Kunnonvalvontateknologioiden kehitys on mahdollistanut vikatapahtumien ennakoinnin, sillä sopivalla anturoinnilla voidaan todeta vikamekanismin alkaminen jo ennen kuin se on toiminnallisesti tai aistinvaraisesti havaittavissa. Kunnonvalvontajärjestelmien käyttöönotto onkin monissa tapauksissa vähentänyt ennakoimattomien vikojen esiintymistaajuutta.

Anturoinnin määrä on nopeassa kasvussa, sillä anturitietoja hyödynnetään myös Internet of Things (IoT) -sovelluksissa, joissa koneet ja laitteet kommunikoivat keskenään itsenäisesti vaihtaen esimerkiksi tilaansa ja kuntoonsa liittyvä informaatiota.

Kunnonvalvontalaitteistotkaan eivät kuitenkaan aina paranna tuotantojärjestelmän kokonaisluotettavuutta. Järjestelmien monimutkaistuessa ja laajentuessa luotettavuus pyrkii luontaisesti heikkenemään, koska osien määrä kasvaa (vertaa parts-count -luotettavuuslaskennan periaate). Kunnonvalvontaan liittyvä anturointi voi siten aiheuttaa uusia vikamuotoja, joiden ilmeneminen voi vähentää tehdyn järjestelmäinvestoinnin kannattavuutta tai heikentää sen jopa tasolle, joka on tuottavuudeltaan alkuperäistä järjestelmää heikompi.

Kuva 2. Vetokaappi, jonka ilmanvaihdon kunnonvalvontaa tutkittiin.

Kunnonvalvontaa tarvitsevien kohteiden tunnistaminen

Kunnonvalvontainvestoinnin kohde voidaan tunnistaa monin eri tavoin. Jos tuotantojärjestelmästä on olemassa käyttökokemusdataa, kunnonvalvonnan tarve voidaan osoittaa data-analyysin avulla. Toisin sanoen analyysillä voidaan osoittaa, että joku osajärjestelmä aiheuttaa merkittävän määrän tuotantokatkoksista.

Uuden tuotantojärjestelmän kohdalla voidaan käyttää RCM-analyysia (Reliability-Centered Maintenance) kunnonvalvontatarpeen selvittämiseen. RCM:n perustana toimii vika-analyysi, joka yleisimmin tehdään vika-vaikutusanalyysimenetelmän (VVA) avulla.

Kunnonvalvontatarpeen täsmennyttyä tehdään kunnonvalvontamenetelmän valinta. Toteutusvaihtoehtoja voi kohteesta riippuen olla yksi tai useita. Näille menetelmille tulee tehdä käyttövarmuusanalyysi, joilla tunnistetaan kunnonvalvontajärjestelmän vikamahdollisuudet, arvioidaan niiden esiintymistodennäköisyys ja määritetään vikojen aiheuttamat vaikutukset tuotantojärjestelmässä.

Life Cycle Cost ja Life Cycle Profit –laskenta

Investoinnin kannattavuutta voidaan tutkia elinjaksotuotto (LCP, Life Cycle Profit) -laskennan avulla. Elinjaksotuottolaskennassa tunnistetaan sekä kohteena olevan järjestelmähankinnan suunnitellun elinjakson aikana aiheutuneet kustannukset että sen avulla syntyneet tuotot. Elinjaksotuotot ovat kunnonvalvontasovelluksilla usein välillisiä, toisin sanoen tuotot kertyvät vältettyjen seisokkien aikana saavutettujen laskennallisten tuottojen kautta sekä säästettyinä materiaali- ja työkustannuksina. Yleinen kunnonvalvontainvestoinnin kannattavuuden arvioinnissa käytettävä prosessi on esitetty kuvassa 1.

LCP-laskelmassa tarvitaan mm. seuraavat tiedot:

• hankinta- ja asennuskustannukset
• vuotuiset laitteiston vaatimat käyttö- ja kunnossapitokustannukset
• vuotuiset kiinteät kustannukset
• muut kulut, esimerkiksi tarvittava koulutus
• vuotuiset tuotot

Eräs kustannustekijä on myös käytön aikaiset epäkäytettävyyskustannukset, mikäli laskennan kohteena oleva osajärjestelmä on sellainen, että sen vikaantuminen voi aiheuttaa varsinaisen tuotantojärjestelmän epäkäytettävyyttä vikaantumisen kautta. Vuotuiset tuotot voidaan laskea esimerkiksi lisääntyneen tuotantoajan tai -nopeuden kautta tuotantojärjestelmän katetuottohintaan perustuen.

