Tietoa tuottava järjestelmä on johtajan kaveri

Elintarviketeollisuudessa automaatioaste on korkea. Automaatiojärjestelmiin voidaan sujuvasti liittää robotteja, ja niitä on perinteisesti hyödynnetty tuotantolinjan pakkauspäässä.

– Aiemmin linjan ja prosessin käyttäjän tuli tuntea lukuisia eri järjestelmiä, osata käyttää niitä ja tuntea koneiden erityisominaisuudet, kertoo teknologiatoimittaja Siemens Osakeyhtiön elintarvikeasiakkuuksien päällikkö Jarno Ahonen.

Nykyaikaiset automaatiojärjestelmät ovat toisiinsa yhdistettäviä, ja niissä on rajapintoja esimerkiksi tuotannonohjausjärjestelmiin ja robotiikkaan.

– Nykyisin linjan käyttäjät saavat keskittyä tuotteeseen ja prosessin säätöön; kaikki toiminnot näkyvät yhtä aikaa päätteeltä. Enää aika ei mene järjestelmän ylläpitoon. Se toimii taustalla ja ohjaa käyttäjää tekemään oikeita toimenpiteitä, kuten voitelemaan kolmosakselin kahden päivän sisällä, ettei linjan vauhti hidastu. Ennen käyttäjä saattoi oppia, että hidastumisen jälkeen akselia kannattaa käydä kumauttamassa lekalla, Ahonen vitsailee.

Työ- ja tuoteturvallisuus parantunut

Tavallisesti tuotantolinjalla säädetään automaation kautta muun muassa lämpötilaa, painetta ja virtausta. Tuotevirtojen liikkeitä ohjataan esimerkiksi kuljettimien pyörimistä, pinkkausjärjestelmien toimintaa tai lavojen käärintäkoneita säätämällä. Prosesseihin ja linjoille on rakennettu automaattisia turvajärjestelmiä, ja kokonaisuutta seurataan valvomosta.

– Jos vaikka laatikko pyörähtää väärään asentoon pakkauskoneelta latovalle robotille kulkiessa, valoverho tunnistaa linjalle saapuvan käyttäjän ja automatiikka ajaa prosessin turvalliseen tilaan ja jatkaa toimintaa häiriön jälkeen taas suunnitellusti, Ahonen kuvailee.

Diagnostiikka helpottaa vian löytämistä tuotannosta, huollon ennakointia ja parantaa käytettävyyttä.

– Enää ei tarvitse mennä sähkökaapille sammuttamaan järjestelmää, vaan järjestelmä oppii tunnistamaan poikkeamia. Esimerkiksi tuoteturvallisuuteen liittyviä ajomääreitä seurataan koko ajan, ja niiden halutaan pysyvän asetusarvoissa. Nykyään on yksinkertaista jäljittää prosessin tila ja etsiä juurisyyt, etteivät poikkeamat toistu uudelleen, Ahonen kertoo.

Tuotannon ohjausjärjestelmät osaavat jo varsin itsenäisesti ohjata tuotantoa, ja operaattoreiden vastuulle jää lähinnä kokonaisprosessin valvonta.

Tietoa johtamisen tueksi

Tuotevirtaa voi ajatella raaka-aineesta puolivalmisteeksi ja täydennyksien jälkeen lopputuotteeksi, joka pakataan lopulta esimerkiksi kuluttajapakkaukseen. Tämä prosessi liittyy kuljettimiin, varastointijärjestelmiin, tuotannon ohjausjärjestelmiin aikatauluineen ja parhaimmillaan myös kaupan tilausjärjestelmiin.

– Jäljitettävyys, läpinäkyvyys, reaaliaikainen tieto ja ennakoitavuus ovat päivän sanoja, kertoo Siemens Osakeyhtiön digituotteiden myynnin asiantuntija Jukka Uotila.

Järjestelmät tuottavat valtavan määrän tietoa. Kun yksittäisen laitteen ohjausyksikössä on kyvykkyyttä, voidaan eteenpäin lähetettävää tietoa valikoida, sillä kaikkea ei kannata tuoda ylemmille tasoille. Yksittäiset laitteet kytketään yhteen linjaksi, linjat osaksi prosessia ja prosesseista muodostuu koko tehtaan verkkokokonaisuus, jossa data kulkee lattiatasolta aina pilviratkaisuihin saakka.

– Iso yhtiö voi seurata maailmanlaajuisesti linjojensa toimintaa vaikkapa yhden puhelimen näytöltä, kun kaikki tieto on valmiiksi pureskeltu ja rakennettu visuaaliseen malliin. Samaan aikaan kyberturvallisuuden merkitys korostuu, Uotila muistuttaa.

Yhtenäinen ja tarkoituksen mukainen tieto tukee tiedolla johtamista ja kehitystyötä. Nestlén Puljonki-kastiketehtaalle Juuassa rakennettiin digitaalinen kaksonen.

