Useat laite- ja konevalmistajat ovat kehittämässä tai jo ottaneet käyttöön teollisen internetin mahdollistamia ratkaisuja tarjotakseen asiakkailleen erilaisia digitaalisia palveluja. Palvelut liittyvät pääasiassa käyttöomaisuudenhallintaan, laitekannanhallintaan sekä kunnossapitoon. Monilla alan yrityksillä onkin jo web- ja mobiili-pohjaisia kunnossapidonhallinnan ratkaisuja, koska niiden avulla voi parantaa työn tehokkuutta useilla eri tasoilla. Ongelmana on ollut eri palvelujen ja tuotteiden yhteensopimattomuus.

Erilaisten järjestelmien yhdistyessä vaaditaan eri ohjelmistoilta ja järjestelmiltä yhteensopivuutta sekä yhteistoiminnallisuutta. Uusia ohjelmistoalustoja suunnitellessa tulee ottaa huomioon, että niiden pitää pystyä kommunikoimaan monenlaisten vanhojen ohjelmistojen kanssa. Jotta tulevaisuuden vaatimukset yhteensopivuudesta voidaan saavuttaa, standardien noudattaminen on kaikille toimijoille ehdoton edellytys. Myös mobiililaite- ja web-pohjaiset ohjelmistot on huomioitava sekä varmistuttava ohjelmistorajapintojen yhteensopivuudesta. Niiden on myös kyettävä toteuttamaan järjestelmän perustoiminnallisuudet, kuten tiedon tallennus, analyysi, aikataulutus, optimoinnit ja käyttöliittymät.

VTT selvitti DIMECC:n S4Fleet -ohjelmassa yhdessä yrityskumppanin (laitetoimittaja/kunnossapitopalveluntarjoaja) kanssa muun muassa, mitä standardeja, rajapintoja ja data- formaatteja voidaan käyttää kunnossapidonhallinnan dataintegraatioon. Potentiaaliset toteutusvaihtoehdot arvioitiin ja niistä keskusteltiin yrityksen eri toimialueiden asiantuntijoiden kanssa.

Selvityksen perusteella todettiin, että Open Groupin Open Messaging Interface (O-MI) and Open Data Format (O-DF) standardeja voitaisiin käyttää kunnossapidonhallinnan dataintegraatioon. Kyseisten standardien hyödyntämistä tukee se, että ne vaativat mahdollistaviksi teknologioiksi järjestelmiltä vain XML- ja HTTPS-tuen. Nämä teknologiat ovat myös tuettuina eri toimialueilla.

Tiedon formatointiin O-DF

Open Data Format (O-DF) on Open Groupin esineiden internet (IoT) -standardi, jonka tavoitteena on poistaa yhteensopivuusongelmat datan lähteiden ja datan hyödyntäjien välillä. O-DF:ää voidaan käyttää julkaisemaan mitä tahansa saatavilla olevaa dataa käyttäen normaalia web-linkkiä (URL, Uniform Resource Locator) esimerkiksi REST-rajapinnan yhteydessä. O-DF-tietorakenteita voi myös käyttää järjestelmien välisiin datan pyyntöihin ja datan lähetyksiin. Vaikka OD-F:ää voi hyödyntää muissakin yhteyksissä, se on erityisesti suunniteltu käytettäväksi O-MI-tiedonsiirtostandardin kanssa. 

Esimerkki kunnonvalvontapalvelun datan käytöstä.

O-DF on määritelty käyttäen XML-skeemaa (schema), joka on yksinkertainen ja laajennettava ontologia. Sen avulla on mahdollista luoda olio-ohjelmoinnissa käytetyn kaltaisia tietorakenteita. Koska mitään objektia tai tietoalkiota ei ole muuten vakioitu, kyseisellä puumaisella rakenteella on mahdollista määritellä mikä tahansa data, olipa se kuinka yksinkertainen tai monimutkainen tahansa, tai liittyipä se mihin tahansa toimialueeseen.

O-DF -skeeman periaatekuva.

Kääntöpuolena yksinkertaisuudesta on se, että jokaista toimialuetta varten pitää määrittää omalla XML-skeemalla, miten toimialueeseen liittyvä data sijoitetaan puurakenteen objekteihin ja alkioihin. Esimerkiksi voidaan määrittää, onko joku data merkkijono vai kokonaisluku ja ryhmittää saamaan kategoriaan kuuluva data pääobjektin alaisuuteen.

Tiedonsiirtoon O-MI

Open Messaging Interface (O-MI) on suunniteltu erityisesti IoT:tä varten, mutta se toimii hyvin myös teollisessa ympäristössä. O-MI:n tarkoituksena on saada aikaan yhteistoiminta eri tuotteiden tai laitteiden ja muiden tietojärjestelmien välillä, jotka joko käyttävät tai tuottavat tietoa. Koska IoT:tä hyödynnetään hyvin monissa sovelluksissa, on O-MI:stä tehty hyvin yleiskäyttöinen. O-MI verkon solmuilla ei ole määriteltyjä rooleja, vaan se toimii vertaisverkko-periaatteella, jossa kaikki solmut ovat samanarvoisia.

