Älykkäiden teknologioiden ja integraatioiden käyttö laajenee työkoneissa – Tampereen korkeakouluyhteisö tukee pk-yritysten TKI-työtä
Pirkanmaan liiton rahoittaman hankkeen aikaikkuna on ollut lyhyt, mutta kehitystyötä ja investointeja on tehty hartiavoimin. Hyödyt kertautuvat pk-yrityksiin. Pirkanmaan sähköisten, älykkäiden ja liikkuvien työkoneiden selvitys on saatu valmiiksi. Tampereen ammattikorkeakoulun sähkölaboratorioon on hankittu lisää akkukapasiteettia, ja kone- ja autolabraan testialustaksi Avantin pienkuormaaja. Tampereen yliopiston Hervannan kampuksella oleva demonstraatiotestialusta on laajentunut ja sen kyvykkyyksiä on vahvistettu.
– Olemme demonneet tuloksia yrityksille sekä esitelleet heille edistämiämme testaus- ja kokeiluympäristöjä. Laitteistohankintoja on ollut haastava saada maaliin, sillä komponentttien toimitusajat ovat olleet nyt poikkeuksellisen pitkät. Paljon on kuitenkin tapahtunut, sanoo projektipäällikkö Mika Ijas TAMKista.
Sähköisen työkoneen testialustana toimiva Avant e6 on mielenkiintoinen työkonealan yrityksille
Hydrauliikkaa ja sähköä yhdistävä Avant e6 on uudenlainen työkone kokoluokassaan myös sen valmistajalle. Perinteisen työkoneen voimalähteenä toimii polttomoottori, joka tässä on korvattu sähköisellä voimalinjalla. Ajovoimansiirto ja työhydrauliikka on toteutettu sähkömoottorilla ja hydraulipumpulla.
– Joitakin demoja kuormaimella on jo tehty. Selvitimme myös Avantin työhydrauliikan voimansiirtolinjan hyötysuhdetta. Hydraulijärjestelmä on hyvin suunniteltu, mutta pienissä tehoissa hyötysuhde ei ole isossa roolissa. Mielenkiinnolla katsomme, mitä kaikkea voimme tehdä sillä jatkossa yhdessä yritysten kanssa, Ijas sanoo.
Teollisuusteknologian lehtori Marko Rantonen arvostaa kuormaimen monikäyttöisyyttä työkoneiden ja sähköisten voimansiirtolaitteiden tutkimisessa. Työkoneen liikkumisen mekaaniset ohjaukset on korvattu sähköohjauksilla. Tutkimusta ja testausta varten TAMKissa on toteutettu oma ohjausjärjestelmä, joustava rajapinta ja operaattorin kauko-ohjaus. Työkoneeseen asennettiin laitteisto GPS-reitin seuraamisen tutkimiseen ja kehittämiseen, ja se on siirrettävissä muihinkin laitteisiin.
– Avantilla voi verifioida ja testata myös erilaisia työsyklejä. Järjestelmän laajentaminen mahdollistaisi sensoridataa, valvontaa, data-analytiikkaa ja vikadiagnostiikkaa. Lisäksi voidaan tutkia käyttökohteita sisätiloissa, vaikeakulkuisessa maastossa ja labrassa. Mielenkiintoista olisi tutkia konekohtaisten säätöparametrien vaikutusta käyttäjäkokemukseen, erilaisten käyttötapausten koekäyttöä ja havainnointia.
TAMKin sähkölabrasta löytyy akku- ja hybridijärjestelmiä yritystenkin kehitystarpeisiin
Tekniikan aloilla perusilmiöt linkittyvät yhteen. Energiamurros, liikenteen sähköistyminen ja digitalisaatio ovat nostaneet hankkeessa toteutettuja kokonaisuuksia erittäin ajankohtaisiksi teemoiksi. Mediassa näkyvyyttä saa liikenteen sähköistyminen ja akustojen kehitys. Näiden alojen rahoitukseen panostetaankin nyt merkittävästi.
