− Paljon puhutaan kaksoismurroksesta, vihreästä siirtymästä ja digitaalisuudesta. Korkeakoulut ja tutkimuslaitokset haluavat auttaa suomalaisia yrityksiä olemaan voittajia tässä murroksessa, painottaa Mika Ijas, TAMKin autotekniikan yliopettaja ja tutkintovastaava.
Hän kertoo, että Sustainable Industry Ecosystem (SIE) -hankkeessa luodaan palveluja ja pilottilinjoja eli avoimia ympäristöjä testailuihin ja kokeiluihin. Suomen Akatemian rahoittamassa hankkeessa ovat mukana Tampereen yliopisto, TAMK, VTT, LUT-yliopisto ja Vaasan yliopisto. Myös muiden kansallisten toimijoiden pilottilinjoja sekä vihreitä ja digitaalisia työkaluja on kartoitettu.
− Keräämme pilottilinjoja ja työkaluja yhteen, jotta saamme ne täyteen toimintaan. Teemme ne näkyviksi ja helpommin saavutettaviksi ja löydettäviksi. Muotoilemme niille myös yhteisen käyttöpolitiikan.
TAMKin FieldLab on tarkoitettu yhteistekemiseen
SIE-hankkeen roadshow’ssa Tampereella reilut 20 osallistujaa kuuli mm. 3D-tulostukseen liittyvistä digitaalisen suunnittelun ja valmistuksen työkaluista sekä Teollisuus 4.0:n mukaisesta datan keräämisestä ja käytöstä. Seminaari pidettiin TAMKin FieldLabissa, joka on monenlaiseen käyttöön soveltuva opetustila.
− Pk-yritykset käyvät täällä kokeilemassa ja testaamassa, ja lisäksi teemme erilaisia hankkeita. Meillä on tuoreita ja kyvykkäitä laitteita eri toimittajilta. Niistä saadaan paljon hyödyllistä dataa. Tutkimme, miten data liikkuu ja miten se saadaan virtaamaan synkronoidusti laitteilta tietokantaan Teollisuus 4.0:n hengessä.
TAMKissa on tutkittu ja edistetty suurten kappaleiden 3D-tulostusta jo useita vuosia.
”Esittelimme 3D-tulostamalla tehtyä parimetristä siltaa Porin asuntomessuilla vuonna 2018, ja sen jälkeen kiinnostus on vain kasvanut”, Ijas toteaa.
Pilottilinjat sekä vihreät ja digitaaliset työkalut tukevat innovaatioiden syntymistä ja jakamistaloutta
Professori Antero Kutvonen Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta kertoo, miten työkalujen kerääminen on lähtenyt liikkeelle ja miten tutkimusinfrat voivat toimia palveluina.
− Kansallisesti meillä on monia tutkimusympäristöjä, jotka eivät ole kovin helposti löydettävissä, ja niitä ei markkinoida riittävästi. Yritysten on erityisen hankalaa löytää muita kuin omalla alueellaan toimivia infroja. Haluamme tähän parannusta sekä vauhdittaa samalla pieniä ja keskisuuria yrityksiä digitalisoimaan toimintaansa. Kokeilu- ja kehittämisympäristöt on nyt kartoitettu. Teemme niistä avoimen luettelon, josta voi etsiä omalle yritykselle soveltuvaa ympäristöä. Lomakkeen täyttämällä saa lisätietoa käytöstä ja hinnoista.
Kutvosen mukaan esikaupalliset tutkimus- ja kehittämisympäristöt mahdollistavat tekemisen kokeilemalla. Työkalut sisältävät kestävään kehitykseen ja digitalisaatioon keskittyviä palveluja. Ne ovat enenevässä määrin virtuaalisia ja digitaalisia, ja myös niiden skaalattavuus ja etäkäyttömahdollisuudet lisääntyvät.
”SIE-hankkeessa keskitymme energiateollisuuteen ja valmistavaan teollisuuteen”, kertoo professori Antero Kutvonen.
