Visuaalinen merkinanto tuotantolinjojen informoituun hallintaan

Kuva 1: Käsite ”visuaalinen hallinta” merkitsee viestintää, jonka tarkoituksena on saada henkilökuntaa toimimaan. Se eroaa tehtaan tilojen muusta visuaalisesta viestinnästä, jonka tarkoituksena on vain välittää tietoa. Tämäntyyppiset varoitusvalot ilmoittavat vaarallisesta tilasta. (Kuvan lähde: Getty Images)

Kuva 2: Aivan kuten liikennevalot ohjaavat kuljettajien käyttäytymistä katujen risteyksissä, teollisuudessa käytettävien visuaalisten hallintalaitteiden tarkoituksena on saada henkilökunta reagoimaan määriteltyihin prosessivaatimuksiin. (Kuvan lähde: Banner Engineering)

Tuotantolinjoihin, joilla käsitellään, lajitellaan, kuljetetaan, kootaan ja pakataan tavaroita, kuuluu tyypillisesti laiteryhmiä, jotka suorittavat samanaikaisesti toisiinsa liittyviä, vaikkakin erillisiä tehtäviä. Tällaiset toiminnot edellyttävät turvallisen ja keskeytymättömän tuotannon takaavien komponenttien integrointia. Visuaaliset merkinantokomponentit ovat tällöin avainasemassa. Ne välittävät nopeasti ja tehokkaasti koneiden tietoja ja muuta toimenpiteitä edellyttävää informaatiota laitoksen henkilökunnalle valojen tai muiden visuaalisten (usein värikoodattujen) laitteiden avulla. Näin kirjallisia ohjeita tai tekstiä ei tarvita juuri lainkaan.

Teollisuusautomaation yhteydessä myös nimellä visuaalinen ohjaus tunnettu visuaalinen hallinta tukee lean-tuotantoa ja tehostaa IIoT-verkon lean factory -lähestymistapoja. Tällainen visuaalinen hallinta voi tarkoittaa yksinkertaisia merkintöjä tehtaan tiloissa, tarroja ja etikettejä viestintätauluissa ja työkappale-erissä, valotorneja (joita kutsutaan andon-valoiksi) ja muuta valaistua elektroniikkaa ohjausasemilla tai koneissa, valolistoja kokoonpanoaseman osasäiliöissä ja jopa kattoon kiinnitettyjä taulunäyttöjä, joilla informoidaan tehtaan henkilökuntaa reaaliaikaisista olosuhteista ja annetaan sille ohjeita.

Tuotantolinjojen visuaalisen hallinnan ensisijaisena tavoitteena on varmistaa, että kaikki tuotanto- ja kokoonpanoprosessit tapahtuvat mahdollisimman turvallisesti ja tehokkaasti. Tarkoituksena on ilmoittaa koneenhoitajille tai asentajille ajoissa ja ennakoivasti vaadittavista toimista.

Visuaalisen hallinnan komponentit

Automatisoitujen tilojen visuaalisilla hallintakomponenteilla on kolme erillistä tehtävää: välittää toimenpiteitä edellyttävää informaatiota tuotantolinjan koneiden ja prosessien tilasta, antaa koodattuja ohjeita koneenhoitajille ja muulle tuotantolaitoksen henkilökunnalle sekä seurata tuotantolinjan suorituskykyä, jotta yritystasolla voidaan tehdä paremmin tietoon perustuvia päätöksiä. Kuhunkin näistä toiminnoista liittyy päällekkäisiä visuaalisten hallintatyökalujen sarjoja.

Visuaaliset hälyttimet laitoksen henkilökuntaa varten

Kuva 3: Visuaaliset hälyttimet käyttävät antureita, jotka tunnistavat konetapahtumat – ja niiden kanssa käytetään usein myös sireenillä annettavia äänimerkkejä. Kuvassa on paneeliin asennettava ja CAN-verkkoon SAE J1939-15 -protokollan kautta liitettävä ledivalaistu pietsohälytin. Hälyttimen äänet voidaan konfiguroida ilmaisemaan eri hälytystiloja. (Kuvan lähde: Floyd Bell Inc.)

