Innovazione collaborativa: Come Södra Cell sfrutta la digitalizzazione con i sensori di vibrazione wireless Sensore Airius LTE-M

In SPM siamo orientati alle soluzioni. Il nostro lavoro di sviluppo nasce da un'autentica passione per la soluzione dei problemi e una parte significativa è svolta in collaborazione con i nostri clienti. Spesso si tratta di nuove funzionalità software, ma a volte il risultato è un'estensione della nostra linea di prodotti. È il caso del nostro Sensore di vibrazione wireless Airius LTE-M, sviluppato su iniziativa del nostro cliente di lunga data, l'azienda forestale svedese Södra Cell. Abbiamo fatto una chiacchierata con Thomas Håkansson, responsabile dello sviluppo tecnologico di Södra Cell, che ci ha contattato nel 2019 con la visione di sfruttare le tecnologie di digitalizzazione per aumentare i volumi di produzione dell'azienda.

Convinta che l'interazione tra persone e tecnologia sia la chiave per aumentare la produttività e il rapporto costi-benefici, Södra Cell ha intrapreso un viaggio per sfruttare e sviluppare nuove tecnologie, incorporando anche nuovi metodi di lavoro per sfruttare gli effetti della digitalizzazione. Parte di questo lavoro consiste nel perseguire un'operazione di manutenzione più basata sui fatti e sui dati.

La misurazione basata sul percorso di migliaia di punti di misura in ciascuno dei tre stabilimenti di produzione della pasta di cellulosa era un compito che richiedeva molto tempo per i tecnici della manutenzione di Södra Cell. Allo stesso tempo, a causa dell'elevato numero di macchine, le misurazioni non venivano effettuate con una frequenza sufficiente a individuare ogni potenziale problema della macchina e a fornire dati sufficienti per prendere decisioni sicure.

Questo è stato il punto di partenza per l'idea di sostituire la misurazione manuale con l'acquisizione automatica dei dati, che avrebbe alleggerito i tecnici della manutenzione e fornito una maggiore quantità di dati sulle condizioni della macchina su cui basare le decisioni di manutenzione. L'apparecchiatura di monitoraggio online con una notevole quantità di cavi non era una soluzione pertinente, perché le macchine in questione sono disperse su ampie aree dello stabilimento. Inoltre, non hanno la massima criticità e, quindi, non richiedono un monitoraggio continuo. I dispositivi di misura con comunicazione wireless sono quindi risultati l'opzione migliore.

Riunire i fornitori per ottenere vantaggi reciproci

Una soluzione di questo tipo richiederebbe la possibilità di comunicare con reti wireless sicure in tutto l'impianto. Ma a causa delle vaste aree dello stabilimento, la costruzione di reti Wi-Fi proprietarie non era fattibile. Tuttavia, l'operatore di telecomunicazioni svedese Telia aveva già installato stazioni base cellulari in tutti e tre gli stabilimenti. Södra Cell, quindi, voleva scoprire se un sensore di vibrazione wireless potesse utilizzare la comunicazione mobile per la trasmissione dei dati e ha contattato Telia e SPM.

"Lavorare con un fornitore svedese di monitoraggio delle condizioni che è abbastanza grande e allo stesso tempo abbastanza piccolo da essere disposto ad ascoltare le idee del cliente è un grande vantaggio per noi. Così come il fatto che la responsabilità operativa della rete di comunicazione wireless è dell'operatore", ha detto Håkansson. "Non volevamo sviluppare noi stessi la soluzione, ma stabilire i requisiti e avere l'opportunità di testare il prodotto. In questo caso, abbiamo beneficiato della conoscenza di SPM sia nella produzione che nel funzionamento dei sensori e della conoscenza di Telia nella tecnologia radio", ha continuato.

Alla fine del 2019, è stata presa una decisione sullo sviluppo congiunto di una nuova versione del Sensore di vibrazione wireless Airius, che avrebbe utilizzato l'infrastruttura esistente di Telia in ogni stabilimento di produzione di pasta di legno per comunicare tramite LTE-M. Appena due anni dopo, sono stati installati i primi sensori prodotti in serie. All'epoca si trattava del primo sensore di vibrazione wireless con comunicazione LTE-M ad arrivare sul mercato.

LTE-M: una scelta flessibile per la connettività IoT

Nella scelta tra gli standard tecnologici NB-IOT e LTE-M, Södra Cell ha optato per LTE-M, una scelta solida per una connettività IoT flessibile e a prova di futuro. I vantaggi includono la capacità di inviare non solo valori scalari, ma anche spettri e segnali temporali a ogni trasmissione, una bassa latenza e la possibilità di aggiornare il firmware dei sensori da remoto.

Tuttavia, la tecnologia scelta ha i suoi svantaggi. In un certo senso, la maggiore capacità di trasmissione dell'LTE-M va a scapito della durata della batteria. Per ottenere la durata desiderata della batteria, da quattro a cinque anni, è necessario disporre di valori RSSI (potenza del segnale ricevuto) adeguati e di un intervallo di temperatura specifico.

"La tecnologia funziona; la sfida attuale è rappresentata dalla potenza del segnale e dalla durata della batteria. Non possiamo fare nulla per evitare che la temperatura ambientale influisca sulla durata delle batterie dei sensori installati all'aperto. L'altra causa dell'esaurimento delle batterie è che, nonostante le stazioni base locali, la potenza del segnale è un problema in alcune aree dei nostri impianti. Questo aspetto è ora in fase di revisione e di integrazione per una migliore copertura", ha dichiarato Thomas Håkansson.

