Avainsana: Teollisuus
Digisalama virtuaalitodellisuudessa
Virtuaalitodellisuus muodosti yhden teema-alueen Digisalama-hankkeessa, jossa viisi Metropolian teema-aluetta ja viisi Vantaan kaupungin kärkiklusterialaa synnyttivät yhteensä 25 projektia. Tavoitteena oli auttaa yrityksiä virtuaalitodellisuuden sovellusten käyttöönotossa ja soveltamisessa. Tämä ei ollut helppo tehtävä, sillä projektihenkilöstölle virtuaalitodellisuus oli varsin uusi tuttavuus. Heti alussa kävi ilmi, että vaikka 3D-mallintaminen ja -mallit olivat tuttuja, niistä ei aivan suoraan virtuaalitodellisuuteen menty. Jopa VR (Virtual Reality)-sovellutuksissa tarvittavat tietokoneet erosivat 3D-mallinnuksessa tarvittavissa tietokoneista. Toiseksi teemaksi nousi RFID (radio frequency identification) eli radiotaajuinen etätunnistus, joka on pitkään tunnettu menetelmä tiedon etälukuun ja -tallentamiseen käyttämällä RFID-tunnisteita eli tageja. RFID:n suosio lisääntyy, koska tiedon luku voi tapahtua ilman näköyhteyttä ja sovelluksesta riippuen pitemmänkin matkan päästä. Seuraavassa kerrotaan toteutuneista projekteista, joissa virtuaalitodellisuus ja/tai RFID olivat mukana. Laivakone Laivakone Oy on erikoistunut laiva- ja teollisuusmoottoreiden huoltopalveluun. Projektissa tavoiteltiin helppoa ja työtä hidastamatonta keinoa dokumentoida huolto- ja korjaustoimenpiteiden oleelliset tapahtumat. Realwear HMT1 AR -lasit oli hankittu projekteja valmisteltaessa ja niiden todettiin soveltuvan hyvin tähän tapaukseen. Lasit toimivat puheohjauksella. Käyttövalikko näkyy toisen silmän näkökenttään sijoitetulla pienellä ruudulla. Samaan pikkuruutuun voi tulla myös ohjeita tekstin, kuvan tai videon muodossa. Puheohjaus mahdollistaa videon tai kuvan ottamisen kypärään liitetyn kameran avulla, kädet työhön vapaina. Asentajat testasivat laseja yrityksen tiloissa. Niiden peruskäyttö oli helppo omaksua. Aktiivisen vastamelutorjunnan johdosta puheohjaus toimii myös meluisissa ympäristöissä. Realwear HMT1 AR -lasien todettiin täyttävän pääosan asetetuista vaatimuksista. Hyvälaatuista videokuvaa sekä still-kuvia voi tallettaa lasien muistikortille. Uudenmaan ruoka Uudenmaan ruoka on paikallisten elintarvikkeiden jakelukeskus eli foodhub. Uusmaalaisten tuottajien kanssa kehitetty toimintamalli lyhentää ruuan reittiä pellolta pöytään. Uudenmaan ruualle toteutettiin RDID-tekniikkaan perustuva tuotteen ja varaston seuranta, joka helpottaa ostotapahtumaa asiakkaan kannalta. Järjestelmä tilausten tekemiseen ja ruokakontin oven avaamiseen oli jo olemassa. Finn-Id avusti projektia demolaitteistolla, joka kytkettiin Uudenmaan ruuan järjestelmään. Ruokakonttiin sijoitettiin RFID-lukija ja tuotteet varustettiin RFID-tageilla. Tällöin niiden saapuminen ja poistuminen kontista oli mahdollista havaita. Lopputuloksena löytyi ratkaisu, jossa pääosa tuotteista voidaan tunnistaa sekä konttiin sisään tuotaessa että sieltä haettaessa. Herttoniemen noutopisteestä tehtiin myös konetekniikan ja pelipuolen opiskelijoiden yhteistyönä virtuaalimalli. Malli teksturoitiin vastaamaan Herttoniemen noutopistettä. Mallissa voi liikkua virtuaalilasein ja tutustua samalla noutopisteeseen. 