Sakari Pieskä
Jari Kaarela
Tero Kaarlela
Jari Mäkelä
Hannu Puomio
Timo Rahja
Kilpailukyvyn avaimet (KILKA) EAKR-hankkeessa Centria aktivoi demonstraatioiden avulla digitalisaation ja uusien teknologioiden kokeiluja ja käyttöönottoa alueen yrityksissä ja organisaatioissa. Esimerkkeinä demonstroiduista teknologioista olivat robotiikka, yhteistyörobotit (cobotit), simulointi, lisätty ja virtuaalitodellisuus (Augmented and Virtual Reality, AVR), 3D-mittaus, -skannaus ja -tulostus, konenäkö, RFID sekä audiomittaukset. Keskeisinä toteutustapoina olivat em. yritystarpeiden analysointien pohjalta tehtyjen demojen lisäksi Centrian muiden hankkeiden (H2020 TRINITY, EAKR Digiajan tuotantopuisto, EAKR KÄYPI ja ESR NYT I4.0) kanssa yhteistyönä järjestetyt työpajat, seminaarit ja webinaarit. Työpajojen aiheina olivat vuosina 2019–2021 robottihitsaus, yhteistyörobotiikka (cobotit), 3D-skannaus, AVR, ja 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.
Centrian innovatiivinen KILKA-tiimi sai aktivoitua suuren joukon yrityksiä mukaan hankkeeseen. Yritysanalyysejä tehtiin 30 yrityksen kanssa ja niistä johdettuja uuden teknologian, simulointien ja digitalisaation demonstrointeja tehtiin lähes kolmekymmentä. KILKA-hanke onnistui aktivoimaan yritysten lisäksi myös opiskelijoita hanketoimintaan: yli 20 opiskelijaa osallistui projektin toteuttamiseen opinnäyte- tai projektitöidensä kautta. Esimerkkejä KILKA-hankkeen aihealueen yritystarpeisiin liittyneistä opinnäytetöistä löytyy artikkelin lopussa olevasta lähdeluettelosta.
Projektin toteutusaika oli 1.9.2018–31.5.2021. Hankkeen hallinnoinnista vastasi Raahen Seudun Kehitys. Sen lisäksi toteuttajaorganisaatioina olivat Centria-ammattikorkeakoulu Oy, Oulun ammattikorkeakoulu Oy ja Nivalan-Haapajärven seutu NIHAK ry. Pääosa projektin rahoituksesta tuli Euroopan aluekehitysrahastosta (EAKR) Pohjois-Pohjanmaan liiton myöntämänä.
Demonstraatioita, simulointeja ja kokeiluja
Centrian vastuualueina KILKA-hankkeessa olivat tuotannonkehitys, joustava piensarjatuotanto ja verkostot sekä digitalisaation kiihdyttäminen. Näihin liittyen hankkeen aikana tehtiin selvityksiä, simulointeja ja demonstraatioita mm. seuraavilla aihealueilla: konenäön sovellukset, robottien ja cobottien simuloinnit ja -kokeilut, 3D-mittaus, -skannaus ja -mallinnus, 3D-muovitulostus ja metallin 3D-tulostuksen jatkokäsittelyn kehittäminen, layout-suunnittelu sekä materiaalivirtojen ja tuotannon simuloinnit, koneiden resurssointi ja työkaluhallinta, lisätty ja virtuaalitodellisuus (AVR-teknologia) sekä pituus-, kiihtyvyys- ja audiomittaukset ja niiden visualisoinnit.
Konenäkö tuotantosovelluksissa
Konenäkötarkastuksen ja sen valaistuksen vaihtoehtojen vertailua ja kokeiluja tehtiin yhden ja kahden kameran järjestelmillä (Kuva 1). Yritys jatkoi tarkastusjärjestelmän toteuttamista tuotantoonsa omana yritysprojektinaan hyödyntäen demoista saatuja kokemuksia.
Konenäköä hyödynnettiin myös yritystarpeisiin pohjautuneissa kuvan 1 robotti- ja cobottidemoissa: keskellä on konenäköpohjaisen laadunvalvonnan ja asennuksen demo Universal Robotin UR3-cobotin ja SICKin kameran avulla. Oikealla kohteena oli ABB IRB 4400 -robotin paikannusdemo lasinkäsittelyn sovelluksessa Omronin konenäön avulla.
