Esineiden internet on muuttamassa sitä, miten tehdastuotantoa hallitaan. Elektroniikkateollisuudelle kyse on taas yhdestä tavasta osoittaa, miten sovellusekosysteemiä tarvitaan tekemään mahdollisesta totta.
|
Artikkelin kirjoittaja Bill Schweber on elektroniikkainsinööri, joka on kirjoittanut kolme oppikirjaa tietoliikennejärjestelmistä, sekä satoja teknisiä artikkeleita. Hän on |
aiemmin toiminut esimerkiksi EDN-lehden päätoimittajana sekä EETimes-lehden sivustojen päällikkönä. Lisäksi hän on työskennellyt Analog Devicesilla markkinointiviestinnässä ja sitä ennen Instronilla analogia- ja tehopiirien suunnittelijana. Billillä on tutkinnot Massachusettsin ja Columbian yliopistoista. Hän harrastaa radioamatööritoimintaa.Esineiden internetin potentiaali saa nyt paljon huomiota, ja hyvästä syystä. Teknologia mahdollistaa lähes kaiken monitoroinnin kodissa, tehdaslattialla, toimistossa ja jopa henkilöissä. Se mahdollistaa myös näiden ohjaamisen hyvin pitkälle. Termit kuten ”älykoti” tai ”verkottunut koti” yleistyvät, kun kuluttajat ottavat käyttöön edistyneitä laitteita kuten nettiin liitetty Nest-älytermostaatti, joka oppii käyttäjänsä elintavat, sovittautuu hänen tarpeisiinsa, säästää energiaa ja tukee etämonitorointia ja -hallintaa. Lähes kaikkialla käytettävissä oleva pilvi ja sen data vauhdittaa myös IoT:n suosiota.
Suurin osa IoT-huomiosta ja hypestä on keskittynyt massamarkkinoille. Todellisuuden IoT tulee nopeammin käyttöön teollisuudessa. Tämä on iso osa muutoksesta kohti Teollisuus 4.0:aa, joka tuo edistyneen, kaikkialle tunkevan aistimisen, lukuisat pienet jaetut ohjaimet sekä tiukan liitettävyyden nettiin. Esimerkiksi yhdessä General Electricin vastikään uusitussa tehtaassa on yli 10 000 anturia levitettyä noin 17 000 tehdasneliömetrin alueelle.
Kuva 1. Teollisuus 4.0 eli esineiden internet hyödyntää lukemattomia antureita ja lukuisia suojattua verkkoyhteyksiä, pilvipohjaista datan anayysiä sekä korkean tason hallintatekniikoita (lähde: Intel).
Miksi fokus teollisuuteen?
Teollisuus 4.0 -järjestelmän asentaminen on monimutkaista. Haasteita tulee monitoroitavista kohteista, järjestelmätason ohjauksesta, suorituskyvystä, käynnistymisestä ja käyttöliittymästä. Toiminnallinen ja luotettava Teollisuus 4.0 -asennus vaatii ammattilaisia, aikaa, kärsivällisyyttä ja sitoutumista, joita monella asunnonomistajalla ei ole tarpeelsi.
On sen sijaan olemassa hyviä syitä, joiden takia IoT-arkkitehtuuri on houkutteleva ja tekee siksi Teollisuus 4.0:sta todellisuutta tehtdas- ja tuotantoympäristössä.
- Täysin integroitu IoT-järjestelmä voi vaatia kiinteiden, langattomien ja kuituyhteyksien hyödyntämistä, eikä tällaista verkkoa ole helppoa toteuttaa. Useimmista kdeista löytyvä perustason WiFi-verkko ei ole riittävän kestävä tai luotettava tehdasympäristöön.
- IoT-järjestelmään investointi voi maksaa itsensä nopeasti ja mitattavasti takaisin energiansäästönä ja muina tekijöinä. Tehokas IoT-toteutus voi parantaa toimintatehokkuutta ja vähentää manuaalisen operoinnin tarvetta, erityisesti kellon ympäri toimivissa tuotantolaitoksissa. Kun kerättyä dataa voidaan analysoida, rakennuksen ja tehtaan operaattorit saavat paremman perspektiivin tilojen toiminnasta ja niiden parannusmahdollisuuksista.
- Jaettu datanprosessointi ja ohjaus vie päätöksenteon lähemmäksi koneita ja prosessia, mikä leventää järjestelmän pullonkauloja ja lyhentää ohjaussilmukoita, joten tuotantotehokkuus paranee tiukempien prosessin rajoitusten ja toleranssien myötä.