360 Mediatalo 360 Mediatalo esitteli meille 360 Editorin, jonka avulla 360:n asteen kameralla kuvattuun videoon voi helposti tehdä lisäyksiä. Editoria tarjottiin työkaluksi innovaatioprojekteihin. Konetekniikassa projektiksi valittiin HAAS UMC-75 -työstökeskuksen virtuaalinen perehdytys. Kuvaukset tehtiin GoPro Max -kameralla ja käytön opastava osuus täydennettiin kuvattuun materiaaliin 360 Editorin avulla. Lopputulosta voi katsoa VR-lasien avulla sekä myös suoraan PC:n ruudulta. VimAI VimAI:n sovelluksella voidaan kartoittaa rakennus puhelimen kameraa hyödyntämällä. Voidaan tuottaa myös lisätyn todellisuuden sisätilanavigointi, joka ohjaa haluttuun kohteeseen. Projektissa sovellusta testattiin ensin Myyrmäen kampuksen sisätilassa. Toisessa vaiheessa pyrittiin laatimaan huoltoyhtiötä helpottava sovellus HUS:n huoltotunneliin. Koronatilanteen ja tilojen käyttörajoitteiden takia ei täysin maaliin päästy, mutta saatiin kuitenkin hyödyllistä palautetta projektiin sekä VimAI:lle. Hullu Kimalainen Hullu Kimalainen on liiketoiminnan konsultti, joka käyttää hyötypelejä yritysten sparraamiseen [3]. Projektissa toteutettiin markkina-analyysi, jonka pohjalta suunniteltiin sosiaalista pelaamista hyödyntävä strategiapeli. Siinä simulaattori luo pelinjohtajan asetusten pohjalta sopivan peliympäristön. Pelin avulla voidaan tunnistaa ja kehittää pelaajien vuorovaikutus- ja yhteistyötaitoja. Yhteistyö tuotti yritykselle merkittäviä säästöjä ja antoi suunnan jatkokehitettävälle pelille. Yhteenveto projekteista Virtuaalitodellisuus on pelimaailmassa jo arkipäivää ja laajenemassa sieltä teollisuuden sovellutuksiin. VR-ominaisuuksia on integroitu 3D CAD -ohjelmiin, mikä tuo VR-sovellukset tavallisen insinöörin käyttöön. Nyt VR-tekniikka tukee lähinnä 3D-mallien katselmointia, mutta alue on uusi ja kehittyy koko ajan. Suurinta kiinnostusta soveltamiseen on rakennus- ja arkkitehtuurisuunnittelussa. Koulutukseen ja perehdytykseen virtuaalitodellisuus soveltuu erinomaisesti. 3D-malleista rakentuvan virtuaalitodellisuuden aikaansaanti vaatii osaamista ja kokemusta. 360-kameralla kuvattujen videoiden täydentäminen koulutusmateriaaliksi esimerkiksi 360 Editorilla onnistuu nopeammin ja helpommin. Molemmilla tavoilla saadaan aikaan laadukasta materiaalia, ja niillä on omat vahvuusalueensa. 3D-mallipohjaisesti saadaan räätälöityjä monipuolisia sovelluksia. 360-kameralla tehtyjä sovelluksia voidaan katsoa myös PC:n ruudulta. Lisätyn todellisuuden (AR) sovelluksilla on paljon potentiaalia mm. huollon ja kunnossapidon alueella. AR-lasien kehittyminen ja 5G-yhteyksien tulo avaavat uusia mahdollisuuksia. Projektien tulosindikaattoreita on esitetty tiivistettynä kuvassa 5. Kuvasta selviää, mitä edellä esitellyissä projekteissa on saavutettu. Tiivistetysti sanottuna kuvasta näkyy, että kahdessa projektissa on kehitetty parannettu tuote, joka on