|
|
|
Hankekoodi: A76153
Hankkeen nimi: Älykäs automaatio MAP-tuotantosolun demonstraatioympäristön - investointi
Toimintalinja: 2. Uusimman tiedon ja osaamisen tuottaminen ja hyödyntäminen
Erityistavoite: 4.1. Tutkimus-, osaamis- ja innovaatiokeskittymien kehittäminen alueellisten vahvuuksien pohjalta
Suunnitelman mukainen toteutusaika: Alkaa 1.6.2020 ja päättyy 31.5.2023
Toiminnan tila: Toiminta päättynyt
Vastuuviranomainen: Pohjois-Karjalan maakuntaliitto
Hakijan virallinen nimi: Karelia Ammattikorkeakoulu Oy
Organisaatiotyyppi: Ammattikorkeakoulu
Y-tunnus: 2454377-1
Jakeluosoite: Tikkarinne 9
Puhelinnumero: 013260600
Postinumero: 80200
Postitoimipaikka: Joensuu
WWW-osoite: http://www.karelia.fi
Hankkeen yhteyshenkilön nimi: Anne Ilvonen
Yhteyshenkilön asema hakijaorganisaatiossa: Tutkimus- ja kehittämisjohtaja
Yhteyshenkilön sähköpostisoite: anne.ilvonen(at)karelia.fi
Yhteyshenkilön puhelinnumero: +358503116314
Hakijoiden lukumäärä tai tuen siirto -menettely:
Valmistavalla teollisuudella on merkittävä rooli eurooppalaisten hyvinvoinnille. On arvioitu, että yksi teollinen työpaikka tuottaa 1,5 – 2 työpaikka muualla yhteiskunnassa. Euroopan komissio asetti 2012 tavoitteen saada valmistavan teollisuuden osuuden bruttokansantuotteesta nousemaan 20 % arvoon. Vuonna 2017 Saksassa valmistavan teollisuuden osuus BKT:sta oli 21 % ja Suomen 15 %.
Valmistavan teollisuuden kilpaillessa yhä kiristyvillä globaaleilla markkinoilla kasvun ja tuottavuuden tehostaminen digitalisaation avulla on yksi EU:n ja jäsenvaltioiden kilpailukyvyn nostamisen keinoista. Digitalisaatio on myös keino estää Euroopan alueen teollista taantumista (de-industrialisation). Valmistavassa teollisuudessa digitalisaatio rinnastetaan usein teollisuus 4.0 kokonaisuuden kehittämiseen. Teollisuus 4.0 perusajatus on yhdistää fysikaalinen tuotteiden valmistuksen maailma ja digitaalinen sekä virtuaalinen valmistus (CPS – Cyber Physical System) yhdeksi prosessiksi. Teollisuus 4.0 sisältää kuitenkin useita merkittäviä jo itsessään kilpailukykyä, tuottavuutta, laatua ja tehokkuutta lisääviä elementtejä: ICT-teknologiat verkostomaisessa tuotannossa, sensoriteknologiat, robotiikka, simulaatiot, tietoliikennetekniikka, ihmisen ja robottien välinen yhteistyö, massadatan hyödyntäminen, pilvi- ja laskentapalvelut, lisätyn todellisuuden teknologiat (AR/VR – Augmented Reality Virtual Reality) ja edistyneemmät valmistusteknologiat (KET – Key Enabling Technologies). EU:n arvion mukaan teollisuus 4.0 toimenpiteiden arvioidaan kykenevän aikaansaamaan 6-8 % vuosittaisen kasvun tuotannon tehostamisessa. Boston Consulting Group on arvioinut teollisuus 4.0 toimenpiteiden aikaansaavan 1 % vuosittaisen kasvun bruttokansantuotteessa seuraavien kymmenen vuoden ajan. Digitalisaatiolla on myös vaikutukset kotimaisten tuotannollisten alojen yrityksiin. Tutkimusten mukaan tuottavuus kasvaa erityisesti niissä yrityksissä, jotka kykenevät panostamaan digitalisaatioon ja teknologiseen kehittämiseen. Vuonna 2015 Euroopan parlamentille tehdyn selvityksen mukaan vain 1/5 yrityksistä ohjaa toimintaansa viime vuosina uusitulla IT-infrastruktuurilla. Toiminnanohjausjärjestelmät, automaatio ja ICT-ratkaisut ovat yrityksissä vanhentuneita ja tämä tarkoittaa sitä, että valta-osalla yrityksistä ei ole mahdollisuutta kehittää tuottavuuttaan ja ansaintalogiikoita uusilla digitalisaation työkaluilla. Suurilla yrityksillä on lähtökohtaisesti paremmat mahdollisuudet kehittää ja hyödyntää digitalisaatioita ja teollisuus 4.0 toimenpiteitä. Vastaavasti veturiyritysten alihankkijoina toimivilla yrityksillä ei pääsääntöisesti ole taloudellisia, teknologisia, IT-infrastruktuuria ja osaamisperusteisia resursseja kehittää ja soveltaa digitalisaatiota sekä teollisuus 4.0 prosesseja.
