SICK ja MasterMover- uuden vihivaunun kehityksessä turvallisuus oli etusijalla

Sähkökäyttöisiä vihivaunuja raskaiden kuormien vetämiseen: MasterMoverin automatisoituja kuljetusjärjestelmiä käytetään kaikenlaisissa tuotanto- ja logistiikkaympäristöissä. Uutta itsestään kulkevaa vihivaunua kehitettäessä turvallisuus oli etusijalla. Siksi MasterMover valitsi integroiduksi ja standardinmukaiseksi turvakonseptiksi SICKin Safe EFI-pro Systemin. Siinä yhdistyvät modulaarinen turvaohjain Flexi Soft ja EFI-pro-väylä ja turvalliset anturit, kuten turvalaserskanneri microScan3 EFI-pro.

Englantilaisessa vitsissä epäonninen kulkija kysyy tietä ja saa auttamaan haluttomalta vastaukseksi: ”Sinuna en lähtisi liikkeelle tästä.” 

Pyrkiessään automatisoimaan työprosessejaan Industry4.0-standardin mukaisesti tuotantotiimit törmäävät usein vastaaviin arvoituksiin. Kun tavanomaisia lineaarisia tuotantoprosesseja uudistetaan, olemassa olevat asennukset ja rakennukset osoittautuvat usein hämmästyttävän vaikeiksi esteiksi. Joka tapauksessa vihivaunut ja niiden yleistyminen tuovat  toivoa joustavammista materiaalivirroista, samalla kun kalliit ja jalostusarvoltaan heikot manuaaliset työvaiheet voidaan usein korvata perusteltavissa olevin kustannuksin.

”Tällä hetkellä kaikki puhuvat automatisoiduista kuljetusjärjestelmistä”, MasterMoverin tutkimusjohtaja Dan Evans kertoo. ”Lähes aina ollessamme yhteydessä asiakkaisiin meiltä kysytään, miten kehitämme tarjontaamme tällä alueella.” Se ei ole sattumaa: MasterMoverilla on 20 vuoden kokemus turvallisten ja tehokkaiden sähkökäyttöisten vihivaunujen kehittämisestä ja valmistamisesta. MasterMover-tuotteita käytetään kaikenlaisissa tuotanto- ja logistiikkaympäristöissä ja ne tarjoavat asiakaskohtaisia ratkaisuja automatisoitujen kuljetusjärjestelmien kehittämiseen. 

Integroitua älyä sisältävän vihivaunutekniikan käyttöönotto

”Kokemuksestamme tuhansien turvallisten, raskaita kuormia siirtävien ja ohjaavien koneiden kehittämisestä, valmistamisesta ja huoltamisesta on tullut meille vahva etu”, Evans sanoo. ”Olemme vuosikymmenten saatossa oppineet ymmärtämään ja tulkitsemaan asiakkaidemme tuotantoympäristöjä ja toimintatapoja kehitysprosessien yhteydessä. Siksi lähestymme vastaavia tehtävänasetteluja toisin kuin esimerkiksi ohjelmistokehittäjät, jotka suunnittelisivat vihivaunun aivan eri näkökulmasta.” 

Kokemustensa pohjalta MasterMover päätti keskittyä ensimmäisessä vihivaunujen kehitysprojektissaan kahden tonnin kuormien kuljetusmarkkinoihin. Asiakkaidemme toiveiden mukaisesti MasterMover kehitti vihivaunun, jota voidaan tilanteen mukaan käyttää joko automaattisesti tai ihmisvoimin.

”Kaikki valmistamamme koneet on suunniteltu manuaalisesti käytettäviksi hinausajoneuvoiksi”, Evans selittää. ”Ensimmäinen vihivaunumme on juuri tällainen. Voitaisiin melkein puhua valinnaisesta automatisointipäivityksestä vakiokoneeseen. Jos asiakkaamme haluavat esimerkiksi muuttaa tilapäisesti itsestään ajavan vihivaunun kulkureittiä – vaikkapa vain pariksi päiväksi muutostöiden vuoksi – heidän ei tarvitse tilata meiltä huoltoteknikkoa eikä opetella vihivaunun ohjelmointia itse. He voivat sen sijaan hyödyntää ihmistyövoimaa ja ohjata hinausajoneuvoa parin päivän ajan itse. Kun reitti palautuu ennalleen, kone voidaan palauttaa takaisin vihivaunutilaan.”

Valmiiksi kehitetty ja markkinoilla saatavilla oleva MasterMover (AGV) 300 Tow pystyy kuljettamaan enintään 3 000 kilon kuormia. Se soveltuu erinomaisesti ladontavaunujen hinaamiseen asennusreiteillä. Siten kuormien kuljetuksia voidaan automatisoida myös ilman kalliita kiinteitä asennuksia. MasterMover-vihivaunumalli mahdollistaa asiakkaalle integroidun älyn sisältävän vihivaunutekniikan helpon käyttöönoton. Tarvittaessa voidaan siirtyä monen vihivaunun ajoneuvokantaan Wifi-yhteydellä ja keskitetyllä etähallinnalla.  

