Kaivinkone luopuu kuljettajasta OuluZone+:ssa

Maarakennusala − väylien, satamien ja muun infrastruktuurin rakentaminen − on viime vuosina automatisoitunut ja digitalisoitunut vauhdilla. Oulun yliopiston kolmivuotinen projekti tekee OuluZonesta maarakennusautomaation testikeskuksen.

Haluaisitko ajaa puskutraktoria? Se voi pian onnistua OuluZonessa. Tammikuussa 2016 alkaneessa projektissa moottoriurheilukeskuksesta kehitetään kansainvälinen testikeskus OuluZone+ alanaan maarakentamisen automaatio ja tietomallintaminen, jolla tarkoitetaan halutusta rakennelmasta tehtyä kolmiulotteista digimallia.

Yleisötapahtuma on harkinnassa, mutta vain sivujuonne. Päätavoitteena on tarjota yrityksille, tutkijoille ja opiskelijoille avoin areena esimerkiksi itseohjautuvien työkoneiden kokeiluun.

Avoimuus on tiettävästi ainutlaatuista maailmassa. Yleensä maarakennusautomaation testikeskukset ovat yrityskohtaisia, kertoo hankkeen yhteyshenkilö, Oulun yliopiston konetekniikan professori Rauno Heikkilä.

”Tähän mennessä olemme järjestäneet puolenkymmentä työpajaa noin sadalle henkilölle kerrallaan. Kokeiltavina on ollut kaivinkoneita, pyöräkuormaajia, puskutraktoreita, kuorma-autoja, mittausautoja sekä ilmasta kuvaavia ja mittaavia droneja. Viimeisimmässä työpajassa opiskelijat rakensivat speedway-rataa käyttäen automaatiojärjestelmiä ja tietomallinnusta.”

Projektiin liittyy Tekesin rinnakkaishanke, joka tähtää kaivinkoneen automatisointiin. ”Ensi vuonna OuluZonessa on tarkoitus testata ilman kuljettajaa toimivaa järjestelmää. Sellaisia on kokeiltu maailmalla ennenkin, mutta ne eivät ole edenneet teollisuuden käyttöön.”

Oulu tutkii maarakennusautomaatiota yliopistoista eniten

OuluZone+:ssa ovat mukana myös VTT, Oulun ammattikorkeakoulu ja Oulun seudun ammattiopisto. Taustalla vaikuttaa maarakennusautomaation pitkäaikainen tutkimus Oulun yliopistossa.

”1996−97 lanseerattiin ensimmäinen liikkeeseen tarkasti mittaava robottitakymetri [maanmittauslaite]. Tekesillä oli meneillään Liikkuva työkone -ohjelma, ja Oulun yliopisto liittyi mukaan. Siitä alkoi tutkimuksemme”, Heikkilä muistelee.

Sittemmin yliopisto on osallistunut moniin hankkeisiin, kuten tiehöylän 3D-ohjausjärjestelmän kehittämiseen ja Tekesin suureen Älykäs tietyömaa -projektiin. ”Olemme tutkineet tätä alaa suomalaisista yliopistoista eniten, ja monia opiskelijoitamme on siirtynyt maarakennusteollisuuden palvelukseen.”

Suuri harppaus koettiin vuosina 2010−2014, kun Suomessa kehitettiin InfraFINBIM-työpaketti, joka mahdollisti laajamittaisen maarakennusautomaation. Oulun yliopisto osallistui kehitystyöhön, ja Heikkilä oli mukana kirjoittamassa InfraFINBIMin projektisuunnitelmaa.

Tuloksena syntyivät yleiset inframallivaatimukset (YIV2015), joiden ansiosta maarakentamisen työvaiheet toteutetaan eri yrityksissä yhdenmukaisesti. Keskeisellä sijalla ovat InfraFINBIMissä luodut tietomallinnusohjeet, tiedon jäsentäminen ja luokittelu sekä avoin tiedonsiirtoformaatti.