Eurooppalaisen ja kotimaisen valmistavan teollisuuden on kyettävä olemaan mukana digitalisaation aiheuttaman työn tekemisen murroksessa. Teknologiateollisuuden tuottavuuden, kilpailukyvyn, laaduntuottokyvyn, resurssitehokkuuden ja globaaleilla markkinoilla pärjääminen edellyttää yhtäaikaista teknologista ja osaamispohjaista kehittämistyötä. Pohjois-Karjalaisessa teknologiateollisuudessa liikevaihdon sekä tuottavuuden kasvu, työvoiman saatavuusongelmat, kohonneet laatuvaatimukset ja resurssitehokkuuden nostaminen ovat saaneet monet alueen yrityksistä tekemään investointeja ICT-, IT-, sensori- ja automaatiotekniikkaan. Digitalisaation ja teollisuus 4.0 toimenpiteiden kehittämisessä ja hyödyntämisessä verkostomaisessa tuotannossa ongelmana on kunnollisten koulutus- ja testausympäristöjen puuttuminen. Tämän kapeikon kaventamiseksi Karelia ja Joensuun seudun muovi- ja metallialan yritykset ovat yhdessä kehittäneet vuodesta 2017 demonstraatioympäristö konseptia digitalisaation ja älykkään automaation uusien ratkaisujen teolliseen testaamiseen.
Älykkään automaation demonstraatioympäristön kehittämisen hankkeen tavoitteena ja siihen liittyvän MAP-tuotantosolun demonstraatioympäristön (MAP - Metrology Assisted Production) investointihankkeen tarkoituksena on edesauttaa Joensuun seudun valmistavaa teollisuutta teollisuus 4.0 agendan ja digitalisaation tarjoamien mahdollisuuksien demonstroimisessa ja soveltamisessa teollisessa tuotannossa. Älykäs automaatio demonstraatioympäristön kehittäminen hankkeessa rakennetaan Kareliaan yhteistyössä muovi- ja metalliteollisuuden kanssa älykäs robotiikkaan, mittaamiseen, simulaatioihin, virtualisaatioon ja digitalisaatioon perustuva tuotannollinen koeympäristö. Koeympäristöön tehdään mitta-ohjautuva MAP-tuotantokoesolu hitsattujen ja koneistettujen rakenteiden valmistukseen. Koesolusta rakennetaan fyysisen valmistusympäristön ja fyysisen valmistusprosessin lisäksi simuloitu virtuaalinen kaksonen (Virtual Manufacturing Twin). Virtuaaliseen kaksoseen voidaan syöttää fyysisestä tuotantosolusta todellista mitattua laatu- ja prosessitietoa. Kytkettäessä fyysisen valmistusprosessin mitta- ja ohjaustiedot virtuaaliseen valmistukseen pystytään tekemään korjaavia ja ennakoivia säätö toimenpiteitä fyysiseen valmistussoluun. Lähitulevaisuudessa on lisäksi nähtävissä, että säätötoimenpiteiden suorittaminen tulee tapahtumaan neuroverkkoihin ja teko-älyyn perustuvilla älykkäillä oppivilla ohjelmistoilla. Tällöin tuotantosolut oppivat itse tekemään säätötoimenpiteitä mittaamalla reaaliaikaisesti valmistusprosessia sensoreilla ja antureilla. Avainasemassa älykkyyden lisäämisessä on kyetä rakentamaan tuotantoprosessi, jonka käyttäytymistä voidaan mitata, jolloin mittatiedolla voidaan ohjata sekä säätää prosessia. Älykkyyden lisääminen ohjelmistokehityksen