Virtuaalinen tehdasnäkymä ohutlevytuotantoon yhdistää tuotannon suunnittelun, tuotetiedon, koneohjauksen ja tehdassimuloinnin. (Vaasan yliopiston tutkimuslaboratorio Technobothnia).

“Cloud manufacturing” eli pilvivalmistus tarkoittaa pilvipalveluiden käyttöä valmistuksessa. Käsite on alun perin kiinalaisten tutkijoiden vuonna 2009 esittämä konsepti valmistusjärjestelmien seuraavasta sukupolvesta, jossa tietoa voidaan jakaa joustavasti yritysverkostossa. Kansalliset Industrie 4.0 (Saksa) ja InternetPlus (Kiina) aloitteet pitävät sisällään paljon samankaltaisia asioita: älykkäät koneet osaavat kertoa käytöstä ja tilastaan – palveluja voidaan rakentaa perustuen tähän informaatioon.

Cloud manufacturing -järjestelmiä kehittävät älykkäitä koneita valmistavat ja huoltopalveluita tarjoavat yritykset mutta myös suuremmat valmistusyritykset omien alihankkijoiden ja asiakkaitensa ympärille. Vaikka sovellukset ovat erilaisia, keskeiset teknologiat ovat samankaltaisia:

1. Virtualisointi tarkoittaa fyysisten resurssien ja loogisen ohjauksen eriyttämistä. Tuotannon koneiden ohjelmat voidaan testata ja hioa virtuaalimallilla lopulliseen asuun; lopulta ajettava koodi siirretään oikeaan tuotantoon. Virtuaalista näkymää oikeisiin fyysisiin resursseihin ei rajoita maantiede, eikä kapasiteetin suuruus.

2. Tuotteiden ja tuotannon mallinnuksen ollessa korkealla tasolla, töiden siirto tehtaalta toiselle tapahtuu yksinkertaisemmin.

3.Server Oriented Architecture (SOA) eli palveluorientoitunut arkkitehtuuri tarkoittaa että tietojärjestelmät keskustelevat keskenään avoimien rajapintojen kautta, kukin järjestelmä voi tehdä oman tietyn rajatun tehtävän ja järjestelmä voi koostua monista eri komponenteista. Esimerkiksi huoltokalenteri voi pyytää tuotannonohjaukselta tiedot päivän töistä ja tehdä varmistuksen sopivasta keskeytyksestä.

4. Laskentatekniikoiden käyttö. Raskas laskenta kuten matemaattinen optimointi voi olla tehokasta suorittaa pilvessä. Työstökone voi lähettää laakerivärinäspektrin kerran päivässä huoltoyhtiön pilvipalveluun ja saada paluuviestinä ennusteen laakerin eliniästä. Työstökone voi pyytää optimoidun ajojärjestyksen tilauksille verkosta ja parantaa hyödysuhdettaan.

5. Internet of Things (IoT). Älykkäät laitteet osaavat kommunikoida pilveen ja erilaisia etähallinta- ja huoltonäkymiä voidaan rakentaa kokonaisille konelaivastoille. Laitteiden toiminnallisuutta voidaan muokata ohjelmistopäivityksillä, toisaalta laitteet voivat lähettää tietoa käytöstä valmistajalle.

Älykästä tuotantoa

Valmistuksen pilvipalvelut nojautuvat usein älykkäiden laitteiden tarjoamaan tekniseen rajapintaan ja eri käyttäjien väliseen kollaboratiiviseen työhön. Tuotantohenkilöstö, huolto, koneet ja laitteet kommunikoivat yhteisen alustan avulla ja kaikki osapuolet koettavat parantaa omaa toimintaansa tosiaikaisen tiedon avulla.

Palvelut voidaan jakaa käyttäjätyyppien mukaan kolmeen ryhmään: (1) Yritystason näkymissä hallinnoidaan tuotetehtaita, soluja, liikkuvia työkoneita ja yleensä yksittäistä laitetta suurempia kokonaisuuksia. Palveluiden avulla voidaan tehostaa resurssien käytön tehokkuutta tai pelkästään tarjota palveluna työkaluja näiden monitorointiin. (2) O&M -tason palveluissa pilvestä voidaan tarjota erilaisia integroituja tehdas- tai laitetason toimintoja. Älykäs huoltokirja voi liittyä suoraan laitteen kunnossapidon tietoihin, huoltobulletiineihin ja varaosien verkkokauppaan. Tilausten käsittely tehtaassa voi nivoutua kommunikaatioon tuotteen suunnittelijan tai alihankkijan kanssa. Läpinäkyvyyttä toimitusketjuun voidaan tuoda varsin yksinkertaisilla ratkaisuilla. (3) Pilvipalvelut voivat tukea laitteen käyttäjää tai huoltajaa antamalla tuote- tai käyttötietoa tilanteeseen perustuen. Tietoa laitteiden käytöstä voidaan myös kerätä tehtailta ja koostaa yhteenvetoja yritystason analysointia varten. Näin voidaan vastata kysymyksiin laitteiden oikeasta käytöstä, järkevästä resurssirakenteesta tai käyttökustannuksista.

