Digitaalinen malli on askel kohti AR:ää

TEKSTI: JUKKA NORTIO KUVAT: FORTUM, NCC, JUKKA NORTIO

Energiayhtiö Fortumin sisäinen startup eSite digitoi teollisuuslaitoksia sekä Suomessa että maailmalla. Sen ytimessä on teknologia, jolla mahdollistetaan etävierailut laitoksella ja näin nopeutetaan ja tehostetaan esimerkiksi teollisuuslaitosten kunnossapitoa. Näin mittaukset ja automaatiokohteet voi näyttää todellisessa laitosympäristössään.

Virtuaalitodellisuus on arkista realismia kymmenissä teollisuuslaitoksissa yli kymmenessä maassa. Sen on tehnyt mahdolliseksi energiayhtiö Fortumin sisäinen startup eSite.
”Olemme luoneet skaalautuvan liiketoimintamallin, jota tarjoamme muun muassa tehtaiden käyttö- ja kunnossapitoon, seisokkien valmisteluun ja työturvallisuuden kehittämiseen”, eSite yksikön johtaja Miko Olkkonen sanoo.
eSiten tarjoama digitaalinen malli perustuu tehtaiden todelliseen tilanteeseen, ei niiden suunnittelun aikaisiin 3D-malleihin. Järjestelmä luo 360-valokuvista ja laserkeilauksista digitaalisen mallin, joka vastaa teollisuuslaitoksen tiloja sellaisena kuin ne ovat.
Mallissa näkyy kaikki detaljit kuten trukkien latauspaikat, niissä olevat koneet, roska-astiat ja seinillä olevat kyltit. Kun eSite-malli on näin realistinen, se mahdollistaa todellisuuteen perustuvan vierailun tehtaalla.
”Jatkamme siitä mihin Google Maps ja Street View jäävät. Menemme tontin ja rakennuksen sisälle ja digitoimme tehtaan päivässä. Erotuksena Googlen palveluihin meidän palvelumme ei ole julkinen, vaan turvallisesti jaettu vain niille henkilöille, joille asiakkaamme antaa oikeudet”, Olkkonen sanoo.

Näkymä arkkitehdin tietomalliin. Kun käden avaa laitteelle, pääsee ”napista painamalla” avaamaan käyttöliittymän.

Realistinen tilannekuva kunnossapidolle
Näkymät tehtaan sisältä ovat niin realistisia ja yksityiskohtaisia, että kunnossapitohenkilö näkee tarkasti ympäristön, johon hän on menossa tekemään töitä. ESite tarjoaa mittanauhan, jolla voi tarkasti mitata, missä korossa esimerkiksi korjattava laite on. Näin korjaaja voi tilata esimerkiksi korjauskohteeseen sopivat telineet ilman lukuisia vierailuja työkohteessa.
”Ylläpidon työnjohtaja voi tehdä digitaaliseen malliin merkintöjä samaan tapaan kuin Googlen point of interest -toiminnolla. Näin voidaan etänä merkata esimerkiksi vaihdettavan suodattimen paikka, antaa työohjeet sekä kertoa suodattimen malli.”
Asiakkaat ja partnerit jatkojalostavat toimintamalleja Olkkosen mukaan eSite-palvelu tarjoaa alustan, jota hyödyntämällä  tuotantolaitokset ja niiden palveluntarjoajat voivat nousta digitaalisten ratkaisujen hyödyntämisessä uudelle tasolle.
”Asiakkaamme parantavat parhaillaan dataohjautuvuuttaan hyödyntämällä meiltä saamaansa dataa kunnossapidon kehittämiseen joko itse tai kumppaneidensa kanssa.”
Korona-aikana digitoidut tehtaat ovat olleet monelle yritykselle oiva keino suunnitella toimintaansa etäpalavereissa, joissa realistista tehdasmallia on jaettu kaikkien osallisuijien kuvaruuduille.
”Rakennamme palvelumme päälle eri teollisuuden aloja hyödyntäviä palveluja, joihin tuodaan muun muassa kunnossapitojärjestelmän työmääräimet ja reititykset. Nämä palvelut ovat vielä teknologisia proof of concepteja ja niiden bisnesmallit ovat vielä kehitysvaiheessa. Kestää vielä aikansa, kunnes ne tulevat osaksi valtavirran päivittäistä liiketoimintaa.”
Kehitystyötä tehdään kuitenkin kovalla sykkeellä asiakkaiden kanssa. Hyvä esimerkki on Ramirentin Rami360-palvelu, jossa digitoidaan kokonaisia rakennustyömaita. Palvelun mittatarkkuus on millimetreissä, lähellä teollisuudessa jo laajasti käytettyä laserkeilausta.
”Tässä tapauksessa osuutemme on työmaalta kuvatun materiaalin prosessointi ja materiaalin tietoturvallinen julkaisu. Ramirentillä on ihmisiä tuhannella työmaalla, minne voimme toimittaa kuvantamislaitteet ja kouluttamamme ihmiset kuvaavat rakennustyömaan digitaalisen mallin, joka voidaan päivittää esimerkiksi kerran viikossa.”

eSiteview mahdollistaa etävierailut työmaalla, rakenteiden mittaamisen, dokumenttien liittämisen paikkatietoon, 3D-tiedon tuottamisen ja integroimisen erilaisiin IoT-järjestelmiin.