− Esimerkiksi LUT-yliopiston ja LAB-ammattikorkeakoulun LUTERGO-kokeiluympäristössä edistämme liikkuvien työkoneiden käytettävyyttä uudella tavalla. Monet kehittämisinfrat ovat osan ajasta vajaakäytöllä. Avaamalla ne entistä laajemmin, läpinäkyvämmin ja edullisesti yritysten käyttöön tuemme myös jakamistaloutta.
Teollisuuden digitalisaatio etenee vauhdilla, ja digitaalisten komponenttien lisäämistarve yritysten valikoimiin kasvaa.
− Näemme, että kokeiluille ja oppimiselle on vahvasti tilausta, sillä yrityksissä ei välttämättä ole vielä riittäviä digitalisaatioon liittyviä osaamisia. Opimme tässä myös itse, ja työtä on tarkoitus jatkaa hankkeen päättymisen jälkeenkin mm. kansallisen Sustainable Industry X (SIX) -aloitteen kanssa. Kattava luettelo tarjolla olevista kokeiluympäristöistä julkaistaan myöhemmin tänä vuonna, Kutvonen toteaa.
Kokemuksia Teollisuus 4.0 mukaisesta datan keräämisestä ja käytöstä
TAMKin tietotekniikan lehtori Kari Naakka taustoittaa Teollisuus 4.0:n mukaista datan keräämistä ja käyttöä. FieldLabissa on esillä myös opiskelijoiden valmistamia demoja. Datalla saadaan lisäarvoa, mutta sen saaminen ja hyödyntäminen on usein mutkikkaampaa kuin miltä prosessikaavioissa näyttää. Tämä on havaittu yrityksissä konkreettisesti.
− Tieto kulkee, mutta sen jalostaminen ja hyödyntäminen voi olla mutkien takana. Tiedonsiirtoväylät ovat nykyään jo älykkäitä, mutta tieto on eri muodoissa ja eri tasoilla erilaisissa järjestelmissä. Laitetoimittajan laitteet ovat usein Teollisuus 4.0:n mukaisia omana järjestelmänään, mutta kun useiden järjestelmätoimittajien laitetietoa halutaan yhdistää ja jalostaa, tulee ongelmia datan lähteissä, rajapinnoissa ja ohjauksessa, Naakka muistuttaa.
− Koodinpätkillä ja visualisoimalla dataa voidaan yhteismitallistaa, ja aika on myös yhdistävä tekijä Lisäksi pitää määritellä, mitä datasta halutaan tietää, onko data ok, ja sisältääkö se asioita, joita halutaan mitata.
3D-tulostamalla pieniä komponentteja, pientaloja ja betonia
TAMK FieldLabin toista pilottilinjaa ja sen kyvykkyyksiä esittelee konetekniikan lehtori Jere Siivonen. Hänen mukaansa 3D-tulostus otti vuoden 2010 jälkeen ison loikan ja kasvu jatkuu vahvana erityisesti pienempien tulostettavien komponenttien osalta. Suurten kappaleiden 3D-tulostus kiinnostaa erityisesti huonekalu- ja talonrakennusteollisuutta. Maailmalla on 3D-tulostettu kokonaisia pientaloja.
”Yli puolet tulosteista menee prototyyppeihin yritysten sisäiseen käyttöön.”
− Meitä kiinnostavat tuotannon apulaitteet eli ei-myyntiinmenevät komponentit. Muottiteknologia ja valaminen ovat vahvoja kehityssuuntiamme, ja myös betonitulostuksen parissa on tehty töitä, Siivonen taustoittaa.
FieldLabissa käytetään robotisoitua tulostusta ekstruuderiratkaisulla, jossa on teollisuusrobotti ja viiden metrin pituinen rata. Mittaluokan kasvaessa lisääntyvät myös muuttujat ja sitä myötä haasteet. Isoissa tulostettavissa muovimateriaaleissa rakenteen pitää olla jäykkä ja kestävä.Siivosen mukaan ekstruuderitulostuksesta saadaan validia dataa, ja siten voidaan rakentaa lisäarvoa.
