IoT-järjestelmä käyttöasteen mittaamiseen tärinäanturia hyödyntäen

Abstract

Tuotannon suorituskyvyn mittaaminen on olennaista yrityksen johtamisen ja tuottavuuden parantamisen kannalta. Nykyinen IoT-teknologioiden kehitys ja soveltaminen on mahdollistanut reaaliaikaisemman ja älykkäämmän tiedon keräämisen tuotannosta, ja siten kattavamman tuotannon seuraamisen, ennakoinnin ja kehittämisen. Pelkkä datan kerääminen itsessään ei tuo hyötyä yritykselle, vaan se pitää jatkojalostaa tuotannon tehokkuutta kuvaaviksi tunnusluvuiksi. Yksi näistä tunnusluvuista on käyttöaste, mikä kertoo, kuinka suuren osan ajasta laite on käyttänyt tuottavaan työhön.

Tässä työssä tutkitaan tuotantolaitteen IoT-pohjaisen valvontajärjestelmän toteuttamista. Järjestelmän tiedonkeruu perustuu tärinäanturin mittausdataan, jonka perusteella järjestelmä seuraa laitteen tiloja (TYÖSSÄ/ODOTTAA). Esimerkkiprosessissa seurattava laite tärisee työvaiheessa, jolloin tärinämittauksen avulla voidaan päätellä laitteen tekevän työtä. Kun seurattava laite on levossa, tärinämittauksen arvot ovat lähellä nollaa. Mittausdatasta pääteltyjen ja tallennettujen tilatietojen perusteella järjestelmä laskee laitteen käyttöasteen käyttäjän valitsemalle aikavälille.

Järjestelmän fyysisiä komponentteja ovat tärinäanturi ja Arduino-mikrokontrolleri. Tärinäanturi mittaa laitteen tärinää ja mikrokontrolleri lähettää mittausdatan Azure App Service -pilvipalveluun kehitettyyn backend-sovellukseen MQTT-protokollalla. Python-ohjelmointikielellä toteutettu backend-sovellus vastaanottaa ja purkaa MQTT-viestit, tallentaa halutut tiedot SQLite-relaatiotietokantaan ja tarjoaa käyttäjille web-käyttöliittymän Flask-sovelluskehyksen avulla. Käyttöliittymältä loppukäyttäjä näkee mittauksen kohteena olevan laitteen viimeisimmän tilatiedon ja laitteen lasketun käyttöasteen.

Kehitetylle valvontajärjestelmälle tehtyjen testien perusteella voidaan olettaa, että tärinäanturin tuottamaa mittausdataa on mahdollista käyttää esimerkkiprosessin laitteen tilan määrittämiseen ja seuraamiseen. Testien perusteella järjestelmän mittaama laitteen työaika poikkesi oikeasta työajasta alle 5 %, mikä oli vaatimuksena kehitettävän järjestelmän tarkkuudelle. Lisäksi järjestelmään valitut laitteisto- ja ohjelmistokomponentit toimivat testien aikana ilman ongelmia, joten työ osoittaa, että valitut komponentit sopivat IoT-järjestelmän kehittämiseen. Työtä voi jatkokehittää lisäämällä tuen usealle seurattavalle laitteelle sekä tietokantamoottorin vaihtamisen pilvipalvelun tarjoamaan omaan tietokantaan.