Tekoälyavustaja raskaiden koneiden ohjaukseen hyvinvoinnin tueksi – estämään stressiä ja törmäyksiä

Reaaliaikainen simulaatio valjastetaan raskaiden koneiden ja ohjaajien hyvinvoinnin tueksi uudessa Oulun yliopiston, LUT-yliopiston ja Aalto-yliopiston tutkimushankkeessa. Koneiden käyttöä yksinkertaistamalla vähennetään käyttäjän kokemaa stressiä ja koneeseen kohdistuvaa mekaanista rasitusta.

Digitaalinen murros vaikuttaa myös raskaita koneita valmistavaan teollisuuteen. Suomessa koneenrakennus on teollisuuden ala, jolle digimurros luo tarvetta ohjelmistojen ja osaamisen kehittämiselle.

Kansallisella tasolla korkean teknologian tuotteet ovat usein pitkälle räätälöityjä, asiakastarpeita vastaavaksi ja niitä käytetään globaalisti. Ohjelmistojen kehitys räätälöityihin koneisiin vaatii laitekohtaista tietoa ja ymmärrystä niiden käyttäytymisestä, jotta ohjelmistot saadaan toimimaan tehokkaasti ja tarkoituksenmukaisesti. Reaaliaikasimulointiin pohjautuvat simulointitekniikat sekä tekoälytekniikat mahdollistavat älykkäiden ominaisuuksien kehittämistä esimerkiksi työkonesovelluksiin jo suunnitteluvaiheessa. Näiden avulla pystytään vaikuttamaan tuottavuuteen, hyötysuhteeseen ja operaattorin eli koneen käyttäjän hyvinvointiin.

- Nykyaikaisissa simuloinneissa pystytään mallintamaan koneen lisäksi ympäristöä tarkasti, jolloin valmiudet hyödyntää simulointeja laiteen uusien ominaisuuksien kehityksessä on suuri, kertoo Sandvik Mining and Construction Oy:n suunnittelupäällikkö Arto Vento.

Uudessa Santtu-tutkimushankkeessa keskitytään työkoneiden ja raskaan teollisuuden koneiden operaattoreita avustavien järjestelmien kehittämiseen vahvassa yhteistyössä suomalaisen teollisuuden kanssa. Hankkeen tavoitteena on yksinkertaistaa koneiden ohjausta ja käyttöä puoliautonomisten, operaattoria avustavien järjestelmien avulla. Samalla operaattorin kognitiivinen kuormitus sekä laitteeseen kohdistuva rasitus vähenee. Myös koneiden elinikä, käytettävyys ja tuottavuus paranevat merkittävästi.

Yhdistämällä fysiikkapohjaista (reaaliaikaista) simulointia, digitaalisia kaksosia ja tekoälytekniikoita pystytään luomaan puoliautonomisiajärjestelmiä. Tavoitteena on kehittää mallipohjainen, tekoälyavusteinen ratkaisu, joka mahdollistaa törmäyksen eston, rasituksen optimoinnin, parannetun tarkkuuden, työrutiinien automatisoinnin sekä ihmiskeskeisen käyttöliittymän suunnittelun toteuttamisen. Näiden avulla osaamisvaatimukset koneen tehokkaalle käytölle madaltuvat, mikä laajentaa tavoiteltavia markkinoita erityisesti nopeasti kasvavilla markkina-alueilla.

- Simulointipohjaisesti, etenkin reaaliaikaisen dynamiikkalaskennan avulla, pystytään kehittämään ohjelmistoja ja ominaisuuksia, jotka on räätälöity konekohtaisesti ja mahdollistavat koneiden energiatehokkaan käytön sekä parantavat laitteiden tuottavuutta, kertoo Oulun yliopiston koneensuunnittelun professori Emil Kurvinen.

Hankkeessa ovat mukana Sandvik Mining and Construction Oy, Raute Oyj, Ponsse Oyj ja Mantsinen Oy sekä seurantayrityksinä Mevea Oy ja GIM Robotics Oy sekä lisäksi Sustainable Industry X (SIX) ja FIMA Ry. Hankekokonaisuus liittyy Sandvik Shift’25 Business Finland veturiohjelmaan. Projekti rahoitetaan Business Finland co-innovation rahoitusinstrumentista ja on liitettynä Sustainable Manufacturing ohjelmaan. Julkisen tutkimuksen projektin kesto on kaksi vuotta (1.4.2022-31.3.2024).

Santtu-tutkimushanke

• MITÄ? Koneen ohjauksen ja käytön yksinkertaistaminen puoliautonomisten kuljettajaa avustavien järjestelmien avulla
• MIKSI? Vähentämään käyttäjän kokemaa kognitiivista stressiä ja koneeseen kohdistuvaa mekaanista rasitusta, joilla voidaan lisätä koneen käyttöikää sekä käytettävyyttä
• MITEN? Yhdistämällä huippuluokan fysiikkaan perustuvia simulaatiomalleja, digitaalisia kaksosia ja tekoälytekniikoita korkeamman tason autonomisten ominaisuuksien saavuttamiseksi.
• TULOKSET Mallipohjainen tekoälyavustaja, joka kykenee estämään törmäyksiä ja stressiä, parantamaan tarkkuutta, automatisoimaan rutiinityötehtäviä sekä parantamaan ihmiskeskeisen ihmis-kone-liittymää (Human machine interface, HMI).

Projekti toteutetaan kolmen yliopiston yhteistyönä:

• LUT-yliopiston monitieteisellä SIM-alustalla. Mukana ovat Lea Hannolan innovaatiojohtamisen, Aki Mikkolan virtuaalisuunnittelun, Paavo Ritalan strategian ja innovaatioiden, Minna Saunila suorituskyvynjohtaminen, sekä Heikki Handroosin älykkäiden koneiden tutkimusryhmät. Lisätietoja: www.moresim.fi
• Oulun yliopiston materiaali- ja konetekniikan tutkimusyksikön kone- ja ajoneuvotekniikan tutkimusryhmässä koneensuunnittelun professori Emil Kurvisen johtamana
• Aalto yliopiston Älykkäiden robottien tutkimusryhmässä professori Ville Kyrkin johdolla