Innovatie door samenwerking: Hoe Södra Cell gebruik maakt van digitalisering met Airius LTE-M draadloze trillingssensoren

Bij SPM zijn we oplossingsgericht. Ons ontwikkelingswerk komt voort uit een oprechte passie voor het oplossen van problemen en een aanzienlijk deel gebeurt in samenwerking met onze klanten. Vaak gaat het om nieuwe softwarefunctionaliteit, maar soms is het resultaat een uitbreiding van onze productlijn. Dit was het geval met onze draadloze trillingssensor Airius LTE-M, ontwikkeld op initiatief van onze jarenlange klant, het Zweedse bosbouwbedrijf Södra Cell. We spraken met Thomas Håkansson, hoofd technologische ontwikkeling van Södra Cell, die ons in 2019 benaderde met de visie om digitaliseringstechnologieën te gebruiken om de productievolumes van het bedrijf te verhogen.

Södra Cell is ervan overtuigd dat interactie tussen mensen en technologie de sleutel is tot het verhogen van productiviteit en kostenefficiëntie en is daarom begonnen aan een reis om voordeel te halen uit nieuwe technologie en deze te ontwikkelen en tegelijkertijd nieuwe werkmethoden te introduceren om de effecten van digitalisering te benutten. Onderdeel van dit werk is het nastreven van een meer op feiten gebaseerde, datagestuurde onderhoudsoperatie.

Routemetingen op duizenden meetpunten in elk van de drie pulpfabrieken was een tijdrovende klus voor de onderhoudsmonteurs van Södra Cell. Tegelijkertijd werden de metingen - vanwege het grote aantal machines - niet vaak genoeg uitgevoerd om elk potentieel machineprobleem op te sporen en om voldoende gegevens te leveren voor een betrouwbare besluitvorming.

Dit werd het uitgangspunt voor het idee om handmatige metingen te vervangen door geautomatiseerde gegevensverzameling, wat de onderhoudsmonteurs zou ontlasten en een grotere hoeveelheid machineconditiegegevens zou opleveren waarop onderhoudsbeslissingen kunnen worden gebaseerd. Online bewakingsapparatuur met aanzienlijke hoeveelheden bekabeling was geen relevante oplossing omdat de machines in kwestie verspreid staan over grote fabrieksoppervlakken. Bovendien hebben ze niet de hoogste kriticiteitsklasse en hoeven ze dus niet continu bewaakt te worden. Meetapparatuur met draadloze communicatie kwam dus als beste optie naar voren.

Leveranciers samenbrengen voor wederzijds voordeel

Een dergelijke oplossing zou veilige draadloze netwerkcommunicatiemogelijkheden in de hele fabriek vereisen. Maar vanwege het uitgestrekte fabrieksterrein was het niet haalbaar om eigen Wi-Fi-netwerken aan te leggen. De Zweedse telecomoperator Telia had echter al cellulaire basisstations geïnstalleerd in alle drie de fabrieken. Södra Cell wilde daarom weten of een draadloze trillingssensor mobiele communicatie zou kunnen gebruiken voor gegevensoverdracht en nam daarom contact op met Telia en SPM.

"Het werken met een Zweedse leverancier van conditiebewaking die zowel groot als klein genoeg is om te luisteren naar de ideeën van de klant is een groot voordeel voor ons. Hetzelfde geldt voor het feit dat de operationele verantwoordelijkheid voor het draadloze communicatienetwerk bij de operator ligt," aldus Håkansson. "We wilden de oplossing niet zelf ontwikkelen, maar de eisen stellen en de mogelijkheid hebben om het product te testen. Hierbij hebben we geprofiteerd van de kennis van SPM op het gebied van zowel de productie als de werking van sensoren en van de kennis van Telia op het gebied van radiotechnologie," vervolgt hij.

Eind 2019 werd een beslissing genomen over de gezamenlijke ontwikkeling van een nieuwe versie van de draadloze Airius-trillingssensor, die de bestaande infrastructuur van Telia in elke pulpfabriek zou gebruiken om via LTE-M te communiceren. Amper twee jaar later werden de eerste in serie geproduceerde sensoren geïnstalleerd. Op dat moment was dit de eerste draadloze trillingssensor met LTE-M-communicatie die op de markt kwam.

LTE-M - een flexibele keuze voor IoT-connectiviteit

Bij de keuze tussen de radiotechnologiestandaarden NB-IOT en LTE-M koos Södra Cell voor LTE-M - een solide keuze voor flexibele en toekomstbestendige IoT-connectiviteit. Voordelen zijn onder andere de mogelijkheid om bij elke transmissie niet alleen scalaire waarden, maar ook spectrums en tijdsignalen te verzenden, een lage latentie en de mogelijkheid om sensorfirmware op afstand bij te werken.

De gekozen technologie heeft echter ook nadelen. Tot op zekere hoogte gaat de snellere transmissiecapaciteit van LTE-M ten koste van de levensduur van de batterij. Om de gewenste batterijlevensduur van vier tot vijf jaar te bereiken, zijn adequate RSSI-waarden (ontvangen signaalsterkte) en een specifiek temperatuurbereik nodig.

"De technologie werkt; de huidige uitdaging is de signaalsterkte en de levensduur van de batterij. We kunnen niets doen aan de omgevingstemperatuur die invloed heeft op de levensduur van de batterijen van de sensoren die buiten geïnstalleerd zijn. De andere oorzaak van het leeglopen van de batterij is dat ondanks de lokale basisstations, de signaalsterkte een probleem is in sommige gebieden van onze fabrieken. Dit wordt nu herzien en aangevuld voor een betere dekking," aldus Thomas Håkansson.