”Tieto on julkista ja helposti luettavissa järjestelmästä toiseen. Aiemmin maarakennusprojekteissa käytettiin liian paljon yritysten omia suljettuja järjestelmiä”, Heikkilä sanoo.

Houkuttimina ovat tarkkuus, tehokkuus ja resurssien säästö. Esimerkiksi tienrakennuksessa työkoneita voi olla satoja ja työmaa kymmenien kilometrien pituinen. Tällöin sentinkin ylikaivu voi aiheuttaa jopa miljoonan euron hukkakustannukset. Tietomallin ja automatiikan suoma tarkkuus estää materiaalien ja polttoaineen tuhlauksen.

Mutkikas teknologia vaatii monien tutkimusalojen yhteistyötä

Niin pitkällä automaatiossa ei olla, etteivätkö työkoneet tarvitsisi kuljettajia. ”Järjestelmät ovat vielä opastavia ja ohjaavia. Opastavassa kuljettaja esimerkiksi näkee tietokonenäytöltä, missä kauha tai terä menee koneohjausmalliin nähden ja pystyy ajamaan sen tarkasti kohdalleen. Ei tarvita mittatyöryhmää pystyttämässä mittakeppejä”, Heikkilä havainnollistaa.

”Ohjaava järjestelmä on jo levitintyyppisissä työkoneissa: kuljettaja siirtää työkonetta, mutta terät säätyvät automaattisesti. Enää ei tarvitse tähtäillä viistettä tai kaltevaa pintaa tehtäessä. Levitinprojekteissa onkin mitattu sadan prosentin parannus perinteiseen tapaan verrattuna. Opastavissa järjestelmissä työsaavutus paranee yleensä 20−30 prosenttia.”

Ensimmäiset kaivinkoneiden osittain ohjaavat järjestelmät tulivat myyntiin tänä vuonna; maarakennusautomaation kehitys tapahtuu markkinavetoisesti. Yritykset tuovat käyttöön ominaisuuksia, joille ounastellaan kysyntää.

Akateemisella maailmalla on silti tärkeä rooli, sillä mutkikas teknologia edellyttää monien tutkimusalojen yhteistyötä. Oulun yliopistosta Heikkilä nostaa esiin esimerkiksi professori Mauri Haatajan auto- ja työkonetekniikan tutkimuksen, professori Juha Röningin robotiikan ja professori Juha Kostamovaaran laserkeilaustekniikan tutkimuksen.

Yksi alan spin-off-yrityskin on Oulun yliopistosta noussut: Infrakit-pilvipalvelu yhdistää eri työkoneet reaaliaikaiseen seurantaan. Tällä hetkellä se on maailman ainoa lajissaan, Heikkilä sanoo.

Myös Oulun yliopiston kärkiin kuuluva 5G-tutkimus tulee tarpeeseen: ”Infratiedonsiirto perustuu langattomaan viestintään ja tietomäärät voivat olla isoja. OuluZone+:aan on tarkoitus saada 5G-testiverkko, mutta ajankohta ei ole vielä selvillä.”

Lisäetua OuluZone+:lle tuo se, että arktiset olosuhteet ovat testaamaton alue. Heikkilän mukaan keskuksessa voisi testata jopa autonomisia autoja, sillä työkoneiden ohjausjärjestelmät saattavat sopia niihinkin. ”Oma ajatukseni on, että maarakentamisen koneohjausmallit voivat olla auto-ohjausmalleja hankalissa olosuhteissa.”

 

Teksti: Jarno Mällinen

Kuvat: Simo Impiö

 

Kuva on Maarakentamisen tietomallintamisen ja automaation työpajaviikolta 30.10.-3.11.2017, jolloin opiskelijat Oulun yliopistosta, Oulun ammattikorkeakoulusta ja Oulun seudun ammattiopistosta rakensivat Speedway-rataa  OuluZonessa.

Viimeksi päivitetty: 9.1.2018