Robottien ja cobottien simulointidemot ja kokeilut tuotantosovelluksissa
Robottisimuloinnin ja etäohjelmoinnin mahdollisuuksia demonstroitiin usealle yritykselle, aihealueina mm. robottihitsaus, robotisoitu hiekkapuhallus, kappaleenkäsittely ja työstökoneen palvelu (Kuva 2). Aiheisiin liittyi useita yritystarpeisiin liittyneitä projekti- ja opinnäytetöitä (Hyvärilä 2019, Nivala 2020 ja Hiltula & Pahkala 2020), Myös robotiikan turvaratkaisuja demonstroitiin ja robottisolun turvallisuustarkasteluihin ja riskien arviointiin tehtiin opinnäytetyö (Siironen 2021). Cobottien mahdollisuuksia demonstrointiin usealle yritykselle robottisimuloinnin ja kokeilujen avulla, aihealueina mm. kappaleenkäsittely ja kokoonpano cobotilla, kierteytys ja ruuvaus työstökoneen palvelu cobotin avulla (Kuva 3). Yritykset harkitsevat robottien, cobottien ja simuloinnin tai etäohjelmoinnin käyttöä tulevaisuudessa.
3D-skannauksen ja -mallinnuksen demot
3D-skannauksen demoissa esiteltiin, miten skannaustapahtuma toteutetaan ja miten saatua pistepilveä voidaan hyödyntää kappaleiden mallintamisessa (Kuva 4) tai valmistustarkkuuden tarkasteluissa (Kuva 5). Demoja toteutettiin sekä Centrian että laitetoimittajien toimesta useille yritysedustajille. Demojen pohjalta yritykset harkitsevat 3D-skannauksen käyttöä joko ostopalveluna tai omana laitteen hankintana; ensimmäinen 3D-skannerin hankinta yritykseen tehtiin jo projektin aikana. Myös Centria hankki projektin aikana kuvassa 4 oikealla näkyvän langattoman Artec Leo 3D-skannerin
3D-muovitulostus ja metallin 3D-tulostuksen jatkokäsittelyn kehittäminen
3D-tulostukseen liittyviä demoja toteutettiin Centriassa useille yrityksille, ja niistä on esimerkkejä kuvassa 6. Demojen aiheina olivat mm. käänteissuunnittelun pohjalta modifioitu auton ralliversion vaihteensiirtäjä (3D-tulostettu malli), 3D-tulostuksen hyödyntäminen jäänhoitokoneen mallisarjan valmistuksessa sekä muovisten miniosien valmistus ainetta lisäävän (3D-tulostus) ja ainetta poistavan menetelmän (CNC) yhdistelmällä. Yritykset harkitsevat jatkossa 3D-tulostuksen käyttöä joko ostopalveluna tai oman laitteen hankintana, ja ensimmäinen 3D-tulostimen hankinta yritykseen on jo tehty.
KILKA-hanke osallistui opinnäytetyön (Koski 2020) kautta metallin 3D-tulostuksen jatkokäsittelyn kehittämiseen. ELME Studio Nivalassa tarvitsi 3D-metallitulostuksen jälkikäsittelyn tehostumista ja turvallistamista. Centrian AMK-opiskelija suunnitteli opinnäytetyönä jatkokäsittelyssä käytettävän vesityskärryn, joka toteutettiin suunnitelman pohjalta JEDU:n harjoittelujaksojen aikana ELME Studiossa. ELME Studio otti käyttöön vesityskärryn tehostamaan ja turvallistamaan 3D-metallitulostuksen jälkikäsittelyä. Lisätietoa toteutuksesta on Nivalan teollisuuskylän nettisivuilla (Kujala 2020).
