Samarbeidsbasert innovasjon: Hvordan Södra Cell utnytter digitaliseringen med Airius LTE-M trådløse vibrasjonssensorer

I SPM er vi løsningsorienterte til fingerspissene. Utviklingsarbeidet vårt springer ut av en genuin lidenskap for å løse problemer, og en betydelig del av arbeidet skjer i samarbeid med kundene våre. Ofte dreier det seg om ny programvarefunksjonalitet, men noen ganger blir resultatet en utvidelse av produktserien vår. Dette var casestudien med vår trådløse vibrasjonssensor Airius LTE-M, som ble utviklet på initiativ fra vår mangeårige kunde, det svenske skogbruksselskapet Södra Cell. Vi tok en prat med Thomas Håkansson, Södra Cells sjef for teknologiutvikling, som kontaktet oss i 2019 med en visjon om å utnytte digitaliseringsteknologier for å øke selskapets produksjonsvolum.

Södra Cell er overbevist om at samspillet mellom mennesker og teknologi er nøkkelen til å øke produktiviteten og kostnadseffektiviteten, og har derfor begitt seg ut på en reise for å utnytte og utvikle ny teknologi, samtidig som man innfører nye arbeidsmetoder for å utnytte digitaliseringens effekter. En del av dette arbeidet er å drive en mer faktabasert og datadrevet vedlikeholdsvirksomhet.

Rutebasert måling på tusenvis av målepunkter ved hver av de tre cellulosefabrikkene var en tidkrevende oppgave for Södra Cells vedlikeholdsingeniører. Samtidig - på grunn av det store antallet maskiner - ble ikke målingene utført ofte nok til å fange opp alle potensielle maskinproblemer, og de ga heller ikke nok data til å kunne ta sikre beslutninger.

Dette ble utgangspunktet for ideen om å erstatte manuell måling med automatisert datainnsamling, noe som ville avlaste vedlikeholdsingeniørene og gi en økt mengde data om maskinens tilstand som grunnlag for vedlikeholdsbeslutninger. Online overvåkingsutstyr med mye kabling var ikke en aktuell løsning fordi de aktuelle maskinene er spredt over store fabrikkområder. Dessuten har de ikke den høyeste kritikalitetsgraden og krever derfor ikke kontinuerlig overvåking. Måleutstyr med trådløs kommunikasjon ble dermed det beste alternativet.

Samle leverandører til gjensidig nytte

En slik løsning ville kreve muligheter for sikker trådløs nettverkskommunikasjon over hele anlegget. Men på grunn av de store fabrikkområdene var det ikke mulig å bygge egne Wi-Fi-nettverk. Den svenske teleoperatøren Telia hadde imidlertid allerede installert basestasjoner for mobilnettverk på alle de tre brukene. Södra Cell ønsket derfor å finne ut om en trådløs vibrasjonssensor kunne bruke mobilkommunikasjon for dataoverføring, og tok derfor kontakt med Telia og SPM.

"Deteren stor fordel for oss å samarbeide med en svensk leverandør av tilstandsovervåking som både er stor nok og liten nok til å være villig til å lytte til kundens ideer.Detsamme er det faktum at driftsansvaret for det trådløse kommunikasjonsnettverket ligger hos operatøren", sier Håkansson. "Vi ville ikke utvikle løsningen selv, men stille krav og få muligheten til å teste produktet. Her dro vi nytte av SPMs kunnskap om både produksjon og funksjon av sensorer og Telias kunnskap om radioteknologi, fortsetter han.

På slutten av 2019 ble det besluttet å utvikle en ny versjon av den trådløse vibrasjonssensoren Airius, som skulle bruke Telias eksisterende infrastruktur ved hver cellulosefabrikk til å kommunisere via LTE-M. Knapt to år senere ble de første serieproduserte sensorene installert. På det tidspunktet var dette den første trådløse vibrasjonssensoren med LTE-M-kommunikasjon som kom på markedet.

LTE-M - et fleksibelt valg for IoT-tilkobling

I valget mellom radiostandardene NB-IOT og LTE-M valgte Södra Cell LTE-M - et solid valg for fleksibel og fremtidssikker IoT-tilkobling. Fordelene er blant annet muligheten til å sende ikke bare skalære verdier, men også spektrum og tidssignaler ved hver overføring, lav ventetid og muligheten til å fjernoppdatere sensorens fastvare.

Den valgte teknologien har imidlertid sine ulemper. LTE-Ms raskere overføringskapasitet går til en viss grad på bekostning av batterilevetiden. For å oppnå den ønskede batterilevetiden på fire til fem år kreves det tilstrekkelige RSSI-verdier (mottatt signalstyrke) og et bestemt temperaturområde.

"Teknologien fungerer, men utfordringen er signalstyrken og batterilevetiden. Vi kan ikke gjøre noe med at omgivelsestemperaturen påvirker batterilevetiden på sensorene som er installert utendørs. Den andre årsaken til at batteriene tømmes, er at signalstyrken er et problem i enkelte områder av anleggene våre, til tross for lokale basestasjoner. Dette blir nå gjennomgått og supplert for å få bedre dekning , sier Thomas Håkansson.

