Koneensimulointi osaksi koneinsinöörin työtä

Kuvassa 25 kg Savonia kaivuri, jossa sähkökäyttöinen 40 bar hydraulijärjestelmä. Simulointiympäristö on alusta liikkuvien koneiden tekoälylle ja autonomisuuden tutkimukselle.

TEKSTI JOUNI VORNANEN | KUVA SAVONIA-AMMATTIKORKEAKOULU

Digitaaliset kaksoset, virtuaaliset prototyypit, simulaatioympäristöt, koneäly ja autonomiset koneet ovat teknologioita, jotka tulevat osaksi yritysten liiketoimintaa ja sitä myöten koneinsinöörin jokapäiväistä työtä. Teknologioiden käytön yleistymistä kuitenkin hidastaa vallitseva osaamispula.

Lehtoreiden Mikko Nissisen ja Arto Liuhan mukaan Koneensimulointi-hankeen tavoitteena oli Digital Twin -teknologioiden ja koneensimulointiosaamisen ekosysteemiverkoston vahvistaminen. Näin osaaminen tulee osaksi Pohjois-Savon konesuunnittelua yhdessä paikallisten yritysten kanssa.

– Simulointimallin laskenta on niin nopeaa (1000 Hz), että esimerkiksi kaivinkonetta voi ajaa kuten oikeaakin konetta. Tämä mahdollistaa esimerkiksi hydraulijärjestelmän suunnittelun ja ohjausjärjestelmän säätämisen kuljettajalle sopivaksi ennen kuin oikeaa konetta on edes rakennettu.

Tämä vähentää prototyyppien turhaa valmistamista ja nopeuttaa tuotekehitystä. Käytetyksi simulointiohjelmaksi valikoitua Mevea, johon hankittiin myös liikealusta erilaisten ajoneuvojen koeajotestaukseen. VALMIUDET MIHIN TAHANSA KONEESEEN

Lehtorit Nissinen ja Liuha toteavat, että hankkeessa syntyi paljon uutta osaamista simuloinnista ja niiden hyödyntämisestä Savonian henkilökunnalle, opiskelijoille sekä alueen yrityksille. Lisäksi uutta osaamista kertyi Digital Twin eli kaksosten ja virtuaalisten prototyyppien suunnittelusta ja käytöstä. Savonialle rakentui kokonaan uusi tutkimusalusta koneensimulointiin.

”Simulointiympäristöä käytetään virtuaalisten prototyyppien tarkasteluun ja autonomisten koneiden testaamiseen ja kehitykseen”

– Kokonaan uutena asiana syntyi englanninkielinen valinnainen 5 opintopisteen opintojakso ”Machine Simulation Basics”, jossa mallinnetaan työkoneen digitaalinen kaksonen alusta alkaen. Mallinnettavana koneena käytetään sähköhydraulista 25 kilon rc-ohjattavaa kaivinkonetta, joka mallinnetaan hydrauliikkaa ja sähkömoottoreita myöten.

– Tästä syntynyttä Digital Twin –mallia verifioidaan vertaamalla fyysisen ja virtuaalisen koneen mitattavia suoritusarvoja keskenään. Opintojakson läpäistyään opiskelijalla on mahdollisuus toistaa sama prosessi lähes mihin tahansa koneeseen. PROJEKTIN HYÖDYT

Lehtoreiden mukaan syntyneitä tuloksia hyödynnetään laajasti konetekniikan koulutuksessa sekä tutkimus-, kehitys- ja innovaatiotoiminnassa (tki). Hanke rakentui yhteistyössä konetekniikan koulutuksen ympärille, jossa kaivinkoneen simulointimallia käytettiin esimerkkeinä muillekin opintojaksoille: koneensuunnittelussa, koneautomaatiossa ja lujuuslaskennan opetuksessa.

– Hanke loi tutkimusalustan, jolla voidaan esimerkiksi nopeuttaa tuotekehitystä, mutta se mahdollistaa myös autonomisten ajoneuvojen (AL) tutkimuksen. Simulointiympäristöä käytetään muun muassa virtuaalisten prototyyppien tarkasteluun ja autonomisten koneiden testaamiseen ja kehitykseen.

Nissinen ja Liuha ovat tyytyväisiä hankkeen onnistumiseen. Simulointiympäristö on alusta liikkuvien koneiden tekoälylle ja autonomisuuden tutkimukselle.

– Eritoten autonomisten ajoneuvojen tutkimukselle, koska testejä ei voi tehdä työmaalla tai liikenteessä, vaan testit on voitava suorittaa ensin virtuaalimaailmassa digitaalisella kaksosella.

Konetekniikan lehtorit Mikko Nissinen (vas.) ja Arto Liuha mukaan syntyneitä tuloksia hyödynnetään laajasti konetekniikan koulutuksessa.