- IoT sopii hyvin yhteen ohjauslogiikoiden kanssa, joka edelleen on hallitseva prosessinohjauksen menetelmä laitteiston kestävyyden (lämpötila, tärinä, pöly), ohjelmiston ja käyttöjärjestelmän vakauden, yksinkertaisen käyttöliittymän, käyttöön sopivien laiteratkaisujen sekä suorituskykyisten, tehtäväänsä varten räätälöityjen IO-liitäntöjen takia. Lyhyesti sanottuna IoT:n keskittyminen sovellukseen ulkoisten ominaisuuksien sijaan sopii hyvin tähän ympäristöön.
Mahdollisuus käännekohdassa
Valmistajan näkökulmasta IoT ja Teollisuus 4.0 ovat huikeita mahdollisuuksia. Esimerkiksi IHS:n viime vuoden I/O Modules -raportin mukaan ohjelmoitavien logiikkaohjausten (PLC) markkinat kasvavat 5-7 prosenttia vuodessa vuoteen 2017 asti, ja PLC ja sen I/O-liitännät ovat kriittisiä Teollisuus 4.0:n toteutuksen kannalta.
Mikropiiri- ja komponenttitoimittajien kannalta on ehdottoman tärkeää työskennellä yhdessä asiakkaiden kanssa, sekä tärkeimpiä kolmansien osapuolten kanssa jotka kaikki ovat osa laajempaa ekosysteemiä, jotta IoT-järjestelmän vaativat osat saadaan yhteen. Tärkeää on myös oppia edelläkäyvien, edistyneiden käyttäjien prioriteeteista ja huolista. Samalla tulee mahdollisuus hyödyntää näiden edelläkävijöiden ainutlaatuista teknistä asiantuntemusta ja eri teknologioiden yhdistämistä uudella kasvun alueella.
Tämän takia valmistajat kuten Intel, Freescale Semiconductor, Texas Instruments ja monet muut tutkivat IoT-aluetta. Korkean tason lohkokaavioiden alapuolelle pitää mennä, sillä kokonainen IoT-ratkaisu vaatii anturien ja aktuaattorien signaalinkäsittelyn, hyvin vähävirtaisten prosessorin, tehonhallinnan piirien (myös energiankeruusirujen) ja erilaisten liitäntätekniikoiden yhdistämistä. Nämä kaikki täytyy toteuttaa laitekomponentteina sekä ohjelmistoina, joka sitoo ne yhteen. Tämä taas täytyy tehdä niin, että kompromissit datanopeuksien, kellojaksoken, tehohallinan, liitäntäteniikoiden, linkin luotettavuuden, järjestelmän turvallisuuden ja kestäyyden, sekä mahdollisen suorituskyvyn välillä otetaan huolellisesti huomioon.
IoT-ekosysteemi on saavuttamassa vakaata lähtöasemaa, kun valmistajat toteuttavat järjestelmäsuunnittelijoiden tarpeita edullisilla kehitysalustoilla ja -työkaluilla. Näitä työkaluvaihtoehtoja voi myös verrata keskenään. Tarjolla on myös ulkopuolisia työkaluja, jotka eivät ehkä ole ekosysteemissä yhtä näkyvästi esillä, mutta toimivat silti tärkeinä kehityksen vauhdittajina.
Toisin kuin moni muu viime vuosina ”seuraavaksi suureksi jutuksi” hypetetty tekniikka IoT tuo aitoja hyötyjä teollisuuteen, kaupalliseen ja jopa kuluttajien käyttöön. Vaadittavat komponentit ovat jo tarjolla, samoin kuin sovelluskohtaiset ohjelmistomoduulit, jotka tukevat alhaista määrää I/O-liitäntöjä ja verkkoliitännän hallintaa aina käyttöliittymään asti. Tuloksna on parempi tuotantotehokkuus ja energianhallinta, mitä kaikki tavoittelevat tämän päivän kovassa kilpailussa.
Kuva 2. IoT muuttaa tuotannon hallinnan myös autojen robottipohjaisilla kokoonpanolinjoilla.
Virtaamamittaus on monissa laitteissa kriittinen mutta usein ongelmallinen toiminto. Perinteiset mekaaniset anturit kuluvat ja jäävät sokeiksi pienille virtausnopeuksille. Ultraäänitekniikkaan perustuvat valmiit moduulit tarjoavat nyt tarkan, huoltovapaan ja helposti integroitavan vaihtoehdon niin kuluttaja- kuin teollisuussovelluksiin.