Tikosu

TIKOSU - Tietokantakeskeinen koneenohjausjärjestelmän suunnittelu

Projektin kesto 5.1.2009 – 31.5.2011
Diaarinumero 3050/31/08
Lue lisää myös Hankegalleriasta
 
Yrityksen verkkosivujen osoite ja projektin yhteystiedot:

http://www.hermia.fi/fima/tutkimusprojektit/tikosu

 

Tarve

  • Koneenohjausjärjestelmien monimutkaisuus ja kiristyvät turvallisuusmääräykset synnyttävät tarpeen systemaattiselle tuotekehitysprosessille, Systems Engineering -prosessille, jotta vaadittava turvallisuus saadaan suunniteltua sujuvasti tuotekehitysprosessin aikana, ei vasta sen loppuvaiheessa.
  • Koneenohjausjärjestelmän suunnittelussa syntyvät artefaktit ovat tyyppillisesti olleet tekstinkäsittelytiedostoja, taulukkolaskentatiedostoja, piirustuksia, ohjelmistomoduuleja jne. Niiden versionhallinta ja jäljitettävyys toisiinsa nähden on vaikeaa perinteisin työkaluin.
  • Tarve systemaattisempaan tuotekehitysprosessiin on identifioitu liikkuvien työkoneiden valmistajien keskuudessa, mutta sama pätee kaikkiin koneisiin ja niiden ohjausjärjestelmiin. Tämä tarve on tunnistettu erityisesti VTT:n koneenrakentajille tehtyjen turvallisuusanalyysien aikana: analyysien lähtötietojen koonti ja niiden oikeiden versioiden löytäminen on ollut hankalaa, ja turvallisuusanalyysien tulosten siirtyminen suunnitteluun on ollut manuaalisen työn varassa.

 

Ratkaisu

  • Tietomalli ohjelmoitavien koneenohjausjärjestelmien suunnitteluartefakteista. Tietomalli systematisoi, mitä suunnittelutietoa järjestelmäsuunnittelussa on tuotettava ja miten jäljitettävyys eri suunnitteluartefaktien välillä hoidetaan.
  • Yksityiskohtaisten työnkulkujen määrittely suunnitteluartefaktien luomiseen ja käyttöön.
  •  Suunnittelutyökalujen integrointi tietomallin toteuttavan tietovaraston kautta.
  • Automaattinen dokumenttien generointi tietovarastosta.
  • Koneenrakentajat hyötyvät tällaisesta ratkaisusta virtaviivaisemman tuotekehitysprosessin kautta, joka johtaa pienempiin tuotekehityskustannuksiin ja turvallisimpiin tuotteisiin, mutta myös kunnossapidon sujuvuuteen (tuotteen tekninen dokumentaatio on selkeää ja yksikäsitteistä, esimerkiksi I/O-liityntäpisteiden nimet ovat sähköpiirustuksissa samat kuin ohjausohjelmistossa). Täten motivaatio tämän ratkaisun käyttöönottoon on olemassa ilman lyhyen aikavälin kustannushyötyjen havaitsemista.
  • Tieto- ja työnkulun malli vaatii työkalun, jossa tietovarastoa ylläpidetään. Tällaisia työkaluja ovat esim. Product Lifecycle Management (PLM) ja Application Lifecycle Management (ALM) –työkalut. Niiden soveltaminen TIKOSU-tietomallin mukaisesti vaatii yhteistyötä työkalutoimittajien kanssa. Samoin systeemisuunnitteluun liittyvien työkalujen, kuten sähkö-CAD, saumaton integrointi tietovarastoon vaatii työkalujen räätälöintiä tai integrointiympäristöjen käyttöönottoa. Täten tietomallin käyttöönotto tarjoaa työkalutoimittajille mahdollisuuden laajenevaan liiketoimintaan.
  • Vastaavia tietomalleja on tehty kansainvälisesti muuallakin, mutta Konedirektiivin mukaista turvallisuuspainotteista tietomallia ei ole löydetty.

 