Layout-suunnittelu sekä materiaalivirtojen ja tuotannon simuloinnit
Layoutin kehittämisdemoja tehtiin usealle yritykselle 2D- ja 3D-layoutin käyttöön ja materiaalivirtausten simulointiin. Kaikissa demoissa oli mukana Leanin periaatteiden soveltaminen ja yhdessä demossa myös turvamerkintöjen tarkistus laser-etäisyysmittarin ja sen ohjelmiston avulla. Joissakin demoissa toteutettiin diskreetin simulointiohjelmiston (Enterprise Dynamics) avulla tuotannon nykytilan ja suunnitteilla olevan valmistusprosessin vertailuja mm. tuotannon kapasiteetin ja läpimenoaikojen suhteen eri investoinneilla. Demonstraatioiden tuloksina yritykset saivat hyviä kokemuksia simuloinnin mahdollisuuksista tuotannon kehittämisessä. Kuvassa 7 on esimerkki uuden, suunniteltavana olevan tuotantotilan ja sen materiaalivirtausten simuloinnista. Layoutin kehittämisiin liittyen yritykset jatkoivat demojen pohjalta kehitystyötä omin voimin.
Pituus-, kiihtyvyys- ja audiomittaukset ja niiden visualisoinnit
KILKA-hankkeessa demonstroitiin yritystarpeiden pohjalta myös erilaisten mittausten toteuttamista ja tulosten visualisointia (Kuva 8 vasen kuvio). Elementin ristimitan muutoksen tarkkailun demossa mittauslaitteisto koostui wlan-yhteydellä varustetusta mikrotietokoneeseen liitetystä lineaarisen liikkeen vaijerianturista sekä x-, y- ja z-suuntaan mittaavasta kiihtyvyysanturista. Ristimitan ja värinän muutokset voitiin analysoida Excel-taulukkoon tallennetusta mittausdatasta. Demon kuvaamalla tavalla yritykset voivat saada edullisesti reaaliaikaista tietoa kuljetuksen aikana tapahtuvien iskujen vaikutuksesta ikkunaelementin ristimitan muutoksiin.
Melu on työntekijöiden viihtyvyyttä alentava tekijä, johon liittyy myös työsuojelullisia määräyksiä. Hankkeessa toteutettiin puuntyöstölaitteistoon liittyviä audiomittauksia (Kuvan 8 mittalaite) sekä puuntyöstölaitteiston valmistajan tiloissa että sen asiakasyrityksen tuotannossa. Audiomittausten ja sen tulosten visualisoinnin (Kuva 8 oikea kuvio) kautta yritykset saivat tietoa mm. suojakoteloinnin ja taustamelun vaikutuksista.
Koneiden resurssointia, työkaluhallintaa ja AVR-teknologiaa
Hankkeessa toteutettiin myös demoja konepajojen työkoneiden resurssointiin ja työkaluhallintaan liittyen. Työkoneiden ja niiden töiden resursoinnin demo (Kuva 9 vasen) toteutettiin lisäosaksi tuotannonohjausjärjestelmää, ja demossa voitiin visuaalisesti kerätä tietoa, suunnitella ja muokata kuormituksia. CNC-koneiden työkalujen hallinnan ja kunnonseurannan osalta totutettiin demo (Kuva 9 oikea) työkalujen hallinnan tietokannasta ja RFID-tekniikan soveltamismahdollisuuksista ja laitteistoratkaisuista. Yritykset jatkavat ko. asioiden kehitystöitä demojen pohjalta.
AVR-teknologiaa demonstroitiin laboratoriovierailujen ja työpajojen välityksellä. Lisätyn todellisuuden (Augmented Reality, AR) demoja toteutettiin Lean myynnissä ja tuotannossa -seminaarin yhteydessä yhdessä AR-teknologiaratkaisuja toimittavan yrityksen kanssa (Kuva 10 vasen). Paikalliset yritysedustajat miettivät AR-teknologian käyttömahdollisuuksia yrityksissään mm. kunnossapidossa, asennuksissa ja suunnittelussa. Lisätyn todellisuuden demonstraatioita on myös esitelty laboratoriovierailujen yhteydessä yrityksille, muille organisaatioille ja opiskelijaryhmille. Virtuaalitodellisuuden (Virtual Reality, VR) demonstraatioita esiteltiin laboratoriovierailujen yhteydessä yrityksille, muille organisaatioille ja opiskelijaryhmille (Kuva 10 oikea). Virtuaalitodellisuutta voidaan hyödyntää myös digitaalisten kaksosten kehittämisessä, joiden mahdollisuuksia pk-yrityksille selvitettiin opinnäytetyössä (Koskela 2019) ja esiteltiin robotiikan osalta kotimaisille ja kansainvälisille kuulijoille webinaareissa (Kuva 10 oikea). Digitaalisista kaksosista pidettiin usean Centrian projektin yhteistyönä keväällä 2020 suuren suosion saanut webinaari (yli 170 osallistujaa).
