Ennakoiva kunnossapito: mitä se on ja miten se vähentää energiankulutusta ja koneiden seisokkeja

Järjestelmä rikkoutuu harvoin yhtäkkiä. Lähes aina se antaa merkkejä viikkojen ajan: se tärisee hieman enemmän, kuluttaa muutaman ampeerin enemmän, lämpenee kohdista, jotka eivät aiemmin lämmenneet, tai käy pidempään saavuttaakseen saman tuloksen.

Ennakoiva kunnossapito tarkoittaa tekniikoita, joilla nämä merkit havaitaan ja muutetaan suunnitelluiksi huoltotoimenpiteiksi sen sijaan, että odotettaisiin vikaa tai vaihdettaisiin edelleen hyväkuntoisia osia ennalta määrätyn aikataulun mukaan.
Yksi näkökulma jää kuitenkin usein vähälle huomiolle, vaikka se on erityisen tärkeä rakennusten ylläpidosta vastaaville: heikkenevä kone alkaa kuluttaa enemmän energiaa jo kauan ennen pysähtymistään. Tämä ylimääräinen kulutus maksetaan joka päivä, eikä sitä huomata, koska se ei aiheuta palvelukatkosta.

Lyhyesti:

• Ennakoiva kunnossapito perustuu koneen todelliseen kuntoon, ei aikatauluun eikä pelkästään vian jälkeisiin toimenpiteisiin.
• Se edellyttää muutamien merkittävien suureiden jatkuvaa mittaamista, historiatietoja ja järjestelmää, joka muuttaa poikkeamat työmääräyksiksi.
• Tekoälystä on hyötyä, kun historiatietoja on riittävästi. Monissa tapauksissa hyvin asetettu raja-arvo tuottaa jo suuren osan tuloksista.
• Vähiten huomioitu hyöty liittyy energiaan: heikentyvä järjestelmä kuluttaa enemmän energiaa kuukausien ajan ennen rikkoutumistaan.

Mitä se on ja mihin se sijoittuu

Kunnossapidon terminologia on standardoitu: UNI EN 13306:2018 määrittelee alan yleiset termit. Käytännössä erotetaan kolme luokkaa.
Korjaava kunnossapito tehdään vian jälkeen. Ennakoiva ehkäisevä kunnossapito tehdään etukäteen määrätyin väliajoin komponentin todellisesta kunnosta riippumatta. Ennustava kunnossapito tehdään myös ennen vikaa, mutta mitattujen parametrien perusteella, kun ne osoittavat käynnissä olevaa heikkenemistä.
Kahden ensimmäisen käytännön erot sekä esimerkit ja niiden edut kuvataan sivulla, joka käsittelee ennaltaehkäisevän ja korjaavan kunnossapidon eroja. Tässä keskitytään ennakoivaan kunnossapitoon.
On syytä täsmentää asia, joka kaupallisessa viestinnässä usein unohtuu. Ennakoiva ei tarkoita, että ohjelmisto arvaisi vian päivämäärän. Se tarkoittaa sellaisen fysikaalisen suureen seuraamista, joka liittyy komponentin kuntoon, ja toimenpiteisiin ryhtymistä, kun suure poikkeaa normaalista käyttäytymisestä.

