Sakari Pieskä
Esko Sääskilahti
Jari Kaarela
Jari Pihlajamäki
Digiajan tuotantopuisto -hankkeessa Centria aktivoi uusien simulointi-, virtuaali- ja tuotantoteknologioiden kokeilukäyttöä alueen yrityksissä ja organisaatioissa. Yhtenä keskeisenä toteutusmallina olivat TRINITY H2020-hankkeen ja Kilpailukyvyn avaimet (KILKA) -EAKR-hankkeen kanssa yhteistyönä järjestetyt demonstraatiot, työpajat, seminaarit ja webinaari.
Työpajojen aiheina olivat vuosina 2019 ja 2020 yhteistyörobotiikka (cobotit), lisätty ja virtuaalitodellisuus (Augmented and Virtual Reality, AVR) sekä digitaaliset kaksoset. Nämä osoittautuivat kiinnostaviksi aiheiksi yrityksille ja niitä saatiinkin runsaasti mukaan työpajoihin. Yrityksissä uuden teknologian käyttöönotolla pyritään osaavan työvoiman houkuttelemiseen ja pienten sarjakokojen valmistamiseen kustannustehokkaasti. Nämä ovat keskeisiä haasteita, jotta tuotantoa ja työpaikkoja saadaan jatkossa pidettyä Suomessa ja jopa lisättyä koronakriisin jälkeisenä aikana.
Maaliskuun 2020 lopussa päättyneessä Digiajan tuotantopuisto -hankkeessa (Digital Age Production Park, DAPP) tutkittiin digitaaliaikakauden tuotannollisten yritysten kehittämisympäristön toteuttamista. DAPP on yritysten, korkeakoulujen ja yrityskehittäjien yhteenliittymä, jossa alkavat ja toiminnassa olevat tuotannolliset yritykset saavat parhaan mahdollisen kansallisen ja kansainvälisen osaamisen toimintansa kehittämiseen. Pääosa projektin rahoituksesta tuli Euroopan aluekehitysrahastosta (EAKR) Pohjois-Pohjanmaan liiton myöntämänä. Projektin toteuttajina olivat Centria-ammattikorkeakoulu, Oulun yliopisto ja Sievin Teollisuuspuisto Oy. Projekti toteutettiin ns. pajakonseptin avulla ja Centrian tehtävänä hankkeessa oli koordinoinnin lisäksi uusien simulointi-, virtuaali- ja tuotantoteknologioiden aktivointi kokeilukäyttöön alueen yrityksissä kokeilupajan avulla.
Pajakonsepti
Pajatoiminta on uudenlainen tapa tehdä yhteistyötä yliopistojen, ammattikorkeakoulujen, TKI-osaajien, soveltajayritysten, laite- ja ohjelmistotoimittajien, julkisten organisaatioiden ja kuntien välillä. Pajakonseptissa jokaiselle toteuttajaorganisaatiolle jaettiin niiden erikoisosaamisiin liittyvät vastuualueet, joita kutsuttiin osaamispajoiksi. Pajakonseptin tarkoituksena oli tehostaa eri osapuolten välistä kommunikointia ja yhdistää niiden erikoisosaamista. Kotimaisten organisaatioiden lisäksi pajatoiminnalla haluttiin lisätä yhteistyötä myös eurooppalaisten osaajien kanssa. Pajat oli jaettu Centria-ammattikorkeakoululle, Sievin Teollisuuspuisto Oy:lle ja Oulun yliopistolle. Yhtenä tarkoituksena oli integroida Centria-ammattikorkeakoulun tuotantoteknologista osaamista Oulun yliopiston liiketoiminnallisen osaamisen kanssa.
Centria-ammattikorkeakoulu vastasi hankkeessa kokeilupajasta, Sievin Teollisuuspuisto starttipajasta ja Oulun yliopisto businesspajasta. Kokeilupaja keskittyi tulevaisuuden tuotantoteknologioiden kokeilumenetelmiin, simulointeihin ja virtuaalituotannon kehittämiseen. Starttipajan roolina oli toimia rajapintana pajojen ja yritysten välillä ja luoda samalla uudenlaisia yritysten aktivoimiseen ja yhteistyömallien kehittämiseen tähtääviä palveluprosesseja. Businesspajan fokuksena oli liiketoimintamallien luominen, pk-yritysten innovaatiokehittäminen ja kilpailuedun lisääminen. Näihin liittyen tehtiin myös Sievin ja Ylivieskan sekä niiden lähialueiden teollisten pk-yrityksille puolistrukturoituja haastatteluja, joissa käsiteltiin yritysten ajankohtaisia haasteita ja tarpeita liittyen liiketoimintamalleihin ja prosessien kehittämiseen Industry 4.0 -ympäristössä. Haastattelujen ja niiden analysoinnin tulokset raportoitiin Oulun yliopiston tutkimusraportissa (Severinkangas ym. 2020).
