Pilvipohjainen koneistus parantaa tuotannon laatua

Talouden taantumista ja jatkuvasti muuttuvasta toimintaympäristöstä huolimatta konepajateollisuus on vuosikausia toiminut tärkeänä työnantajana ja tulovirran luojana ympäri maailman. Mutta vaikka työkappaleiden laadun ja koko tuotantoprosessin tehokkuuden eteen on tehty paljon työtä, merkittäviä hukkaa aiheuttavia tekijöitä on yhä jäljellä. Sandvik Coromant uskoo kuitenkin, että sitkeästi korkeana pysyvät operatiiviset kustannukset saadaan kääntymään laskusuuntaan digitaalisilla, pilvipohjaisilla ratkaisuilla.

Pilvipohjaisten tuotantoympäristöjen käyttöönottoa tukevia tekijöitä ovat paitsi mahdollisuus räätälöityihin tuoteratkaisuihin ja prosesseihin, mm. virtuaalimallinnus, ennakoiva diagnostiikka, autonominen laadunvalvonta, palaute ja säädöt, etädiagnostiikka ja -tuki sekä tehokkaasti oppivat prosessit.

Informaatio, tietämys ja data ovat luonnollisesti keskeisessä roolissa prosessien suunnittelussa, koneistuksessa ja laadun arvioinnissa. Ottamalla nämä tekijät tarkemmin ja kattavammin haltuun ja kehittämällä niiden etäkäyttöä valmistusprosesseja voidaan optimoida ja siten merkittävästi pienentää kustannuksia. Analysoimalla suuria määriä erityyppisiä tietoja nopeasti ja tarjoamalla tarkkaa reaaliaikaista palautetta koneistusprosessista voidaan parantaa joka ikisen valmistettavan komponentin tarkkuutta ja laatua. Lisäksi pystytään lopullisesti eliminoimaan virheitä ja virheellisiä prosesseja, eli kun ongelmat kerran pystytään poistamaan koneistusprosessista, ne eivät enää palaa. Itse asiassa perimmäisenä tavoitteena on rakentaa järjestelmiä, jotka pystyvät optimoimaan prosesseja autonomisesti ilman tai lähes ilman ohjelmointia tai koneistajan toimenpiteitä.

Yksi suurimpia hukan aiheuttajia metallien koneistuksessa nykypäivänä on lähtötietojen heikko laatu, mikä estää tuotantoprosessin optimoinnin. Yksittäisten koneiden käyttöasteet saattavat olla alle 50 %, ja työstökoneiden käyttämästä energiasta vain 33 % menee varsinaisesti työkappaleiden työstämiseen. Kaiken lisäksi vain pieni osa käytettävissä olevasta datasta otetaan talteen, ja vielä pienempi osa siitä analysoidaan ja käytetään prosessien ennakoimiseen ja parantamiseen.

On siis selvää, että tällä hetkellä prosessien suunnittelu kärsii erilaisista dataan liittyvistä ongelmista. Esimerkkejä näistä ovat prosessidatan siirrossa tapahtuvat katkokset, mikä korostaa puoliautomaattisen datansiirron tarvetta, sekä prosessisuunnitteluun kulkeutuvan palautteen puute, mikä vaikuttaa suoraan koko valmistusprosessin laatuun ja tehokkuuteen. Yhtä selvää on, että datan, informaation ja tietämyksen laadunvarmennus on merkittävä ongelma, sillä riittämättömän mallipohjaisen tietämyksen siirron takia oikean tietämyksen käytettävyys oikeaan aikaan on heikolla tasolla. Tietämyksen jakaminen itsessään toimii huonosti, samoin kuin valmistusprosessissa mukana olevien tiimien sijainnista riippumaton yhteistyö.

IT:stä ICT:hen

Jos datan, tietämyksen ja informaation hallinta on siis tie valmistusprosessin tehottomuuksien minimointiin ja tuottavuuden maksimointiin, on ilmeistä, että tietotekniikan (IT) rahkeet eivät enää riitä vaan on tehtävä tietoinen päätös siirtymisestä tieto- ja viestintäteknologian (ICT) sekä pilvipohjaisen datanhallinnan hyödyntämiseen. Riittävän pitkälle viety digitalisaatio antaa todellisen mahdollisuuden älykkääseen datan keräämiseen ja jakamiseen sekä älykkäämmän koneistuksen toteutumiseen käytännössä. Arvoketjun uudistaminen siten, että koneiden matala käyttöaste jää historiaan, on pilvipohjaisiin ICT-ratkaisuihin perustuvan verkkokeskeisen toimintamallin keskeisimpiä tehtäviä.

