Älykkäät säätöjärjestelmät osana hiilineutraalia tavoitetta

Teksti Joel Torkkeli, Sermatech Oy

Suomessa rakennusten lämmittäminen tuottaa huomattavan osan kasvihuonepäästöistä. Älykkäiden säätöjärjestelmien ja olemassa olevien järjestelmien modernisoinnilla päästöjä voidaan olennaisesti vähentää ja kustannuksia säästää. Kaukolämmön tulevaisuus on tekoälyllä automaattisesti säätyvissä ja osittain jopa itsekorjautuvissa kaukolämpöverkostoissa.

Energiateollisuus on murroksessa, sillä kasvava ympäristötietoisuus ja päästövaatimukset asettavat uusia haasteita myös sähkön- ja lämmöntuotantoon. Rakennusten lämmitys tuottaa n. 9 % Suomen kasvihuonepäästöistä, joten silläkin alalla on saavutettavissa suuria parannuksia.

Kaukolämpö energiantuotantomuotona on yhteiskäyttönsä ansiosta energiatehokas lämmitysmuoto. 90 prosenttia kaukolämpökunnista tuottaa lämpöä kotimaisilla energialähteillä ja jo 10 prosenttia saadaan ylijäämälämmöistä. Silti suuri osa kaukolämpöverkoista perustuu vanhentuneeseen teknologiaan ja verkon käyttäytymisestä ei saada tarpeeksi tietoa. Nykyaikaiset ohjausjärjestelmät mahdollistavat reaaliaikaisen datan keräämisen verkostosta ja optimoidun lämmöntuotannon ohjaamisen sitä hyödyntäen.

Sermatech tarjoaa kokonaisvaltaisesti älykkäiden säätöjärjestelmien toimituksia mm. kaukolämpöön ja ydinvoimateollisuuteen. 45 vuoden toiminta-aikanamme olemmekin toimittaneet useita ohjausjärjestelmiä ja modernisointeja näille aloille. Olemme erikoistuneet Siemensin tuotteisiin perustuviin toimituksiin, ja osaamisemme kattaa myös vanhentuneiden logiikkaohjausten analysoinnin ja hyödyntämisen modernisointiprojekteissa.

Nykyaikainen teknologia ohjaukseen

Siemensin tuoteperhe mahdollistaa kaukolämpöjärjestelmän kokonaisvaltaisen ohjaamisen yhden talon tuotteilla. Kentälle hajautettujen kaukolämpölaitosten (1-2 poltinta) logiikan ohjaukseen sopii hyvin S7-sarjan PLC-ohjain (Programmable Logic Controller) kaverinaan sopivan kokoinen HMI-paneeli ja sitä isompiin laitoksiin laajennuksena WinCC Advanced ohjausjärjestelmä, joka asennetaan PC-työasemalle.

Koko verkon valvomo ja hallinta voidaan hoitaa WinCC Professional ohjelmistotuotteella toteutetulla SCADA-järjestelmällä (Supervisory Control And Data Acquisition). WinCC Professional asennetaan palvelinympäristöön, yleensä virtualisoituna ja mahdollistaa datan reaaliaikaisen kahdennuksen varapalvelimelle, joka on yleensä fyysisesti eri sijainnissa valokuituyhteyden päässä.

Myös replikointi hoidetaan Siemensin tuotteilla (Redundancy for Runtime). Nykyaikaisen käyttöliittymän lisäksi pakettia täydentävät optiot, kuten WEBUX, jolla käyttöhenkilökunnalle voidaan rakentaa mobiilikäyttöliittymä ongelmatilanteiden ratkaisemista varten ja yhtiön johdolle päätöksenteon tueksi oma käyttöliittymä, josta nähdään kokonaistehot, kulutukset ja muuta statistiikkaa.

Kaukolämpökaivojen ohjaus (venttiilit ja pumppaamot) onnistuu kentälle hajautettavilla S7-logiikoilla ja putkistossa kulkevan lämpimän veden lämpötila, virtaus, virtaussuunta ja energiamäärä saadaan mitattua SITRANS FS 220 virtausmittarilla. Kyseinen ultraääniteknologiaan perustuva mittari asennetaan putken päälle, joten kalliilta putken katkaisuilta ja käyttökatkoilta voidaan välttyä.

Teknologian hyödyt

Kun ohjausjärjestelmät on saatettu ajan tasalle päästään koko järjestelmän mahdollisuuksia hyödyntämään. Varalämpölaitokset toimivat yleensä kevyellä polttoöljyllä, jonka käyttöä halutaan minimoida paristakin syystä. Polttoöljy on kallista, joten sillä tuotettu lämpö on yleensä tappiollista ja fossiilisena polttoaineena sen käyttöä halutaan minimoida, että hallituksen linjaamiin ympäristötavoitteisiin olisi mahdollista päästä. Öljypoltinten käyttöä voidaan optimoida erilaisilla automaattisilla säätötoiminnoilla, joiden ansiosta öljynkulutus pienenee ja noudattelee paremmin kaukolämpöverkoston kysyntää.

Pääasiallinen lämmönlähde, kuten hakkeen- tai hiilenpolttolaitos on omanlaisensa prosessilaitos, jonka toimintaa voidaan myös tehostaa hyödyntämällä oikeaa osaamista. Verkoston lämmöntarpeen mittaus mahdollistaa optimoidun polttoaineen käytön myös näissä laitoksissa, kun kysyntä vaihtelee huomattavasti kesän, kovien pakkasten ja leutojen talvien myötä.

