automaatio käytettäVyyden tehoStaJana

Automaatio
Automaatio
käytettävyyden
tehostajana
Prosessiautomaatio kehittyy ja tarjoaa uusia ratkaisuja kehittää tuotantolaitoksen
toimintaa. Automaatiolla ja instrumentoinnilla on keskeinen rooli prosessilaitoksen
toiminnassa, ja sen toimintoja voidaan tarkastella tuotannon, kunnossapidon ja
riskien hallinnan näkökulmista. Erityisesti käyttövarmuuden parantamiseen
voidaan haluttaessa panostaa. Mitä uutta on tarjolla, ja kuinka se
vaikuttaa laitoksen toimintaan?
S u o m e n A u t o m a at i o s e u r a r y ,
K u n n o s s a p i t o t o i m i k u n ta
Jari Kanasaari, Rautaruukki Oyj
Heikki Kangas, Stora Enso Oyj
Pertti Kukkola, Efora Oy
Jari Manninen, Neste Oil Oyj
Arto Marttinen, Collaxion Oy
Martti Hakonen, Kunnossapitoyhdistys
Promaint ry
P
rosessiautomaation laitteet ovat olleet useita vuosikymmeniä likimain
samannäköisiä. Sisäisesti ne ovat uudistuneet ohjelmoitaviksi, ja niissä on kaksisuuntainen tiedonsiirtovalmius. Prosessiarvojen ohella laitteet seuraavat omaa toimintaansa ja toimintaympäristöään, ja yhä
useammassa laitteessa on myös itsediagnostiikan lisäksi prosessidiagnostiikkaa.
Uusimpina kenttälaiteratkaisuina ovat
yleistyneet monikanavaiset tai monimuuttujamittaukset sekä langaton kenttäautomaatio. Nämä uudet tekniikat vaikuttavat
myös kenttäinstrumentoinnin kustannusrakenteeseen, sillä mittauspiirien hinnat alenevat. Kustannussäästöt saavutetaan pienemmällä määrällä kaapelointia, kenttäkoteloita,
kytkentäpisteitä ja varsinaisen laiteasennuksen ulkopuolista kenttäasennusta. Prosessinohjauksen kenttälaitteiden laitemäärä pysyttelee ennallaan, mutta käyttövarmuutta parantavia sekä kone- ja henkilöturvallisuutta parantavia laitteita (TLJ) ja lisäksi
tärkeimpiä prosessilaitteita suojaavia mittauksia hankitaan enemmän.
Automaatiojärjestelmät ovat laajentuneet
käsittämään ohjelmistot kenttälaitteiden sekä sähkökäyttöjen ja taajuusmuuttajien toimintakunnon seurantaan. Myös laitekonfiguraation muutokset voidaan suorittaa järjestelmän työasemilta, ja kaikkien laitteiden
käyttöparametrit ovat tallessa tietokannassa.
Edellä esitetty on saatavilla, mutta laajaalainen ratkaisu edellyttää täydellistä uusintaa tai uusinvestointia. Vanhaa automaatiota uudistettaessa aiheuttaa ennalleen jätetty
osuus toiminnallisia rajauksia. Investoinneissa kannattaa pitää järki mukana, sillä yli-instrumentointi laskee käytettävyyttä. Lisäksi
kannattaa pitää mielessä, että yksinkertaisimpien laitteiden toiminnan seuranta saattaa edellyttää vikaantumisherkkiä erikoisvarusteita. Tästä on esimerkkinä ­sulkuventtiili;
kannattaako siihen laittaa vikaherkät rajat
vai uskoako ohjausta?
Näkökulmat
jatkuvaan kehittämiseen
Tuotannon näkökulmasta tuotantotehokkuuden parantaminen toiminta-asteen ja laadun paranemisen kautta on keskeinen kehittämisen kohde. Prosessisuunnittelussa mitoitetaan prosessin osat, koneet ja laitteet vastaamaan tuotannon toiminnallisia tavoitteita.