3D-printterit antavat mallia siitä, miltä cloud manufacturing voi näyttää muutaman vuoden kuluttua myös muualla valmistavassa teollisuudessa. Koneiden työkuormaa ja tilaa voi seurata reaaliaikaisesti etänä verkosta, videokuva valmistuksesta antaa tilannekuvaa yhdessä valmistettavien tuotteiden 3D-mallin kanssa. Joitakin esimerkkejä avoimista kehitysprojekteista tai jo julkaistuista tuotteista on tavallisten käyttäjien saatavilla:

- 3D Hubs – yksityinen yritys joka tarjoaa tulostusmahdollisuutta yli 6000:lla 3D printterillä ympäri maailmaa

- Thingverse – verkkosivusto, jossa käyttäjät jakavat toisilleen 3D-tulostettavia, jyrsittäviä ja laser-leikattavia malleja

- Ponoko – valmistuspalveluita ja tuotelisenssejä välittävä alusta piensarjatuotantoon

- Autodesk Forge – pilvipohjainen alusta valmistuksen ja tuotteiden suunnitteluun

- OnShape – Täysin verkkoselaimella toimivat CAD-ympäristö, tarjoaa myös ohjelmointirajapinnat ja liitännät valmistajien palveluihin.

Taulukko. Pilvipalvelu- esimerkkejä.

Hyötyjä eri lähtökohdista

Pilvivalmistuksen tarjoamia hyötyjä tavoitellaan erilaisista lähtökohdista. Globaali valmistus tavoittelee alustoja joiden avulla suunnittelun ja tuotannon eri vaiheiden fyysisellä etäisyydellä ei ole merkitystä. Asioiden tilaa voitaisiin seurata tosiaikaisesti ja yhtä luotettavasti kuin silloin kun tuotekehitys oli vielä saman verstaan yläkerrassa. Tehokkuuden ohjaaminen ja tuottavuuden kehittäminen vaatii myös keskitettyä dataa. Tuotannon ramp-up tavoitevolyymille nopealla aikataululla ei kestä informaatiokatkoksia. Samoin kustannustehokkuus piensarjatuotannossa voi olla uhattuna jos tiedonvälitys vaatii paljon manuaalisia vaiheita ja tarkistuksia.

Laitevalmistajat koettavat rakentaa erilaisia arvoa lisääviä ohjelmistotoimintoja tuotteisiinsa. Kun nämä tarjotaan vain verkkopalveluna, on käyttäjä sidoksissa tiettyyn valmistajaan (vendor lock-in). Monet lisäarvopalvelut hapuilevat vielä osana ohjelmisto- tai huoltotarjontaa mutta ääritavoitteena saattaa olla siirtyminen laitemyynnistä suoraan huoltoleasing-sopimuksiin, jossa laitteiden käyttö ja rahaliikenne nivoutuvat pilvialustoissa yhdeksi kokonaisuudeksi. Kallis laite voi olla helpompi myydä tuottoperusteisesti kuin investointiprojektina jos uskoo että sopimuksissa luvattu SLA-palvelutaso voidaan taata pilvialustan monitoroinnin avulla.

Varsin erityyppisistä hyötytavoitteista huolimatta yhteistä näille on se, että pilviteknologian avulla pyritään yhdistämään erilaisten käyttäjien kommunikointi tosiaikaiseen tietoon tuotannon kyvykkyyksiin ja resurssien tilanteeseen. Erityyppisiä sovelluksia voidaan rakentaa, kun tämä perustieto on saatu kerättyä ja käyttäjät luottavat pilvijärjestelmään.

Pilvivalmistus yhdistää käyttäjät, valmistuksen resurssit ja kyvykkyydet tarjottaviin sovelluksiin.

Kuka hallitsee pilveä?

Moni yritys rakentaa pilvipalveluita ja rajoja haetaan. Vakiintuneita käytäntöjä ei ole vielä olemassa. Esille nousee kysymyksiä: Kuka omistaa koneen käyttödatan ja, mitä sillä saa tehdä? Tallennetaanko tiedot ERP-järjestelmätoimittajien pilveen,
konevalmistajien alustalle, huoltoyhtiöiden koneille ja, mitä tiedolle tapahtuu,
kun sopimus päättyy?

Riskejä näkyy jo nyt. Suuret kansainväliset energiajärjestelmätoimittajat ujuttavat huoltosopimuksiin googlemaisia klausuuleja oikeudesta järjestelmän ajotietoihin ja parametrointeihin. Toisaalta taas, jos tuotteiden valmistustiedot on hyvin paketoitu, ja nämä sisältävät kaiken mahdollisen tarvittavan, voi kaukaisen alihankkijan olla houkuttelevan helppoa siirtää osaaminen itselleen ja hämärryttää tekijänoikeutta. Nykyiset järjestelmät eivät vielä tue IPR:ien systemaattista hallintaa, eikä ongelmatilanteita ole testattu oikeusistuimissa.

Varmaa on, että kukin toimijoista haluaa parantaa asemaansa arvoverkostossa ja päästä lähemmäs loppukäyttäjää. Tässä pilviteknologia auttaa. Kyse ei siis ole vain teknologisesta muutoksesta, vaan pilvivalmistus voi auttaa teollisuusyrityksiä kehittämään kilpailukykyään monin eri tavoin.

Teksti: Tuotantotalouden professori Petri Helo, Vaasan yliopisto, Networked Value Systems, phelo@uva.fi