johdosta tulee muuttamaan merkittävistä teollista valmistamista. Vastaavasti teollisen työntekijän on kyettävä operoimaan ja ohjelmoimaan entistä monimutkaisempia tuotantosoluja. Tämä edellyttää teollisten työntekijöiden jatko kouluttautumista uusissa virtuaalisissa, digitaalisissa ja automaattisissa työympäristöissä toimimiseen. Perinteiden tekniikan alojen koulutus ei anna riittäviä valmiuksia toimimiselle uusissa älykkäissä tuotantoympäristöissä. Teollisuus 4.0 osaamiseen tarvitaan uudenlaista insinööri osaamista. Insinöörien opetuksessa on syntynyt tarve kokonaan uudelle osaamisalueelle systeemi-insinöörille (ESE - Equipment Systems Engineer). Systeemi-insinööri hallitsee teknisen syväosaamisen, automaation, tuotantojärjestelmien ohjelmistojen rajapinnat, tiedonkeruun sekä tiedon jatkojalostamisen. Systeemi-insinöörin osaaminen on myös projektien johtamisen sekä toteuttamisen osaamista. Eurooppalaisissa korkeakouluissa on aloitettu systeemi-insinööri koulutus, jotta teollisuuteen saataisiin projektitaitoisia teollisuus 4.0 osaamisen, valmistustekniikoiden, virtualisaation, digitalisaation, automaation ja tietojenkäsittelyn osaajia. Älykäs automaatio hankekokonaisuuden toteutus edesauttaa kartoittamaan ja määrittämään mitä osaamista systeemi-insinöörin tulisi hallita Pohjois-Karjalan teollisuuden näkökulmasta.
Karelian selvitysten mukaan mitta-avusteisia tuotantosoluja kehitetään Euroopassa mittalaite- ja robottitoimittajien keskuudessa. Karelia on käynyt neuvotteluja usean eri ohjelmisto ja laitetoimittajan kesken MAP-tuotantosolun rakentamisesta. Kehitettävä kokonaisuus on uniikki, vastaavia koesoluja hitsattujen ja koneistettujen rakenteiden älykkääseen valmistamiseen ei ole kaupallisesti vielä tarjolla. Hankkeessa kehitettävää koesolu- ja opetusympäristöä ei myöskään Suomessa ole. Uudenlaisen älykkään koe- ja kehittämisympäristön tarve pohjautuu alueen teollisuuden omiin kehittämistoimiin. Joensuun seudun valmistavalla teollisuudella on usealla yrityksellä käynnissä automaatioon, robotiikkaan ja mittaamiseen liittyviä investointi- ja kehittämisprojekteja. Karelian tavoitteena on rakentaa älykkään automaation koeympäristö, jossa teollisuuden työntekijät pääsevät jatkossa testaamaan, kehittämään ja kokeilemaan uusia teollisuus 4.0 pohjaisia mittaamiseen, virtualisaatioon ja digitalisaatioon perustuvia tuotannollisia ratkaisuja. Uusi ympäristö tukee yritysten omia kehittämistoimia niin teknologisen kuin osaamisen siirron tarpeiden osalta. Uusi koeympäristö avaa myös mahdollisuuden ICT-yrityksille testata ja kehittää uusia tuotantoprosesseihin räätälöityjä tuotteita, laitteita, palveluita ja ohjelmistoja. Koeympäristö tarjoaa myös mahdollisuuden kehittää lisätyn todellisuuden (AR/VR) ratkaisuja, teollisen internetin ohjelmistoja sekä antureihin perustuvia ratkaisuja.
