Älypaja – uusi kehittämis- ja oppimisympäristö konetekniikan koulutus- ja TKI-toimintaan

DI Jukka Joutsenvaara ja DI Raimo Ruoppa työskentelevät asiantuntijoina Lapin ammattikorkeakoulun Uudistuvan teollisuuden osaamisryhmässä.

Älypaja on Kemin kampuksen uusin kehittämis- ja oppimisympäristö, joka vahvistaa konetekniikan opetusta ja tutkimustoimintaa. Ympäristöllä mahdollistetaan vuonna 2017 käyttöönotetun opetussuunnitelman mukainen koulutus ja varmistetaan, että konetekniikan ala pystyy tulevaisuudessa vastaamaan omalta osaltaan mm. digitalisaation mahdollisuuksiin ja haasteisiin.

Älypaja tukee TKI- ja yritysyhteistyötä sekä uusia innovaatioita edistäen näin myös alan työpaikkojen syntymistä. Hankkeessa investoitiin turvallisen ja tarkoituksenmukaisen ympäristön mahdollistavat koneet, laitteet ja ohjelmistot suunnitelman mukaisesti. Alla on esitelty muutamia Älypajaan hankittuja järjestelmiä ja laitteita.

Tuotanto- ja kokoonpanolinja

Digivalmiin tuotantojärjestelmän saapuminen oli hankkeen näkökulmasta erittäin odotettu tapahtuma. Alkuvalmistelujen ja asennuksien jälkeen henkilöstömme pääsi varsinaisesti myös sorvin ääreen. Uuden tuotantojärjestelmän ytimen muodostaa robottisyötteisen jyrsimen kanssa muunneltava tuotanto- ja kokoonpanolinja. Lisäksi linjaa voidaan syöttää erillisellä, vapaasti liikkuvalla robotilla läheiseltä CNC-sorvilta, kuva 1.

Kuva 1. Tuotanto- ja kokoonpanolinja

Kokonaistuotantoa ohjaa MES4-ohjausjärjestelmä, joka on muunneltavissa tuoteperheiden tai vaikka opetustarpeiden mukaan. Järjestelmään voidaan tuoda osakomponentteja esimerkiksi jo aiemmin valmistuneesta 3D-tulostusympäristöstä.

Ohjausjärjestelmän avulla voidaan esimerkiksi demonstroida ja pilotoida erilaisia tuote- ja tuotantovaihtoehtojen resurssitarpeita ja siten kehittää toimintaa sarjan sisällä. Laitteiston yhteyteen hankittu virtuaalinen kaksonen (digital twin) mahdollistaa erilaisten skenaarioiden ajamisen täysin turvallisesti virtuaalisessa ympäristössä.

Kokonaisjärjestelmän toimittaja oli Festo Oy ja toimituksesta sekä siihen liittyvästä käyttöönottokoulutuksesta vastasi koulutuspäällikkö Hannu Hassinen Festo:lta (kuva 2.). Lapin AMKin osalta yhteyshenkilönä on lehtori Arto Jäntti.

Odotamme innokkaina tämänkin laitteiston ottamista opetukseen mukaan ja sen ominaisuuksien kokeilemista yhdessä opiskelijoiden ja muiden alueen toimijoiden kanssa uusien sovelluskohteiden löytämiseksi.

Kuva 2. Tuotantojärjestelmän käyttöönottokoulutukseen osallistuneita

Koulutuksessa käytiin lävitse mm. tuotantojärjestelmän ohjaamiseen liittyviä näkökulmia sekä pohdittiin kehittämiskohtia tulevaisuuden toiminnoille.

Särmäyspuristin

Älypaja hankkeen myötä Lapin AMKille investoitiin myös ohutlevytuotteiden tuotantoteknologiseen tutkimukseen ja opetukseen soveltuva hydraulinen särmäyspuristin, jonka toimittaja oli Bystronic (kuva 3.). Laitteessa on voimaa 40 tonnia ja käsiteltävä kappale voi olla maksimissaan metrin levyinen.

Toimitukseen sisältyi valikoima erilaisia särmäystyökaluja, joilla voidaan taivuttaa terästä aina 3 mm paksuuteen saakka. Laitteen toimittaja piti käyttöönottokoulutuksen, johon sisältyi myös ohjelmistokoulutus. Lapin AMKin osalta yhteyshenkilöinä ovat lehtori Arto Jäntti sekä erityisasiantuntija Raimo Ruoppa.