Huomisen sovellus jo tänään
Merkittävä asia eSitessä on se, että kaikki merkinnät liitetään tarkasti koordinaatistoon eli jokaisella merkinnällä on paikkatieto. Tämä mahdollistaa sen, että jatkossa kunnossapidon henkilö voi tämän paikkatiedon ja erilaisten älylasien avulla suunnistaa tehtaalla kunnossapitokohteesta toiseen. Erilaiset älylasit ovat kehittyneet viime vuosina paljon, mutta todellisessa tuotantokäytössä näitä on vielä harvakseltaan, johtuen hintatasosta, käytön turvallisuus näkökulmista ja käyttömukavuudesta.
”Teemme teollisuudelle tulevaisuuden VR-ratkaisuja, jotka toimivat jo tänään. Käytämme sovellusta tänä päivänä tietokoneella ja kännykällä, mutta samalla luomme pohjaa tulevaisuuden VR- ja AR- ratkaisuille”, Olkkonen sanoo.
eSite-malli luodaan mobiilikartoitustyökaluilla, jotka ottavat kohteessa automaattisesti useita tuhansia valokuvia. Niitä otetaan sekä dronella että maanpäällisillä kameroilla. Kuvien perustella luodaan pisteitä, joiden välillä tilassa liikutaan. Koordinaatit ja tilan mittaukset tehdään tehtaan ulko- ja sisäalueen kattavalla laserkeilauksella. Laserkeilauksen perusteella luodussa pistepilvessä voi käyttöliittymässä liikkua kuten peleissä lentämällä.
”Digitoimme päivässä keskikokoisen tehdasalueen 3D-malliksi sekä sisä- että ulkopuolelta. Isompiin sellutehtaisiin voi mennä useampi päivä.”
eSiten tuottama malli toimii jo eräänlaisena laitoksen digitaalisena kaksosena ja vastaa sellaisenaan jo osaan esimerkiksi käyttö- ja kunnossapidon käyttötarpeista. eSiten kuvaamasta datasta tuotettu 3D-malli voi myös toimia ensimmäisenä vaiheena, josta jalostetaan edelleen täysiverinen laitostietomalli tai monipuolisempi tehtaan digitaalinen kaksonen. Sen asiakas saa noin viikossa.
Pilvipalveluna toimiva eSite voi tällä hetkellä toimia nopeasti yli 30 maassa, joissa palvelun kumppanit  voivat käydä asiakkaiden tehtaassa kuvaamassa ja laserkeilaamassa kohteet, jonka jälkeen palvelu jalostaa asiakkaalle valmiin eSiteview-ratkaisun.

***

Tuula Ruokonen, VTT: Hankkeet vielä kehitysvaiheessa

”VR- ja AR-sovelluksista tehdään teollisuudessa runsaasti proof of concepteja, mutta niiden skaalaus ja todellinen hyödyntäminen on vielä vähäistä. Syynä on osaksi sovellusten sisällön tuottamisen vähäisyys ja myös käyttöliittymien työläs rakentaminen. Ei riitä, että on 3D-malli prosessista tai laitteesta, vaan sisältöä pitää osata tuottaa käyttäjän tarpeisiin.
Tarvittavan, oleellisen ja ajantasaisen tiedon tuonti 3D-malliin muista järjestelmistä on haastavaa. Backoffice- ja legacy-järjestelmät eivät ole optimaalisia tietolähteitä tähän työhön. Toinen syy on se, että tiedon parametrointi on eri järjestelmissä erilaista. Tilanteeseen vaikuttaa myös VR- ja AR-laitteistojen hinta ja turvallisuus.
VTT on totuttanut useita mielenkiintoisia pilotteja sekä kehittänyt sisällöntuotantoa tehostavan ALVAR-kirjaston. Yksi mielenkiintoinen kotimainen projekti on ollut hitsauslaitevalmistaja Kempin virtuaalisten prototyyppien käyttö hitsauksessa. Boeing on puolestaan hyödyntänyt esimerkillisesti AR-teknologiaa asennuksen ohjeistukseen: Boeing Augmented Reality Secret: Skylight For Assembly.
VTT:n spin off Delta Cygni Labs on saanut monia asiakkaita PointR-tuotteensa käyttäjäksi. Kyseessä on helppokäyttöinen ja tehokas AR-järjestelmä etätukeen. Se toimii kännykällä, läppärillä ja esimerkiksi Hololenseillä.
Valmetilla on Mika Karailan projekteissa tehty kehitystä ValmetXR-ympäristön VR/AR-sovelluksiin, joita on käytetty muun muassa koulutukseen, perehdytykseen, Design Review -katselmointeihin sekä etätukeen. Kartonkikoneiden koulutukseen liittyviä VR-sovelluksia Valmet on kehittänyt myös Elomaticin kanssa.
Automaatioseuran webinaareissa on aiheeseen liittyviä esityksiä ja materiaaleja, joihin kannattaa tutustua.”