Kaukolämmön tulevaisuus

Kaukolämpö on tärkeä osa huoltovarmuutta ja sen luotettavuus lämmönlähteenä on laajasti tunnettu. Kaukolämpöverkosto on yleensä kymmenien kilometrien mittainen ja putkiston rikkoontumisia tapahtuu aina välillä. Älykkäiden mittausjärjestelmien ansiosta vuodon automaattinen havaitseminen on mahdollista ja moottoriventtiileiden avulla osa verkosta voidaan katkaista jopa ennen käyttöhenkilökunnan puuttumista asiaan ja lämmön kierto voidaan hoitaa eri kautta. Mobiilikäyttöliittymän ja tekstiviestihälytysten ansiosta tiedot vikatilanteista saadaan nopeasti haltuun ja vahingot ympäristölle voidaan minimoida.

Ylijäämälämmön talteenotto muun muassa savukaasuista ja jätevesistä on kasvussa ja sillä tulee olemaan tärkeä osa lämmöntuotannossa jo lähitulevaisuudessa. Nykyaikainen ohjausjärjestelmä voidaan liittää moderneilla väyläratkaisuilla erilaisiin tuotantolaitoksiin, joista ylijäämälämpöä on kerättävissä. Erityisesti näissä tapauksissa energiamäärän mittausjärjestelmä korostuu, että järjestelmä tietää kuinka paljon lämpöä on saatavissa. Kaikki tiedot ovat reaaliaikaisesti valvomo-ohjelmiston (SCADA) käytettävissä.

Jatkossa kaukolämpöverkoston tarve ihmisen jatkuvalle päätöksenteolle ja säätämiselle tulee vähenemään. Älykäs tekoälyyn perustuva ohjausjärjestelmä tulee ohjaamaan ja säätämään verkostoa jatkuvasti ja vähentämään päästöjä. Tämä mahdollistaa myös päätöksenteon verkoston korjaus- ja laajennustoimenpiteiden tekemiseen ennakoidummin ja kustannustehokkaammalla tavalla.

Yhteistyörobotiikka tutuksi Etelä-Pohjanmaalla

Teksti Toni Luomanmäki, Juha Hirvonen, SeAMK
Kuvat Toni Luomanmäki, Tomi Palomäki

Kolmekymmentäviisi valmistavan teollisuuden pk-yritystä osallistui yhteistyörobotiikan mahdollisuuksia esittelevään hankkeeseen. Hanke onnistui tiedonlevityksessä ja sai yrityksiltä hyvän vastaanoton.

Etelä-Pohjanmaan valmistava teollisuus koostuu pääsääntöisesti pk-yrityksistä, jotka toimivat alihankkijoina isommille yrityksille maakunnassa tai sen ulkopuolella. Alihankkijoilta edellytetään nykyisessä toimintaympäristössä joustavuutta, koska eräkoot ovat pienit ja tuotteisto laaja. Kiristyvä kilpailutilanne ja toiminnan pitäminen kannattavana asettavat alihankkijoille suuria tehokkuus- ja laatuvaatimuksia. Maakunnan valmistavassa teollisuudessa on myös omia tuotteita valmistavia yrityksiä, ja heille toimintaympäristön ennustettavuus voi olla helpompaa ja edelleen tuotannon kehittäminen pitkäjänteisempää. Toiminnan laadun, tehokkuuden ja joustavuuden kehittäminen on omia tuotteita valmistaville yrityksille kuitenkin aivan yhtä tärkeää kuin alihankkijoille.

Etelä-Pohjanmaalla robotiikkaa sovelletaan kohtalaisen hyvin. Robotti-investointi voi silti usein jäädä tekemättä, koska sitä ei nähdä kannattavana tuotannon jatkuvan muutoksen vuoksi. Perinteisen teollisuusrobotiikan luoma mielikuva robotista yhtä toimintoa toistavana resurssina on edelleen sitkeässä, mikä on toki ymmärrettävää. Yhteistyörobottien tuomat mahdollisuudet tuotannossa sekä niiden joustavuus, siirrettävyys ja uudelleenkonfiguroitavuus jäävät siis usein laskuissa huomioimatta.

Edellä mainittujen seikkojen pohjalta Seinäjoen ammattikorkeakoulussa (SeAMK) aloitettiin Etelä-Pohjanmaan liiton Euroopan aluekehitysrahastosta rahoittama Mixed Reality and Collaborative Robotics -hanke, jonka keskeinen tavoite oli lisätä alueellista tietoutta ja osaamista yhteistyörobotiikasta sekä madaltaa pk-yritysten kynnystä robotisaatioon. Hankkeessa tehtiin myös sosiaali- ja terveysalan robotiikan esiselvitys, mutta pääkohderyhmä oli teknologiateollisuuden yhteistyörobotiikkaa hyödyntävät tai sitä suunnittelevat pk-yritykset. Hankkeen keskeinen toimenpide oli rakentaa SeAMK Tekniikkaan teknologian mahdollisuuksia mahdollisimman laajasti ja joustavasti esittelevä demonstraatioympäristö. Demonstraatioympäristöön investoitiin kaksi Universal Robots -yhteistyörobottia tarttujineen, ja näille rakennettiin myös liikuteltavat pöydät. Lisäksi investoitiin Omronin mobiilirobottiin sekä monenlaisiin erilliskomponentteihin ja liitännäisteknologioihin.