Hyöty

  • TIKOSU-tietomallin ja työnkulun mallin avulla järjestelmäsuunnittelun artefaktit voidaan tallettaa jäljitettävästi, jolloin vaatimusten, riskianalyysien tulosten ja muiden artefaktein muutosten vaikutus voidaan analysoida tehokkaasti.
  • Samoin voidaan osoittaa, miten turvallisuusvaatimukset on johdettu riskianalyyseistä, kuten Konedirektiivi edellyttää.
  • Myös Konedirektiivin vaatiman teknisen tiedoston tietoja voidaan tuottaa tietomallin mukaisesta tietovarastosta.
  • Projektissa luodun systeemisuunnittelun TIKOSU-tieto- ja työnkulun mallin pohjalta on mahdollisuus luoda systeemisuunnittelun työkalu joko pohjautuen olemassa oleviin ALM/PLM-työkaluihin tai kaupallistamalla TIKOSU-projektissa tehty MS Access / MySQL –pohjainen työkalu. Edellinen vaatii TIKOSU-tietomallin mukaisen ’profiilin’ luomista olemassa olevaan työkaluun; jälkimmäinen vaatii jäljitettävyys-, versionhallinta-ja yhteistyö-ominaisuuksien ohjelmointia.
  • Mahdollista olisi myös toteuttaa palvelu, jossa TIKOSU-malli toteutetaan palveluntarjoajan palvelimella, ja johon lisenssin ostaneilla on pääsy.
  • Palveluna voidaan tarjota TIKOSU-mallin yrityskohtaista räätälöintiä yritysten omiin IT-infrastruktuureihin. Tähän sisältyisi olemassa olevien työkalujen integrointi TIKOSU-malliin. Tietomallia on TIKOSU-projektin jälkeen ryhdytty soveltamaan jo kolmessa yritysprojektissa, joissa on toteutettu systeemisuunnittelun prosesseja ja turvallisuusprosesseja yritysten IT-infrastruktuuriin. TIKOSU-tietomallin soveltaminen on merkittävässä osassa näissä projekteissa. Lisäksi parhaillaan neuvotellaan useista muista yritysprojeketista. VTT panostaa Systems Engineering -osaamisen tarjontaan yhä aktiivisemmin.
  • Riskinarvioinnin tietomalli on hyödynnettävissä sellaisenaan – ilman erityisiä työkaluja – kaikissa koneautomaatioyrityksissä, joissa Konedirektiiviä on noudatettava. Samoin muut tietomallin osat, kuten toiminnallisuus ja järjestelmän arkkitehtuuri ovat toteutettavissa perinteisillä toimistotyökaluilla, mutta esim. jäljitettävyyttä ei niissä pystytä tarjoamaan.
  • Palveluna voidaan tarjota dokumenttipohjien tekemistä StyleVision-työkalulle, jolla voidaan generoida automaattisesti systeemisuunnitelun dokumentaatiota. Projektissa opittuja dokumentoinnin generointitapoja voi hyödyntää, vaikka TIKOSU-tietomallia ei täydellisesti toteutettaisikaan.
  • Vertex ED -sähkö-CAD-työkalusta tehtiin TIKOSU-mallin mukainen demonstraatioversio, jossa on potentiaalia kaupalliseenkin käyttöön, jos yritykset siirtyvät käyttämään TIKOSU-mallia.
  • Projektin kuluessa havaittiin myös tarve järjestelmäsuunnittelijan piirtotyökalulle, jolla hän voi piirtää järjestelmäarkkitehtuurin siten, että TIKOSU-tietomallia käytetään hyväksi (arkkitehtuurikuvaan luotu objekti loisi vastaavan objektin TIKOSU-kantaan). Tällaisen työkalun tekeminen onnistuisi Vertex Systems Oy:n mukaan kohtuullisella vaivalla Vertex ED -työkalusta.
  • TIKOSU-projektin tuloksia on jo otettu käyttöön Aalto-yliopiston kursseilla: Automaation tietotekniset järjestelmät sekä Teollisuuden tietojärjestelmät. Yritykset nostivat tämän loppupalautteessa asiaksi, jonka osalta projekti onnistui ennakoitua paremmin.
  • TIKOSU-tietomallia voi helposti laajentaa kattamaan myös käyttövarmuusprosessin.

 

Kilpailutilanne

  • Vastaavaa Konedirektiivin mukaisen turvallisuusprosessinkin tarjoavaa Systems Engineering -tietomallia ei tiettävästi ole tarjolla muualla.
  • Tilanteen kehittyessä on odotettavissa, että PLM- tai ALM-työkalujen tekijät tarjoavat, ehkä TIKOSU-malliin perustuvia, turvallisuusprosessinkin ratkaisuja, tai PLM- ja ALM-työkalut voidaan konfiguroida TIKOSU-mallin mukaisesti. Tämä on toisaalta myös VTT:n tavoite: siirtää tutkimusprojektin tietoja rutiinikäyttöön teollisuudessa.

 

Mahdolliset julkiset esitykset, julkaisut, sisäiset tuotokset

SISÄISET RAPORTIT

  • Deliverable 1: Assessment Of Tools, Standards And Similar Work 
  • Deliverable 2: Specification Of The Database Model And Its Interfaces 
    • Deliverable 2 includes the following planned deliverables: DELIVERABLE 3: Demonstration of the implementation of the database; DELIVERABLE 4: Definition of common conceptual model and DELIVERABLE 7: Specification of database centric KOTOTU safety process
  • Deliverable 5: Review Report on the IIDAbase Database Model and its Use for Safety Analysis Tasks
  • Deliverable 6: Generation of documents from the database
  • Deliverable 8: Report on the industrial cases
  • Deliverable 9: Final report (VTT Research Note) http://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2011/T2583.pdf
  • Thramboulidis, K. Report On The ISO 10303-233 Standard
  • Thramboulidis, K. Report on the SYSMOD Systems Modeling Process