Visuaaliset hälyttimet ovat ledivaloja, merkkivaloja ja valaistuja laitteita, jotka kiinnittävät optisesti koneenhoitajien ja laitoksen päälliköiden huomion – yleensä erityisenä varoituksena tietystä ongelmasta. Hälytysten yleisiä syitä ovat juuttumiset koneissa, ylikuormitus, ylikuumeneminen, vuodot, paineenlaskut, sähköviat, turvatoimintojen estäminen ja tulipalo. Erityisen vakavissa tilanteissa näiden visuaalisien hälytyksien lisäksi käytetään myös äänimerkkejä sireeneillä.

Esimerkiksi palohälyttimiin on integroitu lämpö- ja savuhiukkasanturit sekä lujatekoinen elektroniikka, joka on ohjelmoitu tuottamaan hälytysääni ja vilkkuvia valomerkkejä. Joissakin tapauksissa hälyttimet on verkotettu myös korkean tason ohjausjärjestelmään. Se voi komentaa tietyn hälyttimen antamaan hyvin selkeitä hälytyksiä uhkaavan tapahtumasarjan sattuessa.

Useimmat teollisuushälyttimet ilmoittavat vain, että on tapahtunut virhe – tarjoamatta yksityiskohtia virheen perussyystä tai virheen tarkasta sijainnista. Teollisuuslaatuiset visuaaliset hälyttimet on kuitenkin yleensä suunniteltu siten, että aloittelevakin tarkkailija tunnistaa intuitiivisesti ongelman – ja parhaimmat hälyttimet auttavat ymmärtämään ongelman luonteen välittömästi. Esimerkiksi tuotantolinjaan asennettu hälytin voi vilkkua tai tuottaa jonkin vastaavan signaalin, kun siihen liittyvät anturit tunnistavat ennalta ohjelmoidun määrän hylkäystapauksia. Tämä puolestaan ilmaisee vuorohenkilökunnalle, että jossakin kohtaa kuljetinta tai linjaa on ongelma. Muissa koneissa visuaaliset hälyttimet on ohjelmoitu vilkkumaan aikamallien mukaisesti – aivan kuten meriliikenteen väylämerkit – ja kullakin vilkuntamallilla on oma koodattu merkityksensä.

Koneiden tilailmaisimet

Teollisuusympäristöissä käytettävät koneiden tilailmaisimet sisältävät mittareita ja laskureita. Nämä tulevatkin monilla insinööreillä mieleen heidän kuullessa sanan ilmaisin. Tilailmaisimet sisältävät tosiasiassa myös muita automaatiokomponentteja, kuten ohjauspaneelivaloja, valotorneja ja HMI-käyttöliittymätoimintoja, jotka ilmaisevat konetapahtuman tai henkilökunnalta vaadittavan reaktion.

Toisin kuin hälyttimet, jotka ilmoittavat yksinomaan vaarallisista, ei-rutiininomaisista tai muista prosessin pysäyttävistä tapahtumista, koneen tilailmaisimet liittyvät toimenpiteitä edellyttäviin tapahtumiin tai mittausarvoihin, jotka ovat tietyssä toiminnassa normaaleja. Ne voivat esimerkiksi näyttää reaaliaikaisesti kuinka paljon prosessissa kuluu sähköä tai kuinka paljon siinä syntyy lämpöä, kun valvottavan laiteakselin nopeutta tai vääntömomenttia voidaan säätää.

Andon-valot ja -valotornit

Kuva 4: Toisin kuin hälytykset ja ilmaisimet, andon-valot kertovat vain yksittäisen koneen tilan. Andon-valotorneja on saatavana erilaisilla halkaisijoilla ja halutulla määrällä erivärisiä päällekkäisiä merkkivaloja. Teollisuusstandardien mukaiset kiinnikkeet ja valmis johdotus nopeuttavat integrointia. (Kuvan lähde: Menics)

Andon-valot ovat yleinen visuaalisen hallinnan komponentti nykypäivän tuotantolaitoksissa. Ne ovat tornivaloja, joissa on eri värejä päällekkäin. Käsite andon on peräisin japaninkielisestä sanasta, joka tarkoittaa eräänlaista kiinteää lyhtyä. Sen käyttö tuotannossa perustuu puolestaan Toyotan käyttämiin andoneihin, jotka olivat sen varhaismoderneissa tehtaissa käytettyjä ongelmista ilmaisevia valopohjaisia merkinantojärjestelmiä.