Investointihankkeen toimenpiteet on sidottu osaksi käynnissä oleviin ja käynnistyviin tarkkuustekniikan projekteihin, joihin alueen muovi- ja metalliteollisuuden yritykset ja tutkimusosapuolet ovat kiinnittyneinä. Hanke toteutetaan yhdessä yritysten ja Karelian kanssa työpakettien muodossa. Työpaketeille tavoitellaan yritysten ja Karelian yhteistyön syventämistä sekä toimijoiden uusien toimintatapojen muodostumista. Työpaketeissa kehitetään elinkeinoelämää tukevaa soveltavaa tutkimusta, selvityksiä ja demonstraatioita. Investointihankkeen työpaketit toteutetaan samaan aikaan toteutettavan älykkään automaation demonstraatioympäristön kehittämisen hankkeen kanssa.
Investointihanke jakautuu kahteen erilliseen kehittämiskokonaisuuteen ja vaiheeseen:
Vaihe 1 MAP-tuotantosolun, kollaboratiivi robotin, ympäristön ja oheislaitteiden määrittely, hankinta ja asennus
MAP-tuotantosolun robotisoidun kokoonpanotyön ja hitsaamisen kokonaisuus on seuraava: kokoonpano robotit, hitsausrobotti, MAP-solun kokoonpanon ja hitsaamisen ohjelmointiympäristö, tilamuutokset, oheislaitteet ja tarvikkeet, sähkö- ja turvallisuuslaitteet kytkentöineen, pölyn- ja savun poisto sekä kappaleen käsittelyn laitteet. Kollaboratiivisen (human robot co-working) robotin lisääminen kokoonpano ja hitsaus soluun. Vaihe 1 toteutetaan vuosina 2020-2021.
Vaihe 2 Mittasolun robotilla mittaamisen simulointiympäristön määrittely, hankinta ja asennus, Leica laserkeräin mittalaitteen päivitys-hankinta kosketusanturille sekä työkalunvaihto-asemalle. Vaihe 2 toteutetaan vuonna 2021-2022.
Investointi toteutetaan työpakettien muodossa seuraavasti:
Työpaketti 1. Tarvemäärittely
- MAP tuotantosolun ja kollaboratiivisen robotin vaadittavien ominaisuuksien tarvekartoitus hankkeessa mukana olevilta yrityksiltä (asiantuntijuus). Työpaketissa määritellään vaiheiden 1 ja 2 kokonaisuudet: kokoonpano robotit, hitsausrobotti, kollaboratiivi robotti, MAP-solun kokoonpanon ja hitsaamisen ohjelmointiympäristö, hitsauslaitteet (virtalähteet, tarraimet, hitsaussuojat), pölyn ja savun poisto, kappaleen käsittelyn oheislaitteet, sähkö- ja turvallisuuslaitteet kytkentöineen, kollaboratiivi robotin integrointi MAP-soluun, kollaboratiivi robotilla mittaamisen simulaatioympäristö, Leica laserkeräimen kosketusanturipäivitys mittarobotille, robotilla mittaamisen työkalunvaihto-asema ja muut apulaitteet.
- Huomioidaan tarvekartoituksessa kansainvälisten partnereiden esittämät tarvittavat linjauksen investoinnista (kansainvälinen asiantuntijuus)
Työpaketti 2. MAP-tuotantosolun sekä kollaboratiivi robotin kilpailutus ja käyttöönotto
- Euroopan laajuisen kilpailutusprosessin läpivienti MAP-tuotantosolulle sekä kollaboratiivi robotille
- Asennus ja käyttökoulutus hankkeessa mukana oleville yrityksille ja yhteisöille
Työpaketti 3. Robotilla mittaamisen simulointiympäristön kilpailutus ja käyttöönotto
- Euroopan laajuisen kilpilutusprosessin läpivienti robotilla mittaamisen simulointiympäristölle
- Asennus ja käyttökoulutus hankkeessa mukana oleville yrityksille ja yhteisöille
Työpaketti 4. Leica laserkeräin mittalaitteen päivitys MAP-tuotantosoluun
- Leica laserkeräin laitteiston päivitys MAP-tuotantosoluun, hankitaan touch probe laajennus (koskettamalla tapahtuvan mittaus) robotilla mittaamista varten