yritykselle uusi. Yhteen projektiin on kehitetty tuote, joka on uusi markkinoilla. Kolmessa projektissa on toteutunut kestävän kehityksen ratkaisuja. Valmius teolliseen soveltamiseen Virtuaalitodellisuuden hyödynnettävyys koulutuksessa ja perehdytyksessä on kiistatonta, ja se tukee hyvin itsenäisesti tapahtuvaa opiskelua. Virtuaalitodellisuuden sovelluksille on enenevää tarvetta myös teollisuudessa. Koulutustarvetta on erityisesti sellaisissa yrityksissä jotka haluavat soveltaa tekniikkaa omista lähtökohdistaan ja itsenäisesti. VR-sovellukset ovat käytössä pelimaailmassa mutta harvinaisempia teollisissa sovelluksissa. Tekniikka on helposti käyttöön otetavissa mm. 3D-mallien katselmukseen. Malleissa liikkuminen edellyttää ns. holodeck-tilaa ja tilan varustelua sopivalla laitteistolla. Näissä sovelluksissa VR-lasien käyttö on välttämätöntä. VR-lasien hintahaitari on suuri. Hyvälaatuiset, langattomat ja laajasti yhteensopivat lasit maksavat likimain työaseman verran (2000 - 4000 €). Räätälöityjen koulutussovellusten laatiminen edellyttää enemmän osaamista. Siihen tarvitaan useimmiten aiheeseen perehtyneitä palveluntarjoajia. Nopeamman ja helpommin omaksuttavan vaihtoehdon voivat tarjota 3D-kameroita hyödyntävät ratkaisut. VR-/AR-teknologia on nopeasti kehittyvä ala, jossa laitetekniikka jatkuvasti kehittyy. Kustannusten ja päivitystarpeiden osalta tilannetta voi verrata tietotekniikan uusimiseen. Lähteet: https://kauppa.finn-id.fi/tuote/realwear-msa-v-gard-kypara-etulipalla/ https://360mediatalo.fi/ https://hullukimalainen.fi/ Kirjoittaja: Heikki Paavilainen Digi-Salaman VR/AR/Holodeck teemavastaava Heikki.Paavilainen@metropolia.fi Metropolia University of Applied Sciences Finland
Mobiilirobotiikka liitää ja rullaa Digi-Salamassa
Digi-Salama-hankkeessa tehtiin projekteja kahden vuoden ajan vuosina 2019–2021 viiden teknologiateeman alla implementoiden niitä viidelle Vantaan kaupungin kärkiklusterialalle: logistiikka, elintarvikeala, kiertotalous, älytuotanto ja älykiinteistöt. Syntyi 25 salamaprojektia, joista viisi toteutettiin UxV-teknologiateeman alla. Itse toimin kyseisen teknologian teemavastaavana hankkeen aikana. Hanke alkoi syyskuussa 2019, ja saman vuoden kesäkuussa valmistuneena insinöörinä olin vielä hieman vihreä. Tuntui jopa hurjalta hypätä sormia näpäyttämällä pöydän toiselle puolelle opiskelijasta projekteja ohjaavaksi insinööriksi - lähes opettajaksi. Mikä ihmeen UxV? Autonomisista robottia tarkoittavassa UxV-termissä U ja V tulevat sanoista Unmanaged Vehicle (ei-ohjattu ajoveuvo). X taas voi tarkoittaa sanoja Air (ilma), Ground (maa), Surface (pinta) tai Under Water (pinnan alainen) sen mukaan, millaisessa ympäristössä laitteen on suunniteltu toimivan. Itse arvelen, että tulevaisuudessa saamme käyttöömme vielä s-kirjaimen tarkoittamaan sanaa Space (avaruus). Ensimmäiset turistit ovat jo käyneet avaruudessa, ja tosissaan myös suunnitellaan siirtokuntaa Marsiin. Kehityssuunta on mielestäni selvä, eli ihmisiä ja tavaroita on yhä enemmän tarve