OM1-teknologiasta siirtyminen uudempiin versioihin – miten varmistaa tuotantolinjan tiedonsiirron tulevaisuus?

Perinteisesti OM1-monimuotokuitu on tarjonnut kustannustehokkaan ja riittävän ratkaisun lyhyiden etäisyyksien tiedonsiirtoon. Etävalvonnan, automaation, teollisten IoT-sensoreiden, tekoälypohjaisen analytiikan ja robotiikan lisäännyttyä tilanne on muuttunut: vaatimukset datamäärille ja reaaliaikaisuudelle kasvavat ja edessä on tiedonsiirtoinfrastruktuurin uusiminen.

Miten siirtymä korkeamman kapasiteetin tiedonsiirtoteknologiaan voidaan toteuttaa hallitusti ja ilman tuotannon katkoksia? Millaisia valintoja kannattaa tehdä nyt, jotta ratkaisut palvelevat myös tulevaisuudessa? Tässä artikkelissa Orbiksen teollisuuden tiedonsiirtoon erikoistunut asiantuntija Jari Koskinen avaa keskeisimmät näkökulmat ja sudenkuopat, joita valmistavan teollisuuden teknisen asiantuntijan on syytä huomioida siirtymää suunnitellessa.

Teollisuuden kasvavat tiedonsiirtotarpeet – miksi OM1-monimuotokuitu ei enää riitä?

Valmistavan teollisuuden linjastot ovat perinteisesti pärjänneet kohtuullisen kapasiteetin ja kustannusten tiedonsiirtoratkaisuilla, koska siirrettävän datan määrä on ollut maltillinen. Tyypillinen esimerkki on saha tai paperitehdas, jossa sensorit lähettävät vain pieniä datapaketteja korkeintaan muutamien satojen metrien etäisyydeltä päätelaitteeseen. Etävalvonnan ja automaation lisääntymisen myötä kapasiteettivaatimukset ovat kuitenkin kasvaneet: pienikin viive saattaa johtaa tuotantolinjan seisokkeihin, joten tiedon on liikuttava reaaliajassa.

”Tiedonsiirron merkitys kasvaa jatkuvasti. Ennen tiedon piti vain kulkea, nyt sen on liikuttava reaaliajassa ja mahdollisimman häiriöttömästi”
– Jari Koskinen

Tiedonsiirron nopeus määräytyy ennen kaikkea käytetyn kaapeloinnin ja siihen soveltuvan siirtoelektroniikan (esimerkiksi SFP-moduulien) mukaan. Monimuotokuiduille on annettu OM-tunnukset (OM1, OM2, OM3, OM4, OM5), joiden numerointi kuvaa standardin kehittyneisyyttä ja suorituskykyä. Eri kuitutyypit eroavat toisistaan erityisesti siirtoetäisyyksien ja signaalin vaimennuksen osalta. Esimerkiksi OM1-kuitutyyppi ei mahdollista yli 30 metrin etäisyyksiä 10 GBs nopeudella. Toisaalta taas OM4-kuitua voidaan käyttää 100 GbE:llä 150 metrin matkalla, kun kuituhäviö on alle 1,5 dB.

Alla olevassa taulukossa OM1–OM5-kuitutyyppien maksiminopeudet eri etäisyyksillä.

Fiber cable Type	1G	10G	40G	100G
62.5/125um OM1	275m	33m	/	/
50/125um OM2	550m	83m	/	/
50/125um OM3	/	300m	100m	70m
50/125um OM4	/	400m	150m	150m
50/125um OM5	No Spec	400m	150m	150m

Kehittyvä teknologia varmistaa riittävän suorituskyvyn teollisuussovelluksissa

Tähän asti perinteinen OM1-monimuotokuitu on tarjonnut riittävän ratkaisun lyhyille etäisyyksille, mutta sen tekniset rajoitukset estävät uudemman tuotantoteknologian käyttöönoton. OM1 käyttää laajakaistaisia LED-valolähteitä, joiden signaali leviää useassa eri muodossa (mode), mikä aiheuttaa enemmän vaimennusta ja rajoittaa tiedonsiirron kapasiteettia. 

