Tuotantokoneiden ja -linjojen automaatioasteen nosto, tiedonkeruun tehostaminen liiketoimintahyötyjen maksimoimiseksi, robotiikan integroiminen entistä voimakkaammin osaksi automaatiojärjestelmiä ja ketterä muutosjoustavuus esimerkiksi modulaaristen tuotantolinjakokonaisuuksien muodossa ovat teollisuuden toive- ja vaatimuslistoilla.

Näihin teknologioihin liittyy olennaisena osana langaton tiedonkeruu ja tiedonsiirto, Internetin hyödyntäminen, akkuteknologia, logistiikkaratkaisujen seurantavaatimukset sekä mobiilius. Tämän kaiken omaksumisen mahdollistaa kouluttautuminen uusien ja alati muuttuvien työelämätaitojen osalta. Ajantasaiset ja työelämälähtöiset sähkö- ja automaatiotekniikan tiedot ja taidot ovatkin perusedellytys menestyvän yrityksen toimintaan.

SÄHÄKKÄ - Sähkö- ja automaatio-osaamisen kehittäminen Lahden seudulla on ESR -rahoitteinen (Euroopan sosiaalirahasto) hanke. Yhtenä osakokonaisuutena hankkeessa tutkitaan ja kartoitetaan työelämätarpeita Digital Twin-teknologian, IIoT:n ja robotiikan alueilla. Kustakin näistä teknologioista tehdään ja pilotoidaan ammattikorkeakoulutason opintojakso, joita on myöhemmin tarkoitus sisällyttää LAB-ammattikorkeakoulun Sähkö- ja automaatiotekniikan koulutuksen opintosuunnitelmiin.

Digital Twin eli digitaalinen kaksonen tarkoittaa tuotantokoneen tai -linjan kanssa yhtenevän virtuaalisen mallin ohjaamista automaatiojärjestelmällä, esimerkiksi PLC:llä (PLC = Programmable Logic Controller). Tämä teknologia mahdollistaa tuotantokoneen tai -linjan testaamisen ja ainakin osittaisen käyttöönottamisen ennen laitteiston fyysistä käynnistämistä tai käyttöönottoa. Tämä lyhentää laitteiston käyttöönottoaikaa ja mahdollistaa laadukkaamman asiakaskoulutuksen jo ennen laitteiston toimitusta.

Älykäs tuotantolinja koostuu tiedonkeruusta ja sen hyödyntämisestä esimerkiksi teollisuusyrityksen tai yhteiskunnan tarpeisiin. Se pitää sisällään konfiguroitavat ja diagnostiikkaa tuottavat anturit ja siihen liittyvän tiedonsiirron ja tiedon analysoinnin hyötykäyttöön esimerkiksi IO-Link- ja IIoT-teknologioiden muodossa. Ennakoiva huolto (predictive maintenance) tai lähes sen synonyymi etäkunnonvalvonta (remote condition monitoring) on teollisen internetin sovellusalueista se, johon kohdistuvat kaikkein suurimmat odotukset.

Robotiikan soveltaminen yhä monialaisemmin ja ketterämmin tulevaisuuden muuttuviin tarpeisiin on myös osa nykypäivän vaatimuksia niin alan teknisessä koulutuksessa kuin teollisuuden piirissä. Teollisuusrobotteja ja yhteistyörobotteja eli cobotteja käytetään entistä enemmän osana tuotantolinjamaisia kokonaisuuksia yhtenä koneena erillisten robottisolujen sijaan tai lisäksi. Tällöin robotin ja tuotantolinjaa ohjaavan ohjausjärjestelmän välinen rajapinta ja kommunikointi ovat tärkeässä roolissa.

RobotStudio on offline- ja online-ohjelmointi- ja simulointityökalu robottisovelluksiin. Virtuaaliohjaintekniikkaan perustuva RobotStudio-paketti antaa varmuuden siitä, että ohjelmointityökalun näkymä vastaa sitä, miten robotti käyttäytyy tosielämässäkin. Näin voidaan rakentaa, testata ja parantaa robottikonfiguraatiota virtuaaliympäristössä. Se nopeuttaa käyttöönottoaikaa ja tuottavuutta huomattavasti, koska ohjelmoinnin ja simuloinnin voi suorittaa häiritsemättä tuotantoa.

Digital Twin-teknologia, robotiikka ja älykäs tuotantolinja -konsepti toteutuvat myös hankeen aikana tehtävällä oppimisympäristön suunnitelmalla ja pilotoinnilla. Oppimisympäristön perusajatus lähtee muutamasta erillisestä esimerkiksi kuvan 1 mukaisesta yksittäisestä robottisolusta, joita voidaan käyttää ensimmäisten robotiikan opintojaksojen aikana opetuksessa. Näitä robottisoluja on useita, joten se mahdollistaa useiden opiskelijaryhmien työskentelyn robotin kanssa samanaikaisesti.

Robottisolujen lisäksi hankkeessa pilotoitiin varastojärjestelmää, joka sisältää yhdeksän varastopaikkaa. Varastojärjestelmästä on olemassa myös Digital Twin-malli. Varastojärjestelmää ohjaa Siemensin ohjelmoitava logiikka ja toimintoja suorittaa kolme servo-ohjattua paikoitusakselia.

Tuotantolinjamainen kokonaisuus saadaan aikaiseksi liittämällä robottisolut ja varastojärjestelmä toisiinsa esimerkiksi kuvan 3 mukaisella järjestelyllä. Siinä useampi erillinen solu liitetään toisiinsa kuljetinjärjestelmillä, jolloin saadaan muodostuttua laajempi tuotantolinjamainen kokonaisuus. Tähän kokonaisuuteen voidaan liittää myös konenäköjärjestelmä tai älykästä IIoT-anturointia. Valvomoratkaisut toteutetaan Siemensin palvelinpohjaisten ja skaalautuvien Unified-paneelien avulla.

Tuotantolinjamaista kokonaisuutta ohjataan Siemensin ohjelmoitavalla logiikalla. Robotit ovat ABB:n IRB1100 sarjan teollisuusrobotteja. Kommunikointi ohjelmoitavan logiikan ja robottien välillä toteutetaan Profinet-kenttäväylän avulla. Älykkään anturit ja toimilaitteet ovat IO-Link Masterin välityksellä osana Profinet-kenttäväylää. IO-Link on maailman ensimmäinen standardoitu IO-tekniikka antureiden ja toimilaitteiden tiedonsiirtoon (IO-Link, 2023). Laitteiston avulla mahdollistetaan robotiikan ja muiden ohjausjärjestelmien opintojen integroimisen opintojen loppuvaiheen soveltavissa opinnoissa.

Hankkeen aikana on oltu tiiviisti yhteistyössä niin valmistavan teollisuuden ja projektitoimintaa tekevien yritysten kuin laitetoimittajienkin kanssa. Kokonaisuudesta on pyritty tekemään työelämälähtöinen ja sitä se todella onkin. Voidaankin sanoa, että LAB-ammattikorkeakoulun sähkö- ja automaatiotekniikan ja robotiikan koulutuksen opetusympäristöt on saatu päivitettyä nykypäivän työelämävaatimuksien vaatimalle tasolle. Koulutuksen laatua ylläpidetään myös säännöllisen yritysyhteistyön avulla, esimerkiksi opinnäytetöiden, projektitöiden, työn opinnollistamisen, seminaarien ja vierailujen muodossa. Nämä kaikki eri koulutuksen ja yhteistyön elementit mahdollistavat tulevaisuudessa valmistuvien alan insinöörien työelämävalmiuksien olevan jo heti valmistumisen jälkeen varsin korkealla tasolla.