Kokeilupajan toimintamallin idea ja toteutus hankkeen aikana
Digiajan tuotantopuisto -hankkeessa toteutettiin ensin kokeilupajan toimintamallin luominen kuvassa 1 esitetyn kokeilupajan perusidean pohjalta.
Kokeilupajan keskeisenä lähtökohtana on kuvan 2 mukaisesti virtuaalisuus sekä tuotekehityksessä että tuotannon käynnistämisessä ja kehittämisessä. Alueen yrityksiä pyrittiin aktivoimaan uuden teknologian käyttöön järjestämällä heille demonstraatioita ja kokeilumahdollisuuksia uusista simulointi-, virtuaali- ja tuotantoteknologioista. Näitä demonstraatioita toteutettiin sekä Centrian laboratoriossa että yritysten tuotantotiloissa. Demonstraatioiden toteutuksiin saatiin useilla kerroilla mukaan myös laite- ja ohjelmistoyrityksiä esittelemään tuotteitaan ja palveluitaan. Kokeilupajan demonstraatioita esiteltiin myös Centrialla vierailleille muiden yliopistojen ja ammattikorkeakoulujen edustajille, toisen asteen opiskelijoille ja heidän opettajilleen sekä julkisen puolen toimijoille.
Demonstraatioita ja kokeiluja
Esimerkkejä kokeilupajan demonstraatioiden aiheista olivat mm. virtuaaliset turvademonstraatiot, 3D-laserskannauksen demonstroinnit tuotteen virtuaalimallinnuksessa, laserkeilauksen demonstrointi tehtaan virtuaalimallinnuksessa (Kuvat 2 ja 3), cobottikokeilut (Kuva 4) sekä digitaalisten kaksosten robottidemonstraatiot (Kuva 5).
Centrian tuotantotekniikan laboratorion VR-turvasovellus rakennettiin lähtemällä liikkeelle aikaisemmin laserkeilatun laboratorion pistepilvestä tehdystä 3D-mallista. Mallia muokattiin virtuaalitodellisuussovellukseen sopivaksi ja siihen liitettiin tietoja mm. roboteista, turvalaitteista ja niiden toimintatavoista. Toteutusympäristönä oli HTC Vive -laitteisto. Turvallisuussovellusten osalta myös verkostoiduttiin VR-turvasovelluksia yritysten kanssa tehneiden ADE Oy:n ja Turun AMK:n kanssa. Nämä saatiin myös mukaan esittelemään toteuttamiaan ratkaisuja huhtikuussa 2019 Collaboration 2019 -seminaariin.
3D-laserskannauksen demonstrointeja tuotteen virtuaalimallinnuksessa tehtiin yhteistyössä paikallisten yritysten ja Centrian KILKA -hankkeen kanssa ja niihin saatiin Centrian monipuolisten skannauslaitteistojen lisäksi myös laitetoimittajia esittelemään uusimpia laitteistojaan. Kuvassa 3 vasemmalla on esimerkki demonstraatiosta, jossa yhteistyöyrityksen tuote 3D-skannattiin Centrian NDI Optotrak –laitteistolla ja sen perusteella saatiin tarkka pistepilvi 3D-mallia varten. Kuvassa 3 oikealla on Centrian Leica Scan Station 2 -laitteisto, jolla laserkeilattiin yhteistyöyrityksen tuotantotiloja ja muodostettiin pistepilven pohjalta tehtaan virtuaalimalli. Virtuaalimallin pohjaksi suunniteltiin ja toteutettiin kokeiluja ensin Centrialla ja sitten toteutettiin laserkeilaus tehtaassa. Virtuaalimallin layout muodostettiin viipaloidusta pistepilvestä käyttämällä Rhinoceros 3D + Mindesk VR CAD –mallinnusohjelmia, joista Centriaa ei tässä tarkoituksessa ollut aiempaa kokemusta.