kuljettaa myös maapallon vetovoiman ulottumattomissa. Toki miehittämättömiä luotaimia on lähetetty tutkimaan maailmankaikkeutta jo 70-luvulla, mutta en kuitenkaan kutsuisi Voyager 1:tä vielä autonomiseksi robotiksi, koska kaikille UxV-laitteille yhteistä on niiden kyky havainnoida ympäristöään sensoreilla, jotka laitteen ohjausjärjestelmään liitettyinä tarjoavat laitteelle riittävästi dataa omatoimiseen päätöksentekoon. Tällaisia sensoreita ovat mm. 2D- ja 3D-laserkeilaimet eli LiDARit konenäkökamerat ja ultraäänianturit. Voyager 1 ei tee autonomisia päätöksiä vaan lähettää ainoastaan keräämänsä dataa takaisin. UxV-teknologian laitteitta voidaan myös kutsua mobiiliroboteiksi. Onhan ne lähtökohtaisesti suunniteltu liikkumista vaativaan työhön. Täysi potentiaali näistä laitteista lunastetaan, kun ne liitetään osaksi kyberfyysistä järjestelmää (Cyber Physical System, CPS). Mobiilirobotti edustaa järjestelmän fyysistä puolta ja toimii nöyränä palvelijana yrityksen tuotannon- ja toiminnanohjausjärjestelmille (MES ja ERP), jotka edustavat kyberpuolta. Robotti siis saa automaattisesti näiltä taustajärjestelmiltä tehtävänsä, joka voi esimerkiksi olla komponenttien haku varastosta ja toimitus tuotantosolulle. Robotti saa siis taustajärjestelmästä käskyn hakea paikasta A komponentteja ja toimittaa ne paikkaan B. Kuinka näiden pisteiden välinen matka kuljetaan, jää robotin itse pääteltäväksi annettujen reunaehtojen rajoissa. Ehtoja voi olla aina nopeusrajoituksista yksisuuntaisiin kaistoihin ja tietyllä alueella liikkuessa kuulutettavaan äänimerkkiin. Alkuvaiheessa hanketta teknologiateeman nimitys oli vain UGV-tekniikka, sillä alun perin arvelimme projektien keskittyvän vain maan päällä kulkeviin laitteisiin.Tämän oletuksen ja teknologiakartoituksen pohjalta hankittiin MiR100-mobiilirobotti ja toteutettiin sillä pienimuotoinen testiprojekti. Testiprojektissa opiskelijaryhmä suoritti robotille käyttöönoton ja rakensi Myyrmäen kampuksen liikuntasaliin pujotteluradan, josta robotin tuli selviytyä - ja hienosti selvisikin! Yritysverkot vesille ja varsinaiset projektit käyntiin Seuraavassa vaiheessa alettiin etsiä potentiaalisia asiakasyrityksiä soveltamaan uutta teknologiaa toiminnassaan. EKR (ennen koronaa) näitä löytyi myös meikäläisen jalkatyönä messuilta ja konferensseista, mutta myöhemmässä vaiheessa enemmänkin kokeneempien kollegoiden lokeroilla. Viidelle rohkealle ja innokkaalle asiakkaalle lopulta pääsimme uutta osaamista ja teknologiaa soveltamaan. Tässä käydään nämä projektit vain lyhyesti läpi, mutta seuraavissa kahdessa blogitekstissä, jotka on jaettu UGV- ja UAV-postauksiksi, projektien kulkuun ja tuloksiin pureudutaan tarkemmin sekä käydään hankkeen virallisia tulosindikaattoreita läpi projektikohtaisesti. Refair Oy: automaattinen noutovarasto Ensimmäisenä varsinaisena UxV-asiakasprojektina lähdettiin kehittämään automaattisen noutovaraston konseptia Refair Oy:lle. Yritys on kylmä-, ilmastointi- ja lämpöpumpputekniikan maahantuonti- ja tukkuliike. Yrityksellä