Teollista internetiä (IIoT) käyttämällä voidaan parantaa ei-tuotannollisiin hankintoihin liittyviä MRO-prosesseja (Maintenance, Repair, Operating) eurooppalaisen Teollisuus 4.0 -ohjelman määrittämissä raameissa. Artikkelissa luodaan katsaus eräisiin IIoT-teknologioihin ja sovelluksiin, jotka ovat avainasemassa tässä murroksessa. (Artikkelin 1-osa ilmestyi marraskuussa.)

Artikkelin kirjoittaja Darren Hobbs vastaa markkinoinnista ja strategiasta S3 Semiconductorissa. Hänellä on tutkinnot Corkin yliopistosta sekä Henleyn johtamiskoulusta. Darrenilla on yli 20 vuoden kokemus puolijohdealalta tuotemarkkinoinnista ja tuotehallinnasta sekä pienissä yrityksissä että suurissa monikansallisissa yrityksissä.

Yhä useampien ja monipuolisempien ”esineiden” tarve teollisessa internetissä lisää innovatiivisuutta sulautettujen anturien suunnittelussa, minkä seurauksena antureihin saadaan tungettua yhä enemmän toimintoja yhä pienempään tilaan. Monissa sovelluksissa vaaditaan reaaliaikaista toimintaa, jolloin aina vain enemmän ja enemmän datankäsittelyä joudutaan suorittamaan nopeasti ”veitsen terällä”. Etäsovelluksissa laitteilta taas vaaditaan hyvin pientä tehontarvetta.

Tyypillinen anturi pitää sisällään seuraavat ominaisuudet:

• ulkoisten muuttujien ilmaisu, jolloin usein tarvitaan analogiateknologian ja vahvistuksen hyödyntämistä
• analogia-digitaalimuunnos
• valmius paikalliseen prosessointiin
• RF-lähetinvastaanottotoiminnot
• pieni tehonkulutus ja tilantarve, esimerkiksi päälle puettavissa sovelluksissa

Yllä luetellut ominaisuudet asettavat, etenkin koon ja tehonkulutuksen osalta, suuria haasteita, jos käytetään erilliskomponentteja, ja yhä useammin anturitoteutukset perustuvatkin asiakaspiireihin tai SoC-suunnitteluihin. SoC-piiri on kooltaan vain hieman keskusyksikköä suurempi, mutta se käsittää paljon enemmän toimintoja ja tiheän integrointinsa ansiosta kuluttaa vähemmän tehoa kuin erilliskomponentteihin perustuvat ratkaisut – erityisesti monissa esineitten internetin sovelluksissa.

SoC-suunnittelujen tuotannosta vastaavat piirisuunnitteluun ja valmistustekniikoihin erikoistuneet toimijat. Esimerkiksi irlantilaisella S3 Semiconductorsilla on 20 vuoden kokemus anturipohjaisten IP-lohkojen toteutusteknologioista, joita voidaan lisensioida asiakassuunnitteluihin ja toteuttaa asiakasalustoille. Tällainen on esimerkiksi kuvassa 1 esitetty SmartEdge SoC.

Kuva 1: S3 Semiconductorsin SmartEdge-alusta.

Paikallisverkon tiedonsiirtoprotokollat

Anturien kehittymisen lisäksi myös kommunikointiprotokollien edistyminen on ollut merkittävä apu teollisen internetin voittokulussa. Sulautettujen anturien käyttämät tiedonsiirtoprotokollat ovat riippuvaisia laitteiden käyttöympäristöstä. Teollisen internetin antureille onkin käyttöympäristöstä johtuvia erilaisia vaatimuksia eikä mikään yksittäinen tiedonsiirtoteknologia täytä kaikkia toiminta-alueen, tehontarpeen, tilantarpeen ja kustannusten aiheuttamia vaatimuksia.

Vaikka Wi-Fi onkin ilmeinen valinta joihinkin sovelluksiin, monet uudet verkkotekniikat mahdollistavat kustannuksiltaan edullisempien ja vähemmän tehoa kuluttavien ratkaisujen kehittämisen. Uusien tekniikoiden myötävaikutuksella voidaan koota hyvin pienistä älylaitteista muodostuvia laajoja verkostoja. Kuvassa 2 esitetään katsaus tällaisiin langattomiin tiedonsiirron tekniikoihin. Niiden lisäksi on olemassa monia teollisuudenalakohtaisia langattomia verkkoja, kuten 6LoWPAN, ANT, Zigbee/Zigbee IP, Wireless M-Bus ja ISA100.