**

Trimble Connect for Hololensin käyttöliittymällä ohjataan, miten tietomallia voidaan manipuloida. Kuvassa myös väritetyt putket kuvaavat tietomallia.

Rakennusyhtiö NCC on ollut yksi ensimmäisiä rakennustyömaille virtuaalilaseja tuoneista alan pioneereista. Vaikka kyseessä on virtuaalilasit, käytetään niissä yhdistetyn todellisuuden tekniikkaa (Mixed Reality), jossa todellisen maailman näkymään lisätään 3D-suunnittelumallit.
”Testaamme uusia virtuaalilaseja melko suoraviivaisesti. Annamme työntekijälle kypärän päähän ja hieman opastusta, mihin sitä voisi käyttää. Käyttäjäkokemuksista saamme palautetta, miten käyttöä voisi laajentaa”, NCC:n digi-insinööri Eero-Pekka Piipponen sanoo.
Hänellä on vankka tausta muun muassa autoasentajan ja infrapuolen suunnittelijan töistä. Digi-insinöörinä hän kehittää NCC:llä toimintamalleja, joissa hyödynnetään uusia teknologioita ja laitteita rakennustyömaiden arkeen.
Piipponen teki laajan taustatyön ennen kuin Trimblen XR10 with Hololens 2 -lasit tuotiin ensimmäiselle työmaalle. Hän kartoitti sen tekniset ominaisuudet, toiminnallisuuden ja mahdolliset käyttökohteet työmaalla. Tavoitteena oli ennakkoon löytää mahdollisimman laajasti sovellusalueita rakennustyömaalla.
Työturvallisuuden vaatimus on tärkein. Trimblen laseilla se toteutuu, sillä lasit ovat osa turvakypärää. Sen visiiri on edessä ja akku kypärän takana.
”Kun esimerkiksi tietomalli tuodaan laseihin, näkyy todellinen ympäristö niiden takaa. Käyttäjän pitää tällöin toki huomioida, että hänen näkökenttänsä on jonkin verran sumentunut.”
XR-10-laseja on käytetty NCC:n työmaalla, jolle nousee Trimblen Suomen toimintojen pääkonttori. Esimerkiksi kiinteistön konehuoneessa tarkasteltiin VR-laseilla tulevia asennuksia ennen kuin niitä tehtiin.
”Suunnitelmat avautuvat asentajille aivan uudella tavalla, kun he pääsivät katsomaan laseilla, miten ilmastointikanavat on suunniteltu tilaan asennettaviksi. Tämä helpottaa ja nopeuttaa asennustyötä huomattavasti, kun asentajan ei tarvitse miettiä, miten asennuksia tehdään.”
Kun asentajat toteuttavat tarkasti suunnitelmia, myös virheiden määrä pienenee ja rakentamisen laatu paranee. Virtuaalikypärän käyttäjä voi välittää kypärän kameralla reaaliaikaista kuvaa työmaalta toisilla paikkakunnilla oleville työmaakokouksen osallistujille. He näkevät työmaan tapahtumat reaaliajassa ja voivat samalla lisätä havaintojaan suoraan malliin.
VR-laseja voidaan hyödyntää myös rakennuksen valmistumisen jälkeen. Valmiissa kiinteistössä voidaan selvittää esimerkiksi, mitkä putket ja johdot kulkevat missäkin tilassa. Kun NCC on nyt saanut kokemuksia VR-laseista yhdeltä työmaalta, niiden käyttöä on laajennettu.
”Seuraava askeleemme on luoda selkeä ohjeistus ja koulutus työntekijöillemme VR-lasien käyttöön. Näin saamme VR-teknologian osaksi työmaidemme arkea.”
Koska VR-lasit ovat vielä melko tuoretta teknologiaa, niiden ominaisuudet paranevat jatkuvasi. Niin myös Trimble XR10:n, jonka 3D-mallin päivitys parani merkittävästi viime syksynä. Todellisen maailman ja tietomallin kohdistaminen on nyt huomattavasti aiempaa nopeampaa.
”Tietomalliaineiston pitää sisältää ominaisuuksia, joita VR-lasit vaativat. Mitä enemmän tietomalli vastaa rakennettavaa tuotetta, sitä helpompi sillä on rakentaa lopputuote”, Piipponen sanoo.