O-MI vaatii jonkun alemman tason protokollan tiedonsiirtoa varten, mutta se voi olla lähes mikä tiedonsiirtoprotokolla tahansa. Ainoa O-MI:n vaatimus on, että O-MI verkon solmut tukevat HTTP-protokollaa, koska eräät ominaisuudet eivät toimi ilman sitä.

Yksinkertaisuuteen pyrkivä O-MI määrittää ainoastaan kolme operaatiota: lue (read), kirjoita (write), ja peruuta (cancel). Operaatioiden avulla voidaan suorittaa kaikki vaadittava toiminnallisuus. Luku-operaatiolla haetaan viimeisin data tai historiadata tai sitten tilataan jatkuva datan lähetys (subscribe). Kirjoita-operaatiolla lähetetään tilattu data tai annetaan komentoja toisille O-MI solmuille. Peruuta-operaatiolla perutaan jatkuvan datan lähetys. Kirjoita-operaatiolla solmu voi myös ilmoittaa saatavilla olevasta datasta tietämilleen toisille solmuille.

Esimerkki toteutuksesta teolliseen ympäristöön, jossa on yksi lähettävä ja yksi vastaanottava O-MI -solmu.

HTTP- tai HTTPS-protokollan käyttöä suositellaan kaikissa O-MI-sanomissa, jolloin kirjoita-operaatioissa tulisi käyttää HTTP:n POST-sanomaa, jonka sisällä O-MI-sanoma on “msg”. O-MI on myös suunniteltu olevan REST-arkkitehtuurimallin mukainen. REST puolestaan edellyttää, että O-MI-sanomat ovat mahdollisimman omavaraisia, jotta O-MI-solmujen ei tarvitse ylläpitää tietoja, miten joku O-MI-sanoma liittyy johonkin toiseen. Datalähteiden ilmoitukseen (publication) O-MI-solmun tulee käyttää HTTP GET -mekanismia.

O-MI:n tietokehys (omiEnvelope) määritellään XML-skeeman avulla. Se sisältää mittayksiköt (Units), formaatit (Formats) ja ominaisuudet (Attributes). Operaatiot määritellään elementtien ja ominaisuuksien avulla. O-MI-pyynnöt voivat olla yksittäisiä tai toistuvia tilauksia (subscriptions). Mahdolliset tiedonsiirtovirheet tulee käsitellä siirtoprotokollan tasolla esimerkiksi HTTP-virhekoodeilla.

Mitä tehdä legacy datalle

Suurimpia haasteita otettaessa käyttöön uusia (tieto)järjestelmiä on se, miten vanhan järjestelmän data saadaan integroitua uuteen. Ainoa toimiva tapa on tehdä dataformaatin muutos. Jos datalähteitä on vähän ja datan määrä on pieni, on helpointa laittaa ohjelmoija tekemään konversiofunktiot.

Usein on kuitenkin toisin, sillä datalähteitä on erilaisia. Tällöin on järkevä käyttää erilaisia ontologiaan tai semantiikkaan perustuvia ohjelmistotyökaluja. Tällaisella työkalulla voidaan hakea data alkuperäisessä formaatissa ja suunnittelija päättää työkaluohjelman avustuksella, miten data kuvattaisiin uuteen formaattiin.

Datalähteitä voi olla esimerkiksi: UML 2.0, tietokannan (Oracle, MS-SQL, DB2, MySQL) skeema, Excel-taulukko tai tietokoneen tiedostojärjestelmä. Jos uusi formaatti olisi XML, olisi työkaluohjelman tuottamana lopputuloksena XML-skeema.

Analogisen legacy datan syöttö kunnossapitojärjestelmään.

Standardien sovitus käyttötapaukseen

Selvityksessä mukana ollut käyttötapaus oli hyvin yleinen: Yrityksen kumppanin tiloissa sijaitsevasta työkoneeseen liitetystä mittalaitteesta pitää saada kaikki data siirrettyä analyysiä tekevälle palvelimelle aina, kun työkone tuottaa dataa. Havaittiin, että Open Groupin standardit soveltuvat hyvin tähän käyttöön. XML, HTTPS ja Internet-yhteys on saatavilla sekä lähetyspäässä että palvelimella ja O-MI on kohtuullisen helppoa lisätä kumpaankin.

Työkoneen data on alun perin XML-muodossa, mutta kaikesta huolimatta kannattaisi tehdä sille ontologia ja muuttaa data O-DF:n mukaiseen formaattiin. Edellä mainittu käyttötapaus sattui soveltumaan suoraviivaisesti standardien käyttöönottoon.

Jos organisaatiolla on käytössään Enterprise Application Integration (EAI) -palvelut, niitä kannattaa hyödyntää sisäisessä tiedonsiirrossa ja legacy datan konvertoinnissa. On myös tapauksia, missä data on saatavilla vain analogisessa muodossa, esimerkiksi paperilla tai luettavissa mittarista. Tällöin data voidaan syöttää järjestelmään mobiililaitteilla.

Teksti: Janne Väre ja Jere Backman, VTT