Hankkeessa rakennettu demonstraatioympäristö

Monipuolisia demonstraatioita
Koska kyse oli tiedonlevityshankkeesta, siinä toteutettiin 10 erilaista, osittain yrityksistä esiin nousseisiin tarpeisiin pohjautuvaa demonstraatiota. Niiden avulla teknologian mahdollisuuksia voitiin havainnollistaa mahdollisimman monipuolisesti. Tehdyissä esimerkkisovelluksissa esiteltiin yhteistyörobotin voima- ja momenttianturien hyödyntämistä, yhteistyörobotin ja mobiilirobotin yhteistoimintaa, neuroverkkojen soveltamista sekä teknologian itsensä toistettavuutta ja laajennettavuutta. Demonstraatioita käytettiin myös hankkeen tiedonjakotapahtumissa eri puolilla maakuntaa. Kaikista demonstraatioista on videot sivulla https://www.seamk.fi/yrityksille/tki-projektit/mixed-reality-and-collaborative-robotics/.

Yhteistyörobotin voima- ja momenttianturien hyödyntämistä esiteltiin kolmessa demonstraatiossa. Ensimmäisessä voimaohjausta käytettiin kokoonpanotehtävässä, jossa kaksi johdonsuojakatkaisijaa asennetaan DIN-kiskoon. Anturien mittaustuloksia käytettiin paikoituksessa sekä asennuksen lopputuloksen vahvistamisessa. Toisessa esimerkissä yhteistyörobotilla hiottiin materiaalitestauksen näytepalan pinta hiontalaitteessa. Robotti painoi kappaletta vakiovoimalla koko hiontasyklin ajan, ja tällä varmistettiin korkealaatuinen lopputulos. Kolmannessa demonstraatiossa yhteistyörobotti poimi ja punnitsi satunnaisessa järjestyksessä olevat kappaleet ja järjesti ne massan mukaisesti. Massa laskettiin automaattisesti voima- ja momenttianturien datasta. Voima- ja momenttianturin ominaisuuksien demonstroiminen oli tärkeää, koska teknologia tarjoaa yrityksille kustannustehokkaan ratkaisun laajentaa robotin käyttömahdollisuuksia hyvin monenlaisiin sovelluksiin. Lisäksi se tuo robotille yhden kyvyn aistia ympäristöään, jolloin tuotantoprosessin joustavuus lisääntyy merkittävästi.

Yhteistyörobotin ja mobiilirobotin yhteistoimintaa havainnollistettiin kahden esimerkkisovelluksen avulla. Ensimmäisessä yhteistyörobotti asennettiin mobiilirobotin liikuteltavaksi, jolloin saatiin kasvatettua sen toiminta-aluetta. Toisessa demonstraatiossa rakennettiin Python-sovellus, joka ohjaa laitteiden yhteistyötä. Sovellus ajaa mobiilirobottia joko viemään kappaleita kiinteille yhteistyörobottiasemille tai noutamaan niiltä kappaleita. Yhteistyörobotit taas poimivat kappaleita suoraan mobiilirobotin lavalta tai lastasivat kappaleita sinne. Nämä demonstraatiot olivat tärkeitä, koska usein mobiilirobotin tehokas soveltaminen tuotantoympäristössä edellyttää vuorovaikutusta erilaisten järjestelmien kanssa. Robotti ei välttämättä ole itsessään lisäarvoa tuottava resurssi, vaan se toimii osana kokonaisuutta, jolloin integraatiot ovat keskeinen osa järjestelmää.

Yhteistyörobotti poimimassa kappaletta punnitussovelluksessa

Demonstraatioympäristöllä havainnollistettiin tekoälyn soveltamista käytännönläheisten ongelmien ratkaisussa kahdessa esimerkkisovelluksessa. Ensimmäisessä aiemmin esiteltyä kappaleiden punnitussovellusta kehitettiin niin, että robotti pystyi punnitsemaan kappaleen sen poiminnan yhteydessä missä tahansa orientaatiossa. Normaalisti yhteistyörobotin käsivarren tulee olla punnitustilanteessa vaakasuorassa. Tästä rajoitteesta päästiin opetetun neuroverkon avulla. Toisessa esimerkissä yhteistyörobottia hyödynnettiin mittausjärjestelyssä, jossa kerättiin neuroverkolle dataa hihnakuljettimen energiankulutuksen optimointiin. Yhteistyörobotti poimi kappaleen kuljettimen loppupäästä ja siirsi sen kuljettimen alkupäähän, jotta kappaleen kuljetukseen kulunut energia voitiin mitata kuljettimen eri nopeuksilla ja rampeilla ilman manuaalisia työvaiheita. Lopputuloksena saatiin neuroverkko, joka valitsi automaattisesti nopeuden ja rampin halutun kestoiselle kuljetustehtävälle siten, että kuljettimen energiankulutus olisi mahdollisimman pieni. Nämä esimerkkisovellukset sekä raottivat salaperäisyyden verhoa tekoälyn ympäriltä että havainnollistivat yhteistyörobotista saatavaa hyötyä datan keräämiseen vaadittavissa toistoissa.