Tuntiopettaja Sami Heikkilä kertoo, että hankkeen ansiosta sähkölaboratorioon on hankittu moderni akustojärjestelmä ja muitakin avainelementtejä. Komponenttien toimitus- ja saatavuusviiveet ovat viivästyttäneet valmistumista. Akusto on avaintekijä, kun laboratorion kyvykkyyttä kehitetään ajanmukaisia tarpeita vastaavaksi.
– Voimme nyt läpikäydä laajasti erilaisia voimalinjojen tasasähköpiirien ilmiöitä, tekniikkaa ja järjestelmäintegraatioita sekä mallintaa yksittäisiä sähköisiä perusilmiöitä. Sovelluksia on useita; mm. erilaiset DC-komponentit ja akkutekniikat, sähköisten voimalinjojen käyttö ajoneuvoissa ja niiden integraatiot muihin sähköjärjestelmiin.
Aiemmin toteutettu mobiilienergiavarastohanke loi kyvykkyyksiä ja osaamista, ja mahdollisti akuston toteuttamisen sähkölaboratorioon. Laboratorioympäristöön integroitu akkujärjestelmä on rakenteeltaan myös mobiili. Sen voi tarjota irrotettavana kokonaisuutena tutkimus- ja kehityshankkeisiin pk-yrityksille. Järjestelmien integrointi mahdollistaa erilaisten järjestelmien ristiin kytkennät, uudet sovellukset ja demot sisätiloissa.
Heikkilä kertoo, että vankka perusosaaminen ja kehittyvä sähkölaboratorio vastaavat uusiin energiamurroksen osaamisvaatimuksiin. Uudet älykkäät tekniset ratkaisut voi integroida keskenään.
– Pystymme tarjoamaan yrityksille digitaalisen, verkottuneen ympäristön monipuolisiin sähköteknisiin töihin. Pääsemme laajentamaan myös opiskelijoiden näkökulmaa kohti integroitua ajattelutapaa, sillä sitä tarvitaan entistä laajemmin tulevaisuudessa.
Tampereen yliopisto on kehittänyt integraatiota ja kyvykkyyksiä
Tampereen yliopiston automaation tietoturva-asiantuntija Jari Seppälä kertoo, että yliopiston osalta hankkeessa on kehitetty labraympäristöjen laskentaa ja tietoliikenneinfrastruktuuria. Radiorajapintaa ja runkoverkon kyvykkyyttä on kasvatettu vastaamaan yhä tietonälkäisempiä sovelluksia. Laboratorioiden yhteiskäyttö, hallinnollinen ketteryys ja turvallisuus ovat olennaisia.
– Meillä on korkeakouluyhteisön laajuinen Dependable Systems CyberLabs -konsepti, jota olemme kehittäneet pitkäjänteisesti. Voimme käyttää labraympäristöjä yhdessä ja oppilaitosrajat ylittävästi monenlaiseen tekemiseen. Emme tee kaupallista labratoimintaa, vaan labrat ovat meidän päivittäinen työvälineemme opetukseen ja tutkimukseen. Edistämme asioita yliopiston sisällä sekä TAMKin, muiden korkeakoulujen ja yritysten kanssa.
eSmart Machines -hankkeessa Tampereen yliopistossa on keskitytty yhdistettävyyteen. Seppälän mukana tarkoituksena on tehdä jotain isompaa kuin mitä yksittäiset labrat tarjoavat. KyLÄ-hankkeessa luodun innovaatioalustan tarjoamaa perustaa, pk-sektorille soveltuvia käytäntöjä ja käyttötapauksia laajennettiin hankkeessa uudelle toimialalle.
– Tässä hankkeessa kohdensimme kyvykkyyksiämme älykkäiden liikkuvien työkoneiden puolelle. Laajensimme 5G-tutkimusverkkoa mmWave-alueelle, mikä mahdollistaa suurempien tietomäärien reaaliaikaista siirtoa. Meillä on Hervannassa liikkuvien koneiden testikenttä, jossa voimme mitata asioita ja viedä datan suoraan laskentaklusteriin ilman kaupallisia välikäsiä. Tämä mahdollistaa myös verkon huomioivan optimoinnin, koska meillä on suodattamaton näkymä myös 5G-verkon toimintaan osana automaatiosovelluksia.