Uudemmat OM3-, OM4- ja OM5-kuidut on suunniteltu toimimaan laserteknologialla (VCSEL-laser), mikä mahdollistaa suuremman kaistanleveyden ja pidemmät etäisyydet samalla kuidun halkaisijalla. Valmistavassa teollisuudessa tämä kehitys tukee erityisesti IoT-sovelluksia ja tekoälyn hyödyntämistä tuotantoprosesseissa, joissa suuret datamäärät vaativat tehokkaita ratkaisuja.

SFP-moduulit eli Small Form-Factor Pluggable -komponentit liitetään päätelaitteen, kuten kytkimen, porttiin. Ne määrittävät käytettävän valolähteen, siirtonopeuden ja siirtoetäisyyden, joten niiden teknologia – LED vs. VCSEL-laser – on keskeinen verkon suorituskyvylle ja laajennettavuudelle. Aiemmin laser-SFP-moduulit olivat huomattavasti kalliimpia kuin LED-pohjaiset ratkaisut, mutta viime vuosina niiden hinnat ovat laskeneet merkittävästi. Tämä on tehnyt tehokkaammista ja skaalautuvammista kuituratkaisuista saavutettavampia myös valmistavan teollisuuden sovelluksissa.

Näin toteutat siirtymän hallitusti – vaiheittainen prosessi

Siirtyminen uuteen kuituteknologiaan on monivaiheinen prosessi, joka edellyttää teknistä analyysiä, oikeita päätöksiä ja huolellista toteutusta. Jotta investointi olisi kannattava ja ratkaisusta saataisiin täysi hyöty, jokainen vaihe on suunniteltava huolellisesti. Teknisen asiantuntijan näkökulmasta keskeistä on ymmärtää, mitä tietoa ja päätöksiä tarvitaan missäkin vaiheessa ja mitkä tekijät vaikuttavat lopputulokseen.

1. Nykytilan analyysi ja tulevaisuuden tavoitteet

Prosessi aloitetaan selvittämällä kokonaisvaltaisesti tiedonsiirtoratkaisujen nykytila suhteessa tuotannon vaatimuksiin: mitä kuituja ja päätelaitteita on käytössä ja mikä on niiden suorituskyky? Nykytilan lisäksi selvitetään myös tuotannon tulevaisuuden tavoitteet ja sen etävalvontaa ja automatisointia tukeva tiedonsiirron kapasiteetti.

Jo prosessin alusta asti on tärkeää huomioida yrityksen toimintaympäristön erityisvaatimukset – esimerkiksi:

• Lainsäädäntö ja sertifikaatit – tietyillä toimialoilla, kuten lääketeollisuudessa tai kriittisessä infrastruktuurissa, on tiukemmat vaatimukset tiedonsiirron turvallisuudelle ja kestävyydelle. Näistä saat lisätietoa tutustumalla aiheesta kirjoittamaamme artikkeliin: Vastaus sääntelyn ja ympäristövastuun haasteisiin.
• Haastavat ympäristöolosuhteet – esimerkiksi vaihteleva lämpötila, pöly ja kosteus vaikuttavat kuidun ja päätelaitteiden kestävyyteen, ja ympäristön sähkömagneettiset kentät ja langattomat verkot voivat aiheuttaa häiriöitä suojaamattomissa kaapeleissa. Näissä ympäristöissä tarvitaan olosuhteet huomioivia, mekaanisilta ominaisuuksiltaan kestäviä ratkaisuja, lue artikkeli: Näin rakentuvat tiedonsiirtoratkaisut vaativiin olosuhteisiin.

2. Teknologian valinta

Teknologian valinnassa keskeinen kysymys on, päivitetäänkö koko kuituverkko vai voidaanko kapasiteetin kasvattaminen toteuttaa pelkästään päätelaitteiden ja SFP-moduulien päivityksellä. Usein kuituverkko on pitkäikäinen investointi, ja suurimmat kustannukset muodostuvat kaapeloinnin uusimisesta.