Ihmiset ajavat tuotantoa tuotannon ohjaus- ja automaatiojärjestelmien tukemana. Käyttöolosuhdetietoja ja erilaisia prosessin toiminnan (kunnonvalvonnan) mittareita käytetään myös sen asian toteamiseen,
­että laite on huonosti mitoitettu toimintopaikan vaatimuksiin. Tämä tulee usein vastaan
Kuva 1. Jokaiselle tuotantolaitoksen laitteelle ja komponentille voidaan rakentaa malli,
jonka mukaisesti sen pitäisi toimia eri elinkaaren vaiheissa. Kuva: Andritz.
Promaint 5 • 2012
45
KÄYTTÄJÄT
Tuotantopäällikkö
Kunnossapitopäällikkö
MES/OEE
B
MUUT MITTAUKSET
• Kalibrointi
A
• Havainnot
• Värähtely
• Lämpökuvaukset
• Öljyanalysit
• Ympäristömittaukset
• Energiamittaukset
• Osaprosessimittaukset
Työtilaus
LUOTETTAVUUSILMOITUSTAULU
• RONA (vaatii tiedon ulkopuolelta)
• OEE
• Ajoaika %
• K unnossapitokustannukset
• Kunnossapidon käyttöaste
• Kunnossapidon tehokkuus
• Drill Down Capabilities
OEE
D
FMEA-mallit
Luotettavuus
black box
Luotettavuusraportit
Kunnossapitojärjestelmä
data
Ty ötilauspyyntö
Työtilaukset
C
Maximo
SAP
Varaosatilaukset KÄYTTÄJÄT
• Kunnossapito
• Työnsuunnittelu
Kiiretyöt
• Työnjohto
© Zero
­säätöpiireissä huonona toimintana (esim. ajetaan usein ylärajaa
vasten). Huonosti tai jopa väärin mitoitetut laitteet saattavat
aiheuttaa prosessin elinkaaren
aikana merkittäviä ylimääräisiä kustannuksia (energia, raaka-ainehukka, kapasiteettihukka, laatuhäiriöt…).
Keskeinen asia on myös säätöjen suunnittelu tuotannon kannalta mahdollisimman optimaaliseksi. Jotta paremmalla prosessi- ja säätösuunnittelulla sekä laitemitoituksella voidaan todella
parantaa tuotantotehokkuutta,
pitää prosessin käyttöolosuhdetietoja, kunnonvalvonnan tietoja sekä suunnittelu/mitoitustietoa pystyä yhdistelmään sopivalla tavalla ja määritellä sitä
varten tarkoituksenmukaiset kehittämistoimenpiteet ja -prosessit.
Aikajänne tämän tyyppisen tiedon hyödyntämiselle on useista
kuukausista muutamiin vuosiin.
Kunnossapidon näkökulmasta keskeinen kehittämisen kohde on käyttövarmuuden parantaminen. Keskeisenä siihen liittyy kunnossapitotoiminnan ohjauksen parempi hallinta. Sitä
tarkastellaan tässä artikkelissa
E
KÄYTTÄJÄT
• Kunnossapito
• Operaattori
• Työnjohto (tuot.)
• Työnjohto (kupi)
F
Kuva 2. Periaatekuva monitasoisesta tietoinformaatiokentästä.
(Lähteet: G. Cheever 2008, CoMo-seminaari, Ramentor 2012, Reliability Engine).
tarkemmin vielä erikseen. Kunnonvalvontatiedot mahdollistavat mittaavan kunnossapidon.
Aikajänne ennakkohuoltotoiminnan suunnittelemisella on
tyypillisesti vuositasolla, mutta
mittavan kunnossapidon osalta
Lisää käyttövarmuutta!
reagointi kunnonvalvonnan tietoihin tapahtuu tuntien tai päivien tasolla.
Riskien hallinnan näkökulmasta keskeiset asiat ovat henkilö- ja ympäristöturvallisuuden varmentaminen ja tuotan-
Meillä on
kokonaisuus hallussa
PMC Polarteknik Service tarjoaa
kokonaisvaltaista ammattitaitoista palvelua asiakaslähtöisestä suunnittelusta räätälöityyn
toteutukseen.
Meiltä hydrauliikan asennukset
ja käyttöönotot, ennakkohuollot, sylinteri- ja komponenttihuollot, käyttövarmuus ja
energiatehokkuus analysoinnit,
modernisoinnit, korjaus- ja
varaosapalvelut.
