DIPLOMITYN TEORIAOSUUS Niilo Heinonen 2013 Konecranes All rights

DIPLOMITYÖN TEORIAOSUUS Niilo Heinonen © 2013 Konecranes. All rights reserved.

Tutkimuskyssärit ja tutkimuksen tausta • Tutkimuksen tausta • Erilaisia diagnostiikkabokseja asennettu nostureihin 90 -luvun lopulta alkaen (Control. Pro) • Diagnostiikka- ja kunnossapitolaitteiden määrä lisääntynyt siitä alkaen jatkuvasti • CMS-järjestelmä isoihin prosessinostureihin sekä satamanostureihin kehitetty 2000 -luvun alussa. • Käytännössä kaikki nosturin toimintaan vaikuttava logataan • Lisäksi raakadatasta lasketaan jalostettua tietoa, kuten nosturin tuotantotietoa • Datan kerääminen nostureista keskitettyihin tietovarastoihin aloitettu ~ 2009 • Dataa kerätään nykyisin jo paljon, mutta sen systemaattinen hyödyntäminen vasta alkamassa © 2013 Konecranes. All rights reserved.

Tutkimuskyssärit ja tutkimuksen tausta • Tutkimuskysymykset • Kuinka nosturista kerättyä tietoa hyödyntämällä voidaan ymmärtää parempi ymmärrys prosessista, johon nosturi osallistuu, sekä tuottaa lisäarvoa asiakkaalle sekä yritykselle? • Miten nosturista kerätyn tiedon avulla voidaan muodostaa ymmärrys nosturin liikuttamista materiaalivirroista • Miten kerättyä tietoa voidaan hyödyntää vikatilanteiden selvittämisessä? • Tavoite on muodostaa käsitys paikoista, joista nosturi useimmiten taakan hakee tai joihin se useimmiten taakan vie ja laskea sitä kautta materiaalivirtojen kulku • Työnrajaus • Työ rajattiin lopulta koskemaan CMS-järjestelmällä varattuja nostureita • CMS kattavin monitorointijärjestelmä, joka on nostureihin asennettu. • Mahdollistaa laajamittaisimmat analyysit • Tutkimusosastolla käynnissä muutenkin projekteja, joissa keskitytään CMS-datan analysointiin • CMS-koneiden osalta työssä rajoituttiin teräs- ja jätteenpolttolaitosnostureihin (WTE) © 2013 Konecranes. All rights reserved.

Terästehtaat • Teräksenvalmistuksessa pääaineena raakarauta ja/tai kierrätysteräs • Ruostumatonta terästä valmistettaessa tarvitaan lisäksi ferrokromia • Käsiteltävät nosturit operoivat terässulatossa eli alueella, jossa liikutetaan sulaa teräsmassa • Ne siis käsittävät kuvasta alueen masuuni => jatkuvalukone • Terästehtaan toiminta on yhdistelmä prosessi- ja kappaletuotantoa. © 2013 Konecranes. All rights reserved.

Jätteenpolttolaitokset • Työssä keskitytään perinteisiin arinapolttolaitoksiin, joissa jäte poltetaan polttouunissa • Jäte saapuu laitokseen esimerkiksi rekoilla, joista se toimitetaan syöttöaukkojen kautta jätebunkkeriin • Jäte varastoidaan jätebunkkeriin, jossa siitä pyritään sekoittamaan polttoarvoltaan tasalaatuiseksi • Nosturi on ainoa jätettä liikuttava tekijä • Työssä muodostetaan jätteenpinnankorkeuskuvaaja perustuen nosturin paikkatietoon sekä löysä köysi-tapahtuman rekisteröintiin • Lisäksi pyritään muodostamaan jätteen varastomalli, jossa kuvataan, minkäikäistä jätettä on missäkin kohtaa bunkkeria © 2013 Konecranes. All rights reserved.

Jätteenpolttoprosessi © 2013 Konecranes. All rights reserved.

Tehtaiden tietojärjestelmät • ERP • Periaatteessa kaikki yrityksen tietojärjestelmät integroiva hallinnointijärjestelmä • Hurja konfiguroinnin tarve • Joitan tuotannonsuunnittellumoduuleita löytyy, muttei juuri käytetä • MES (Manufacturing Execution System) • Toimii linkkinä ERP: n ja tehdastason automaation välillä • Käytännössä aikatauluttaa tuotannon vaiheet • Sekä teräs- että jätteenpolttolaitoksilla omantyyliset MES-järjestelmät, joiden kautta nosturin toimintaa ohjataan. © 2013 Konecranes. All rights reserved.