MM-sarjan kuidut OM3, OM4 ja OM5 ovat taaksepäin yhteensopivia, mikä mahdollistaa joustavan päivityksen esimerkiksi OM5-kuituun ilman, että kaikki päätelaitteet on vaihdettava kerralla. OM1 (G62,5/125) -kuidun mitat ovat eri kuin OM3-, OM4- ja OM5 (G50/125) -kuiduilla, joten se ei ole yhteensopiva muiden OM-kuitujen kanssa.

SFP-moduulit (Small Form-Factor Pluggable) määrittävät kuituverkon nopeuden ja siirtotekniikan. Monimuotokuidut (OM1, OM2) ovat perinteisesti hyödyntäneet LED-valolähteitä, kun taas uudemmat OM3-, OM4- ja OM5-kuidut on suunniteltu erityisesti VCSEL-lasereille (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser). Laserit tarjoavat pidemmät siirtoetäisyydet ja suuremmat tiedonsiirtonopeudet. VCSEL-transceiverien kustannukset ovat laskeneet viime vuosina merkittävästi, mikä on tehnyt niistä varteenotettavan vaihtoehdon valmistavan teollisuuden tarpeisiin.

Valittavan ratkaisun kustannustehokkuus riippuu siitä, kuinka paljon kaapelointia voidaan hyödyntää uudelleen ja missä määrin päivitys voidaan toteuttaa vain päätelaitteiden ja SFP-moduulien vaihtamisella. Monissa tapauksissa päätelaitteiden päivitys on edullisin tapa kasvattaa kapasiteettia ja varmistaa järjestelmän skaalautuvuus ilman suuria lisäkustannuksia – kunhan verkko pohjautuu joko OM3- tai OM4-kaapelointiin. Tällöin datan siirtonopeus voi olla esim. 10GBs aina 300m asti (OM3) tai 400m asti (OM4). OM3- ja OM4-kaapelointi mahdollistavat myös suurempien datanopeuksien käytön tulevaisuudessa.

Mikäli verkko pohjautuu OM1-kaapelointiin, ja halutaan toteuttaa siirtymä 1 GBs nopeudesta 10 GBs nopeuteen, on myös kaapelointi vaihdettava esim. OM3:een. Myös OM4 on suositeltava vaihtoehto, koska se mahdollistaa pidemmät yhteydet ja kaapelin hintaero ei ole merkittävä.

3. Asennus, ylläpito ja elinkaaren hallinta – toimintavarmuus pitkällä aikavälillä

Asennus ja ylläpito ovat ratkaisevia tekijöitä kuituverkon pitkäikäisyyden ja suorituskyvyn varmistamiseksi. Oikein toteutettu kaapelointi ja liitostekniikka vähentävät huollon tarvetta, ehkäisevät signaalihäviöitä ja takaavat tiedonsiirron toimintavarmuuden vaativissakin ympäristöissä. Lisäksi kunnollinen elinkaaren hallinta vähentää odottamattomia seisokkeja ja ylläpitokustannuksia.

• Oikea asennustekniikka: kaapelit tulee asentaa niin, että ne eivät joudu mekaanisen rasituksen, liian tiukkojen mutkien tai värähtelyn kohteeksi. Riittävä suojaus estää kuitujen vaurioitumisen ja takaa niiden pitkäikäisyyden.
• Liitosten ja kuitupintojen puhtaus: pienikin pölyhiukkanen tai lika liitoskohdassa voi aiheuttaa merkittäviä signaalihäviöitä ja heikentää järjestelmän suorituskykyä. Säännöllinen puhdistus ja laadukkaiden liitoskomponenttien käyttö ehkäisevät tätä ongelmaa.
• Huolto ja varaosat: jotta järjestelmä pysyy toimintakunnossa pitkällä aikavälillä, varaosien ja huoltopalveluiden saatavuus on huomioitava jo suunnitteluvaiheessa. Ennakoiva huolto auttaa välttämään äkillisiä vikatilanteita ja seisokkeja, jotka voivat aiheuttaa tuotantokatkoksia ja ylimääräisiä kustannuksia.