Case-esimerkki: suunniteltu kunnonvalvontainvestointi

VTT :llä tutkimustoimintaa tehdään useissa laboratorioissa, joissa käsitellään myös haitallisiksi tai vaarallisiksi luokiteltuja kemikaaleja. Tällaisia kemikaaleja käsitellään vetokaapeissa, joihin järjestetyllä imulla vaarallisten aineiden kaasumaiset päästöt johdetaan ulkoilmaan. Työturvallisuuden ja toiminnan jatkuvuuden kannalta vetokaappien ilmanvaihdon toimintavarmuuden pitää olla erityisen hyvällä tasolla.

Vetokaappien ilmanvaihtojärjestelmään kuuluvat yleisesti seuraavat osat:

• vetokaappi moottoripelteineen
• imuputkisto (vetokaapilta poistoilmapuhaltimelle)
• poistoilmapuhallin moottoreineen 
• säätöpellit 
• ilmanvaihdon valvontajärjestelmä (osa taloteknistä järjestelmää)

Ilmanvaihtojärjestelmälle tehtiin vika-vaikutusanalyysi, jossa tunnistettiin järjestelmän osien erilaiset normaalitilanteessa mahdolliset vikamuodot sekä määritettiin niiden keskinäinen kriittisyysjärjestys. Vikamuodoille määritettiin RCM-päätöslogiikan avulla sopiva kunnossapitotapa. Poistoilmapuhallin määritettiin vetokaappien ilmanvaihtojärjestelmän kriittisimmäksi laitteeksi. Tyypillinen poistoilmapuhaltimen vika on puhallinmoottorin vikaantuminen, jota voidaan ennakoida esimerkiksi moottorin tärinämittauksella ja lämpö- tilaseurannalla.

Kunnonvalvontainvestoinnin kannattavuutta arvioitiin määrittämällä laboratoriossa tehtävälle työlle keskimääräinen katetuntihinta ja laskemalla sen avulla menetetyn tuotannon arvo poistopuhaltimen vikatilanteessa. Laskelmissa oletettiin kunnonvalvontalaitteiston poistavan kaikki puhaltimesta johtuvat toiminnan ennakoimattomat keskeytykset, mutta arvioitiin myös, että kunnonvalvontalaitteistosta itsestään aiheutuu muutamia virheellisiä hälytyksiä. Näiden keskeytysten arvioitiin olevan lyhyempiä kuin varsinaisissa vikatilanteissa.

Henkilöturvallisuutta ei pyritty arvottamaan LCP-laskelmissa. Varsinaisesta ilmanvaihtojärjestelmästä erilliset instrumentit varmistavat sen, että ilmanvaihdon vikatilanteessa laboratoriossa työskentelevä henkilöstö poistuu muihin tiloihin eikä vaaratilannetta pääse syntymään.

Case-esimerkissä laboratorioiden kunnonvalvontalaitteistoinvestointi ei LCP-laskelman perusteella ollut kannattava, koska takaisinmaksuaika olisi pidempi kuin poistoilmapuhaltimen oletettu käyttöikä. Edullisempi ratkaisu olisi vaihtaa poistoilmapuhallin määrä- välein kokonaan uuteen, jolloin vian todennäköisyys pienenisi oleellisesti eikä valvontalaitteistoa tarvittaisi.

Kunnonvalvontainvestointien kannattavuuden arvioinnissa LCP-laskenta on toimiva työkalu. Investoinnin kannattavuuden arvioinnissa tulee ottaa huomioon mahdolliset valvontajärjestelmästä huolimatta esiintyvät viat, valvontajärjestelmän käyttö- ja huoltokustannukset sekä mahdollisten virheellisten hälytysten aiheuttamat tuotannon menetykset.

Näiden, usein investointilaskelmissa sivuutettavien kustannustekijöiden merkitys voi olla lopulta ratkaiseva, kun kunnonvalvontainvestointia ylipäätään tehdään tai tehdään valintaa mahdollisten vaihtoehtoisten menetelmien välillä. 

Jere Jännes tutkija, VTT, jere.jannes@vtt.fi

Tero Välisalo tutkija, VTT, tero.valisalo@vtt.fi