Yrityksille tietoa kansallisista ja kansainvälisistä hankkeista
KILKA-hankkeen yhtenä tehtävänä oli myös välittää alueen yrityksille tietoa kansallisista ja kansainvälisistä osaamisverkostoista ja käynnissä olevista ja suunnitelluista hankkeista. 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 aktivoitiin TRINITY-, DAPP- ja KILKA-hankkeiden yhteistyönä puolikymmentä alueen yritystä mukaan. Haku oli erittäin suosittu: siihen tuli 115 hakemusta, joista 19 rahoitettiin. Suomesta tuli 20 hakemusta, joista ainoana rahoituksen sai alueellamme toimivien Probotin ja Akkuserin muodostaman konsortio, josta on lisätietoa Kalevan artikkelissa (Uusitalo 2020).
Lähteet:
Hiltula, H. & Pahkala, P. 2020. Etäohjelmoinnin käyttöönotto robottihitsauksessa. Opinnäytetyö, Centria-ammattikorkeakoulu, Tuotantotalouden koulutusohjelma. Saatavissa: http://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020052112827
Hyvärilä, J. 2019. Yhteistyörobottien hyödyntäminen ruuvausta käyttävässä kokoonpanossa. Opinnäytetyö, Centria-ammattikorkeakoulu, Tuotantotalouden koulutusohjelma. Saatavissa: http://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202002092185 .
Koskela, M.-M. 2019. Digitaalisten kaksosten mahdollisuudet pk-yrityksille. Opinnäytetyö, Centria-ammattikorkeakoulu, Tuotantotalouden koulutusohjelma. Saatavissa: http://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019121927616.
Koski, J. 2020. Metallitulostimen suodattimien ja materiaalin jälkikäsittely. Vesityskärryn 3D-suunnittelu sekä jälkikäsittelyprosessin kuvaus. Opinnäytetyö, Centria-ammattikorkeakoulu, Tuotantotalouden koulutusohjelma. Saatavissa: http://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020052714482
Kujala, E. 2020. 3D-metallitulostuksen jälkikäsittely tehostui – Jani Koski suunnitteli opinnäytetyönä toimivan vesityskärryn ELME Studiolle. Nivalan teollisuuskylä. Saatavissa: https://www.nivalanteollisuuskyla.fi/fi/2331-2/.
Nivala, M. 2020. Vuorovaikutteisen robotiikan turvallisuus rakennuspuutuoteteollisuudessa. Opinnäytetyö, Centria-ammattikorkeakoulu, Tuotantotalouden koulutusohjelma. Saatavissa: http://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020100621061
Siironen, J. 2021. Yhteistyö- ja teollisuusrobottisolun riskien arviointi. Opinnäytetyö, Centria-ammattikorkeakoulu, Sähkö- ja automaatiotekniikan koulutusohjelma. Saatavissa: http://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202103032876
Uusitalo, H. 2020. Oululainen Probot Oy sai ainoana suomalaisena yrityksenä rahoitusta Trinity-hankkeesta – kehittää automaatioratkaisua paristojen kierrätykseen nivalalaisen Akkuserin kanssa. Saatavissa: https://www.kaleva.fi/oululainen-probot-oy-sai-ainoana-suomalaisena-yrit/3130727
Sakari Pieskä
Tutkimusyliopettaja
Centria-ammattikorkeakoulu
p. 044 449 2564
Jari Kaarela
Lehtori
Centria-ammattikorkeakoulu
Tero Kaarlela
Lehtori
Centria-ammattikorkeakoulu
Jari Mäkelä
Laboratorioinsinööri
Centria-ammattikorkeakoulu
Hannu Puomio
Lehtori
Centria-ammattikorkeakoulu
Timo Rahja
TKI-asiantuntija
Centria-ammattikorkeakoulu
