Teollisuuden koneautomaatio on perustunut vuosikymmeniä keskitettyihin ohjauskaappeihin, mutta nyt koko rakenne voidaan purkaa. – Erittäin kirjaimellisesti. Vario-X-ratkaisu on 100-prosenttisesti ohjauskeskukseton, eikä kaappiin jää mitään, sanoo Murrelektronikin Suomen toiminnoista vastaava toimitusjohtaja Kim Koskinen. Yhtiön kehittämä automaatioalusta mahdollistaa ohjauskaapin toimintojen siirtämisen koneen kentälle ja vapauttaa koneiden suunnittelun vanhan arkkitehtuurin rajoituksista.
Teollisuuden digitalisaatiosta, älykkäistä antureista ja datan hyödyntämisestä on puhuttu jo pitkään. Samalla koneautomaation perusrakenne on kuitenkin säilynyt pitkälti ennallaan. Koneen toimintoja ohjataan keskitetystä sähkökaapista, johon anturit, toimilaitteet ja muut komponentit yhdistetään kaapeleilla.
Murrelektronikin mukaan tämä vuosikymmeniä käytössä ollut arkkitehtuuri muodostaa yhä merkittävämmän rajoitteen koneiden suunnittelulle ja tuotannon joustavuudelle. Yhtiön kehittämä Vario-X-alusta pyrkii poistamaan rajoitteen siirtämällä automaation kokonaan koneen kentälle.
Perinteisen ohjauskaapin sisältö hajautetaan koneen ympärille sijoitettaviin moduuleihin. Niihin kuuluvat esimerkiksi teholähteet, verkkokytkimet, turvatekniikka sekä tulo- ja lähtöliitännät eli I/O.
– Uutta ei ole se, että yksittäisen komponentin voisi hajauttaa. Se onnistuu jo nykyisin varsin hyvin. Olennaista on, että ohjauskaapin ydin saadaan siirrettyä kentälle yhtenä kokonaisena järjestelmänä, Koskinen selittää.
Vario-Xä moduulit liitetään taustalevyihin, joista muodostuvia asemia voidaan sijoittaa eri puolille konetta ja yhdistää toisiinsa. Näin keskitetyn ohjauskaapin sijasta syntyy hajautettu automaatiojärjestelmä, jossa tarvittavat toiminnot sijaitsevat lähellä niitä käyttäviä laitteita.
Kaapelointi väheni 40 prosenttia
Hajautetun automaation konkreettisimmat hyödyt liittyvät kaapelointiin ja koneiden tarvitsemaan tilaan.
Murrelektronik kertoo esimerkin pakkauskonevalmistajasta, jonka jo suunnitellun koneen ohjauskaappia olisi pitänyt siirtää yhdellä metrillä. Näennäisen pieni muutos olisi tarkoittanut 27 metriä lisää kaapelointia jokaista konetta kohti.
Vario-X avulla koko ohjauskaappi voitiin poistaa, eikä sen siirtämiselle ollut enää tarvetta. Samalla koneen kaapelointitarve väheni 40 prosenttia alkuperäiseen toteutukseen verrattuna.
Kyse on yksittäisestä asiakasesimerkistä, eikä Murrelektronik kerro tarkempia tietoja konevalmistajasta. Esimerkki havainnollistaa kuitenkin, miten suuri vaikutus keskitetyn ohjauskaapin sijainnilla voi olla koneen sähköiseen rakenteeseen.
Kaapeloinnin vähentymisen lisäksi ohjauskaapin poistaminen vapauttaa tuotantotilaa. Koneita voidaan sijoittaa lähemmäksi tehtaan muuta infrastruktuuria, kun erilliselle kaapille ja sen edellyttämälle tilalle ei enää tarvitse varata paikkaa.
Koneen rakenne voidaan ajatella uudelleen
Murrelektronikin mielestä hajautetun automaation merkittävin vaikutus ei kuitenkaan ole pelkästään kaapelien tai komponenttien määrässä. Kyse on koneenrakennuksen suunnitteluperiaatteiden muuttumisesta.
Perinteisessä mallissa ohjauskaapin sijainti vaikuttaa siihen, miten koneen eri osat voidaan sijoittaa, miten kaapelointi toteutetaan ja millaisia muutoksia valmiiseen rakenteeseen voidaan tehdä.
Kun automaatio hajautetaan koneen kentälle, ohjauskaappi ei enää määrää koneen fyysistä rakennetta.
– Ohjauskaappi jaetaan pienempiin osiin, jotka ohjaavat ja valvovat koneen toimintoja siellä, missä koneenrakentaja haluaa. Koneen rakennetta ei enää tarvitse suunnitella ohjauskaapin ehdoilla, Koskinen kuvailee.