Semplificare l'acquisizione dei dati per aumentare la produzione

Lo scopo generale dello sviluppo di un sensore di vibrazione wireless era quello di ottenere una maggiore disponibilità della macchina e quindi un aumento della produzione, una ricerca costante nel settore. L'investimento di Södra Caso nei Sensori Airius è stato valutato rispetto ai costi derivanti in caso di guasto e al costo della misurazione manuale in termini di tempo.

Con i sensori wireless, la misurazione avviene attualmente una volta al giorno, consentendo di rilevare tempestivamente i guasti della macchina e, quindi, di pianificare ed eseguire la manutenzione prima che si verifichi un guasto. In questo modo, Södra Cell ha ottenuto un aumento della produzione di oltre 4.000 tonnellate solo nel primo anno.

Installati su apparecchiature rotanti meno critiche per la produzione, come viti e pompe, i sensori Airius sono un complemento al monitoraggio online, utilizzato per ottenere più dati di misura sulle macchine critiche.

Thomas Håkansson ha dichiarato:"Utilizziamo i sensori wireless come una sorta di rete da pesca. Ci permette di individuare i problemi in via di sviluppo, che possiamo confermare con misurazioni supplementari effettuate con apparecchiature portatili. Il vantaggio è che otteniamo più dati di misura evitando al nostro personale di stare vicino a macchine rotanti. È un problema di ambiente di lavoro. Lo svantaggio potrebbe essere che le misure non sono integrate dai sensi umani - vista, udito, olfatto, ecc. - che possono aiutare a capire se qualcosa sembra normale o meno".

La visione di Södra Cell per il futuro è che tutti gli oggetti non monitorati online avranno un monitoraggio wireless, permettendo così ai reparti di manutenzione di concentrarsi maggiormente sugli oggetti che potrebbero avere problemi in erba. A lungo termine, Södra Cell prevede che ciò consentirà di migliorare ulteriormente l'affidabilità operativa.

Nuovi ruoli e analisi collaborativa

Grazie al successo dello sviluppo e dell'implementazione dei Sensori Airius wireless, Södra Cell ha introdotto due nuovi ruoli per ingegneri dei dati con esperienza nell'analisi delle vibrazioni.

Thomas Håkansson:"Per far decollare questo progetto non basta la tecnologia. Quando si parla di digitalizzazione, si tratta di far lavorare insieme la tecnologia e le persone: qui sta il potenziale. Anche il cambiamento dei metodi di lavoro e della distribuzione dei ruoli è stato un viaggio per noi".

Ciascuna cartiera continua a misurare manualmente le macchine non ancora dotate di sensori Airius. Le due nuove posizioni sono dedicate all'analisi delle letture delle vibrazioni Airius di tutti e tre gli stabilimenti. Ciò consente a Södra Cell di implementare metodi di lavoro simili in tutti e tre gli stabilimenti, aumentando la competenza e sviluppando l'area grazie alla maggiore attenzione alla parte di analisi delle vibrazioni. Tuttavia, i nuovi ingegneri dei dati contribuiscono anche all'analisi dei dati provenienti da altri sistemi di misura SPM e una delle cartiere ha trasferito l'analisi delle misure online interamente alla funzione centrale.

"Lamisurazione basata sul percorso è ancora una parte significativa delle nostre routine - ci sono circa dodicimila oggetti. Circa duemila di essi sono ora dotati di sensori Airius, quindi ci sono ancora molti oggetti monitorati con misurazioni manuali. Stiamo cercando di stabilire una collaborazione in cui il personale addetto alle rotte sia coinvolto anche nelle analisi e nelle indagini, per combinare le conoscenze locali con le competenze centrali in materia di vibrazioni. A lungo termine, quando la misurazione dei percorsi non sarà più effettuata, parte della struttura organizzativa potrebbe cambiare: ad esempio, potremmo aver bisogno di più persone che si occupino di analisi e si concentrino maggiormente sul lavoro ad alta intensità di conoscenza", ha dichiarato Thomas Håkansson. E ha proseguito:"Siamo in un viaggio culturale, una transizione. Le competenze esistenti a livello centrale dovrebbero essere utilizzate appieno. Tuttavia, non ci siamo ancora arrivati".

Collaborazione di successo con i fornitori

Spinto dalla digitalizzazione, il progetto di sviluppo Airius LTE-M è un esempio lampante di collaborazione di successo tra aziende industriali e tecnologiche svedesi.

Thomas Håkansson ha concluso: "Non tutti i progetti di digitalizzazione decollano e si trasformano in qualcosa di funzionale e utilizzabile. Molte idee e progetti non superano mai gli esempi, i proof-of-concept e i test. In questo caso, abbiamo portato la nostra idea al passo successivo e l'abbiamo fatta volare insieme a Telia e SPM, e stiamo utilizzando la soluzione su larga scala. Questo fa sì che questo sforzo di sviluppo si distingua da molti altri. Osare qualcosa di nuovo richiede forza finanziaria e una certa dose di coraggio. Abbiamo creato nuove posizioni lavorative, cambiato il nostro modo di lavorare e ci abbiamo creduto".

Finora, Södra Cell ha installato e collegato circa duemila sensori, distribuiti in modo uniforme tra le sue tre cartiere. Altri mille sensori sono stati ordinati e parzialmente consegnati.