Molntjänster för effektiva processer samt feldetektion av processensorer för ett effektivare underhållAnders Björk1 och Oscar Samuelsson1,2

1 IVL Svenska miljöinstitutet2 Uppsala Universitet

”Från vetenskap till verklighet”

Outline

DEMI ett exempel på molntjänster

– Bakgrund

– Optimering av tryckluftssystem

– Tekniken för att lösa detta

– Värmebehandling av stål

– Kylkanaler i plastgjutningsformar

Historik

OPC

Webtjänster-webservices

Diagnostik på Avloppsreningsverk

– Strategier

– Exempel 1-2

– Framtid tillämpning

Summering

DEMI ett exempel på molntjänster

Den energi som återgår för olika enhetsoperationer vid tillverkning i fordons- och verkstadsindustrin är stor. Projektet syftade till att genom mjukvarustöd minska energin genom förbättrad design och produktionen.

För att minska Europas energiförbrukning och därmed klimatpåverkan samt öka europeiska industrins konkurrenskraft

Metoder och angreppssätt

– Tillämpa Ambient Intelligence samt TRIZ för utvecklingsarbetet.

– Tillämpa en mjukvaruarkitektur för att kunna reducera energi-förbrukning vid tillverkning under både design och produktions-stadiet.

– Utveckla fyra/fem löst kopplade mjukvarutjänster (SOA): Energy Dependency Selector, Energy Monitoring Setup, Energy Simulator, Energy Analyser samt Eco-knowledge” repository

Testa dessa tjänster i tre fallstudier.

DEMI

Optimering av Tryckluftssystem

Ett tryckluftsystem består vanligen av

– Kompressorer

– Filter

– Torkar

– Tankar

– Rörsystem

– Ventiler

– Regulatorer

En designer har typiskt många olika alternativ för varje position i

konfigurationen, vilket lätt gör man kan få över 1000 möjliga

kombinationer för ett system

DEMI

Optimering av Tryckluftssystem

• Öppna konfigurationer

• Okända system, kända delsystem

• Få styrbara variabler

• Randvillkor & bivillkor

• Målvariabler

Energy and LCC Optimised Design of Compressed Air Systems: A Mixed Integer Optimisation Approach with General Applicability, Computer Modeling and Simulation, Friden, Håkan; Bergfors, Linus; Björk, Anders;Mazharsolook, Ebrahim, http://doi.ieeecomputersociety.org/10.1109/UKSim.2012.74

DEMI

BilbaoJava +JavaScript

BremenJava

KaunasJava + MATLAB

GöteborgC#

Moln inom företagets

brandvägg

Lokaltnätverk

DEMI

Värmebehandling av stål

• Stängda konfigurationer

• ”Känt” system, okänt bivillkor

• Styrbara variabler

• Målvariabler

Heat Treatment Process Energy Efficient Design and Optimisation , I. Mendikoa, M. Sorli, A. Armijoa, L. García, L. Erausquin, M. Insunza, J. Bilbao, H. Friden, A. Björk, L. Bergfors, R. Skema, R. Alzbutas, T. Iesmantas, doi:10.1016/j.proeng.2013.08.220

DEMI

Kylkanaler i plastgjutningsformar

• Öppna konfigurationer

• Okänt system, kända delsystem

• Styrbara variabler

• Randvillkor & bivillkor

• Målvariabler

Men vad kunde man göra med gammal beprövad

teknik. FTP & textfiler 2006…

Reagens trycks in en torpedo car

Svårt att förutsäga resultatet av behandlingen

Dyrare ta bort svavel senare i processen.

Behövdes att operatörsvänligt verktyg för att mer precist beräkna

mängden reagens

Detta är v arken Big data i dagens betydelse eller sakernas internet (IoT).

OPC

OPC, togs fram i mitten av 1990-talet– Syfte att lösa integrationen mellan PC-klienter och automationsenheter.

– Bygger på samma teknik som gjorde det möjligt i tidigare versioner av Microsoft Office att bädda in Excelblad i ett Word dokument.

– Inte enkelt få detta fungera genom brandväggar…

OPC-UA, första specifikationen 2006– Funktionalitetsområdet ökades till att inkludera Enterprise interoperabilitet.

Så från fältnivå ända upp till affärsplanerings- och rapporteringssystemen.

– Även tvärs olika hårdvaruplattformar och även gjort för geografisktspridning.

– OPC-UA (Unified Architecture) är designat från grunden för att vara plattformsoberoende.

– Går att få säkert lättare, använder certifikat för kryptering

– Bygger på webtjänstteknik.