Andonit eroavat muista visuaalisen hallinnan komponenteista siinä, että kukin niistä liittyy tiettyyn konelukitukseen, pysäytyspainikkeeseen tai toimintaa seuraavaan laitteeseen. Andon-järjestelmien merkittävin piirre on se, että ne tarjoavat henkilökunnalle keinon pysäyttää tuotantolinja ongelman ilmaantuessa. Andon-valojen ensisijainen tehtävä on ilmoittaa läheisyydessä olevalle henkilökunnalle, että tuotantolinjalla on jokin ongelma.

Andon-valotornin kukin väri välittää alan standardin mukaisen viestin.

• Vihreä väri ilmaisee, että tuotantolinja on käynnissä ja että ongelmia ei ole havaittu.
• Keltainen väri ilmaisee, että koneen logiikka tunnistaa ongelman – tuotanto voi kuitenkin jatkua. Andonin keltainen valo syttyy yleensä, kun tuotantolinjalla havaitaan epänormaali tilanne, kuten liian korkea lämpötila, vaje, konehäiriö tai epänormaali määrä hylkäystapauksia. Keltaisella valolla ilmaistavat ongelmat eivät ole kriittisiä, mutta ne voivat johtaa vakavampiin ongelmiin, jos niihin ei puututa.
• Punainen valo ilmaisee, että tuotanto on pysähtynyt – usein siksi, että koneenhoitaja on aktivoinut konelukituksen tai painanut hätäpysäytyspainiketta. Kun andon-järjestelmä joko tunnistaa välitöntä huomiota vaativan kriittisen ongelman tai saa varoituksen sellaisesta, andon-tornin punainen valo syttyy – ja andon-järjestelmä pysäyttää tuotannon. Jos tuotanto pysähtyy, mutta ei andon-järjestelmän kautta (tai pysähtyy jostain muusta syystä, jota andon-järjestelmä ei tunnista), punainen andon-valo vilkkuu punaisena. Tuotanto pysähtyy, kunnes ongelma on korjattu.

Andon-valotornit sisältävät tavallisesti punaisen, keltaisen ja vihreän valon, mutta joskus niissä on vain punainen ja vihreä valo. Toiset tornit puolestaan sisältävät valkoisen ja sinisen valon. Andon-tornin sininen valo merkitsee teollisuusstandardin mukaisesti avunpyyntöä – tämä voi olla tarve lisätä materiaalia tai pyyntö kunnossapitohenkilökunnalle tai johdolle. Andon-valotornin valkoisen ledivalon syttyminen puolestaan viestii yleensä konekohtaisesta tilasta, joka liittyy seurattavaan tuottavuusmittariin.

Yksinkertaisemmat merkinnät ja laitoksen kyltit

Kuva 5: Turvamerkeissä käytetään NEMA (National Electrical Manufacturers Association) -standardin, ANSI (American National Standards Institute) -standardin Z535 ja ISO (International Organization for Standardization) -standardin 7010 mukaisia symboleita. (Kuvan lähde: Getty Images)

Kuva 6: Vaatimaton merkkipohjainen visuaalinen hallinta voi taata laitoksen henkilökunnan turvallisuuden. (Kuvan lähde: Clarion Safety Systems)

Visuaalisen hallinnan ei tarvitse teollisuusympäristöissä olla elektronista. Vaatimattomat (teknisesti yksinkertaiset) merkinnät, kyltit ja etiketit työsoluissa ja koneissa ja niiden ympärillä kuuluvat hyvin suunnitellun lean-tuotantolaitoksen olennaisiin elementteihin. Tällaisten merkkien tarkoituksena on opastaa ja ohjata laitoksen henkilökuntaa. Jalankulkijat voidaan esimerkiksi ohjata lattiamerkinnöillä turvallisia reittejä pitkin tuotantotilojen läpi. Symboleihin perustuvilla merkeillä voidaan osoittaa muualla selkeästi työkalujen, asennettaviksi tarkoitettujen säilytettävien osien, laiteakselien, turvaporttien ja muiden kohteiden oikeat sijainnit.

