Tuotantoautomaation standardit ja tiedonsiirto

Abstract

Insinöörityössä selvitettiin tuotantoautomaatioon ja integraatioon liittyvien standardien sisältöä ja merkitystä tuotantoympäristölle. Kysymyksiin standardien rajapinnoista ja päällekkäisyydestä pyrittiin löytämään vastaukset. Työssä selvitettiin kommunikaation merkitystä ja protokollia tuotantojärjestelmien välillä. Työ esittelee tuotannon kokonaistehokkuuden takana olevan metodologian sekä laskennan kokonaistehokkuuden osatekijöille.

Työn lähdemateriaalina on käytetty ammattikirjallisuutta sekä verkkojulkaisuja aiheista. Lähdemateriaalin hankintaan on käytetty pääasiassa MetCat-verkkopalvelun kansainvälisten e-aineistojen julkaisuja. Myös järjestöjen ja yritysten verkkojulkaisuja on hyödynnetty lähdemateriaaleina.

Tutkittavat standardit olivat The International Society of Automation -järjestön julkaisemat ISA-88 ja ISA-95 sekä The Organization for Machine Automation and Control -järjestön julkaisema pakkauskoneiden PackML-standardi. Tiedonsiirron osalta tässä työssä selvitettiin OPC UA -protokollaa sekä IBM:n kehittämää MQ Telemetry Transport -protokollaa. Työssä perehdyttiin OEE-kokonaistehokkuuden laskentaan, koska se on olennainen osa tuotantoympäristöä sekä PackML-standardia.

Julkaisut ISA-88 ja ISA-95 ovat toisiaan tukevia, tietyiltä osin samoja alueita käsitteleviä standardeja. ISA-88 on alun perin julkaistu panosprosessien hallintaan ja ISA-95 määrittämään yritysten toiminnanohjausjärjestelmien integraation yleiset mallit ja terminologian. Molemmat kuitenkin määrittävät MES-järjestelmien toiminnallisuutta ja rakennetta. PackML on ISA-88-standardiin pohjautuva pakkauskoneiden ohjaukseen keskittyvä standardi. Kommunikaatioprotokollien kohdalla erona on kommunikaation rakenne ja tarkoitus, johon niitä käytetään. OPC UA mahdollistaa suuren datamäärän lähettämisen, kun MQTT taas on parhaimmillaan lyhyiden viestien välittämisessä.

Työn kautta lukijalle syntyy käsitys standardien merkityksestä tuotantoautomaatioympäristölle. Työssä on selvennetty standardien tarkoitusta ja aluetta, jolle ne kohdistuvat. Lukija saa tämän työn avulla kuvan OEE-tuotantotehokkuuden määrityksistä ja laskennasta.

The purpose of this thesis is to provide an overall understanding about the standards around the production automation systems. The other objective of the study is automation system integration. Providing data for the key performance indicators is an important motivator for the system integration and is for this reason included in this study.

The project is theoretical. Professional literature, other studies and the web-based information were used as source material of this study. Parts of the communication protocol functionalities were tested in the laboratory.

This study covers three major production automation related standards and two communication standards. Overall equipment efficiency calculation is a seamless part of production environment and integrated in two of the standards.

This thesis provides an overall understanding of the covered standards and their relation to the production automation systems. The contents of the standards overlap and can be used together when designing a production automation system. The communication protocols studied are common in the production automation environment and essential to the system integration. The development of publish and subscribe protocols provide many advantages to the communication in large automation systems.