− Voimme tuottaa dataa myös muille videoiden ja kuvien avulla. Olemme tulostaneet mm. muotoilijan suunnitteleman vesipelastuskelkan, mallinukkeja ja tehneet paljon erilaisia taideprojekteja ja teollisia projekteja. Materiaaleja voi myös värjätä ja tehdä niille erilaisia pinnoituksia. Seuraavaksi kehitämme digitaalisen kaksosen. Testaamme mm. uusia kierrätettäviä materiaaleja, esimerkiksi biopohjaisia komposiitteja. Kiinnostavimpana uutuutena meillä on ei-tasomainen viipalointi.
Miten 3D-tulosteita pitäisi suunnitella?
TAMKin muita digitaalisia työkaluja, topologian optimointia ja prosessisimulointia, esittelee konetekniikan lehtori Mikko Ukonaho. Hänen mukaansa 3D-tulostuksessa tuotteen geometrialla ei ole merkitystä.
− Aikaa ja materiaalia menee sen verran, kuin mitä sitä on tuotteessa. Tulostus vaatii usein tukirakenteita ja jälkikäsittelyä, josta syntyy hukkaa. Materiaalit ovat anisotrooppisia erityisesti muovimateriaaleissa. Kappaleet voivat kääntyillä tulostuksen aikana ja sen jälkeen.
Topologiaoptimoinnissa algoritmi rouskuttaa ja tekee ensimmäisen CAD-designin.
− Suunnittelijan pääkoppaa, laskentaa sekä rakenteiden ja muodon optimointia tarvitaan sen jälkeen. Topologian optimoinnissa on tarkoitus optimoida rakenne sellaiseksi, että materiaalia on juuri oikeissa paikoissa. Lopputuloksena saadaan monimutkaisia ja futuristisiakin muotoja, joita on hankala valmistaa perinteisillä menetelmillä. Tässä 3D-tulostus nousee arvoonsa, Ukonaho kertoo.
Hän muistuttaa, että optimoinnissa pitää huomioida monia asioita ja rajoitteitakin löytyy.
− Meiltä TAMKista löytyy myös metallitulostin pienten kappaleiden tulostukseen. Meitä kiinnostavat erityisesti suunnittelutyökalut, jotka eivät vaadi materiaaliosaamista vaan jotka mekaniikkasuunnittelijakin voisi tehdä. Odotamme tähän innokkaita osallistujia ja demoilijoita mukaan.
Vihreät innovaatiot vaativat lisää osaamista
Apulaisprofessori Ahm Shamsuzzoha Vaasan yliopistosta kertoo aloitteesta, jossa tutkitaan vihreiden innovaatioiden vaatimien taitojen parantamista ja kasvattamista. GreenoVEt-hankkeessa on tutkittu sitä, miten innovaatioita voidaan tehdä entistä ympäristöystävällisemmällä tavalla, millaisia taitoja tähän tarvitaan ja ollaanko yrityksissä valmiita.
− Olemme koonneet pienten ja keskisuurten yritysten vihreän siirtymän mukaisia teknisiä, operatiivisia ja geneerisiä tarpeita, jotta yrityksiin saadaan koulutettua lisää vihreiden innovaatioiden asiantuntijoita. Opetus voitaisiin keskittää ammatilliseen osaamiskeskukseen, joka tarjoaisi yrityksille koulutusta, palveluja, opinnäytetöiden ja diplomitöiden tekijöitä. Osaamiskeskus voisi tarjota myös ammattitaitoista työvoimaa, korkeakoulujen tutkimus- ja kehitysympäristöjä ja seminaareja.
Hankkeessa on kehitetty myös GreenoVET-työkalu, jonka avulla yritykset voivat arvioida omaa vaihettaan ja kehityskulkuaan innovaatioiden kehittämisen suhteen.