Kaikkein tärkein merkkeihin perustuvan visuaalisen hallinnan tyyppi koskee henkilöstöturvallisuutta. Tällaisia merkkejä vaaditaan lain mukaan kaikkialla, missä on kuumia pintoja, sähkövaaroja, märkiä lattioita tai säteilyaltistuksen riski. Lisäksi turvamerkit varoittavat työntekijöitä tietyllä työalueella vaadittavista henkilösuojaimista – tai siitä, että alueelle on luvattomalta henkilökunnalta pääsy kielletty. Muita esimerkkejä tuotantolinjojen visuaalisessa hallinnassa käytettävistä merkeistä ovat laminoidut tai kovamuoviset tarrat ja kyltit. Niillä kuvataan miten toimia vastauksena tiettyyn koneen tai laitoksen tilaan, tai miten yksinkertaista laitetta tai laitteistoa käytetään.

Grafiikkanäytöt ja HMI-käyttöliittymät suorituskykymittareita varten

Kuva 7: Tehtaiden toiminta- ja suorituskykymittaritaulut ovat yhä useammin digitaalisia IIoT-verkkoon liitettyjä näyttöjä, jotka tarjoavat tietoa yksittäisten työsolujen ja koko tehtaan suorituskyvystä. (Kuvan lähde: Getty Images)

Vaikka tämä aihe jääkin tämän artikkelin aihepiiriin ulkopuolelle, on syytä huomata, että HMI-käyttöliittymien käyttö on lisääntynyt viime vuosina konetason varoitusten ja hälytysten välittämisessä. Nämä HMI-varoitukset ovat selkeitä näyttösignaaleja, jotka sisältävät usein symbolin ja muistuttavat fyysisiä kupu- ja andon-valoja, jotka laitoksen henkilökunta jo tuntee.

Laitoksen ja yritystason mittareihin liittyvien tietojen (sekä yhden tai useamman tuotantolinjan suorituskykyä ja ajankohtaista tilannetta koskevan informaation) välittämiseen käytetään normaalisti grafiikkanäyttöjä tehtaan tiloissa. Näistä näytöistä on olemassa sekä ei-elektronisia että elektronisia vaihtoehtoja.

Ei-elektroniset näytöt ovat kirjoitustauluja ja ilmoitustauluja. Niihin voidaan lisätä käsinkirjoitettuja tietoja ja tietokonetulosteita tuotantotilastoista, jotka liittyvät esimerkiksi työsolujen tuotantonopeuksiin, valmistuneisiin ja toimitettuihin osiin ja turvallisuustapahtumiin.

Yksinkertaiset elektroniset grafiikkanäytöt ovat leditulosnäyttöjä, jotka voivat näyttää numeroita pistematriisinäytöillä. Kehittyneempiin elektronisiin grafiikkanäyttöihin kuuluvat sen sijaan koneisiin verkotettavat litteät digitaalinäytöt. Ne näyttävät reaaliaikaisesti laitteiden, tehtaan tilojen ja jopa yritystason tietoja. Ne tarjoavat monissa tapauksissa tavoitekapasiteetin ja muiden toimintasuureiden sekä toteutuneen kapasiteetin ja vastaavien suureiden välisen vertailun. Tällaisia arvoja kutsutaan keskeisiksi suorituskykymittareiksi (KPI) – ne kuvaavat toiminnallisia määriä ja parannusmittauksia, joiden avulla voidaan tehdä liiketoimintatason päätöksiä. Suorituskykymittareiden lisäksi visuaaliset hallintanäytöt sisältävät usein työasemien tilausten täyttämiseen, tuotettujen osien lukumäärään, konevikoihin, keskeytyksettömiin käyttötunteihin ja edellisestä onnettomuudesta kuluneiden päivien lukumäärään liittyviä suorituskykytilastoja.

Yhteenveto

Teollisuusautomaatioon liittyvä visuaalinen hallinta tarkoittaa järjestelmiä ja merkinantokomponentteja, jotka välittävät laitoksen henkilökunnalle ohjeita muussa kuin tekstimuodossa. Visuaalisiin hallintatoimintoihin tarkoitetut komponentit joko tarjoavat tietoa prosessin ja koneen tiloista tai välittävät toimenpiteitä edellyttävää informaatiota tuotantolinjan suorituskyvystä ja -tehosta. Värilliset, valaistut ja vilkkuvat merkit ja signaalit on luonnostaan helppo huomata. Tämä on ratkaisevaa visuaalisen hallinnan onnistumisen ja IIoT-verkkoon kuuluvan visuaalisen tehtaan tuottavuushyötyjen kannalta.