- Työkalunvaihto aseman hankinta laserkeräimelle MAP-tuotantosoluun (mittaustavan valinta laser skannaamalla tai koskettamalla)
Tuotokset
Kirjallinen raportti MAP-tuotantosolun toteutuksesta (huomioitava mahdolliset liikesalaisuudet)
Asennus ja käyttökoulutukset hankkeessa mukana oleville yrityksille ja yhteisöille, osallistujalistat
Hankkeen tuloksena syntyy Karelian laboratorioympäristöön (Karjalankatu 3) demonstraatioympäristö, jossa kyetään jatkossa arvioimaan tuotteiden suunnittelun ja valmistuksen rajapintaa sekä tekemään sovelluskohtaisia teollisuus 4.0 pohjaisia älykkään automaation, mittaamisen, virtualisaation ja digitalisaation pilotointeja tuotannollisille toimialoille. Älykäs automaatio demonstraatioympäristön kehittämisen ja investoinnin kokonaisuuden toimintaperiaate ei ole rajoittunut ainoastaan konepajateollisuuteen. Konseptia voidaan soveltaa lähes kaikille tuotannollisille toimialoille. Kyseessä on tutkimusympäristöjen ja yrityselämän tarpeita palveleva toimintamalli, joka tukee rajapintainnovaatioiden syntymistä. Toimintamalli pohjautuu ja tukee Karelian sekä yritysten välisen innovaatioekosysteemin PPP-toimintamallia (PPP - Public Private Parnership). PPP-toimintamallissa tehdään tiivistä klusteripohjaista yhteistyötä yritysten ja koulutusorganisaatioiden kesken. Älykäs automaatio hankkeen kannalta PPP-toimintamallin tavoitteena on generoida uutta teollisuus 4.0 pohjaista osaamista, jota voidaan hyödyntää uusien innovaatioiden synnyttämisessä, uuden koulutuspohjaisen osaamisen määrittämisessä ja kilpailukyvyn säilyttämisessä teollisella toimialalla. Innovaatio- ja kasvuekosysteemimallien kehittäminen ovat sekä kotimaisen että EU:n koulutus-, tutkimus-, kilpailukyky- ja innovaatiopolitiikan kannalta erittäin tärkeitä.
Älykkään automaation toimintamalli hyödyntää maakunnassa olevia kehitysympäristöjä parhaalla mahdollisella tavalla. Projekti edistää Joensuun alueen korkean teknologian valmistusta harjoittavien yritysten ja innovaatioympäristöjen kilpailukykyä lisäämällä alueen tuotekehitys- ja tuotantoprosessien kehittämisen osaamista yhdistämällä virtualisaatiota, digitalisaatiota ja automaatiotekniikkaa teollisuus 4.0 kokonaisuuden mukaisesti. Hanke vahvistaa Kareliassa saavutetun tutkimustiedon välittämistä elinkeinoelämän hyödynnettäväksi ja edistää Karelian alueellista vaikuttavuutta työelämälähtöisenä korkeakouluna.
Älykäs automaatio demonstraatioympäristön kehittäminen ja MAP-tuotantosolun investointi tukevat Karelian uutta vuoteen 2030 ulottuvaa strategiaa. Karelia2030 – kestävää elinvoimaa strategiassa Älykäs tuotanto ja palvelut on yksi strategisista vahvuusaloista. Älykkäässä tuotannossa kehitetään uusia älykkäitä teollisuuden ratkaisuja ja palveluprosessien automatisointia työ- ja elinkeinoelämän kumppaneiden kanssa. Karelia uudistaa uudessa strategiassa monialaisia älykkään tuotannon ja palveluiden oppimis-, tutkimus- ja innovaatioympäristöjä. Karelia tukee yritysten kasvua ja kilpailukykyä älykkäiden tuotteiden ja automatisoitujen palveluiden jatkuvalla koulutuksella. Toimintaympäristöjen kehittämisessä Karelia panostaa teollisuus 4.0 demonstraatioympäristön rakentamiseen tukemaan sekä tuotannollisten että palvelualojen koulutuksia. Toimintaympäristöjen kehittämisessä luodaan myös sisältöjä jatkuvan oppimisen teemaan älykkään osaamisen vahvuusalaan.
