Kenttä- automaation hallinta tehtaan toiminnan apuna
Yrityksen toiminnanohjausjärjestelmiin (Enterprise Resorce Planning, ERP), kuten SAP, Maximo tai Oracle, pyritään yhä useammin liittämään liiketoiminnan tiedonhallinnassa oleellista automaattisesti ja tarvittaessa reaaliaikaisesti päivittyvää tietoa kustannustehokkuutta tavoitellen. Tehostamistoimia pyritään suuntaamaan toimitusketjun (Supply Chain, SCM), asiakkuuden (Customer Relations, CRM), energian, päästöjen, tuotantolaitosten elinkaaren sekä käynnissäpidon hallintaan ja toiminnan tueksi yritysten kartoittamien erilaisten liiketoiminnan tehostamistarpeiden mukaan.
Tuotannonhallinnassa (Manufacturing Resorce Planning, MRP) aikataulutus, kapasiteetin, materiaalien ja resurssien hallinta sekä kaiken operatiivisen toiminnan suunnittelu ja toteuttaminen ovat jatkuvassa kehittämisvaiheessa. Manuaalista työtä, kuten Excel-kantojen käyttöä ja ylläpitoa, halutaan vähentää sekä tiedonkulun hallintaa ja toiminnan läpinäkyvyyttä parantaa useimmiten hyvin monien osapuolien välisissä yhteistyöhön perustuvissa liiketoimintaympäristöissämme.
Ylätason toiminnanohjausjärjestelmä ei yksinään voi toteuttaa tuotannollisten ja toiminnallisten suoritusportaiden hallintaa, kuten prosessikentän kunnonvalvontaa ja automaatiokentässä tarvittavia käynnissäpidon ammattilaisten toimia. Ne ovat modulaarisia tietojärjestelmiä, joissa yrityksen eri tasoilla tarvittavat toiminnot on mahdollista integroida tehokkaastikin. Modernin digitaalisen automaation kentänhallinnan liittämisessä yritysten hallinnollisiin järjestelmiin on edelleen haasteita.
Kenttäautomaation integroiminen toiminnanohjaukseen
Liiketoiminnan järjestelmien ja kenttäautomaation liittäminen toisiinsa nähdään usein monimutkaisena ja vaikeasti hallittavana. Perinteiset tiedostojen siirtojen toiminnalliset liityntäpinnat eivät enää takaa erilaisten tarvittavien tietojen varmentamista ja jäljitettävyyttä. Oleellisen tiedon kerääminen ja yhdistäminen yritysten liiketoimintaprosesseja palveleviksi on ensiarvoisen tärkeää.
Tiedon yhdistäminen, täydentäminen ja liittäminen eri yrityksen toimintasektoreita sekä sidosryhmiä ja asiakkaita palveleviksi kokonaisuuksiksi on oleellista yhteistoiminnallisessa yrittämisessä. Jatkuvan kehittämisen välineinä on seurattava määriteltyjä avaintoimintojen mittareita (Key Performance Indicators, KPI), joiden avulla toiminnan parantamista voidaan ohjata (Kuva 1).
Kuva 1. Toimitusketjun tehostamisen saarekkeita.
Integrointi edellyttää joustavaa ns. ”middleware”- alustaa, jonka avulla IT-syväosaamisen ohjaaminen mahdollistaa yritystoiminnasta, verkoista ja eri tietokannoista saatavien tarvittavien tietojen integroinnin toiminnanohjausjärjestelmiin. Sovellustasolla tulee ottaa huomioon eri prosessi- ja toiminnanohjausympäristöihin jo kehitetyt osaamisen järjestelmät, esimerkiksi CIDX-standardin mukaisine ERP-liityntöineen.
Samalla hyödynnetään muita avoimia standardeja, kuten Web-palvelut sekä OPC, SQL tai XML. Näillä korvataan automaatioverkon tasolla erikseen Ethernet-pintaan liitettäviä, usein työläitä ja kalliita DCS/PLCkehityssovelluksia. Käytännön esimerkkinä on varastotankkien hallinnan sovellus toteutettuna BPI SAP -middleware-standardin mukaisin komponentein.
Yhteistyöhön perustuvassa toiminnassa otetaan huomioon yrityksen koko toimitusketjun vertikaalinen ja horisontaalinen hallinta sen ohjaamisessa ja optimoinnissa. KPIindikaattorit voivat toimia seurantavälineinä kaikille sidosryhmille koko toimitusketjussa. Yhteistoimintatahot havaitsevat yhteiset hyödyt ja kokevat ne tarpeellisiksi kehittää osallistuen myös kustannuksiin. Toimintaprosessien analyysi sekä automaatiokentän auditoinnit (Installed Base Audit, IBA) tuottavat tiedon liiketoimintaprosessien kehitystarpeista sekä tarvittavien investointien takaisinmaksuajoista.