Kuva 2: Teollisen internetin tiedonsiirtotekniikoita.

Teollisen internetin alustat

Teollisuuden prosesseista ja järjestelmistä on saatavissa valtava määrä dataa ja haasteena alan toimijoille onkin, miten hyödyntää järkevästi tuota dataa reaaliaikaisten päätösten ja toimenpiteiden suorittamiseksi. Tätä helpottamaan on kehitetty valikoima IIoT-alustoja, joiden avulla voidaan esimerkiksi hallita teollisen internetin päätepisteitä ja liitettävyyttä, data-analyysia ja sovelluskehitystä sekä integrointityökaluja.

Teollisuusyritykset, joiden toimialoilta on saatavissa suuret määrät dataa jo pidemmän aikaa käytössä olleista MRO-prosesseista, investoivat tuon valtavan tietomäärän (big data) prosessointia tehostaviin ohjelmistoihin ja sovelluksiin, jotta saisivat syvällisempää tietoa prosesseista päätöksenteon tueksi.

Ilmailualalla esimerkkinä voidaan mainita Air Francen ja KLM:n yhteisyritys AFI KLM, joka on aloittanut ulkoistettujen MRO-huoltopalvelujen tarjonnan muille lentoyhtiöille. AFI KLM:n kehittämän Prognosis-nimisen alustan algoritmit käyttävät dataa, jota latautuu lentokoneesta automaattisesti Wi-Fi:n kautta pysähdyksen aikana Paris-CDG:n lentokentällä. Prognosis lähettää saamansa tulostiedot reaaliaikaisesti huoltokeskukseen, jossa asiantuntijat saavat hälytysviestit komponenteista, jotka vaativat huoltotoimenpiteitä.

Kaksi suurta japanilaista tuotannon- ja prosessinohjauksen alalla toimivaa yritystä Yokogawa Electric Corporation ja Iwaki Co. Ltd. ovat yhteistyössä tehneet soveltuvuusselvityksiä testaamalla etänä tapahtuvaa pumppujen valvontapalvelua. Yokogawa kehittää teollisen internetin yhdyskäytävälaitetta, joka vastaanottaa pumpun anturidataa pienellä tehontarpeella toimivan LPWAN- tai muun langattoman yhteyden kautta tai analogia-digitaalitiedonsiirtoliittymän kautta. Kun data on tallennettu pilvipalveluun, se saadaan käyttöön matkapuhelin- tai lankaverkon avulla. Soveltuvuusselvityksessä Yokogawan tavoitteena on aikaansaada teollisuusprosesseihin laaja-alaisesti soveltuva järjestelmä, joka yksinkertaistaa anturien ja muiden instrumenttien liitettävyyttä prosesseihin sekä datan tiedonsiirtoa pilvipalveluun.

Yhteenveto

Teollisen internetin teknologiat tukevat tehokkaiden MRO-liiketoimintaprosessien luomista. Kun tarkkaan ja luotettavaan datankeruuseen yhdistetään sulautettujen teknologioiden kehittymisen myötä lisääntyvä älyanturien käyttö, on MRO-prosesseista saatavissa olevan datan määrä kasvanut eksponentiaalisesti. MRO-toiminnoissa haasteena on ymmärtää, mitä johtopäätöksiä kerätyn datan perusteella voidaan tehdä ennen kuin lopulliset päätökset toimenpiteiden käynnistämisestä tehdään.

Perimmäinen päämäärä MRO-prosessin hyödyntämisessä on ennakoiva huollontarpeen ilmaisu, jolloin tarvittavat toimenpiteet voidaan tunnistaa ennen tarpeen ilmaantumista ja kaikki tarvittavat toimet huollon suorittamiseksi saadaan käynnistetyksi niin, että huollon vaikutus MRO-prosessin toimintaan jää mahdollisimman vähäiseksi. Monet merkittävät teollisuuden toimijat sijoittavat paukkujaan teollisen internetin alustoihin ja sovellusohjelmistoihin, joilla niiden omat MRO-prosessit saadaan liitettyä alustoihin. Useissa tapauksissa nämä toimijat tekevät yhteistyötä keskenään jakaakseen kustannuksia, osaamista ja teknologiaa.

Lue artikkelin 1. osa: Teollinen internet mullistaa huollon ja ylläpidon