Hänen mukaansa koneet vapautuvat näin ohjauskaapin asettamista rakenteellisista rajoituksista, jolloin niitä voidaan suunnitella kokonaan uusista lähtökohdista.
– Sen vuoksi tähän asti modernina pidetty osittainen hajautus ei vielä riitä siihen kokonaan uudenlaiseen koneenrakennukseen, jonka Vario-X mahdollistaa.
Murrelektronik korostaa eroa perinteiseen hajautettuun automaatioon. Yksittäisten I/O-moduulien ja muiden komponenttien sijoittaminen kentälle ei vielä poista keskitetyn ohjauskaapin tarvetta. Vario-X tavoitteena on hajauttaa koko automaatiojärjestelmän rakenne.
Myös kuljetinjärjestelmät muuttuvat
Ohjauskaapittomuuden rinnalla teollisuuden koneautomaatiossa on käynnissä muitakin muutoksia. Yksi kehityssuunta on pneumaattisten toimintojen korvaaminen sähköisillä toimilaitteilla, mutta muutoksen laajuudesta eri sovelluksissa ei ole vielä selvää kuvaa.
Murrelektronik näkee erityisesti materiaalinsiirtoon tarkoitettujen koneiden olevan merkittävän muutoksen edessä.
– Kaikki materiaalinsiirtoon tarkoitetut koneet, joissa käytetään kuljettimia, ovat muutoksen edessä, Koskinen arvioi.
Hänen ennusteensa on varsin suoraviivainen.
– Jos koneessa on kuljetin, se on muutaman vuoden kuluttua täysin erilainen.
Koskinen ei kuitenkaan yksilöi, millaisiin teknisiin ratkaisuihin kuljettimien muutos perustuu tai missä määrin se tarkoittaa pneumatiikan korvaamista sähköisillä toimilaitteilla.
Ennuste kertoo silti siitä, kuinka laajana Murrelektronik näkee koneautomaation rakenteellisen muutoksen. Kyse ei yhtiön näkemyksen mukaan ole vain nykyisten komponenttien korvaamisesta uusilla, vaan mahdollisuudesta suunnitella koneiden toimintoja ja rakennetta uudelleen.
Suomessa ongelmana on riskinottohalukkuus
Teknisten ratkaisujen olemassaolo ei vielä tarkoita, että konevalmistajat olisivat valmiita muuttamaan vakiintuneita suunnittelumenetelmiään.
Murrelektronikin mukaan suomalaisessa koneenrakennuksessa hajautetun automaation yleistymistä hidastavat ennen kaikkea alan riskinottohalukkuus ja uusien ratkaisujen hyötyjen puutteellinen tuntemus.
– Suurin este ei mielestäni ole yksittäinen tekninen tekijä, vaan alan riskinottohalukkuus ja hyötyjen ymmärtäminen, Koskinen sanoo.
Hän katsoo, että myös teknologiatoimittajilla on vastuu muutoksen edistämisestä.
– Tästä kannamme yrityksenä oman vastuumme, sillä meidän tehtävämme on saada suomalainen teknologiateollisuus heräämään tähän uuteen aikaan.
Suomi ei Koskisen arvion mukaan ole hajautetun automaation käyttöönotossa merkittävästi kilpailijamaita jäljessä. Pohjoismaissa ja Keski-Euroopassa teknologiaa hyödynnetään hänen tietojensa mukaan vähintään samalla tasolla kuin Suomessa.
Toisaalta Suomi ei myöskään kuulu kehityksen kärkeen.
Täysin ohjauskaapittomia ratkaisuja on ollut tarjolla vasta muutaman vuoden ajan. Koskisen mukaan teknologinen murros on siksi vielä alkuvaiheessa.
– Nyt on erinomainen mahdollisuus ottaa askel kohti markkinajohtajuutta.
Humanoidirobottien servokäyttöjen on ohjattava nivelten liikkeitä tarkasti ja nopeasti. Samalla niiden mikro-ohjaimilta vaaditaan yhä enemmän tiedonsiirtoa, diagnostiikkaa ja muita järjestelmätason toimintoja. Ratkaisuna on erottaa aikakriittinen moottorinsäätö muista prosessorin tehtävistä ja siirtää se erillisen laitteiston hoidettavaksi.
Infineon on esitellyt uuden virta-anturin, joka soveltuu jopa satojen ampeerien virtojen mittaamiseen pienikokoisissa elektroniikkalaitteissa. XENSIV TLI5572 hyödyntää magneettista TMR-tekniikkaa, jonka ansiosta perinteinen shunttivastus ja siihen liittyvä vahvistinpiiri voidaan jättää pois. Ratkaisu on suunnattu erityisesti robotiikkaan, akkukäyttöisiin työkaluihin ja droneihin.