Kuva 3. Särmättävyyden testausta Bysoft Xpert 40 särmäyspuristimella

Ohjelmistokoulutuksessa opiskeltiin etäohjelmointiin ja särmäysprosessin simulointiin käytettävää Bysoft-ohjelmistoa. Alla nähdään prosessi ideasta tuotteeksi, joka on yksi Älypajan kantavista teemoista. Tämän tuotteen osalta lähdettiin liikkeelle konkreettisesta tarpeesta ja siten edettiin valmistettavan kappaleen CAD- 3D malliin, särmäyksen simulointitarkasteluun ja itse valmistukseen sekä käyttökohteeseen asennukseen.

Kuva 4. Valmistuksen polku ideasta särmätyksi tuotteeksi

Valmis malli tuodaan esim. kannettavassa tietokoneessa toimivaan Bysoft-ohjelmistoon, missä suunnitellaan tuotteen särmäyksen vaiheet sekä simuloidaan prosessi. Kun ohjelma on valmis, siirretään se särmäyspuristimen tietokoneelle. Koska särmäysprosessi on valmiiksi suunniteltu ja simuloitu etäohjelmassa, ei laitteella kulu aikaa ohjelmointiin, vaan se voi olla jatkuvasti tehokkaassa tuotantokäytössä.

Laitteen ominaisuuksia testattiin Älypajan käyttöön tulevan osan valmistuksessa heti koulutuksen jälkeen ja valmistettu tuote on esitettynä kuvassa 4.

Hitsaus- ja plasmaleikkauslaitteistot

Älypajaan on rakennettu myös hitsauksen tutkimukseen ja opetukseen soveltuva laboratorio-oppimisympäristö. Kalustoon hankittiin EWM:n ja Froniuksen MIG-MAG sekä Kempin TIG-hitsauslaitteet. Lisäksi laboratoriossa on mekanisoituun hitsaukseen soveltuva hitsausrata, jolla voidaan hallitusti tutkia erilaisten parametrien vaikutusta hitsattavuuteen. Laitteistoon sisältyy myös datankeruulaite, jolla hitsausarvot saadaan tallennettua.

Kuvassa 5. EWM-laitteiston koulutuksessa hitsataan näytettä, jolle tehdään myöhemmin aineenkoetuskokeet Lapin AMKin rikkovan aineenkoetuksen testauslaboratoriossa. Lapin AMKilla on myös mikroskooppilaboratorio, jonka laitteisiin sisältyvät mm. FESEM- ja valomikroskooppi sekä kovuusmittauslaitteet mahdollistaen myös hitsausnäytteiden syvällisemmän tutkimuksen.

Kuva 5. EWM:n Titan XQ 500 hitsauslaitteen testausta Älypajan hitsaustilassa

Edellä mainittujen lisäksi älypajaan hankittiin plasmaleikkuri, jonka toimittaja oli Swift-Cut (kuva 6.). Laite täydentää hyvin älypajan kalustoa, sillä voidaan leikata niin särmättäviä kuin hitsattavia materiaaleja, hiiliteräksen osalta aina 12 mm:n paksuuteen saakka. Myös alumiinin ja ruostumattoman teräksen leikkaus laitteella onnistuu.

Kuva 6. CNC-plasman käyttöönoton jälkeen päästiin tekemään tarvittavia osia tuleviin testauksiin

Älypaja-hanke

Älykäs tuotantotekniikan oppimis- ja kehittämisympäristö – ÄLYPAJA-hanke toteutettiin Lapin AMKin Uudistuva teollisuus -osaamisryhmässä 1.1.2018 – 31.12.2020. Hankkeen tavoitteena oli luoda Lapin ammattikorkeakouluun uudenlainen kehittämisympäristö, jossa insinöörikoulutukset, TKI- ja palveluliiketoiminta sekä alueen yritykset kohtaavat.

Hankerahoitus saatiin Euroopan aluekehitysrahaston (EAKR) Vipuvoimaa EU:lta rahoituslähteestä Lapin Liiton myöntämänä. Hankkeesta löytyy tietoa myös hankkeen verkkosivulta. Projektipäällikkönä toimi hankkeessa Jukka Joutsenvaara Lapin AMKista.