What is OPC? UA in a Minute https://www.youtube.com/watch?v=-tDGzwsBokY

Websida vs webtjänst

Websida Webtjänst

Datorer pratar med varandra

Frågar om information genom

använda metoder

Metoder i detta fall

– HämtaTelefonNr (’Samulelsson’)

– HämtaJobbBeskrivning

(’Samulelsson’)

– Hämta(’Samulelsson’)

Designad för att människor ska

läsa av den grafiskt

Vad är en webtjänst eller web service?

En webtjänst (Service) är en tjänstemjukvara är åtkomlig via

Internet protokoll på intra -eller inter-nät

Mjukvaran som använder webtjänsten kallas en klient. Den kan

finnas på vilken maskin som helst på internet.

Servicen och klienten kan vara programmerad i olika

programmeringspråk! (C#, Java, C++, R, LabVIEW..)

Kommunikationen ,www är ofta HTTP med XML, JSON

eller kan vara TCP

Nya protokoll och dataformat för mindre

overhead för datatransport

Ett av problemen med XML är att en mycket stor del av

dokumentet består beskrivning av innehållet

JSON

Binär JSON

MQTT (formerly MQ Telemetry Transport)

JSON

{"age" : 12, "name" : "Danielle"}XML

<person> <age>12</age> <name>Danielle</name> </person>

Diagnostik av sensorer på reningsverk

-reningsverken är Sveriges största biologisk processindustri

Sensorer på reningsverk

Mätmiljö för givare på reningsverk

Hur kan vi detektera givarfel och otillräckligt givarunderhåll?

Vilken trend är felaktig?

12

Vilken trend är felaktig?

1) Gränsvärde (CUSUM, univariata metoder,…)

13-02-15 13-02-25 13-03-07 13-03-17

2) Modellbaserad feldetektion

13-02-15 13-02-25 13-03-07 13-03-17

����

13-02-15 13-02-25 13-03-07 13-03-17

�����

13-02-15 13-02-25 13-03-07 13-03-17

13-02-15 13-02-25 13-03-07 13-03-17

13-02-15 13-02-25 13-03-07 13-03-17

�������, ����,…)

�����, ����,…Skattad

Uppmätt

Ammoniumbelastning till biologiskt processteg

Ammoniumbelastning jämfört med lufttillförsel

Identifiera normal kvot (från normala data)

Detecting anomalous air flow-ammonia load ratios, using Gaussian process regression,Watermatex proceedings 2015. Samuelsson, O., Zambrano, J., Björk, A, Chistiakova, T. and Carlsson, B.

Identifiera potentiellt avvikande mätvärden

Utvärdera tidsserien – vilken drift är felaktig?

Diagnostik på syregivare

Molntjänst, fullskaletest av diagnostikmetoder

Reningsverk 1Reningsverk 2

Statliga program som supportar Industri 4.0 och Underhåll 4.0

Vinnova

Strategiska innovationsprogram

– PiiA Processindustriell IT och automation

– Produktion2030

– IoT Programmet

– IQ Samhällsbyggnad

– Troligen även ReScource

– Finns även mindre delar i andra program

Utmaningsdriven innovation

SSF Strategiska forskningsstiftelsen

Programmet generiska produktionsmetoder

IVL är gärna med utvecklar och utför forskningsprojekt mot både Industri 4.0 och Underhåll 4.0.

Vi har utfört många projekt med liknande innehåll tidigare och arbetar även IoT-projekt nu.

För Vinnova programmen gäller ofta att företag motfinansierar forskningsinstituts kostnader

genom insats av egen tid.

Summering

Molntekniken är här och gör det lättare att bygga mjukvarulösningar

– För att öka hållbarheten i produktionsprocesserna

– För att underlätta underhållsarbetet

Molntekniken behöver inte betyda Internet

– Använda molnteknik innanför brandväggarna kan göra det säkrare

Sätt användarna i fokus

– Håll det enkelt

Tips börja labba med teknikerna och idéer som löser verkliga problem

– Som till exempel feldetektion

Det är både enklare och svårare än man tror

Kunskap finns på institut och universitet dra nytta av det!

Program för FoU stöd finns!

Tack för er uppmärksamhet!

Kontakta oss gärna om hur vi kan hjälpa er att komma vidare

med Underhåll 4.0 eller Industri 4.0!

Anders Björk, 010-788 65 72, anders.bjork@ivl.se

Oscar Samuelsson, 010-788 66 64 oscar.samuelsson@ivl.se

Samarbetspartners:

Följ IVL på LinkedIn