MasterMover on aina arvostanut sitä, että tutkimus- ja kehitystyö säilyvät omissa käsissä. Erillinen tiimi työskentelee yrityksen päätehtaassa Englannin Ashbournessa. Monet ratkaisuista suunnitellaan ja valmistetaan asiakkaan yksilöllisten määritysten mukaan.

Tärkeintä on turvallisuus

Uutta vihivaunua kehitettäessä tiimin tärkeimpänä lähtökohtana oli turvallisuus, Evans korostaa. Integroidun ja standardinmukaisen turvakonseptin pohjaksi MasterMover valitsi SICKin Safe EFI-pro Systemin. Järjestelmässä yhdistyvät modulaarinen turvaohjain Flexi Soft ja EFI-pro-väylä ja turvalliset anturit, kuten turvalaserskanneri microScan3 EFI-pro (joka perustuu EtherNet/IP™ CIP Safety™ -ohjelmistoon). Flexi Soft on modulaarinen turvaohjain, jonka avulla voidaan kehittää vaatimuksiltaan ja monimutkaisuusasteiltaan erilaisia sovelluksia. Flexi Soft EFI-pro -väylä käyttää Ethernet/IP-vakioväyläjärjestelmässä turvallista protokollaa. Se soveltuu käytettäväksi sovelluksissa aina versioihin PLe (EN ISO 13849) / SIL3 (EN 62061) asti.

”SICK-nimi tule vastaan lähes kaikilla teollisuuden aloilla, joille teemme töitä”, Evans kertoo. ”Siksi tiesimme, että asiakkaat tunnistaisivat markkinajohtaja SICKin sisäänrakennetut turvakomponentit. Vihivaunua tulee tarkastella ennen kaikkea turvallisuutta edistävänä tuotteena. Jos turvallisuutta ei ole toteutettu oikein, toivottujen toimintojen toteuttaminenkaan ei yleensä onnistu.” Flexi Soft -turvaohjaimella ja Safety Designer -konfigurointiohjelmistolla Evans ja hänen tutkimus- ja tuotekehitystiiminsä pystyvät kokoamaan oman integroidun turvajärjestelmänsä. Kaikissa MasterMoverin vakiovihivaunumalleissa käytetään kahta microScan3-skanneria jotka kommunikoivat Flexi Soft -ohjaimen kanssa EFI-pron välityksellä. SICK DFS60 -turvapulssiantureihin ja Flexi Soft Motion Control Moduliin FX3-MOC1 yhdistettyinä kaikki mainitut tuotteet integroidaan sovellukseen, joka saavuttaa PLd-vaatimukset (EN ISO 13849) / SIL2 (EN 62061).

SICK Iso-Britannian koneiden turvallisuudesta vastaava tuotepäällikkö, tekniikan tohtori Martin Kidman selittää: ”MasterMoverin kattava automatisoitu kuljetusjärjestelmä saavuttaa turvalaserskanneritekniikalla PLd/SIL2-vaatimukset. microScan3-skannerit mahdollistavat poikkeuksellisen suuren 275° asteen skannauskulman ja jopa yhdeksän metrin turvallisen kenttätyöskentelyalueen. Kenttäsarjat voidaan konfiguroida vaihteleville ajoneuvon reiteille, joilla vihivaunu suorittaa kaarreajoa ja suunnanvaihtoja.”

EFI-pro on SICKin turvaväylä CIP-Safety™-turvallisuusprotokollaan perustuvaa teollisuusautomaatiota varten. Flexi Soft Motion Control Modul FX3-MOC ja EFI-pro-väylä muodostavat tarvittavat yhteydet SICKin turvalaitteiden liittämiseksi yhteen järjestelmäratkaisuun. ”Automatisoidun kuljetusjärjestelmän molempien koneistojen luotettava tarkkailu tapahtuu SICKin turvapulssiantureilla, jotka on kytketty Flexi Soft Motion Control Moduliin. Kerättyjen tietojen avulla mukautetaan turvalaserskannerin kenttäkoot EFI-pro-kommunikaation avulla dynaamisesti sekä nopeuden että suunnan osalta.”

”Flexi Soft -turvaohjain mahdollistaa monimutkaisten algoritmien ja logiikoiden soveltamisen automatisoidun kuljetusjärjestelmän täysin omavaraisen käytön konfigurointiin. Jos turvalaserskanneri havaitsee esteen varoituskentässä, ajoneuvon ohjaus saa turvaohjaimelta ohjeen pienentää nopeutta. Kentän vapautuessa annetaan samalla tavoin ohje lisätä nopeutta. Tämä mahdollistaa tehokkaan ja tuottoisan käytön.”