Ympäristöä hyödynnettiin myös laitteiden itsensä analysointiin ja itse tehtyjen lisäosien testaamiseen. Yhdessä demonstraatiossa tutkittiin yhteistyörobotin liikkeiden toistotarkkuutta sekä alumiinipöydän, johon robotti oli kiinnitetty, vakautta robotin liikkuessa. Toisessa demonstraatiossa robotille valmistettiin imukuppitarttuja 3D-tulostamalla ja hyödyntämällä suunnittelussa generatiivista suunnittelualgoritmia. Näin saatiin lopputuloksena mahdollisimman kevyt tarttuja, joka kuitenkin täytti lujuusvaatimukset ja huomioi muutkin reunaehdot kuten kiinnityspaikkojen sijainnin. Laitteistosta tehtiin myös digitaalinen kaksonen ja VR-malli, jota hyödynnettiin levyntaittosovelluksen automatisoinnin suunnittelussa ja virtuaalisessa käyttöönotossa.

3D-tulostettu imukuppitarttuja

Onnistuneet tulokset
Hankkeeseen osallistui 35 yritystä, ja se sai osallistujilta hyvän vastaanoton. Yrityksille hanke tarjosi matalan kynnyksen mahdollisuuden tutustua yhteistyörobottiteknologiaan hyvin monipuolisesti ja mahdollisti omien kehitystoimien käynnistämisen. Hankkeessa toteutetut pop-up-tapahtumat tavoittivat yli 100 vierailijaa ja työpajoihin osallistui kymmeniä eri yrityksiä. Demonstraatioympäristö edesauttoi jalkauttamaan yhteistyörobotiikkaa ja sen liitännäisteknologioita maakunnan pk-yritysten tuotantoympäristöihin. Lisäksi SeAMK Tekniikan oman henkilökunnan osaaminen kasvoi hanketta tehdessä, ja demonstraatioita voidaan hyödyntää laajasti myös opetuksessa. Opiskelijoiden kautta tietous yhteistyörobotiikasta ja sen mahdollisuuksista leviää näin tehokkaasti yritysmaailmaan. Hankkeessa rakennettu demonstraatioympäristö tulee lisäksi toimimaan hyvänä pohjana tuleviin yhteistyörobotiikkaa hyödyntäviin hankkeisiin. Kokonaisuutena hanke saavutti tavoitteensa kasvattamalla merkittävästi alueellista yhteistyörobotiikan osaamista sekä luomalla edellytykset tulevaisuuden kehitys- ja yritysyhteistyölle teknologian puitteissa.

Automaatioseuran ja IEEE Suomen yhteistyösopimus allekirjoitettu

Teksti Seppo Sierla, Heikki Koivo, Outi Rask, Aki Koivu, Jenni Rekola

IEEE Suomi ja Automaatioseura allekirjoittivat yhteistyösopimuksen syksyllä 2020. Tarkoituksena on tiivistää kahden yhdistyksen yhteistyötä ja tarjota uusia tapahtumia molempien yhdistysten jäsenille. Mukana neuvotteluissa olivat molempien yhdistysten puheenjohtajat, Outi Rask Automaatioseurasta ja Dmitry Petrov IEEE:stä.
IEEE organisaatio on varmasti suurelle osalle Automaatioseuran jäsenistä jo ennestään tuttu konferensseista sekä lehtijulkaisuista. IEEE on maailman suurin teknisten asiantuntijoiden organisaatio, jäseniä on yli 419 000 yli 160 maassa. Sen tämänhetkinen presidentti on professori Toshio Fukuda, joka on jo vuosia ollut professori Heikki Koivon hyvä ystävä ja myös Aalto yliopiston kunniatohtori (kuva). Organisaatiossa on sekä alueellisia että tiettyyn tekniikan alaan erikoistuneita alajärjestöjä. IEEE Suomi on yksi näistä alueellisista organisaatioista ja jäseniä on Suomessa yli 1000. IEEE Suomi järjestää tapahtumia, joissa jäsenet voivat verkostoitua, asiantuntijaseminaareja ja tukevat yliopistoja yms. organisaatioita Suomessa järjestettävissä konferensseissa.

Kuvassa kunniatohtori, IEEEn presidentti Toshio Fukuda, TKK:n rehtori Matti Pursula ja TKK:n professori Heikki Koivo.

Historia – IEEE Finland Section ja FINEL
Suomen IEEE Finland Section perustettiin 1971 professori Martti Tiurin toimiessa sen ensimmäisenä puheenjohtajana. Vuoden 2009 lopussa professori Heikki Koivo valittiin IEEE Finland Sectionin puheenjohtajaksi kahdeksi seuraavaksi vuodeksi. Tähän kuului myös IEEEen puheenjohtajan jäsenyys FINELissä, joka oli Automaatioseuran monivuotiselle jäsenelle Heikki Koivolle uusi ja outo yhdistys.
FINEL on lyhenne pidemmästä Suomen Sähkö-, Elektroniikka- ja Automaatiojärjestöjen liitto, joka on sähkö- tele- ja elektroniikka-alan järjestöjen yhteiselin. Sen jäseniä olivat Sähköinsinööriliitto, Suomen Automaatioseura, Suomen Sähköteknikkojen Liitto, Radioteknillinen seura ja Elektroniikkainsinöörien seura.
IEEE – FINEL (mukana myös Automaatioseura) yhteistyö oli käynnistynyt jo useampi vuosi ennen Heikki Koivon puheenjohtajakautta. Yhteistyösopimuksessa kirjattiin, että IEEE ja FINEL voivat osallistua yhteisiin hankkeisiin, tapahtumiin ja tuotteisiin, kuten konferenssit, forumit, julkaisut, patentit, jne. Samantapainen uusi kolmevuotinen sopimus tuli IEEE Finland Sectionin käsittelyyn 2011, kun se IEEEen pääkonttorista haluttiin kovasti uusia ja jatkaa yhteistyötä. Se hyväksyttiin ja uusi kausi alkoi 1.1. 2012 ja päättyi 31.12.2014.
Heikki Koivo osallistui IEEEen entisenä puheenjohtajana FINELin kokouksiin vielä 2014, mutta ei sen pidempään. Tällöin FINEL päätti edelleen jatkaa IEEE yhteistyötä 2015-2017. Vuoden 2014 jälkeen ei tietoja ole. On erinomaista, että Automaatioseura ja IEEE ovat allekirjoittaneet uuden yhteistyösopimuksen. Onhan automaatio kaikessa läsnä, tekoälyssä, robotiikassa, tietoliikenteessä, energiassa, prosesseissa, ties missä. System of systems kuvaa aluetta upeasti.