Miten se toimii anturista työmääräykseen

Prosessissa on neljä vaihetta, joista neljäs jää useimmin tekemättä.
Mittaaminen. Tärinä, lämpötila, sähkövirran kulutus, paine-ero, käyttötunnit ja virtaus. Valitut suureet riippuvat koneesta: puhaltimessa tärinä ja sähkövirran kulutus ovat tärkeitä, lämmönvaihtimessa lämpötilat ja painehäviö.
Normaalin toiminnan määrittäminen. Ilman useiden käyttöviikkojen aikana muodostettua vertailutasoa kaikki raja-arvot ovat mielivaltaisia. Tämä vaihe vaatii eniten kärsivällisyyttä ja sitä lyhennetään usein liikaa.
Poikkeamien havaitseminen. Raja-arvon ylittävä lukema, vähittäinen muutos tai käyttäytyminen, joka ei vastaa ulkoisia olosuhteita tai kuormitusta.
Huoltotoimenpiteen käynnistäminen. Poikkeamasta muodostetaan työmääräys, joka osoitetaan henkilölle ja johon liitetään määräaika ja historiatiedot. Sähköpostitse saapuva ilmoitus, johon ei reagoida, ei ole ennakoivaa kunnossapitoa vaan vain yksi hälytys lisää ohitettavaksi.

Mitä tekoäly todella tekee

Aiheeseen liittyy paljon epäselvyyksiä, joten täsmällisyys on tärkeää.
Koneoppimisalgoritmit auttavat tunnistamaan kuvioita, joita kiinteä raja-arvo ei havaitse: useiden parametrien yhdistelmiä, kuormituksen tai vuodenajan mukaan muuttuvaa käyttäytymistä sekä poikkeamia, jotka ilmenevät vain tietyissä käyttöolosuhteissa.
Toimiakseen ne tarvitsevat historiatietoja, erityisesti vikahistoriaa. Mallilla, joka on koulutettu laitteistolla, joka ei ole koskaan rikkoutunut, on vähän opittavaa. Tämä on rakennuksissa yleinen käytännön rajoite, sillä kerättyä tietoa on vähän ja se on usein katkonaista.
Käytännön johtopäätös on selvä. Useimmiten kannattaa aloittaa muutamaan suureeseen perustuvilla hyvin määritellyillä säännöillä ja raja-arvoilla, kerätä tietoja yhden tai kahden vuoden ajan ja ottaa mallit käyttöön vasta, kun niiden kouluttamiseen on riittävästi aineistoa. Päinvastainen toimintatapa eli algoritmin ostaminen ennen tiedon keräämistä on yleisin ja kallein virhe.
Seuraava vaihe on ohjaava kunnossapito, jossa järjestelmä ei ainoastaan ilmoita poikkeamasta vaan ehdottaa myös korjaavaa toimenpidettä ja arvioi sen vaikutuksen. Tämä on todellinen kehityssuunta, mutta se edellyttää kaikkia aiempia vaiheita.

Yhteys energiankulutukseen

Tämä on rakennusten ylläpidosta vastaavia suoraan koskeva osa, joka jää usein teollisuuteen keskittyvissä ennakoivan kunnossapidon tarkasteluissa huomiotta.
Likaantunut ilmansuodatin kasvattaa painehäviötä, jolloin puhallin kuluttaa enemmän tehoa siirtääkseen saman ilmamäärän. Likaantunut lämmönsiirtopatteri siirtää vähemmän lämpöä, joten järjestelmä kompensoi tilannetta pidentämällä käyttöaikaa.
Kylmäainevajauksesta kärsivä kylmäainepiiri tuottaa samalla työmäärällä vähemmän tehoa. Väärin kalibroitu anturi saa järjestelmän säätymään virheellisen arvon mukaan kuukausien ajan.
Mikään näistä tilanteista ei aiheuta pysähdystä. Sen sijaan ne nostavat energialaskua vähitellen ja jäävät huomaamatta, kunnes joku vertaa kulutusta edellisen vuoden vastaavan ajanjakson kulutukseen.
Tästä seuraa koko aiheen hyödyllisin käytännön havainto: sähkövirran kulutus on sekä energiankulutuksen että laitteen kunnon mittari. Sama mittaus, jota käytetään energiankulutuksen seurantaan, voi paljastaa komponentin heikkenemisen ilman erillisiä diagnostiikka-antureita.
Siksi energianhallinta ja kunnossapito kannattaa yhdistää samalle alustalle kahden erillisen järjestelmän sijaan, jos järjestelmät vaihtavat tietoja keskenään vain kerran kuukaudessa.