PMC Polarteknik Oy Ab
Mestarintie 6, 01730 Vantaa
puh. +358 (0)20 770 9700
fax +358 (0)20 770 9701
info@pmcpolarteknik.com
www.pmcpolarteknik.com
46
16447_Promaint_Service_150x105_082012.indd
Promaint 5 • 2012
1
KUNNOSSAPITOJÄRJESTELMÄ
• Työtilauksen vapautus
• Kiiretyöilmoitukset
• Käyttäjätunnukset
• Resurssointi
• Työtunnit
• Työsuunnitelmat
• Suunnittelu ja aikataulutus
• Varastot
• Laitelistat
22.8.2012 17:27:21
to-omaisuuden (investointien)
suojaaminen vaurioilta. Iso osa
kunnonvalvonnan ­mittareista
on alun perin kehitetty juuri
erilaisten suojaustoimenpiteiden kannalta.
Lukitukset ovat tyypillisiä
suojaustoimenpiteitä. Esimerkiksi isoissa pyörivissä koneissa lukituksen vasteaika kunnonvalvonnan vikaviestiin saattaa olla
millisekunteja ja sekunteja. Siksi
nämä toimenpiteet yleensä suunnitellaan (ja usein lainsäädäntökin sitä vaatii) automaation toteutuksen yhteydessä toimimaan
automaattisesti.
Kenttätiedot parantamaan
käyttövarmuutta
Sana käyttövarmuus saa teollisuudessa aina sydämen sykkimään ja sekä kokemusta että näkemystä tuntuu löytyvän kaikilta. Siihen sisältyy myös suuria
intohimoja, ”vain minun tapani on oikea”-periaatteella. Käyttövarmuus määritellään käytettävyyden ja sen osatekijöiden
luotettavuus, kunnossapidettävyys ja huoltovarmuuden ter-
meillä. Kuva 2 esittää tilannetta, jossa kenttätietoja kerätään
eri järjestelmistä. Tässä artikkelissa ei käsitellä tarkemmin kunnossapidettävyyttä ja huoltovarmuutta. Ne ovat iso osa käytettävyyden huomioimista suunnitteluvaiheessa ja ansaitsevat
oman artikkelin.
Kunnonvalvonnan tiedot [A]
ovat ehkä yleisimpiä kerättäviä
tietoja, mutta harmittavan usein
niitä ei yhdistetä muihin järjestelmiin. Ne jäävät irrallisiksi tiedoiksi vain mittaajille tai mittauksia seuraaville online-mittauksissa. Aikojen saatossa asetetut
hälytysrajat poikivat hälytyksiä,
joita sitten poistetaan, kun ehditään.
Automaatiojärjestelmät mittaavat ja ohjaavat suurta määrää koneita ja laitteita [B]. Usein
operaattori on ihmeissään, kun
järjestelmä suoltaa hälytystä hälytyksen perään. Mikä niistä on
oikea ja mikä seuraus oikeasta,
siinäpä kysymys, johon moni haluaisi vastauksen. Ongelmana on
usein mittauksen trendi, jota ei
osata tulkita oikein. Se kertoo
jo hyvissä ajoin, mitä tulee tapahtumaan, jos prosessia ajetaan
edelleen samalla tavalla. Tässä
vaiheessa toinen tieto yhdistettynä prosessin tilaan selkeyttäisi kuvaa tulevaisuudesta.
Automaatiojärjestelmä voidaan valjastaa seuraamaan
prosessin osakokonaisuuttakin
[C]. Sitä voidaan seurata laskennallisesti mm. osakokonaisuuden käyttövarmuusmallin
avulla tai muunlaisten prosessin toiminnan poikkeamamallien avulla. Automaatiojärjestelmän [B] omien sisäisten ja muiden mahdollisten mittaustietojen
[A] perusteella voidaan tarkastella toimintapisteen poikkeamia
ja seurata prosessin toiminnallista kuntoa (esimerkiksi lämmönvaihtimien likaantumisia, putkistojen tukkeutumisia ja jopa mittaustarkkuuden pysyvyyttä).
