Ohjaukset ja toimilaitteet. Kalevi Aaltonen Aalto-yliopisto Tuotantotekniikka

Transkriptio

1 Ohjaukset ja toimilaitteet Kalevi Aaltonen Aalto-yliopisto Tuotantotekniikka

2 Eric Coatanealle kiitos aiheeseen liittyvistä keskusteluista Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 2

3 Joustavuus Flexibility (D Souza, D., E, Williams, F., P.,Toward a taxonomy of manufacturing flexibility dimensions, Journal of Operations Management 18 (2000) s ) Ulkoiset joustavuusvaatimukset: 1. Tuotantomäärien joustavuus (volume flexibility) 2. Tuotteiston ja tuotemuutosten joustavuus (variety flexibility) Sisäiset joustavuusvaatimukset: 3. Prosessimuutosten joustavuus (process flexibility) 4. Materiaalinkäsittelyn joustavuus (materials handling flexibility) Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 3

4 Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 4

5 Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 5

6 Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 6

7 Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 7

8 Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 8

9 Reaaliaikainen Ethernet, Siemens Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 9

10 Teollisuus PC, Siemens Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 10

11 Teollisuus-PC Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 11

12 Teollisuus PC, Siemens Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 12

13 Teollisuus PC, Siemens Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 13

14 Älypuhelin ja tabletti = valvomo! Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 14

15 Ohjelmoitavat logiikat PLC Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 15

16 Logiikka - Ethernet -väylään Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 16

17 Logiikka Ethernet -väylään Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 17

18 Kompakti taajuusmuuttaja, Siemens Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 18

19 ABB:n sähkömoottorit Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 19

20 Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 20

21 Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 21

22 Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 22

23 Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 23

24 Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 24

25 Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 25

26 Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 26

27 Kenttäväylät Profibus Profinet Interbus LonWorks Bitbus Modbus Powerlink Ethernet/IP Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 27

28 Markkinaosuudet Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 28

29 MAP (Manufacturing Automation Protocol) Manufacturing Automation Protocol = tietokoneiden ja ohjauslaitteiden standardi Useat merkittävät laite ja järjestelmätoimittajat tukivat MAP:a General Motorsin kehittämä laitteistoriippumaton eri merkkisten tuotantoautomaation ohjauslaitteistojen liitäntä protokolla Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 29

30 MAP (Manufacturing Automation Protocol) Manufacturing Automation Protocol = tietokoneiden ja ohjauslaitteiden standardi Useat merkittävät laite ja järjestelmätoimittajat tukivat MAP:a General Motorsin kehittämä laitteistoriippumaton eri merkkisten tuotantoautomaation ohjauslaitteistojen liitäntä protokolla Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 30

31 MAP (Manufacturing Automation Protocol) Boeing liitti standardiin MAP-standardiin Technical Office Protocol määrittelyn "MAP/TOP". Vaikka MAP/TOP protokollaa tukivat suuret valmistajat (General Motors, Boeing, ym.), se hävisi kilpailun Ethernet standardille. MAPista tuli IEEE standard mutta 2004 standardikomitea lakkautettiin Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 31

32 Teollinen internet Esineiden internet The Internet of Things IoT Industrie 2.0 Industry 4.0 Suunnittelun ja tuotannon digitalisoituminen Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 32

33 Teollinen internet Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 33

34 Teollinen internet Teollinen internet viittaa yksilöitävissä olevien sulautettujen tietokoneiden kaltaisten järjestelmien yhteenliitokseen Internetin infrastruktuurissa. Termiä ehdotti Kevin Ashton vuonna 1999, mutta konseptista on puhuttu jo ainakin vuodesta 1991 lähtien Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 34

35 Teollinen internet Teollisuuden murroksessa perinteisissä teollisuustuotteissa aletaan hyödyntää internetiä, nanotekniikkaa sekä muuta viestintä- ja tietotekniikkaa. Teollisessa internetissä esineille annetaan tunnistettava identiteetti ja ne alkavat viestiä keskenään Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 35

36 Teollinen internet Verkkoon kytkeytyvät laitteet voivat olla esimerkiksi teollisuus-, koti-, palvelu- tai hoivarobotteja. Teollisuus- ja tuotantoautomaatio siirtyy suljetusta laiteriippuvaisesta toimintatavasta avoimeen maailmanlaajuiseen arkkitehtuuriin Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 36