On suositeltavaa valita toimittaja, joka tarjoaa kokonaisvaltaisen palvelun: oikeiden komponenttien valinnan, ammattitaitoisen asennuksen, huoltopalvelut sekä jatkuvan teknisen tuen. Tämä varmistaa, että järjestelmä toimii optimaalisesti ja skaalautuu tulevaisuuden tarpeisiin ilman tarpeettomia lisäinvestointeja.

Siirtymän sudenkuopat – mitä kannattaa välttää?

Vaikka teknologiapäivitys tuo merkittäviä etuja, sen onnistuminen riippuu huolellisesta suunnittelusta ja toteutuksesta. Huolimattomat valinnat tai asennusvirheet voivat johtaa tuotantokatkoksiin, kustannusten nousuun ja suorituskykyongelmiin, jotka saattavat heikentää koko järjestelmän toimintavarmuutta.

Oikeiden päätösten tekemiseksi on tärkeää tunnistaa keskeiset sudenkuopat ja varmistaa, että ne vältetään jo suunnitteluvaiheessa. Mahdollisia sudenkuoppia ovat:

• Väärä kuituvalinta: jos kuituverkkoa ei mitoita tulevaisuuden tarpeita ajatellen, kapasiteetti voi loppua nopeasti kesken. Monimuotokuitu on edelleen kustannustehokkain lyhyillä etäisyyksillä, mutta pidemmillä siirroilla yksimuotokuitu voi tarjota paremman skaalautuvuuden ja suorituskyvyn. Lisäksi on huomioitava päätelaitteiden ja SFP-moduulien yhteensopivuus, sillä väärän kuitutyypin valinta voi rajoittaa päivitysmahdollisuuksia.
• Huono asennus: mekaaninen rasitus, epäasianmukainen reititys ja liian tiukat mutkat voivat vahingoittaa kuitua ja aiheuttaa signaalihäviöitä. Lisäksi liitosten likaantuminen voi heikentää merkittävästi yhteyksien laatua, mikä voi johtaa tiedonsiirron katkoksellisuuteen tai viiveisiin. Säännöllinen tarkastus ja oikeat asennuskäytännöt vähentävät näitä riskejä.
• Kapasiteetin alimitoitus: jos järjestelmää ei suunnitella kasvua ja uusia teknologioita silmällä pitäen, investointi voi osoittautua riittämättömäksi jo muutaman vuoden kuluttua. Tiedonsiirtotarpeet kasvavat jatkuvasti automaation, konenäön ja reaaliaikaisen analytiikan yleistyessä. Joustava järjestelmä, joka mahdollistaa päätelaitteiden ja SFP-moduulien päivityksen ilman suuria kaapelointimuutoksia, voi auttaa välttämään tarpeettomia lisäkustannuksia tulevaisuudessa

Orbis – asiantunteva kumppani onnistuneeseen siirtymään

Orbis auttaa yrityksiä suunnittelemaan ja toteuttamaan tiedonsiirtoratkaisut, jotka vastaavat sekä nykyisiin että tulevaisuuden tarpeisiin. Oikean teknologian ja toimintamallin valinta varmistaa, että järjestelmä toimii tehokkaasti pitkällä aikavälillä. Orbiksen asiantuntemuksella voidaan välttää turhat riskit ja tehdä siirtymästä hallittu ja kustannustehokas. Palvelumme kattavat:

• Teknologisen asiantuntemuksen – ymmärrämme tuotantoympäristöjen erityistarpeet.
• Oikeat komponenttivalinnat – meiltä saat kaikki tarvittavat kaapelit ja tarjoamme myös esim. transceivereita ja Ethernet-kytkimiä.
• Asennuspalvelut ja huolto – teemme asennustyöt ja varmistamme järjestelmän toimivuuden vuosiksi eteenpäin.

Tutustu myös artikkeliimme Näin rakentuvat tiedonsiirtoratkaisut vaativiin olosuhteisiin, jossa käsittelemme tiedonsiirron merkitystä haastavissa ympäristöissä.

Haluatko lisätietoa juuri teidän tuotantoympäristönne vaatimuksiin sopivasta tiedonsiirtoratkaisusta? Ota yhteyttä Orbiksen asiantuntijoihin ja suunnitellaan yhdessä tulevaisuuden kestävä ratkaisu!