Vastaavasti, kun mittausten A,
B ja C tiedot viedään erilliseen
ohjelmaan [D] ”black box”tyyppisessä ratkaisussa ja tiedot yhdistetään käyttövarmuusmalliin, saadaan lopputuloksena simuloitua luotettavuustietoa,
jolla käyttövarmuutta voidaan
edelleen parantaa. Kyseessä on
eräänlainen hybridimalli, jossa
jatkuva-aikaista tietoa tuotannosta ja käyttövarmuudesta on
yhdistetty. Lopputuloksena saadaan päivittäisiä raportteja, joista selviää tulossa olevat ongelmat. Parhaimmillaan saadaan jopa työmääräin kunnossapitojärjestelmään.
Seuraava vaihe tietojen yhdistämisessä olisinkin tuotannonohjausjärjestelmät [E]. Kun tieto lisätään black boxiin, voidaan
tulevat toimenpiteet suunnitella suoritettavaksi hallitusti ja oikea-aikaisesti tuotantoa turhaan
häiritsemättä. Kun lisätään kunnossapitojärjestelmän [F] tietoja
samaan aikaan, saadaan alueen
kaikki muut auki olevat kunnossapitotyöt tarkistettua ja ajoitettua suunniteltuun huoltoon.
Mallinnetaan ja simuloidaan
kuinka paljon hyvänsä, keskeinen asia on kuitenkin, miten
tietoa käsitellään ja hyödynnetään. Samalla tiedolla on muitakin käyttökohteita, miksi emme hyödyntäisi sitä osittain tai
kokonaan vaikka elinkaarenhallinnassa. Jokaiselle laitteelle ja
komponentille voidaan rakentaa malli, jonka mukaisesti sen
pitäisi toimia eri elinkaaren vaiheissa. Vertaamalla mittausta ja
mallia voidaan havaita, missä ko.
laitteen osalta ollaan. Prosessin
vaikuttavat tekijät elinkaaren
tilaan löytyvät monimuuttujaanalyysillä. Sen avulla voidaan
sulkea pois prosessista aiheutuvat vaihtelut. Käynti ohjaamossa osoittaa, kuinka paljon
tietoa operaattorin on hallittava. On tärkeä, että automaatio
voi erottaa tärkeät ja vähemmän
tärkeät asiat. Käytännössä esimerkiksi Keski-Euroopan kemianteollisuuden NAMUR-ryhmä on luonut värikoodit, jolla
voidaan helpottaa operaattorin työtä. Eri värit kertovat, mitä kulloinkin tapahtuu ja mitä
toimenpiteitä tarvitaan. Tärkeää
olisi, että myös vanhemmat automaatiojärjestelmät pystyisivät
antamaan muutakin tietoa kuin
hälytykset, koska hälytyksen tapahtuessa ollaan jo myöhässä.
Kehittäminen
vaatii panostusta
Tuotantolaitosten automaatio
sisältää paljon mahdollisuuksia.
Mikään toiminto ei kuitenkaan
käynnisty itsestään, käytettävyy-
den parantaminen vaatii aina aikaa, osaamista ja panostusta. Jo
hankintavaiheessa kannattaa pitää mielessä, että hankintahinta
on jotain muuta kuin elinkaarikustannus.
Jatkuva systemaattinen kehittäminen on paras keino varmistaa menestyminen. Ilman oikein suoritettuja toimenpiteitä
tuotantolaitos ei pysy kilpailukykyisenä. Tärkeää on muistaa,
että kaikkea ei tarvitse keksiä ja
kehittää itse. Aktiivinen seuranta ja verkostoituminen ohjaavat
oikeisiin ratkaisuihin. venttiilihuolto.com
www.
Luotettavuutta ja
turvallisuutta
Prosessiautomaatio
MTL Instruments Ltd:n automaatiokomponenteilla
varmistat prosessiohjauksesi käytettävyyden ja
toimivuuden häiriöittä vaativissakin olosuhteissa.
Soveltuu niin teollisuusstandardin kuin ATEX-tilojen
vaativiin sovellutuksiin!
PL 69, 06151 Porvoo, puh. (019) 574 5700, www.malux.fi
Promaint 5 • 2012
47