37 Teollinen internet Tutkimusprofessori Heikki Ailisto/VTT kertoi toukokuussa 2014 teollisen internetin olevan yksi "hypetetyimmistä" aiheista viimeisen vuoden aikana. Teollinen internet on osa kaiken läpikäyvää digitalisaation prosessia, joka kattaa antureiden lisäksi myös konttorityön digitalisoitumisen Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 37

38 Teollinen internet Olennaista on toiminnan tehostaminen ja teollinen tuottavuus. Teollista internetiä ovat kehittäneet tähän mennessä etupäässä suuret yhdysvaltalaiset yritykset kuten Cisco, IBM, Rockwell Automation, Oracle, Intel ja General Electric. Euroopassa alaa vievät eteenpäin mm. saksalaiset SAP, Bosch ja Siemens Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 38

39 Teollinen internet Suuret yritykset luovat eräänlaisia käyttöjärjestelmiä teolliseen internetiin, esimerkiksi laitteita ja ohjelmia. Pienemmät yritykset voivat luoda uutta liiketoimintaa esimerkiksi räätälöimällä ratkaisuja yrityskohtaisiksi, tekemällä antureita tai ohjauslaitteita tai keksimällä tapoja, joilla kerättävää tietoa tulkitaan ja visualisoidaan Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 39

40 Teollinen internet Esimerkiksi konepaja- ja energiayhtiöt voivat rakentaa IBM:n tai SAP:n käyttöjärjestelmien päälle omat IoTsovelluksensa. Teollisen internetin arvioidaan synnyttävän liiketoimintaa tuhansien miljardien eurojen arvosta Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 40

41 Teollinen internet Esimerkki suomalaisesta teollisen internetin sovelluksesta on Konecranesin tarjoama nosturien etähuoltopalvelu. Hyvinkään etähuoltovalvomoon on kytketty yli 4000 laitetta eri puolilla maailmaa. Laitteista välittyy koko ajan tietoa esimerkiksi moottoreiden ylikuumenemisesta Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 41

42 Teollinen internet Konecranesin toimitusjohtaja Pekka Lundmarkin mukaan teolliseen internetiin siirtyminen aiheuttaa teollisen vallankumouksen samaan tapaan kuin silloin, kun hevosista siirryttiin höyrykoneisiin Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 42

43 Teollinen internet Kuluttajapuolella asiat etenevät huomattavasti nopeammin ja asioiden internet on jo tuonutkin useita tuotteita ja palveluita ihmisten arkipäivään ja samaan pitäisi päästä teollisuudessakin. Teollisuudessa puhutaan ehkä kuitenkin vielä enemmän teollisesta intranetistä (suljettu) kuin teollisesta internetistä (avoin) Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 43

44 Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 44

45 Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 45

46 Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 46

47 Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 47

48 Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 48

49 Lineaarikäytöt yleistyvät Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 49

50 Tarkkuutta ja nopeutta Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 50

51 Anturit, ohjaukset, käyttölaitteet, toimilaitteet, kappale, kone, käyttäjä Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 51

52 Automaatiojärjestelmä Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 52

53 Prosessiohjauksen komponentit Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 53

54 Virtauksen ohjaus käsin (avoin piiri) Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 54

55 Avoin säätöpiiri Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 55

56 Virtauksen säätö käsin (suljettu piiri) Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 56

57 Suljettu säätöpiiri Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 57

58 Patopainesuutin Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 58

59 Venymäliuska-anturit Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 59

60 Inkrementaalinen matka-anturi Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 60

61 Absoluuttinen matka-anturi Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 61

62 Induktiivinen magneettianturi Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 62

63 Pietsosähköinen paineanturi Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 63

64 Sähkölämmittimen lämpötilan valvonta kaksoismetallikoskettimella Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 64

65 Heijastusvaloportilla asennon tunnistus Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 65

66 Pyörimisnopeuden mittaus Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 66

67 Nestepinnan mittaus valoanturilla Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 67

68 Sähköinen painonappi Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 68

69 Pneumatiikkasylinterin painonappiliipaisu Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 69

70 Sähköhydraulinen askelmoottori Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 70

71 Sähköhydraulinen asemointiventtiili Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 71

72 Hydraulisylinterin ohjaus proportionaaliventtiilillä Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 72

73 Analogia-digitaalimuunnin Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 73

74 Kaksitoimisen sylinterin ohjaus 4/2-suuntaventtiilillä Professori Kalevi Aaltonen, Aalto-yliopisto 74