Katse tulevaisuuteen
Uutta yhteistysopimusta tehdessä määriteltiin tulevaisuuden yhteistyön mahdollisuuksia. Näistä yhtenä ideoitiin etkoja Automaatiopäivien yhteyteen Tampereelle. Etkot ovat automaatioalan nuorien ja nuorekkaiden ammattilaisten verkostoitumistapahtuma. Tapahtumapaikaksi on kaavailtu Plevnaa jotta samalla on mahdollista tutustua Finlaysonin alueen taidetarjontaan. Tapahtuman ohjelmassa on lyhyet esittelyt sekä Automaatioseurasta että IEEE Suomesta ja sen jälkeen vapaata tutustumista ja verkostoitumista.
”Verkostoitumismahdollisuus on tärkeä erityisesti nuorille ammattilaisille”, kertoo Automaatioseuran puheenjohtaja Outi Rask.
Suomessa järjestetään säännöllisesti isoja kansainvälisiä IEEE-konferensseja. Korkeiden osallistumismaksujen ja akateemispainotteisen sisällön takia nämä palvelevat pääsääntöisesti niitä Automaatioseuran jäseniä, jotka harjoittavat akateemista julkaisutoimintaa ja joiden työnantaja maksaa osallistumismaksun. IEEE Finland ja Automaatioseura pyrkivät järjestämään näihin konferensseihin satelliittitapahtumia, joihin osallistuisi IEEE Finlandin ja Automaatioseuran jäsenten lisäksi tapahtuman aiheesta kiinnostuneita konferenssiosallistujia, mukaan lukien tilaisuuteen erityisesti kutsuttuja ulkomaalaisia asiantuntijoita.

Hyvät yhteydet teollisuuteen
Automaatioseuralla ja IEEE Finlandilla on hyvät verkostot teollisuuteen, joita hyödyntämällä tapahtumiin pyritään saamaan hyvä tasapaino teollisuuden edustajia ja tutkijoita. Tapahtumat pyritään järjestämään joko pienellä osallistumismaksulla tai mieluiten siten että ne ovat ilmaisia IEEE Finlandin ja Automaatioseuran jäsenille. Tämä edellyttää yhteistyöhalua konferenssin pääjärjestäjältä, joten satelliitti tapahtumista pitää neuvotella erikseen konferenssikohtaisesti. Toistaiseksi on neuvoteltu Aalto-yliopistossa järjestettävien IEEE Innovative Smart Grid Technologies ISGT2021 Europe ja IEEE International Symposium on Industrial Electronics ISIE2023 järjestäjien kanssa, jotka ovat ilmaisseet tukensa asialle.
Satelliittitapahtumien formaatti voi olla esimerkiksi paneelikeskustelu, seminaari, työpaja, verkostoitumistilaisuus tai yhdistelmä näitä. Automaatioseuran ja IEEE Finlandin jäseniä rohkaistaan osallistumaan tapahtumien teeman ja formaatin suunnitteluun. IST2021 ja ISIE2023 konferensseihin pyritään saamaan Automaatioseuran kautta laajempaakin teollisuusosallistumista ja siten lisätä konferenssin relevanssia sekä ulkomaalaisen että kotimaisen yleisön kannalta.

Cobotti tehostaa tuotantoa

Teksti Jukka Nortio
Aloituskuva Istockphoto
Kuva Martina Store

Serviisi-hankeen tavoitteena oli välittää kolmessa vuodessa Keski-Pohjanmaan yrityksille uusinta tietoa yhteistyörobotiikasta eli coboteista ja viedä niitä yrityksille testattaviksi. Kaukaisena pidetty robotiikka on tullut monelle yritykselle näin tutuksi. Hanketta vetää Centria-ammattikorkeakoulun projektipäällikkö Jouni Vähäsöyrinki.