Effektivisering av datainnsamlingen for økt produksjon

Det overordnede formålet med å utvikle en trådløs vibrasjonssensor var å oppnå høyere maskintilgjengelighet og dermed øke produksjonen - en konstant søken i bransjen. Södra Cells investering i Airius-sensorene er veid opp mot kostnadene som oppstår ved casestudier og tidskostnadene ved manuell måling.

Med de trådløse sensorene måles det i dag én gang i døgnet, noe som gjør det mulig å oppdage maskinfeil på et tidlig stadium og dermed planlegge og gjennomføre vedlikehold før et havari oppstår. På denne måten oppnådde Södra Cell en produksjonsøkning på mer enn 4000 tonn bare det første året.

Airius-sensorene installeres på roterende utstyr som er mindre produksjonskritisk, for eksempel skruer og pumper, og er et supplement til online overvåking, som brukes til å få mer måledata på kritiske maskiner.

sier Thomas Håkansson:"Vi bruker de trådløse sensorene som et slags fiskegarn. Det gjør at vi kan fange opp problemer som er under utvikling, og som vi kan bekrefte gjennom supplerende målinger med håndholdt utstyr. Fordelen er at vi får mer måledata, samtidig som vi unngår at de ansatte må oppholde seg i nærheten av roterende maskiner. Det er et arbeidsmiljøproblem. Ulempen kan være at målingene ikke suppleres av menneskelige sanser - syn, hørsel, lukt osv. - som kan bidra til å gi en pekepinn på om noe virker normalt eller ikke."

Södra Cells fremtidsvisjon er at alle objekter som ikke overvåkes online, skal overvåkes trådløst, slik at vedlikeholdsavdelingene i større grad kan fokusere på objekter som kan ha begynnende problemer. På sikt forventer Södra Cell at dette vil gjøre det mulig å forbedre driftsikkerheten ytterligere.

Nye roller og samarbeidsanalyser

Takket være den vellykkede utviklingen og implementeringen av de trådløse Airius-sensorene har Södra Cell innført to nye roller for dataingeniører med ekspertise innen vibrasjonsanalyse.

Thomas Håkansson:"Å få dette prosjektet til å fly handler ikke bare om teknologi. Når det gjelder digitalisering, handler det om å få teknologi og mennesker til å jobbe sammen - det er her potensialet ligger. Endrede arbeidsmetoder og rollefordelinger har også vært en reise for oss."

Hver fabrikk fortsetter å måle manuelt på maskiner som ennå ikke er utstyrt med Airius-sensorer. De to nye stillingene er dedikert til å analysere Airius-vibrasjonsmålinger fra alle tre fabrikkene. Det gjør det mulig for Södra Cell å implementere lignende arbeidsmetoder i alle tre fabrikkene, øke kompetansen og utvikle området takket være det økte fokuset på vibrasjonsanalysedelen. De nye dataingeniørene hjelper imidlertid også til med å analysere data fra andre SPM-målesystemer, og ett av brukene har overført analysen av online system-målinger helt og holdent til den sentrale funksjonen.

"Rutebasert måling er fortsatt en betydelig del av rutinene våre - det er i størrelsesorden tolv tusen objekter. Omtrent to tusen av dem er nå utstyrt med Airius-sensorer, så det er fortsatt mange objekter som overvåkes med manuell måling. Vi prøver å etablere et samarbeid der rutepersonalet også er involvert i analyser og undersøkelser for å kombinere den lokale kunnskapen med den sentrale vibrasjonsekspertisen. På lengre sikt, når vi ikke lenger måler ruter, kan det hende at deler av organisasjonsstrukturen endres - for eksempel kan det hende at vi trenger flere personer til å jobbe med analyse og fokusere mer på det kunnskapsintensive arbeidet" , sier Thomas Håkansson. Han fortsetter:"Vi er på en kulturell reise, en overgang. Den kompetansen som finnes sentralt, bør utnyttes fullt ut. Men vi er ikke der ennå."

Vellykket leverandørsamarbeid

Airius LTE-M-utviklingsprosjektet, som er drevet frem av digitalisering, er et lysende eksempel på vellykket samarbeid mellom svenske industri- og teknologiselskaper.

Thomas Håkansson konkluderte: "Ikke alle digitaliseringsprosjekter tar av og blir til noe funksjonelt og brukbart. Mange ideer og prosjekter kommer aldri lenger enn til eksempler, proof-of-concepts og testing. I casestudien tok vi ideen vår til neste trinn og fikk den til å fly sammen med Telia og SPM, og vi bruker løsningen i stor skala. Det gjør at dette utviklingsarbeidet skiller seg ut fra mange andre. Å våge å prøve noe nytt krever finansiell styrke og en viss porsjon mot. Vi opprettet nye stillinger, endret måten vi jobber på og hadde tro på dette."

Så langt har Södra Cell installert og koblet til cirka to tusen sensorer, jevnt fordelt mellom sine tre massefabrikker. Ytterligere ett tusen sensorer er bestilt og delvis levert.