on monia asiakkaita, joilla saattaa olla tarve saada huoltokeikalle komponentti keskellä yötä. Automaattisella noutovarastolla pyrittiin vastaamaan tähän tarpeeseen. Muutaman erilaisen konseptiehdotuksen pohjalta päätettiin lähteä näistä yhtä jatkokehittämään ja lopulta myös toteuttamaan: ratkaisussa mobiilirobotti MiR100 hakee varsinaisen varaston puolelta kokonaisen varastohyllyn, ajaa RFID-porteista läpi noutotilaan, asiakas kerää hyllystä tarvitsemansa, robotti ajaa uudestaan porteista läpi ja RFID-tunnisteella merkityt tuotteet on luettu molemmilla läpimenokerroilla. Erotuksesta järjestelmä päättelee, mitkä tuotteet asiakas on poiminut ja lähettää laskun. Loval Oy: sisälogistiikan automatisointi mobiilirobotiikalla UGV-tekniikkaa hyödynnettiin myös Loval Oyn tarpeista lähteneessä projektissa, jossa MiR100 näytteli jälleen pääosaa kuten Refairillakin. Loval Oy on lämmityskomponenttien valmistaja Loviisasta. Yritys on yksi Euroopan johtavista putkivastusten, lämmityselementtien ja -ratkaisujen valmistajista. Yrityksen varasto- ja tuotantotilojen suuret etäisyydet ja massiivinen tuotantoliikenne toimivat määrittävinä tekijöinä projektin aihetta ja tavoitteita määriteltäessä. Aiheeksi muodostui sisälogistiikan automatisointi mobiilirobotiikalla. Projektin aikana MiR100 testattiin ja demottiin Lovalin tuotantotiloissa Loviisassa kolmen viikon ajan ja testijakson perusteella pystyttiin todeta teknologiasta olevan hyötyä yritykselle. Demon perusteella pystyttiin myös toteamaan, ettei yksi robotti riitä kokonaisvaltaiseen ratkaisuun. Demossa robotti kuljetti autonomisesti komponentteja varastosta tuotantosolulle. Mevea Oy: törmäyssimulaattori Mevea on simulaatioteknologiayritys, jonka toiminnan keskiössä ovat liikkuvien koneiden fysiikkaan perustuvat digitaaliset kaksoset. Yritys on kehittänyt ohjelmiston, jolla voidaan simuloida muun muassa ajoneuvojen käyttäytymistä eri tilanteissa ja saada hyvin tarkkaa dataa aivan komponenttitasolta asti. Projektin aiheeksi valikoitui törmäyssimulaattorin kehittäminen ajoneuvoille sekä työkalu ajoneuvon osien hallitsemiseen ja tarkasteluun. Projektin aihe osoittautui ennakoitua haastavammaksi, eikä tavoitteisiin aivan päästy. Lopputuloksena syntyi kuitenkin työkalu, jossa on haluttuja ominaisuuksia, mutta ei tarpeeksi pitkälle kehitettynä. Jäi lopulta yrityksen itse päätettäväksi, kannattaako simulaattoria ja työkalua kehittää eteenpäin. Aiforsite: rakennustyömaan etävalvonta ja kuvaaminen droonilla Aiforsite on ohjelmistoyritys, jonka tuotteella voidaan rakentaa hyvin pitkälle kehittynyt rakennuksen tietomalli BIM (Buildin Information Model). Yrityksen nykyisessä järjestelmässä rakennustyömaata kuvataan droonien avulla ulkopuolelta. Sama ratkaisu oli tarkoitus laajentaa toimimaan myös sisätiloissa. Projektin aiheeksi muodostui droonin lennättäminen etäyhteydellä sekä autonomisen sisälentäminen. Etäyhteydellä lentämisestä valmistui toimiva demo, mutta autonominen sisälentäminen osoittautui vielä liian haastavaksi