Kun robotiikkahankkeita lähdetään viemään eteenpäin yrityksissä, pitää ensin tehdä selkeä tarvekartoitus, mihin tarkoitukseen yhteistyörobotiikka voi tuoda ratkaisun. Käytännössä tämä tarkoittaa syvällistä perehtymistä tuotantoprosesseihin ja robotisointikohteiden tunnistamista.
”Yritys on usein itse tunnistanut pullonkauloja, mutta se ei aina riitä. Ongelman luonne pitää ymmärtää: johtuuko se kapasiteetista, työterveydestä, työvoiman saatavuudesta vai mistä. Kun tämä ymmärretään, voidaan sitä lähteä ratkomaan robottisovelluksella”, Vähäsöyrinki sanoo.
Yksinkertainen on kaunista
Ensimmäisen robottisovelluksen pitää olla mahdollisimman yksinkertainen eli sellainen, että se ratkaistaan vakioroboteilla ja niihin liittyvillä perustyökaluilla. Näin se voidaan ottaa nopeasti käyttöön ja siitä saadaan myös nopeasti hyötyjä.
”Jos lähdetään suunnittelemaan liian monimutkainen solu, järjestelmän kompleksiuus aiheuttaa häiriöitä, suunnittelun kustannukset kasvavat, tarvitaan erikoisosaamista ja käyttöönotto pitenee. Aina on parempi ottaa käyttöön useita yksinkertaisia cobotteja kuin yksi, joka tekee useita tehtäviä”, Vähäsöyrinki sanoo.
Alkuvaiheeseen kuuluu myös cobotin toiminnan ohjelmallinen simulointi, jossa nähdään sekä cobotin mahdollisuudet, että rajoitukset. Tällöin paljastuu myös cobottisolun kapasiteetti.
Vaikka cobotit mahdollistavat monien työvaiheiden tehostamisen, on niiden käyttöönotossa syytä pitää jalat maassa. Uuteen teknologiaan liittyy runsaasti hypeä ja kauniita myyntipuheita.
”Yhteistyörobottia hankittaessa on perehdyttävä eri valmistajien vaihtoehtoihin. Cobottien soveltuvuudessa, ohjelmoitavuudessa ja käytettävyydessä on eroja. On katsottava tarkoin, mikä cobotti sopii omiin tarpeisiin parhaiten. Siksi niitä kannattaa testata tosi toimissa”, Vähäsöyrinki sanoo.
Nappi pohjaan ja menoksi
Siirrytään Keski-Pohjanmaalta Itä-Suomeen, missä savonlinnalainen konepajayhtiö Ket-Met löysi cobotit vuonna 2016. Hyvien kokemusten saattelemana cobotteja on käytössä nyt viisi. Niiden edut verrattuna perinteisiin teollisuusrobotteihin näkyvät jo laitteiden käyttöönotossa.
”Emme tarvinneet ketään ulkopuolista robotin käyttöönottoon, vaan laitoimme sen itse konepalveluun. Osa roboteista tekee myös yksinkertaista kokoonpanoa. Olemme testanneet niillä myös jälkityöstöä kuten hiontaa”, Ket-Metin toimitusjohtaja Tuomas Kalanen sanoo.
Konepalvelu tarkoittaa kappaleiden tuontia koneelle, sen pois ottamista koneelta sekä koneen ja se työkalujen puhdistamista niin, että työstökoneelle voidaan tuoda seuraava kappale työstettäväksi. Kun robotti tekee kaiken tämän, poistuu toisteinen ja usein puuduttavaksi koettu manuaalinen työ.
Varsinaista robotin ja työntekijän yhteistyötä Ket-Metillä ei ole, vaan molemmilla on selkeästi omat tehtävät. Esimerkiksi sorvissa työstetyt kappaleet menevät pesukoriin, jonka ihminen vie pesukoneeseen ja muihin myöhempiin vaiheisiin.
Yhteistyörobotit soveltuvat Ket-Metin työhön erinomaisesti, koska yritys valmistaa pieniä sarjoja ja melko kevyitä kappaleita. Cobotit joustavat helposti uusiin tehtäviin, sillä niiden ohjelmointi ei vaadi ohjelmointitaitoja, vaan cobotin toimintatavan oppii muutamassa tunnissa.
”Robotin opettaminen on helppoa: painat napin pohjaan, vedät robotin johonkin asentoon ja sanot, että tämä on yksi piste. Sitten painat napin uudelleen pohjaan ja siirrät robotin toiseen asentoon. Tämän jälkeen robotti osaa jo toistaa liikettä näiden kahden asennon välillä. Ideana on se, että meillä on valmiina muutama valmis ohjelmarunko, joiden pisteitä kuka tahansa voi muuttaa aika näppärästi”, Kalanen sanoo.
Henkilökunta mukaan
Kun cobottihankkeessa päästään kilpailutuksen jälkeen teknologia- ja toimittajavalintaan, on robotteja aina syytä pyytää laitteita koekäyttöön. Tällöin kannattaa mukaan ottaa kumppaniksi esimerkiksi alaa tuntevaa puolueeton taho kuten ammattikorkeakoulu. Tässä vaiheessa selvitetään myös laitteen tekninen tuki, miten päivitykset hoidetaan, miten huolto on järjestetty, miten erilaisia lisälaitteita on saatavilla ja mitkä ovat eri palveluiden hinnat.
Koko henkilökunnan perehdytys on onnistuneen cobottihankkeen ytimessä. Näin siksi, että ensimmäiseen cobottiin liittyy usein ennakkoluuloja, pelkoja ja jopa vastustusta, kun työntekijät ovat huolissaan työpaikoistaan.
”Mitä enemmän ihmiset saavat tietoa, sitä enemmän he näkevät, että cobotit ratkaisevat ongelmia eivätkä vie työpaikkoja. Cobotit pitäisikin katsoa ennen kaikkea työkaluina, joiden käytölle yrityksissä löydetään koko ajan uusia käyttötapoja”, Vähäsöyrinki sanoo.