”Jos sisemmän suojakentän alueen raja ylittyy, Flexi Soft pysäyttää kaikki koneet välittömästi. Vasta kun tilanne on jälleen turvallinen, annetaan jälleen lupa koneiden käynnistämiseen. Motion Control Modul FX3-MOC voi myös tunnistaa turvallisen pysäytyksen ja valvoa sitä. Näin vältetään täydellinen hätäpysäytys. Jos riskin arviointi on sallittua, voidaan ottaa käyttöön automaattinen uudelleenkäynnistys. Näin voidaan välttää tilanne, jossa vihivaunujen on odotettava manuaalista uudelleenkäynnistystä mahdollisesti jopa useiden tuntien ajan.”

Kokonaisvaltainen suunnittelu

Käyttämällä Flexi Soft -turvaohjainta ja EFI-pro-väylää pohjana ajoneuvon turvalliselle kommunikoinnille MasterMover säästi useiden komponenttien välisten yksittäisten liitäntöjen kehityskuluissa. Yhtä laserskanneria kohden tarvitaan vain yksi yksittäinen vakio-Ethernet-johto EFI-pro-liitäntää varten. Enkoodereiden, turvaohjaimen ja laserskannerien turvallinen kommunikointi mahdollisti kokonaisvaltaisen suunnittelun. Vaihtoehtona olisivat olleet useat erilliset liitännät, kenttäkytkentäsignaalit ja turvareleet, jotka olisivat vaatineet kymmeniä johtoja ja paljon tilaa.

Automatisoitujen kuljetusjärjestelmien navigointi

Evans täydentää: ”Meillä on kattava valikoima vihivaunujen navigointivaihtoehtoja, ja yritämme vakuuttaa asiakkaamme niin sanotun ‘lasertunnistimilla tapahtuvan luonnollisen navigoinnin’ käytöstä. Se on joustavampaa, koska se ei vaadi kiinteitä asennuksia, kuten RFID-transpondereita tai raideohjausta liimattujen tarranauhojen tai viivakoodien avulla. Tällaiset kiinteät asennukset voivat heikentää luotettavuutta.”

”Käyttämämme vihivaunujen navigointitapa sietää hyvin ympäristön vaihteluita. Ei haittaa että vihivaunun ympärillä liikkuu ihmisiä ja trukkeja. Tekniikkamme osaa kiertää kaikenlaisia esteitä, kuten kuormalavoja ja muita esineitä, joita usein siirrellään jatkuvasti suurissa jakelukeskuksissa.” MasterMover tukee kaikissa asiakasympäristöissä riskien kattavia arviointeja.

”Vihivaunujen käyttö tuotantolinjojen täyttämiseen on mahdollista myös tandemtilassa MasterMover PS -vihivaunun kanssa. PS-vihivaunun hyötykuorma on peräti 30 000 kiloa. Siksi se sopii käytettäväksi hihnan tilalla tahditetulla tuotantolinjalla. Molempien automatisoitujen kuljetusjärjestelmien käyttö yhdessä on täydellinen vaihtoehto tavanomaisille, kiinteästi asennetuille lineaarisille tuotantolinjoille”, Evans sanoo ja jatkaa: ”Kuljetinjärjestelmään verrattuna kustannukset ovat huomattavasti pienemmät, ja tuotannon joustavuus lisääntyy selvästi. Koska samaan aikaan voidaan poistaa henkilökuntaa kannattamattomista tehtävistä ja yksittäiset vihivaunut pystyvät vetämään suurempia kuormia, voidaan odottaa investoinnin nopeaa takaisinmaksuaikaa. 

”Siksi useimpien asiakkaiden kohdalla on ennen kaikkea tärkeää, miten uuteen tekniikkaan siirtyminen onnistuu. Asiakkaamme voivat alkajaisiksi muuttaa vain yhden yksittäisen prosessin kanssamme. Koska tämä järjestelmä vaatii hyvin vähän laitosmuutoksia, se on erittäin hyvin skaalattavissa.”

Katsaus: Turvallista myös ulkona

Toive ulkona käytettävien vihivaunujen sertifioidusta turvallisuudesta edellyttää myös MasterMoverilta ja SICKiltä tärkeitä kehitystoimia. Periaatteessa sopivan vihivaunun tarpeellisiin päivityksiin kuuluu SICKin uuden outdoorScan3-turvalaserskannerin asennus. outdoorScan3 on standardin IEC TS 62998, tekniikan käyttöön ulkona sovellettavan uuden teknisen eritelmän, mukaiseen D-luokkaan kuuluva laite.

”MasterMoverin kaltaisille koneiden valmistajille ja integroijille Flexi Soft on äärimmäisen hyödyllinen ekosysteemi”, Evans toteaa lopuksi. ”microScan3:n modulaarinen rakenne ja yksinkertainen määritys ovat osaltaan lyhentäneet kehitysprosessiamme. Koska lukija, ohjaus ja ohjelmisto ovat peräisin SICKiltä, meidän ei tarvitse koota turvallisuusjärjestelmää eri valmistajien osista. Olemme viimeistelleet ensimmäisen vihivaunumallimme ja laatineet selkeän suunnitelman koko valikoimamme vastaavaa varustelua varten.”

Lue myös:

Thinking ahead intelligently