikkein vaativimmissakin olosuhteissa. Korkeiden investointikustannusten vuoksi kompromissiratkaisuna on käytetty manuaalisia reittipohjaisia kunnonvalvonnan mittauksia. Myös tällä tavalla saavutetaan parhaillaan kuukausien varoaika. Ratkaisussa on kuitenkin useita ongelmia: mittauksia tehdään harvakseltaan, useamman viikon välein, jolloin nopeasti kehittyviä vaurioita ei välttämättä havaita. Lisäksi mittauksien luotettava toistettavuus vaatii asiantuntemusta, runsaasti työtä ja turvallisuus riskejä liikuttaessa käyvien koneiden lähistöllä. Kokeneiden kunnonvalvojien eläköityminen aiheuttaa myös työvoimapulaa alalla.

Langattomat kunnonvalvontajärjestelmät tarjoavat nykyään aivan uusia mahdollisuuksia vastata näihin haasteisiin. Mittausteknologiassa tapahtuneen kehitysharppauksen jälkeen uusimmat MEMS-sensorit kuluttavat vähemmän energiaa ja tuottavat matalakohinaista värähtelymittausta >5kHz mittausalueella mikä mahdollistaa korkeataajuuksisten laitevikojen kuten laakerivaurion, kavitaation tai puutteellisen voitelun luotettavan havaitsemisen. Myös MESH-verkkoteknologia pidentää antureiden patterien elinikää aina viiteen vuoteen asti ja laskevat elinkaarikustannuksia myös erittäin nopean asennuksen ansiosta.

Muutamassa minuutissa asennettavat sensorit muodostavat automaattisesti MESH-verkon ja yhteyden Gateway-laitteeseen minkä seurauksena yhden päivän aikana voidaan ottaa käyttöön satoja sensoreita. Kokonaiskustannukset putoavat muutamiin euroihin päivässä per anturipiste mikä mahdollistaa suurenkin konekannan (>95%) siirtämisen jatkuvan valvonnan piiriin.

”Koneoppiminen ja automaattinen diagnostiikka eivät ole enää hyödyllisiä vaan välttämättömiä ominaisuuksia”

Hyödyllisiä ja välttämättömiä ominaisuuksia

Koneoppiminen ja automaattinen diagnostiikka eivät ole enää hyödyllisiä vaan välttämättömiä ominaisuuksia modernissa kunnonvalvonnassa. Langattomien antureiden myötä valvottavien kohteiden määrä nousee kymmenistä satoihin tai tuhansiin ja näin suuren informaation analysointi ei ole mahdollista asiantuntijoiden toimesta. Kattavan kunnonvalvontaosaamisen pohjalle on voitu rakentaa monipuolinen koneoppimis- ja analytiikkaratkaisu, jossa yhdistetään sensoritasolla tehtävää oppimista koneen toimintatiloista pidemmän aikavälin trendien analysointiin pilvikerroksessa. Tällä tavalla sensorit eivät vaadi konekohtaista hälytysrajojen konfigurointia ja järjestelmä tarjoaa automaattisesti käyttäjälle hälytyksen ja todennäköisen juurisyyn ongelmaan.

Schaeffler julkaisi kesällä 2020 kaksi tuotetta, jotka kattavat optimaalisesti arvokentän kriittisimpien koneiden vaatimasta pitkästä varoajasta suuren konemassan vaatimaan kustannustehokkuuteen ja helppouteen. ProLink on monikanavainen värähtelynvalvontajärjestelmä, jonka helppokäyttöisyyden pohjana ovat valmiit konetyyppikohtaiset analytiikka- ja koneoppimistoiminnot. OPTIME on langaton kunnonvalvontaratkaisu, joka mullistaa kunnonvalvonnan skaalan erittäin matalan elinkaarikustannuksensa ja käytön helppouden ansiosta. OPTIME- ratkaisu voitti joulukuussa German Electrical and Electronic Manufacturers‘ Associationin (ZWEI) ja Industry 4.0 Standardisation Councilin myöntämän Industry 4.0 Innovation Award -palkinnon.