Virtuaalinen käyttöönottoympäristö automaatiojärjestelmälle

Valmistavan teollisuuden kiristyvät vaatimukset suunnittelusta markkinoille -ajassa (engl. time-to-market), laadussa, kustannustehokkuudessa ja turvallisuudessa luovat paineita uusien toimintatapojen etsimisessä. Usein laitteiston ohjausalgoritmeja ei ole mahdollista testata todellisen laitteiston kanssa, vaan ainoaksi ennakoivaksi vaihtoehdoksi jää todellisen laitteiston virtuaalinen mallintaminen. Eräs uusista toimintavoista on virtuaalinen käyttöönotto, jossa tuotantolinja tai laitteisto mallinnetaan ja sen käyttäytymistä simuloidaan ohjausalgoritmien parantamista ja todentamista varten. Tämän diplomityön tavoitteena oli toteuttaa virtuaalinen käyttöönottoympäristö, jolla laitteiston 3D-mallinnettua virtuaalista mallia voidaan ohjata reaaliajassa todellisen laitteiston ohjauslaitteistolla. Käyttöönottoympäristön toteuttamisen lopullisena tavoitteena on tutkia, millaisia hyötyjä sillä voidaan saavuttaa Outotec (Finland) Oy:n automaatiojärjestelmien suunnittelussa ja käyttöönotossa kiristyvien vaatimusten täyttämiseksi. Työssä toteutetulla käyttöönottoympäristöllä pystytään simuloimaan 3D-mallinnetun laitteiston osan toimintaa reaaliajassa. Todellisen laitteiston ominaisuuksista määritettyjä vaatimuksia ei kustannussyistä täytetty, sillä ennen sitä haluttiin varmistua valitun alustan ominaisuuksista, toimivuudesta ja soveltuvuudesta. Toteutuksen katsotaan kuitenkin täyttävän pehmeän reaaliaikaisuuden kriteerin noin 40 ms aikatasolla ja 80 ms reaktioajalla. Toteutettu virtuaalinen käyttöönottoympäristö osoittautui toimivaksi ja soveltuvaksi, sekä sen todettiin tuovan potentiaalisia hyötyjä Outotec (Finland) Oy:lle, esimerkiksi kosketusnäyttöjen visualisoinnin parannus, hybridikäyttöönottomahdollisuus sekä automaatio-ohjauksien kehittäminen. Työn perusteella arvioidaan onko Outotec:lla tarvetta jatkaa valitulla alustalla todellisen laitteiston aikavaatimukset täyttävään reaaliaika-toteutukseen, jota työssä esitellään.

The increasing requirements of manufacturing industry on time-to-market, quality, cost-effectiveness and safety are putting pressure on developing new practices. Often it´s not possible to verify the plant controller algorithms with the real plant, so the only way left to verify them in proactive way is to virtualize the plant. One of the new practices is virtual commissioning, in which the production line or the plant is virtualized and it´s behavior is simulated to enhance and verify the controller algorithms against it. The aim of this thesis is to develop a virtual commissioning platform, in which the production line is virtualized in 3D and it is controlled by the real production line controller in real-time. The ultimate goal on establishing such a platform is to research the possibilities of Outotec (Finland) Oy taking advantage of the platform to meet the increasing requirements mentioned earlier in the company´s automation engineering activity. The virtual commissioning platform developed in this thesis is able to simulate the virtualized 3D production line section in real-time. Because of the licensing and hardware costs the time requirements of the real production line found in the thesis wasn´t fulfilled since the chosen software had to be proven to be functional and applicable before. Solution however satisfies the soft real-time criteria with mean refresh rate of 40 ms and mean reaction time of 80 ms. Developed virtual commissioning platform found to be functional, applicable and potentially useful in Outotec (Finland) Oy´s automation engineering activity, useful features with the platform are for example real-world-like animation in human-machine-interfaces, hybrid commissioning and automation systems development. Based on this thesis an evaluation is made if Outotec will continue to a real-time solution proposed in this thesis which fulfils the time requirements of the real production line.