Stroomlijnen van gegevensverwerving voor een hogere output

Het algemene doel van de ontwikkeling van een draadloze trillingssensor was het bereiken van een hogere machinebeschikbaarheid en dus het verhogen van de productie - een constante zoektocht in de industrie. De investering van Södra Cell in de Airius sensoren wordt afgewogen tegen de kosten die ontstaan in geval van storingen en de kosten van handmatige metingen in termen van tijd.

Met de draadloze sensoren vindt de meting momenteel eenmaal per dag plaats, waardoor machinefouten in een vroeg stadium kunnen worden opgespoord en er dus onderhoud kan worden gepland en uitgevoerd voordat er een storing optreedt. Op deze manier heeft Södra Cell alleen al in het eerste jaar een productiestijging van meer dan 4.000 ton gerealiseerd.

De Airius-sensoren worden geïnstalleerd op roterende apparatuur die minder productiekritisch is, zoals schroeven en pompen, en vormen een aanvulling op online bewaking, die wordt gebruikt om meer meetgegevens over kritieke machines te verkrijgen.

Thomas Håkansson zei:"We gebruiken de draadloze sensoren als een soort visnet. Hiermee kunnen we beginnende problemen opsporen die we kunnen bevestigen door aanvullende metingen met handapparatuur. Het voordeel is dat we meer meetgegevens krijgen terwijl ons personeel niet in de buurt van draaiende machines hoeft te zijn. Dat is een kwestie van werkomgeving. Het nadeel zou kunnen zijn dat de metingen niet worden aangevuld door menselijke zintuigen - zicht, gehoor, reuk, enzovoort, die een aanwijzing kunnen geven of iets normaal lijkt of niet."

Södra Cell's visie voor de toekomst is dat alle objecten die niet online worden bewaakt draadloos zullen worden bewaakt, waardoor de onderhoudsafdelingen zich meer kunnen richten op objecten die mogelijk problemen hebben. Op de lange termijn verwacht Södra Cell dat dit verdere betrouwbaarheidsverbeteringen mogelijk zal maken.

Nieuwe rollen en gezamenlijke analyse

Dankzij de succesvolle ontwikkeling en implementatie van de draadloze Airius sensoren, heeft Södra Cell twee nieuwe functies geïntroduceerd voor data engineers met expertise op het gebied van trillingsanalyse.

Thomas Håkansson:"Om dit project te laten slagen gaat het niet alleen om de technologie. Als het om digitalisering gaat, gaat het erom technologie en mensen te laten samenwerken - daarin schuilt het potentieel. Veranderde werkmethoden en rolverdelingen zijn ook een reis voor ons geweest."

Elke fabriek blijft handmatig meten op machines die nog niet zijn uitgerust met Airius sensoren. De twee nieuwe posities zijn gewijd aan het analyseren van Airius trillingsmetingen van alle drie fabrieken. Dat stelt Södra Cell in staat om gelijkaardige werkmethodes te implementeren in alle drie de fabrieken, de competentie te vergroten en het gebied te ontwikkelen dankzij de toegenomen focus op het trillingsanalysegedeelte. De nieuwe data engineers helpen echter ook bij het analyseren van gegevens van andere SPM meetsystemen, en een van de fabrieken heeft de analyse van online metingen volledig overgeheveld naar de centrale functie.

"Routegebaseerd meten is nog steeds een belangrijk onderdeel van onze routines - er zijn ongeveer twaalfduizend objecten. Ongeveer tweeduizend daarvan zijn nu uitgerust met Airius-sensoren, dus er zijn nog steeds veel objecten die met handmatige metingen worden bewaakt. We proberen een samenwerking op te zetten waarbij het routepersoneel ook betrokken is bij analyses en onderzoeken om de lokale kennis te combineren met de centrale expertise op het gebied van trillingen. Op de langere termijn, wanneer het meten van routes niet meer wordt gedaan, kan een deel van de organisatiestructuur veranderen - we hebben bijvoorbeeld meer mensen nodig die zich bezighouden met analyses en zich meer richten op het kennisintensieve werk," zei Thomas Håkansson. Hij vervolgt:"We bevinden ons op een culturele reis, een overgang. De competentie die centraal aanwezig is, moet volledig worden benut. We zijn er echter nog niet."

Succesvolle samenwerking met leveranciers

Gedreven door digitalisering is het Airius LTE-M ontwikkelingsproject een lichtend voorbeeld van succesvolle samenwerking tussen Zweedse industriële en technologische bedrijven.

Thomas Håkansson concludeerde: "Niet alle digitaliseringsprojecten komen van de grond en worden iets functioneels en bruikbaars. Veel ideeën en projecten komen nooit verder dan voorbeelden, proof-of-concepts en testen. In dit geval hebben we ons idee naar de volgende stap gebracht en het samen met Telia en SPM laten vliegen, en we gebruiken de oplossing op grote schaal. Dat onderscheidt deze ontwikkelingsinspanning van vele andere. Iets nieuws durven proberen vereist financiële kracht en een zekere mate van moed. We hebben nieuwe functies gecreëerd, onze manier van werken veranderd en we hebben hierin geloofd."

Tot nu toe heeft Södra Cell ongeveer tweeduizend sensoren geïnstalleerd en aangesloten, gelijkmatig verdeeld over de drie pulpfabrieken. Nog eens duizend sensoren zijn besteld en gedeeltelijk geleverd.