Jouni Vähäsöyrinki

Selkeät tavoitteet tarpeen
Cobottihankkeella pitää Vähäsöyringin mukaan olla aina konkreettiset ja yksinkertaiset tavoitteet. Määrä voi olla esimerkiksi kapasiteetin nosto eli kuinka paljon halutaan lisää tuotantoa.
”Laadullinen tavoite voi olla työvaiheen vakiointi, jolloin käsityön poistuessa työn laatu paranee. Työturvallisuuden parantamista tulee myös tarkastella, kun raskas työvaihe tai myrkyllisille aineille altistus poistuu, kun cobotti ottaa työvaiheen hoitaakseen”, Vähäsöyrinki sanoo.
Taloudelliset vaikutukset tulevat monelta suunnalta: tuotantokustannukset alenevat, lisää myyntiä ja kyky hankkia uusia asiakkaita, kun asema arvoketjussa muuttuu.
Teknologiainvestoinnit avaavat usein ovia uusiin asiakkuuksiin ja yhteistyökuvioihin, kun toimintatavat kehittyvät ja kyky tuottaa laajempia kokonaisuuksia paranee.
”Tavoitteet ja niistä johtuvat mittari pitää miettiä tarkoin hankkeen alussa. Mittariston on syytä olla monipuolinen, sillä robotisaatiolla voi olla hyvin laaja-alaiset vaikutukset”, Vähäsöyrinki sanoo.
Ket-Metin viiden cobotin takaisinmaksuaika on vaihdellut kuuden kuukauden ja kahden vuoden välillä. Yksikään niistä ei ole tarvinnut varsinaista huoltoa ja ylläpitoa.
”Robotit ovat toimineet moitteetta. Pelkkää putsaamista on ollut ja pari kaapelia piti sähläyksen takia uusia”, Kalanen sanoo.
Cobotit tuottavat takaisinmaksuajan jälkeen puhtaita euroja.
”Joillakin koneilla olemme saaneet tuplamäärän tunteja per henkilö eli 40 000 – 50 000 euroa vuodessa, joka on robotin hankintahinta. Toisilla koneilla hyöty on tullut sitä kautta, että ilman robotteja emme olisi saaneet uusia töitä eli emme olisi päässeet siihen kustannustasoon, johon nyt. Kassavirtaan positiivinen vaikutus on se, että robotit on hankittu viiden vuoden rahoituksella ja niiden takaisinmaksuaika on ollut keskimäärin vuosi”, Kalanen sanoo.
Nopeaa kehitystä
Cobottien maailma kehittyy Vähäsöyringin mukaan vauhdikkaasti. Erilaisten lisävarusteiden lisääntyminen muistuttaa kännyköiden applikaatiokauppaa, johon tulee jatkuvasti uusia cobottisovelluksia mahdollistavia tuotteita.
”Cobottien älykkyys, autonomia, vuorovaikutus ja turvallisuus paranevat koko ajan. Niiden fyysinen olomuoto muuttuu monikäyttöisemmäksi eli ne voivat olla jatkossa muutakin kuin käsivarsia. Samalla niiden integraatio osaksi tuotantoympäristöä paranee. Onkin tärkeää, että vuorovaikutus käyttäjien ja cobottikehittäjien välillä tiivistyy, jotta uudet sovellusapuvälineet syntyvät palvelemaan uusia käyttötarpeita”, Vähäsöyrinki sanoo.
Cobottien käyttö kehittyy kokoonpanotöissä monipuolisempiin, hienomekaanisempiin ja tarkkuutta vaativimpiin tehtäviin, joissa ihmisen motoriikka ja älykkyys ovat olleet toistaiseksi ylivertaisia cobotteihin verrattuna. Ensi askel tähän on se, että cobotille ohjataan avustava työ eli se tuo työntekijälle osan, asettaa sen paikalle ja työntekijä kiinnittää ja tarkastaa, että liitos on kunnossa.

TOISTA MAATA KUIN TEOLLISUUSROBOTIT
Centrian Vähäsöyringin maailmassa cobotille on ominaista se, että ne ovat yksinkertaisia ohjelmoida.
”Veimme hitsauscobotin yritykseen. Meni vain pari tuntia, kun yrityksen kaveri oli saanut cobotin toimimaan haluamallaan tavalla”, Vähäsöyrinki sanoo.
Toinen asia on turvallisuus eli cobotti ei vaadi yhtä massiivista turvallisuusarsenaalia kuin perinteinen teollisuusrobotti. Mutta täysin riskittömiä ne eivät ole.
”Kyllä cobottikin tarvitsee riskianalyysin. Jos cobotilla on pyörivä terä tai muu vastaava leikkaava työkalu, se voi aiheuttaa vaaratilanteen”, Vähäsöyrinki sanoo.
Cobotit ovat teollisuusrobotteja pienempiä ja ne on tarkoitettu pienemmille kuormille. Ne ovat helposti siirrettäviä ja usein tarkoitettuja joustaviin käyttötarpeisiin niin, että cobottia voidaan käyttää helposti pienellä muuntelulla monenlaisiin tarpeisiin.
Kun Kalanen vertaa Ket-Metille hankittuja cobotteja perinteisiin teollisuusrobotteihin, nostaa hän päällimmäisiksi eduiksi helpon käyttöönoton, joustavuuden, helpon ohjelmoitavuuden, siirrettävyyden sekä sen, ettei cobotti vaadi monipuolisia turvalaitteita.
”Alhaiset aloituskustannukset sekä nopea käyttöönotto ovat olleet meille tärkeä asia ensimmäisestä robotista alkaen. Nämä asiat lyhentävät merkittävästi takaisinmaksuaikaa”, Kalanen sanoo.
Kokemukset ovat olleet niin hyvät, että jatkossa jokainen työstökone saa Ket-Metissä seurakseen robotin.
”Pienemmissä koneissa päädymme jatkossakin yhteistyörobottiin. Jatkossa isommat koneet voivat saada rinnalle teollisuusrobotin riippuen niiden kehityksestä. Olemme saaneet yhteistyörobottien avulla paljon valmiuksia myös vaativimpien robottien käyttöönottoon”, Kalanen sanoo.