Hankkeen ensisijaisena kohderyhmänä ovat alueelliset korkean teknologian tuotteita valmistavat pk-yritykset. Toisena kohderyhmänä ovat oppilaitosten opettajat ja henkilöstö sekä opiskelijat. Lisäksi projektin hyödynsaajiksi voidaan lukea ICT-alan yritykset, globaalit muovi- ja metallialan yritykset ja sekä muut tuotannolliset toimialat.
Välillisinä kohderyhmänä ovat tutkimusorganisaatiot, toimialakohtaiset klusterit ja yritysten tutkimuskeskukset niin alueellisesti, kansallisesti kuin kansainvälisesti.
Myönnetty EU- ja valtion rahoitus: 353 500
Toteutunut EU- ja valtion rahoitus: 352 649
Suunniteltu julkinen rahoitus yhteensä: 505 000
Toteutunut julkinen rahoitus yhteensä: 503 784
Maakunnat: Pohjois-Karjala
Seutukunnat: Keski-Karjalan, Joensuun, Pielisen Karjalan
Kunnat: Lieksa, Joensuu, Outokumpu, Liperi, Kontiolahti, Kitee
Jakeluosoite:
Postinumero:
Postitoimipaikka:
Suunniteltu: 0, joihin työllistyvät naiset 0
Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0, joihin työllistyvät naiset 0
Suunniteltu: 0, joista naisten perustamia 0
Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0, joista naisten perustamia 0
| Välitön | Välillinen | |
| Ekologinen kestävyys | ||
| Luonnonvarojen käytön kestävyys | 0 | 4 |
| Hukkatuotannon ja viallisten puolivalmisteiden määrä vähenee mittaamalla prosessien laaduntuottokykyä, kyetään tuottamaan sama määrä tuotteita vähemmillä luonnonvaroilla | ||
| Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentäminen | 0 | 2 |
| Hukkatuotannon eliminointi prosessien mittaamisella | ||
| Kasvillisuus, eliöt ja luonnon monimuotoisuus | 0 | 0 |
| Neutraali | ||
| Pinta- ja pohjavedet, maaperä sekä ilma (ja kasvihuonekaasujen väheneminen) | 0 | 0 |
| Neutraali | ||
| Natura 2000 -ohjelman kohteet | 0 | 0 |
| Neutraali | ||
| Taloudellinen kestävyys | ||
| Materiaalit ja jätteet | 0 | 3 |
| Hukkatuotannon ja viallisten puolivalmisteiden määrä vähenee mittaamalla prosessien laaduntuottokykyä | ||
| Uusiutuvien energialähteiden käyttö | 0 | 0 |
| Automaation lisääminen ja big datan hyödyntäminen lisäävät energian kulutusta. Toisaalta resurssitehokkuus paranee mittaamisen ja automaation ansiosta | ||
| Paikallisen elinkeinorakenteen kestävä kehittäminen | 0 | 7 |
| Verkostomainen toimintatapa, tiivis yhteistyö päämiesten ja alihankkijoiden välillä hukkatuotannon vähentäminen, kappaleiden siirtelyn vähentäminen kestävää kehitystä | ||
| Aineettomien tuotteiden ja palvelujen kehittäminen | 0 | 7 |
| Mahdollistaa täysin uudet teollisen internetin sovellukset ketjuuntuneen konepajatuotannon tarpeisiin. Suunnittelu-osaamiseen liittyvät innovaatiot ja palvelut | ||
| Liikkuminen ja logistiikka | 0 | 3 |
| Isojen raskaiden rakenteiden hukkatuotannon aiheuttaman logistinen kuormitus vähenee | ||
| Sosiaalinen ja kulttuurinen kestävyys sekä yhdenvertaisuus | ||
| Hyvinvoinnin edistäminen | 0 | 2 |
| Raskaiden kuormittavien töiden vähenenminen, ihmistyö allokoituna paremmin johtamiseen ja prosessien tarkkailuun | ||
| Tasa-arvon edistäminen | 0 | 0 |
| Neutraali | ||
| Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus | 0 | 0 |
| Neutraali | ||
| Kulttuuriympäristö | 0 | 0 |
| Neutraali | ||
| Ympäristöosaaminen | 0 | 3 |
| Hallitaan ja ymmärretään paremmin tuotantoprosessien resurssien ja energian käyttö | ||
-