Toiminnanohjausjärjestelmä voidaan liittää automaation kunnossapitojärjestelmiin
Kentänhallintajärjestelmä (engl. Plant Asset Management System, PAM) palvelee käynnissäpitoa laitteiden konfiguroinnissa ja automaatiokentän kunnonvalvonnassa. Se tehostaa automaation elinkaaren hallintaa ylläpitämällä ja tuottamalla päivittyvää tietoa esimerkiksi laitteiden versionhallintaan, korvaavuuksiin, varaosiin, dokumentteihin, sertifikaatteihin ja toimitusaikoihin liittyen.
Toiminnanohjausjärjestelmään tarvitaan kunnossapitojärjestelmän liitäntäkomponentti. Integroinnilla voidaan tehostaa myös automaation laitteiden tilaus- ja toimitusketjua. Tarkkaa prosessi- ja diagnostiikkatietoa tuottavassa modernissa digitaalisessa kenttäautomaatiossa kehittyneet 3. tason kentänhallinnan työkalut ovat kunnossapidossa välttämättömiä apuvälineitä tarkan ja häiriöttömän prosessin ajon varmistamiseen (Kuva 2).
Kuva 2. Moderni kolmen tason automaatiokentän hallinta.
Kuva 3. Web-pohjainen laitteiden asennuskannan hallinnan näkymä.
Tasoilla 1 ja 2 voidaan koko liitetyn kentän laajuudessa hallita:
- laitteiden elinkaaren, hankintojen, dokumenttien ja varaosien hallintaa
- laitteiden kunnonvalvontaa
- laitteiden testaamista, versionhallintaa ja vaihtamista
- laitteiden parametrointia, tiedon tallentamista ja siirtämistä
- mittauspositioiden, -piirien, toimilaitteiden, digitaalisten siirtoteiden ja prosessin ajon valvontaa ja optimointia
Tasolla 3 voidaan laitekohtaisesti kytkeytyen hallita:
- laitteiden testaamista, versionhallintaa ja vaihtamista
- laitteiden parametrointia, tiedon tallentamista ja siirtämistä.
Web-liityntäinen asennuskannan hallinnan komponentti voi olla kunnossapidon omaan kentänhallintajärjestelmään integroituna enterprise- järjestelmänä tai Web-portaalipalveluna.
Kehittyvät kenttäväyläpohjaiset laitteet tuottavat kunnonvalvonnassa tarvittavaa diagnostiikkatietoa, kuten myös yleisesti asennuskannassa olevat kunnonvalvontaan valjastetut HART-kommunikoinnilla varustetut kenttälaitteet. Kehittyneisiin kunnonvalvonta- ja elinkaarenhallintajärjestelmiin on saatavilla valmiit liityntäpintakomponentit ylätason toiminnanohjausjärjestelmiin (Kuva 3).
Perinteisen analogiatekniikan käyttö voi helposti johtaa merkittäviin epätarkkuuksiin varastoitavan aineen määrän hallinnassa, kun otetaan huomioon mittausepätarkkuuteen vaikuttavat prosessiympäristön häiriöt sekä analogisessa mittauspiirissä suoritettavat neljä A/D- tai D/A-muunnosta primäärianturin mittaussignaalista järjestelmän I/O:n saakka.
Jos esimerkiksi 8 metriä korkean varastosäiliön pintamittauksessa käytetään perinteistä analogista 4...20 mA:n lähdöllä varustettua lähetintä, on yhden senttimetrin pinnankorkeuden vaihtelua vastaava lähtöviestin muutos ainoastaan 0,02 mA. Digitaalinen laitekenttä yhdistettyinä mittauspositioiden kunnonvalvonnan sekä asennuskannan päivittyvän elinkaarenhallinnan järjestelmään tuottavat eri toimintojen hallintaan ja tehostamiseen tarvittavaa tietoa. Myös digitaalisen kommunikaation fyysisen tason toimivuutta ja häiriöllisyyttä on valvottava esimerkiksi kunnonvalvontajärjestelmään kuuluvana toimintona.
ACATECH (Detsche Academie der Technikwissenschaften) mukaan elämme jo 4. teollisen vallankumouksen aikaa, jossa teollisuuden internetpalveluihin ja tuotteisiin verkottuneet älykkäät tuotantolaitokset toimivat digitaalisilla virtuaalis-fyysisellä tasolla varustettuina useimmiten langattomalla tiedonsiirrolla. Prosessiteollisuudessa ensivaiheen toimina valjastetaan jo asennettua digitaalisesti kommunikoivaa kenttälaitekantaa kunnonvalvontajärjestelmiin, mikä avaa paljon mahdollisuuksia jatkokehittämiseen.