Ohessa Omronin näkemys cobottien roolista ja mahdollisuuksista.

Automaatioväylä 6/2020 on ilmestynyt

Lehdessä juttuja muun muassa seuraavista aiheista:

Mobiilirobottien sovelluskohteet
Koneiden riskienhallinnassaon vielä parannettavaa
Digitaaliset kaksoset ja virtuaalinenkäyttöönotto tehdasympäristössä
Suunnittele, rakenna, tutki
Teollisuusrobotti taipuu tiimityöhön
Yritysten digiloikka sumuun
Raisioaqua luottaa dataan ja yhteistyöhön
Automaatioalan vaikuttaja (Tero Peltomäki)

Nykyisen käytännön mukaisesti lehden verkkoversio löytyy paperilehdessä olevasta QR-koodista.
Näille kotisivuille linkki verkkolehteen tulee seuraavan lehden ilmestymisen aikoihin.

Verkkolehtiin pääsee myös etusivulta klikkaamalla lehden etusivun yläosan palkkia.

Automaatioväylä 5/2020 on ilmestynyt

Lehdessä juttuja muun muassa seuraavista aiheista:

Data tiedoksi ja päätöksenteon tueksi
Teollisuusrobottien tilastot 2019
Teollisuusprosessien Digital Twins
Vaateteollisuus meni metsään
Sähköverkon alitaajuussuojaus muuttuu
Kestävä ja kilpailukykyinen Suomen teollisuus
Haastavien teollisuusprosessien sensorointi ja tiedonkeruu
Automaatioalan vaikuttaja (Matti Vilkko)

Nykyisen käytännön mukaisesti lehden verkkoversio löytyy paperilehdessä olevasta QR-koodista.
Näille kotisivuille linkki verkkolehteen tulee seuraavan lehden ilmestymisen aikoihin.

Verkkolehtiin pääsee myös etusivulta klikkaamalla lehden etusivun yläosan palkkia.

Automaatioväylä 4/2020 on ilmestynyt

Lehden teema on Tekoäly.

Lehdessä juttuja muun muassa seuraavista aiheista:

Tekoäly tositoimissa
Botti 2.0
Tekoälyn soveltamisen kynnys korkealla
Mitä säätöinsinööri voi oppia eläinkuiskaajalta?
Pölyttömät hiontaratkaisut roboteille
Kohta kaikki yrityksesi data salataan
Liikkuvan työkoneen ympäristön havainnointia tekoälyllä
Kuljetinsovelluksen käyttöteknologia
Sähköauton latauspaikan suunnittelu
Ratkaisut asiakkaan tarpeen mukaan
Automaatioalan vaikuttaja (Janne Öhman)
Matkaväylä: ACC20
Toimitusneuvosto esittäytyy (Arto Mettälä)

Nykyisen käytännön mukaisesti lehden verkkoversio löytyy paperilehdessä olevasta QR-koodista.
Näille kotisivuille linkki verkkolehteen tulee seuraavan lehden ilmestymisen aikoihin.

Verkkolehtiin pääsee myös etusivulta klikkaamalla lehden etusivun yläosan palkkia.

Automaatioväylä 3/2020 on ilmestynyt

Lehden teema on älykäs ympäristö.

Lehdessä juttuja muun muassa seuraavista aiheista:

Työkalupakki kaupunkien päätöksentekoon
Virtuaalinen alustan ja kiinteistöautomaatio
Satamat digitalisoituvat
Automaation työkalut kasitautiriskien arvioinnissa
Voimalaitoksen kunnossapito
Optimoitu palaminen vähentää NOx-päästöjä
Automaatioalan vaikuttaja: Ilpo Ruohonen
Tekoälyä Isossa Omenassa

Nykyisen käytännön mukaisesti lehden verkkoversio löytyy paperilehdessä olevasta QR-koodista.
Näille kotisivuille linkki verkkolehteen tulee seuraavan lehden ilmestymisen aikoihin.

Verkkolehtiin pääsee myös etusivulta klikkaamalla lehden etusivun yläosan palkkia.

Automaatioväylä 2/2020 on ilmestynyt

Lehden teema on Prosessiautomaatio

Alla on poimintoja sisällysluettelosta

Automaatiota logistiikkakeskuksessa
Simuloinnilla parempaan tulokseen
Sukellus mikrobien maailmaan
Tapaturmariskit robotiikassa
Opetusmeijerin digitalisointi
Automatisoitu biokaasulaitos
Prosessimallinnuksen kimppuun
Automaatioalan vaikuttaja: Pasi Laine
Fiksu omaisuudenhallinta
Toimitusneuvosto: Pasi Haravuori

Nykyisen käytännön mukaisesti lehden verkkoversio löytyy paperilehdessä olevasta QR-koodista.
Näille kotisivuille linkki verkkolehteen tulee seuraavan lehden ilmestymisen aikoihin..

Verkkolehtiin pääsee myös etusivulta klikkaamalla lehden etusivun yläosan palkkia.