Tiedonlouhinta / klusterointi • Klusterointi on oleellisin osa työssä suoritettavaa tiedonlouhintaa, kun selvitetään alueita, joille nosturi eniten taakkoja vie / joista se taakkoja hakee • Klusterointimenetelmät voidaan jakaa neljään perustyyppiin • Osittavat menetelmät • Klusterien määrä päätetään ennalta • Algoritmi etenee iteratiivisesti korjaten klusterien paikkaa • Klustereista muodostuu pallomaisia ja keskenään samanmuotoisia ja –kokoisia • Helppoja toteuttaa, mutta huonoja mielivaltaisten klusterien löytämiseen • Hierarkkiset menetelmät • Kokoavia tai jakavia • Klustereista muodostuu hierarkkine puu, jossa kukin taso kuvaa tietyn tarkkuudenmukaisia klustereita • Sopivan tason valitseminen haastavaa • Useita algoritmeja kehitetty, kuten AMOEBA, jotka mahdollistavat pitkälti mielivaltaisten klusterien löytämisen • Implementointi ei yleensä kovin yksinkertaista © 2013 Konecranes. All rights reserved.

Tiedonlouhinta / klusterointi • Klusterointi on oleellisin osa työssä suoritettavaa tiedonlouhintaa, kun selvitetään alueita, joille nosturi eniten taakkoja vie / joista se taakkoja hakee • Klusterointimenetelmät voidaan jakaa neljään perustyyppiin • Osittavat menetelmät • Klusterien määrä päätetään ennalta • Algoritmi etenee iteratiivisesti korjaten klusterien paikkaa • Klustereista muodostuu pallomaisia ja keskenään samanmuotoisia ja –kokoisia • Helppoja toteuttaa, mutta huonoja mielivaltaisten klusterien löytämiseen • Hierarkkiset menetelmät • Kokoavia tai jakavia • Klustereista muodostuu hierarkkine puu, jossa kukin taso kuvaa tietyn tarkkuudenmukaisia klustereita • Sopivan tason valitseminen haastavaa • Useita algoritmeja kehitetty, kuten AMOEBA, jotka mahdollistavat pitkälti mielivaltaisten klusterien löytämisen • Implementointi ei yleensä kovin yksinkertaista © 2013 Konecranes. All rights reserved.

Tiedonlouhinta / klusterointi • Tiheyteen perustuvat menetelmät • Alueet, joilla on tiheästi pisteitä, muodostavat klustereita • Selvästi otollisin menetelmätyyppi työn tarpeisiin • Löytävät mielivaltaisenmuotoisia klustereita • Sietävät kohinaa • DBScan tunnetuin algoritmi, kuormitus luokka O (N Log N) • DBScan algoritmin toteutus varsin yksinkertainen • Ruudukkoon perustuvat menetelmät • Klusterit päätetään etukäteen jakamalla tutkittava alue ruudukkoon • Esimerkiksi lämpökartta © 2013 Konecranes. All rights reserved.

CMS-järjestelmä ja sen keräämä data • Etherntillä PLC (Siemens S 300): ssä kiinni oleva teollisuus-PC • Wonderware Historian (INSQL) • Tallentaa määritellyt muuttujat PLC: ltä noin 50 ms resoluutiolla • Microsoft SQL Server • Raakadatamuuttujien luku onnistuu openqueryllä SQL Serverin kautta • Tätä kautta muodostetaan raakadatamuuttujista syklisesti ajettavilla tietokantaproseduureilla jalostettua tietoa © 2013 Konecranes. All rights reserved.

CMS-järjestelmän laskema jalostuneempi data • Nosturin tuotantotiedot • Kukin nosturin taakka päällä suorittama siirto • Siirron tyyppi • Siirretyt tonnit • Siirron alku- ja loppupiste • Koneistotiedot • Kunkin koneiston käyttötunnit sekä startit • Nostokoneiston kuormaspektri • Jne. • Vikatilanteet • Nosturin toiminnasta rekisteröidaan vikatilanteet, hälytykset sekä ”tapahtumat” © 2013 Konecranes. All rights reserved.