Älykkään tehtaan todellinen käytännön toimivuus edellyttää resurssien luotettavaa käytettävyyttä. Tämän tavoitteen saavuttamiseksi nykyiset toiminnanohjausjärjestelmät (ERP), tuotteen elinkaaren hallintajärjestelmät (PLM), valmistuksenohjausjärjestelmät ja muut operatiivisen liiketoiminnan hallintajärjestelmät on linkitettävä saumattomasti kaikkiin koneisiin ja koko henkilöstöön (ja tarvittaessa muihin resursseihin). Näin pitkälle menevä integrointi on tänä päivänä aivan liian harvinaista, mutta kun pilvipohjaiset datanhallintaratkaisut lopulta saadaan käyttöön, voidaan luoda aitoja kokonaisratkaisuja, jotka takaavat tarkkuuden yhdenmukaisuuden ja liitettävyyden ihmisten, ihmisten ja koneiden sekä koneiden välillä. Lyhyesti sanottuna digitaaliset liitettävyysratkaisut antavat yrityksille mahdollisuuden parantaa kokonaisvaltaisesti tuotantoprosessiaan.  

Eri lähteistä kootun tiedon ja koneistuksen reaaliaikaisen valvonnan avulla voidaan kattavasti analysoida, parantaa ja optimoida prosesseja.

  

Avoimet ohjelmointirajapinnat ja upotetut anturit

Pilvipohjaisen ratkaisun lisäksi älykkään tehtaan optimaalinen laadunohjaus ja palautteen kerääminen vaatii kaksi muuta keskeistä elementtiä: avoimia ohjelmointirajapintoja (API), joiden avulla koneet ja järjestelmät voivat kommunikoida keskenään ja toimia vuorovaikutuksessa saumattomasti, sekä kaikkiin jokaisen työkappaleen läpäisemiin prosessivaiheisiin upotetut kehittyneet anturit. Ainoastaan näitä ratkaisuja käyttämällä voidaan varmistaa, että pilvipohjaisen valmistusympäristön resursseja seurataan ja hallitaan tehokkaasti ja että kaikilla tuotantoprosessissa mukana olevilla sidosryhmillä on mahdollisuus käyttää ja analysoida dataa, jonka avulla voidaan seurata suorituskykyä, diagnosoida poikkeamia ja parantaa jatkuvasti kaikkien tuotteiden laatua.

Valmistuksen prosessidatan jatkuva kierto kattaa koneistusta edeltävän CAD-suunnittelun, prosessisuunnittelun ja CAM-ohjelmoinnin, reaaliaikaisen koneistusprosessin valvonnan sekä laadun arvioinnin koneistuksen jälkeen. Integroimalla prosessin ohjaukseen ja prosessista saatuun palautteeseen pohjautuva koneistusta edeltävä, koneistuksen aikainen ja sen jälkeinen data voidaan koko tuotantoprosessi optimoida mahdollisimman tehokkaasti. Prosesseista saatavan jatkuvan palautteen analysointi mahdollistaa oppimisen, toiminnan tehostamisen ja viime kädessä kustannussäästöt.

Integroitu ICT

Kokonaisvaltaisen, integroidun ICT-ratkaisun käyttöönotto on ainoa väylä aktiiviseen, verkostoituneeseen ja vuorovaikutteiseen arvoketjuun. Olennaisessa roolissa tässä on resurssi-, materiaali- ja tuotelogistiikan seuranta, hallinta ja autonominen ohjaus. Tulevaisuuden valmistusratkaisujen on annettava mahdollisuus räätälöityihin tuoteratkaisuihin ja prosesseihin tinkimättä kuitenkaan tehokkuudesta – vaihtelevista materiaaleista ja työstökoneiden muutoksista huolimatta.

Muita tulevaisuuden integroitujen, pilvipohjaisten tuotantoympäristöjen käyttöönottoa tukevia tekijöitä ovat mm. virtuaalimallinnus, ennakoiva diagnostiikka, autonominen laadunvalvonta, palaute ja säädöt, etädiagnostiikka ja -tuki sekä tehokkaasti oppivat prosessit.