Potentiaalisia cobottisovelluksia analysoitiin yhteistyössä alueen yritysten ja laitetoimittajien kanssa. Näiden pohjalta tehtiin cobottisovellusten simulointeja, demonstrointeja ja kokeiluja kappaleenkäsittely-, kokoonpano-, tarkastus- ja ruuvaussovelluksissa. Demonstraatioita toteutettiin yhteistyössä Centrian KILKA -hankkeen kanssa ja osassa niistä oli myös opiskelijoita mukana. Kuvassa 4 on esitetty esimerkkejä näistä. Cobottien hyödyntämistä ruuvausta käyttävässä kokoonpanossa tutkittiin myös opinnäytetyössä (Hyvärilä 2020).
Digitaalisten kaksosten osalta selvitettiin yhteistyössä TRINITY H2020 -hankkeen kanssa niiden käyttömahdollisuuksia pk-yrityksissä. Tähän liittyen toteutettiin myös opinnäytetyö (Koskela 2019). Digitaalisissa kaksosissa virtuaalimalliin yhdistetään tarvittavaa dynaamista tietoa ja/tai analysoitua tietoa eri lähteistä, esim. BIM (Building Information Model) –mallinnuksesta, data-analyyseista ja teollisen internetin sensorien ja toimilaitteiden avulla. Data-analyyseissä voidaan hyödyntää tekoälyä muun muassa suurten datamäärien käsittelyssä ja koneoppimisessa.
Kokeilupajan demoissa on luotu virtuaalimallien ja simulointien avulla pohjia digitaalisille kaksosille ja demonstroitu sensoritiedon tuomista ja analysointia. Robottisovelluksissa on kokeiltu myös kerätyn tiedon hyödyntämistä suoraan ohjaukseen. Digitaalisten kaksosten visualisoinneissa on hyödynnetty myös AVR-teknologiaa. TRINITY H2020 -hankkeessa Centria on keskittynyt digitaalisten kaksosten soveltamismahdollisuuksiin robotiikkasovelluksissa. Näissä digitaalisten kaksosten käyttökohteita ovat mm. layout- ja turvasuunnittelu (AVR-teknologia mukana), solujen käyttöönotto, dynaamiset ohjausmuutokset, uudelleen konfigurointi, toiminnan monitorointi sekä huolto (AVR-teknologia mukana). Digitaalisten kaksosten avulla saadaan monia näistä toiminnoista hoidettua etäyhteyksillä. Tämä voi lisätä tuottavuutta yrityksissä vähentämällä matkustustarvetta ja mahdollistamalla esimerkiksi konfigurointimuutoksia ja vikatilanteista toipumista etäyhteydellä toimivan asiantuntijan avulla.
Kuvassa 5 on esitetty TRINITY H2020 -hankkeessa tehtyjä robotiikkasovelluksia, joissa digitaalinen kaksonen on keskeisessä osassa. Sovelluskohteena ko. demonstraatiossa oli lattiaelementin robotisoidun kokoonpanon suunnittelu ja toteutus pilottiympäristössä.
Työpajat DAPP-projektin aikana
Kokeilupajassa järjestettiin DAPP–, TRINITY H2020– ja KILKA-hankkeiden yhteistyönä vuosina 2019 ja 2020 kolme seminaarin ja työpajan yhdistelmää ja yksi webinaari. Collaboration 2019 -tapahtuma keskittyi huhtikuussa mobiili- ja yhteistyörobotiikkaan sekä AVR-teknologian käyttöön turva– ja koulutussovelluksissa (Kuva 6). Tapahtumassa oli yli 60 osallistujaa, joista yli puolet yrityksistä. Osallistuneiden yritysten haastatteluista kävi ilmi, että useimmat yrityksistä olivat miettimässä cobottien käyttöä ja olivat tyytyväisiä esiteltyjen Omronin TM–cobottien, Universal Robotsin UR-cobottien ja turvajärjestelmällä varustetun KUKA KR6 –robotin demoihin. Robottisovellusten helppokäyttöiset ja edulliset suunnittelu- ja simulointiohjelmistot kuten esitelty RoboDK kiinnostivat erityisesti pk-yrityksiä. Myös esitellyt mobiilirobotit (MiR ja Omron LD) kiinnostivat yrityksiä, vaikka useimmilla ei vielä ollut selvää sovelluskohdetta omassa tuotannossaan. AVR-teknologiat ja niiden käyttö turvallisuussuunnittelussa ja koulutuksessa oli uutta useimmille yrityksille, mutta he näkivät ne kuitenkin potentiaalisina teknologioina tulevaisuudessa.