Mitä luvut todella kertovat

Siksi energianhallinta ja kunnossapito kannattaa yhdistää samalle alustalle kahden erillisen järjestelmän sijaan, jos järjestelmät vaihtavat tietoja keskenään vain kerran kuukaudessa.
Deloitten vuoden 2017 kannanotossa ilmoitetaan kunnossapidon kokonaiskustannusten pienenevän 5–10 %, laitteiden käytettävyyden kasvavan 10–20 % ja suunnitteluun käytetyn ajan vähenevän 20–50 %.
Sama asiakirja esittää myös huomattavasti suurempia keskiarvoja, kuten vikojen 70 prosentin vähenemisen, mutta ei täsmennä niiden laskentaperustetta.
Vuoden 2018 PwC-Mainnovation-tutkimus, johon osallistui 268 yritystä Alankomaista, Saksasta ja Belgiasta, on varovaisempi: 60 % ennakoivia toimintatapoja käyttöön ottaneista yrityksistä saavutti keskimäärin 9 %:n kasvun käyttöajassa.
Tästä voidaan tehdä kaksi käytännön johtopäätöstä. Ensinnäkin suurimmat luvut ovat lähes aina peräisin teollisuusympäristöistä, joissa kriittiset koneet käyvät jatkuvasti. Tällaiset olosuhteet eivät ole tyypillisiä palvelurakennuksille.
Toiseksi investointipäätöksen kannalta merkityksellinen luku on omasta seisokki- ja huoltohistoriasta laskettu tulos, ei alan vertailuarvo.

Mitä aloittaminen edellyttää ja milloin se ei kannata

Tarvitaan neljä asiaa: merkittäviä suureita mittaavat anturit, jatkuva tiedonkeruu, kunnossapidon hallintajärjestelmä, joka vastaanottaa poikkeamat ja muuttaa ne tehtäviksi, sekä henkilö, joka tarkastelee tietoja säännöllisesti.
Koko järjestelmästä ei tarvitse aloittaa. Järkevää on keskittyä komponentteihin, joiden vikaantuminen on kalleinta joko palvelukatkosten tai kiireellisen korjaustyön kustannusten vuoksi: jäähdytyskoneisiin, lämmönjakokeskuksiin, hisseihin, pumppuihin ja pääsähkökeskuksiin.
Ennakoiva kunnossapito ei maksa itseään takaisin edullisissa ja helposti vaihdettavissa komponenteissa. Halpa lamppu tai venttiili on järkevämpää vaihtaa aikataulun mukaan tai vasta sen rikkoutuessa. Tämän myöntäminen avoimesti kuuluu rehelliseen projektiin.

Tyypillisiä esimerkkejä rakennuksista

Ilmankäsittelykoneissa seurataan suodattimien paine-eroa, puhaltimien sähkövirran kulutusta sekä tulo- ja poistoilman lämpötiloja. Nämä kolme parametria auttavat havaitsemaan yhdessä suodattimien likaantumisen, löystyneet hihnat ja likaantuneet lämmönsiirtopatterit.
Jäähdytyskoneissa keskeisiä ovat paineet, lauhtumis- ja höyrystymislämpötilat sekä kuormitukseen suhteutettu sähkövirran kulutus, sillä hyötysuhde heikkenee kauan ennen koneen pysähtymistä.
Pumpuissa tärinän ja sähkövirran kulutuksen yhdistelmä auttaa ennakoimaan laakerien kulumista ja juoksupyörien kavitaatiota.
Sähkökeskuksissa säännöllinen lämpökuvaus paljastaa löystyneet liitokset, jotka ovat yleinen vikojen syy ja paloriski.
Hisseissä ajokertojen määrä, liikeajat ja palautustoimenpiteet kertovat paljon laitteen kunnosta. Ohjauskeskus tuottaa nämä tiedot jo valmiiksi.