Täysin integroidun tuotantomallin ja pilvipohjaisen valmistuksen kokonaisedut prosessien laadulle on dokumentoitu hyvin, mutta Sandvik Coromant kiinnittää huomiota myös yksittäisten tekijöiden myönteisiin vaikutuksiin valmistusprosessin tietyillä osa-alueilla.

Vaikka big dataa pystytään keräämään ja jakamaan useiden tuotantolinjojen ja jopa tuotantolaitosten kesken, yhtä tärkeää on mahdollisuus pureutua viiveettä niinkin tarkkoihin yksityiskohtiin ja tietoihin kuin yksittäisen työstökoneen tehokkuus tai jopa yksittäisen terän kuluminen. Sandvik Coromant on esimerkiksi kehittänyt uuden ratkaisun, jossa eri lähteistä kootun tiedon ja koneistuksen reaaliaikaisen valvonnan avulla voidaan kattavasti analysoida, parantaa ja optimoida prosesseja. Ratkaisulla voidaan ehkäistä työkaluun kohdistuvat liialliset lastuamisvoimat ja karan laakeroinnin pettäminen ylikuormituksen seurauksena, hallita työkappaleen mitta- ja muotovirheitä valvomalla työkalun taipumaa, pidentää työkalun kestoikää, saavuttaa tasalaatuinen pinnankarheus ja kasvattaa optimoinnin vaatimaa tietämystä.

Teollinen internet koostuu käytännössä kolmesta osa-alueesta, joiden integrointi on olennainen edellytys minkäänlaiselle älykkäälle tehtaalle: laitepohjaisesta, tehdaspohjaisesta ja pilvipohjaisesta tietojenkäsittelystä.

Teollinen internet

Yllä kuvailtua Sandvik Coromantin ihmelääkettä konepajateollisuuden nykyongelmiin kutsutaan yleisesti nimellä teollinen internet (Industrial Internet of Things, IIoT). Se koostuu käytännössä kolmesta osa-alueesta, joiden integrointi on olennainen edellytys minkäänlaiselle älykkäälle tehtaalle: laitepohjaisesta, tehdaspohjaisesta ja pilvipohjaisesta tietojenkäsittelystä.

Laitepohjainen tietojenkäsittely käsittää digitaalisen signaalinkäsittelyn, tiedonsiirron rajapinnat, tuotannon liitettävyysratkaisut, paikallisverkot, etäpäivitykset ja -konfiguroinnit, kuuman datan analytiikan sekä työkalujen ja työstökoneiden rajapinnat. Tehdaspohjainen tietojenkäsittely sisältää digitaalisen signaalinkäsittelyn ja etäpäivitysten ja -konfigurointien lisäksi lämpimän datan analytiikan ja pilvirajapinnan. Pilvipohjainen tietojenkäsittely kattaa pilvijärjestelmien väliset integroinnit, tuotannon valvonnan, pilviyhteydet, tietoturvan, analytiikan sekä koneistusta edeltävät, koneistuksen aikaiset ja koneistuksen jälkeiset vaiheet.

Yhteenveto

Tiellä pilvipohjaiseen valmistukseen ja kiistämättömän tehokkaaseen ja tulokselliseen digitaaliseen prosessin valvontaan ja analysointiin sekä palautekiertoon on vääjäämättömiä, tiedossa olevia haasteita. Kansainvälisen konepajateollisuuden valmiudet tähän paranevat kuitenkin jatkuvasti, ja suunta on ehdottomasti oikea.

Informaation, tietämyksen ja datan tehokkaampi hallinta suunnittelu- ja koneistusvaiheissa ja laadun arvioinnissa johtaa lopulta niin hyvin optimoituihin prosesseihin, että niiden kustannukset pienenevät eivätkä kasva. Myös asiakkaat hyötyvät komponenteista ja tuotteista, jotka on tuotettu lyömättömällä tarkkuudella ja tehokkuudella. Tämän tuoma varmuus on yhä arvokkaampaa etenkin erittäin vaativilla teollisuudenaloilla, kuten ilmailuteollisuudessa, joissa laatu, luotettavuus, jäljitettävyys ja nopeat toimitusajat ovat ehdottomia vaatimuksia.

Teollisen internetin mahdollistama digitalisointi yhdistää virtuaalisen ja reaaliaikaisen koneistuksen ennennäkemättömällä tavalla ja häivyttää niiden välisiä rajoja.

www.sandvik.coromant.com/fi