Seppälä kehuu yhteysnopeuksia ja uutta, kotiverkkoa tehokkaampaa millimetrialueen 5G-verkkoa.
– Millimetrialueen tietoliikenneratkaisu tarjoaa rajatulla alueella kyvyn demota uusia sovelluksia. Lisäksi päivitimme tutkimusverkon runkoverkon kapasiteettia. Se on toinen hankkeen oleellisista aikaansaannoksista; nyt voimme tuoda saman reaaliaikaisen ja suuren tietomassan Hervannassa eri paikkoihin ja labroihin. Kiire tuli hankkeen kanssa, sillä tietoteknisten laitteiden saatavuusviiveet ovat meilläkin olleet yllättävän pitkiä; suurimmillaan jopa 1,5 vuotta.
Seppälän mukaan oleellista on se, että sama konsepti laajenee toisessa hankkeessa Hervannan sähköenergiatekniikan laboratorioon. Laitteet ja konseptit ovat identtisiä, joka mahdollistaa eSmart Machines -hankkeen tekemisen monistamisen uuteen hankkeeseen.
Reuna- ja pilvilaskentaa voi yhdistää testialustan 5G-verkon avulla
Klusterissa on laskentakapasiteettia, ja älykkäissä työkoneissa voidaan hyödyntää sekä pilvilaskentaa että reunalaskentaa. Reunalaskennasta on useita höytyjä työkoneissa, muun muassa pienempi tiedonsiirtoviive, pienempi alttius suuren verkon häiriöille, tehokkaampi laskentaresurssien käyttö ja langattomuus. Verkon reunalla teollisuusreitittimissä ja -kytkimissä voidaan tehdä laskentaa. Älykkääseen työkoneeseen kyetään asentamaan langatonta tiedonsiirtoa käyttävä teollisuusreititin.
Pilvilaskennan etu on monimutkaisempi laskenta ja se, että dataa voidaan kerätä ja hyödyntää enemmän. Koneoppiminen yksityisessä pilvessä on huomattavasti nopeampaa.
– Pilvilaskenta toimii aktiivisen analyysin tukena. 5G-verkko mahdollistaa oppimisen, ja tehokkaat serverit mahdollistavat kompleksisemman laskennan. Koneoppimisen malleja käytetään esimerkiksi höyryn tunnistamisessa, ja malleja saadaan tuotua reunalaskennan laitteille, kertoo tutkimusapulainen Ari Kukkaro Tampereen yliopistosta.
Hänen mukaansa 5G-verkko mahdollistaa sen, että tietoa voidaan siirtää nopeammin ja samanaikaisesti eri laitteilta. Verkko mahdollistaa myös laskentaresurssien vapaamman hajauttamisen eri yksiköiden välillä ja hajautetun koneoppimisen.
Korkeakouluyhteisössä voidaan mallintaa yhteiskunnan monia toimintoja. Se tarjoaa demomahdollisuuksia pk-sektorille, ja on hyödyllistä myös opiskelijoille.
Tampereen ammattikorkeakoulun ja Tampereen yliopiston eSmart Machines -yhteishankkeessa rakennettiin sähköisille ja älykkäille liikkuville työkoneille ja hyötyajoneuvoille tutkimus-, kehitys-, innovaatio- ja demonstraatiotestiympäristö. Yritykset voivat käyttää, testata ja kehittää älykkäitä, päästöttömiä ratkaisuja konkreettisesti. Hankkeen toteutusaika oli 1.8.2021–31.8.2023, ja sitä rahoitti Pirkanmaan liitto EU:n Kestävää kasvua ja työtä 2014–2020 Suomen rakennerahasto-ohjelmasta.
Vieraile Dependable Systems Cyberlabs -verkkosivuilla.
Tutustu myös Enervara- ja KyLa-hankkeisiin.
Teksti ja kuvat: Hanna Ylli