KONFERENSSIARTIKKELIT

  • Alanen, J; Nikula, H. Systeemisuunnittelusta IEC 61131-3 ohjelmointiin ja sähkö-CAD kuvien piirtoon. Automaatioväylä 4/2011
  • Alanen, J.; Sierla, S. Koneenohjausjärjestelmien suunnitteluprosessi turvakuriin. Article in Automaatioväylä 3/2010
  • Alanen, J.; Tiusanen, R.; Sierla, S.; Papakonstantinou, N. & Koskinen, K. Rigorous work flow and data model for risk assessment of machine control systems. SIAS 2010 (Safety of Industrial Automated Systems). June 2010, Tampere
  • Alanen, J.; Sierla, S. & Pirttioja, T. Ensuring systems engineering data integrity with a central data repository. XIX Automaatioseminaari. 15.-16.03.2011, Helsinki.
  • Papakonstantinou, N.; Sierla, S.; Alanen, J. & Koskinen, K. Reducing Redesign of Safety Critical Control Systems by Early Risk Assessment. 8th IEEE International Conference on Industrial Informatics INDIN 2010, 13-16 July 2010, Osaka, Japan

OPINNÄYTETYÖT

  • Nikula, H. Integration of IEC 61131-3 Tools To a System Engineering Database. Master Thesis. Aalto University, School of Electrical Engineering, Automation and Systems Technology (to be issued soon)
  • Vidberg, I. A Framework for database centric machine control systems engineering. Master Thesis. Faculty of Automation, Machine and Material Technology, Tampere University of Technology. 06.05.2010. 56 p.

Projektin raportit ja julkaisut, jotka tekijänoikeuksien sallivat, on saatavissa osoitteesta:

Samasta osoitteesta löytyy myös projektissa luotu esimerkki vaatimusmäärittelydokumentista, joka on generoitu automaattisesti TIKOSU-mallin mukaisesta tietovarastosta käyttäen StyleVision-työkalua.

Projektin aikana luotiin myös MySQL-tietokantaa käyttävä Systems Engineering –työkalu, joka toteutettiin MS Access –ohjelmalla. Ohjelmasta on tehty keksintöilmoitusta vastaava ilmoitus (ohjelmistoilmoitus) VTT:lle. Ohjelma ei ole vapaasti saatavissa. MySQL Workbench malli tietovarastosta sekä esimerkkitoteutus tietovarastosta on saatavissa osoitteesta

Projektin aikana kokeiltiin myös Polarion ALM –työkalua TIKOSU-mallin toteutukseen. Esimerkkipohja on saatavissa osoitteesta:

Projektin aikana luotiin myös TIKOSU-yhteensopiva räätälöity versio Vertex ED -työkalusta. Työkalu ei ole toistaiseksi kaupallisesti saatavilla.

Projektin aikana pidettiin kaksi työpajaa ja kaksi seminaaria. Lisäksi TIKOSU-projekti osallistui kahteen FIMA-tutkimusseminaariin (2010 ja 2011). Työpajojen ja seminaarien materiaali on tarjolla osoitteessa:

 

Kansainvälinen yhteistyö

VTT:

http://www.vtt.fi/research/ism/

  • Projektin koordinointi, tietomallin luonti, turvallisuusprosessi, työkaluintegrointi, dokumenttien generointi

Aalto-yliopisto (Department of Automation and Systems Technology of Helsinki University of Technology);
http://autsys.tkk.fi/en/

  • Työnkulkujen mallinnus, työkaluintegrointi, erityisesti ohjelmistotyökalun integrointi.  

Department of Electrical and Computer Engineering of University of Patras (Dr. Thramboulidis); http://www.upatras.gr/index/page/id/6/lang/en

  • Mekatronikaan SysML mallinnus.

University of Dresden (Dr. Scholz) Technische Universität Dresden, Fakultät Verkehrswissenschaften "Friedrich List", Lehrstuhl für Verkehrssystemtechnik;  
http://tu-dresden.de/die_tu_dresden/fakultaeten/vkw/index_html/document_view?set_language=en

  • Turvallisuusprosessin vertailuanalyysi (rautatiejärjestelmien turvallisuusprosessi referenssinä).
Henkilötiedot löytyvät luvusta Projektiryhmä.
 

Yritysyhteistyö

 

Projektia rahoitti Tekesin, VTT:n ja Aalto-yliopiston lisäksi FIMA ry, jonka jäsenistöstä seuraavat osallistuivat johtoryhmätyöskentelyyn.

·     Esa Niemelä, FIMA ry, Hermia Oy

·     Jarkko Uotila, Sandvik Mining and Construction Oy

·     Jyrki Keskinen, Wapice Oy

·     Jani Sarviluoma, Atostek Oy

·     Marko Elo, CrossControl Oy.

·     Jouni Törnqvist, Bronto Skylift Oy, steering group chairman

·     Mikko T. Mäkinen / Toni Kujala, Metso Minerals Oy

·     Soini Särkilahti, Cybercom Plenware Oy

·     Arto Orava, Epec Oy

·     Jyrki Keskinen, Wapice Oy (Jari Anttila attended as a representative of Wapice Oy)                   

·     Pekka Yli-Paunu, Cargotec Finland Oy, Kalmar


Yritysedustajien lisäksi johtoryhmään kuuluivat:

·     Kari Koskinen, Aalto University

·     Risto Tiusanen, VTT

·     Pauli Noronen, Tekes
 

Projektiryhmä