toteuttaa käytössä olleiden droonien suljetuista ohjelmointirajapinnoista. Insta Group + Ilmatieteenlaitos Insta Group Oy on suomalainen perheyritys, jonka toimialoja ovat teollisuusautomaatio, digitaalinen tietoturva ja puolustusteknologia. Yrityksellä on vankkaa osaamista UAV-teknologiasta, ja yritys on tuottanut drooneja sekä droonipalveluita Puolustusvoimille. Instan mielenkiinto kohdistui ilmiöön, jossa kylmissä olosuhteissa propelleihin kertyy jäätä. Ilmiötä kutsutaan jäätämiseksi, ja sillä on vaikutusta drroonin lentokykyyn. Kuinka paljon vaikutusta on ja kuinka jäätäminen voidaan havaita, määrittyivät Instan puolesta projektin tavoitteiksi. Projektissa kolmantena osapuolena toimi Ilmatieteen laitos, joka tuottaa sääpalveluita sekä toimii tutkimuslaitoksena. Tällaisia palveluita ovat muun muassa sääennusteet ja sään lentokelpoisuus tiedot. Projektin tavoitteeksi muodostui parantaa näitä palveluita droonien telemetria- ja anturitiedoista mitattavasta säädatasta. Instan tavoitteiden osalta projekti valitettavasti jäi vajaaksi, koska jäätämistä ei päästy tutkimaan käytännön testeillä ja työ jäi teoriatason selvitykseksi. Projektia on tosin tarkoitus jatkaa myöhemmässä vaiheessa uuden hankkeen osana. IL:n osalta tavoitteisiin päästiin oikein hyvin ja idean toimivuus pystyttiin todentamaan. Raaka vai kypsä? Projektien pohjalta voidaan todeta UxV-teknologian olevan hyvinkin kypsää teollisuuden tarpeisiin. Etenkin juuri teollisuuden tarpeisin kehitetyt UGV-laitteet, kuten MiR100, osoittivat olevansa täysiverisiä ammattilaisia teollisuus 4.0-tuotantomaailmassa. Tosin kuluttajille suunnatut keskihintatason UAV-laitteet osoittivat olevansa vielä hieman raakoja ollakseen muokattavissa pienellä vaivalla teollisuuden tarpeisiin autonomisiksi työmyyriksi - etenkin jos olosuhteet ovat yhtään haastavampia esimerkiksi valaistuksen ja tilojen ahtauden suhteen. Itse kasaamamme drooni antoi paljon suurempia lupauksia täysin autonomisesta lentämisestä sen kokonaan avoimien ohjelmointirajapintojen johdosta. Kuluttajille suunnatuissa valmiissa drooneissa ohjelmointirajapinnat eivät ole ilman ohjelmiston kehityspakettia eli SDK:ta (Software Development Kit) juuri lainkaan auki eikä SDK:llakaan päästy riittävään avoimuuteen. Kun koneoppimis- ja konenäköalgoritmit kehittyvät ja tulevat kevyemmiksi droonin kyytiin mahtuvien mikrokontrollereiden suorittaa, saa täysin autonominen lentäminen huomattavaa lisänostetta. Hankkeen virallisten tulosindikaattorien perusteella voidaan todeta kahdessa projektissa syntyneen uusiutuviin energiaratkaisuihin tai vähähiilisyyteen perustuvaa uutta liiketoimintaa. Kahdessa projektissa myös toteutettiin avoimien rajapintojen kautta uudet sovellukset. Yhdessä projektissa saatiin kehitettyä uusi tai merkittävästi parannettu tuote markkinoille ja toisessa uusi tai merkittävästi parannettu tuote yritykselle. Lähteet: ja 2. Pexels.com Kirjoittaja: Lauri Ristolainen Konetekniikan insinööri, pääaineena automaatio Digi-Salama-hankkeen projekti-insinööri