– Se tarkoittaa sitä, että tehtaan fyysiset prosessit mallinnettiin simointiohjelmistolla digitaaliseen muotoon, malliksi, jota voidaan ajaa kuten oikeaa prosessia, täsmentää Ahonen.

Etukäteen tiedettiin, että tuotantoprosessissa oli tehostamistarpeita, mutta ei tiedetty, missä kohdin. Digitaalisen kaksosen avulla erilaisia ajoparametrejä kokeilemalla tuotannon pullonkaulat löytyivät, ja niihin osattiin reagoida.

Digitaalisen kaksosen hyödyt

Digitaalisen kaksosen rakentaminen tuo hyötyjä monessa vaiheessa.

– Pystytään erimerkiksi tekemään tuotantoskenaarioita: miten tuotteen valmistus menisi näillä ajoparametreillä läpi? Kokeiluilla ei tarvitse häiritä tuotantoa, vaan testit voidaan tehdä digitaalisella kaksosella. Voidaan myös varautua esimerkiksi sellaisiin aikaa vieviin poikkeustilanteisiin, joissa automaatilla valittu rasiakoko poikkeaa tuotannossa ajettavasta mallista. Jo suunnitteluvaiheessa voidaan testata, miten automaatio reagoisi siihen, Jukka Uotila kuvailee.

Suurin osa Suomen automaatioinvestoinneista on modernisointi- ja kehitysinvestointeja, sillä automaatiota on hyödynnetty vuosikymmenet. Vanhoissa koneissa turvajärjestelmät eivät välttämättä vastaa tämän päivän vaatimuksia.

– Se tarkoittaa sitä, että vanhan laitteiston modernisoinnille voi olla usein tarvetta. Samalla on mahdollista parantaa linjan käytettävyyttä. Näin voidaan päästä myös tuotannon pullonkauloista eroon, Jarno Ahonen kertoo.

Uudesta linjasta voidaan jo suunnitteluvaiheessa rakentaa digitaalinen kaksonen, jolla voidaan ajaa tuotantoa ja selvittää, miten todellinen järjestelmä on liitettävissä osaksi muuta automaatiota.

– Joskus pullonkaula saattaisi vaan siirtyä muualle, eikä ongelma ratkeaisikaan. Digitaalisella kaksosella tällaisilta virheiltä vältytään, kun tieto saadaan jo suunnitteluvaiheessa ja ongelma voidaan ratkaista. Se vie pois paineita linjan käyttöönotosta, kun laitteet ovat toimintavarmoja ja investointibudjetit pysyvät paremmin hallinnassa, Uotila muistuttaa.

Digitaalisen kaksosen rakentamisen laajuus riippuu siitä, mitä halutaan ratkaista. Koneen rakentajan kanssa digikaksosen rakentaminen on lyhyimmillään viikon projekti.

‒ Isoimmat projektit voivat viedä useamman kuukauden. Tyypillisesti ensimmäiset projektit tehdään tiiviissä yhteistyössä koneenrakentajan kanssa. Hyötyjen konkretisoitumisen jälkeen asiakas usein ottaa digitaalisen kaksosen soveltuvilta osin osaksi toimitusta, Uotila sanoo.

Linjojen käyttäjät otetaan mukaan kehitystyöhön, koska he tuntevat tuotannon reunaehdot. Heiltä voi saada arvokasta tietoa tuotannon toimivuudesta ja kehityskohdista.

Automaatio- ja toimistoverkot sulautuvat

Järjestelmissä olemassa olevat ominaisuudet ovat jo pitkällä, mutta järjestelmien liittämisessä yhteen on vielä tekemistä.

– Automaatioverkot ovat perinteisesti olleet omia kokonaisuuksiaan, mutta automaatio- ja toimistoverkkojen sulautuminen lähemmäksi toisiaan on nyt käynnissä, jotta tieto saadaan liikkumaan oikeamääräisenä ja -laatuisena, kertoo Ahonen.

Tuotannonohjausta on perinteisesti tehty toimistosta, mutta jatkossa työ lähentyy tuotantoverkkoa. Tuotannonsuunnittelutyökalujen joustavat liitettävyysominaisuudet mahdollistavat läpinäkyvän suunnittelutyön tekemisen osana oikeaa tuotantoprosessia. Tällä voidaan tehostaa tuotantoprosessien toimintaa.

Toisaalta myös tuotanto kehittyy ja tulee uusia ratkaisuja. Vihivaunujen käyttö lisääntyy tehtailla. Varastoista tarvitaan niin pakkausmateriaaleja kuin raaka-aineita.

– Robotit eli vihivaunut tai automaattitrukit voivat tuoda varastoista kaikenlaista käyttäjälle valmiiksi ja hakea niitä takaisin, kun niitä ei enää tarvita. Ne seuraavat hyllypaikkojen nimikkeitä ja saldoja, Ahonen kuvailee.