Marraskuussa 2019 yhteistyössä Oulun yliopiston kanssa järjestettyyn Lean myynnissä ja tuotannossa –seminaariin kuului myös AR-työpaja, jossa yhteistyössä Augumenta Oy:n kanssa esiteltiin uusimpia lisätyn todellisuuden teknologioita (Kuva 7). Työpajaan osallistui noin 30 henkilöä pääosin yrityksistä, jotka halusivat selvittää, missä tällä hetkellä teknologia menee lisätyn todellisuuden osalta. Haastatelluista yrityksistä useimmat näkivät AR-teknologialla suurimmat hyödyt saavutettavan kunnossapito- ja asennustehtävissä.
Tammikuussa 2020 noin 270 toisen asteen opiskelijaa opettajineen tutustui kokeilupajan cobotti– ja AVR-demonstraatioihin Centria Connection -tapahtumassa. Maaliskuussa 2020 oli tarkoitus järjestää digitaalisia kaksosia käsittelevä seminaari ja työpaja, joihin saatiinkin korkeatasoinen esiintyjäjoukko digitaalisen kaksosten soveltajayrityksistä. Seminaarin esitteeseen oli suunniteltu jo ennen koronarajoituksia kysymys: “missä mennään ja mitä tulevaisuus tuo tullessaan”. Koronatilanteen vuoksi tuo konkretisoitui ja tapahtuma vaihtui Digital Twins 2020 –webinaariksi (Kuva 8). Aihealue kiinnosti yrityksiä kovasti, sillä webinaariin saatiin yli 170 osallistujaa, joilta saatu palaute webinaarin annista oli poikkeuksetta kiittävää. Centriaa myös kiiteltiin rohkeudesta järjestää kyseinen webinaari ajankohtana, jolloin tapahtumat toisensa jälkeen tuntuivat peruuntuvan, kun rajoitukset, lomautukset ja irtisanomiset kylvivät epävarmuutta ja passiivista mielialaa.
Kokeilupajan yhtenä tehtävänä DAPP-hankkeen tutkimussuunnitelmassa oli myös kansallisten ja eurooppalaisten osaamisverkostojen Open Call -hakujen hyödyntäminen. Tämän osalta välitettiin yrityksille tietoa käynnissä olevista ja suunnitelluista Open Call -hauista. Yritysten kanssa tehtiin yhteistyötä varsinkin TRINITY H2020 -hankkeen avoimessa haussa, jossa pk-yrityksillä tai 1-3 yrityksen konsortiolla oli mahdollisuus saada jopa 300 000 euron rahoitus kehittämishankkeelleen. Tähän hakuun saatiinkin TRINITY-, DAPP- ja KILKA-hankkeiden yhteistyönä puolikymmentä alueen yritystä mukaan. Päätökset mahdollisista rahoituksista tehtäneen toukokuun 2020 aikana.
Lähteet:
Hyvärilä, J. 2020. Yhteistyörobottien hyödyntäminen ruuvausta käyttävässä kokoonpanossa. Opinnäytetyö, Centria-ammattikorkeakoulu, Tuotantotalouden koulutusohjelma. Saatavilla: http://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202002092185.
Koskela, M.-M. 2019. Digitaalisten kaksosten mahdollisuudet pk-yrityksille. Opinnäytetyö, Centria-ammattikorkeakoulu, Tuotantotalouden koulutusohjelma. Saatavilla: http://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019121927616.
Severinkangas, H., Kauppila, O., Majava, J., Kess, P., Khan, I., Sääskilahti, E., Pieskä, S., Pudas, J. & Mickos, A. 2020. Valmistavan teollisuuden pk-yritysten matka kohti neljättä teollista vallankumousta – toimijoiden haasteiden ja tarpeiden kartoittaminen. Tutkimusraportti sarjassa Tuotantotalouden tutkimusraportteja. Oulu yliopisto. Saatavilla: http://urn.fi/urn:isbn:9789526225821.
Verronen, H. 2019. Robottiosaaminen nousee Ylivieskan alueen yrityksillä Centrian uudella hankkeella. Centria luo Ylivieskassa uudenlaista robottiosaamista. Kalajokilaakso-lehti 23.1.2019. s. 3, 6.
Esko Sääskilahti
Kehittämispäällikkö
Centria-ammattikorkeakoulu
Jari Kaarela
Lehtori (tuotantotalous)
Centria-ammattikorkeakoulu
Jari Pihlajamäki
TKI-kehittäjä
Centria-ammattikorkeakoulu
Sakari Pieskä
Tutkimusyliopettaja
Centria-ammattikorkeakoulu
p. 044 449 2564