− Haluamme kansainvälistää strategiaa ja edistää opiskelijoiden, opettajien, kouluttajien ja johtajien kansainvälistä liikkuvuutta. Samalla kestävät kumppanuudet vahvistuvat, yhteiskunnat avautuvat, tieto ja osaaminen siirtyy ja vihreät innovaatiot lisääntyvät, Shamsuzzoha summaa.
Pilottilinjat tuovat lähemmäs ihmisen ja robotin välistä yhteistyötä
− Avoimet tutkimus- ja kehittämisympäristöjen eli pilottilinjojen takana on pedagogista ja didaktista pohdintaa mm. siitä, millaista osaamista tarvitaan valmistavassa teollisuudessa, ja mitä yritysmaailma ja opiskelijat tarvitsevat, muistuttaa Jyrki Latokartano Tampereen yliopistosta.
Pilottilinjoja kehitettäessä pitää huomioida, mitä tulevaisuuden alustoilta toivotaan. Laitteistojen osalta kehitystyössä mennään ongelmanratkaisukyky ja tekemällä oppiminen edellä.
− EU-tasolla on tästä erilaisia suunnitelmia. Tällä hetkellä kehitystä tehdään fyysisissä kokeiluympäristöissä, ja jatkossa virtuaalisiakin ympäristöjä rakennetaan enemmän. Rakennamme sellaisia ympäristöjä, joissa valmistavan teollisuuden osaamistarpeita voidaan kehittää. Julkaisut, kandityöt ja väitöskirjat tarjoavat yrityksille uusia ideoita ja opiskelijat näkevät, miten asioita oikeasti tehdään. Saamme käytäntöä teorian kylkeen.
”Opiskelijoille tuodaan robotit näkyviin mahdollisimman aikaisessa vaiheessa opintoja.”
Latokartano kertoo Tampereen yliopiston RoboLabista, joka lähti liikkeelle opiskelijoiden tarpeesta. Raskaampi lähestymistapa on Tampere HRC Pilot Line, ihmisen ja robotin yhteistyöympäristö korkeakouluille ja yrityksille.
– Siellä opetamme, tutkimme ja teemme testejä yrityksille. Tutkimme myös sitä, miten isojen robottien kanssa työskentelyä saadaan joustavammaksi ja käytettävämmäksi esimerkiksi virtuaalitodellisuuden ja lisätyn todellisuuden tekniikoilla.
”Visiomme on haastaa ja edistää muutosta”
Teknologiajohtaja Antti Väätäinen VTT:ltä toteaa tutkimuslaitoksen panostavan uuteen Smart Manufacturing -teknologia-alustaan. Alusta kattaa teollisuusrobotiikan, robotiikan, yhdistetyn todellisuuden, träkkäysteknologiat ja niiden yhdistelmät. Alusta tukee ihmisen ja robotin vuorovaikutusta ja yhteistoimintaa.
– Kestävä kehitys, ekologisuus, ilmastonmuutos ja materiaalien entistä tehokkaampi käyttötarve vaikuttavat myös valmistukseen. Perinteinen tehdasajattelu ei enää toimi, hän alleviivaa.
Väätäisen mukaan korona-aika osoitti, että tuotantoketjut voivat vaikeutua. Materiaaleja ei valmisteta suuria määriä vaan joustavasti, tarpeen mukaan. Kolmantena merkittävänä tekijänä on työvoiman saatavuus ja etenkin uuden sukupolven houkutteleminen teollisuuden pariin.
– Meidän pitää pohtia, miten työ muuttuu lähivuosina entistä ergonomisemmaksi, turvallisemmaksi ja innostavammaksi. Visiomme on haastaa ja edistää muutosta, löytää konkreettisia työkaluja ja etenemistapoja unohtamatta isoa kuvaa, pieniä ja keskisuuria yrityksiä ja julkisia toimijoita.
Teksti ja kuvat: Hanna Ylli