Työkalut

UTwinin kunnossapito-ohjelmisto on osa rakennuksen digitaalista kaksosta: jokainen komponentti on merkitty pohjapiirrokseen, ja sillä on oma tietokortti, historia ja asiakirjat. Toimenpiteet osoitetaan vastuuhenkilöille, niitä seurataan ja ne ovat käytettävissä myös huoltopalvelun tarjoajan vaihtuessa.
Tämän lähestymistavan erityispiirre on integrointi energianhallintaohjelmistoon. Älymittareiden ja IoT-antureiden tiedot tukevat samanaikaisesti sekä kulutuksen analysointia että laitteistojen kunnon seurantaa. Näin sähkövirran kulutuksen poikkeama voi luoda työmääräyksen ilman manuaalista tiedonsiirtoa kahden erillisen järjestelmän välillä.
Jos rakennuksessa on jo automaatiojärjestelmä, alusta toimii sen rinnalla ja lukee sen tietoja. Rakennusautomaation ja digitaalisen kaksosen välistä suhdetta käsitellään omalla sivullaan.

Usein kysytyt kysymykset

• Mitä eroa on ennakoivalla ja ennaltaehkäisevällä kunnossapidolla?

  Ennaltaehkäisevä kunnossapito tehdään ennalta määrätyin väliajoin komponentin kunnosta riippumatta, joten se voi johtaa edelleen toimivien osien vaihtamiseen tai liian myöhäiseen huoltoon. Ennakoiva kunnossapito perustuu mitattuihin parametreihin, jotka osoittavat käynnissä olevan heikkenemisen, ja mukauttaa huoltovälin koneen todelliseen kuntoon.

• Edellyttääkö ennakoiva kunnossapito välttämättä tekoälyä?

  Ei. Algoritmeista on hyötyä, kun käytettävissä on riittävästi historiatietoja ja heikkenemisen merkit riippuvat useiden muuttujien yhdistelmästä. Monissa rakennusten järjestelmissä kahteen tai kolmeen merkittävään suureeseen perustuva hyvin asetettu raja-arvo tuottaa jo suurimman osan hyödyistä ja auttaa keräämään myöhemmin tarvittavat tiedot.

• Kuinka paljon ennakoivalla kunnossapidolla voidaan todella säästää?

  Julkaistut arviot vaihtelevat huomattavasti. Deloitte ilmoitti vuonna 2017 kunnossapitokustannusten vähenevän 5–10 %, kun taas vuoden 2018 PwC-Mainnovation-tutkimuksessa havaittiin 9 %:n keskimääräinen kasvu käyttöajassa 60 %:lla osallistuneista yrityksistä.
  Usein mainitut huomattavasti suuremmat luvut koskevat yleensä kriittisiä teollisuuslaitteistoja. Luotettava arvio on siksi laskettava omien seisokki- ja huoltotietojen perusteella.

• Mistä järjestelmistä kannattaa aloittaa?

  Kannattaa aloittaa laitteista, joiden vikaantuminen aiheuttaa suurimmat kustannukset joko palvelukatkosten tai kiireellisen huollon vuoksi: jäähdytyskoneista, lämmönjakokeskuksista, pumpuista, hisseistä ja pääsähkökeskuksista. Edullisissa ja nopeasti vaihdettavissa komponenteissa investointi ei tuota vastaavaa hyötyä.

• Miten ennakoiva kunnossapito liittyy energiansäästöön?

  Yhteys on läheisempi kuin miltä näyttää. Likaantuneet suodattimet, likaantuneet lämmönsiirtopatterit, liian vähäinen kylmäainemäärä ja väärin kalibroidut anturit kasvattavat energiankulutusta kauan ennen pysähdystä. Koska sähkövirran kulutus kertoo sekä energiankulutuksesta että laitteen kunnosta, sen seuranta palvelee molempia tarkoituksia samalla asennuksella.