|
|
|
Hankekoodi: A74978
Hankkeen nimi: Enterprise Digital Twin Platform
Toimintalinja: 2. Uusimman tiedon ja osaamisen tuottaminen ja hyödyntäminen
Erityistavoite: 4.1. Tutkimus-, osaamis- ja innovaatiokeskittymien kehittäminen alueellisten vahvuuksien pohjalta
Suunnitelman mukainen toteutusaika: Alkaa 1.8.2019 ja päättyy 30.4.2022
Toiminnan tila: Toiminta päättynyt
Vastuuviranomainen: Pirkanmaan liitto
Hakijan virallinen nimi: Seinäjoen Ammattikorkeakoulu Oy
Organisaatiotyyppi: Ammattikorkeakoulu
Y-tunnus: 2539767-3
Jakeluosoite: Tekniikan yksikkö, PL 64
Puhelinnumero: 0201243000
Postinumero: 60101
Postitoimipaikka: Seinäjoki
WWW-osoite: https://projektit.seamk.fi/edit
Hankkeen yhteyshenkilön nimi: Jukka Mattila
Yhteyshenkilön asema hakijaorganisaatiossa: Tutkimus- ja kehittämispäällikkö
Yhteyshenkilön sähköpostisoite: eura.neuvonta(at)gov.fi
Yhteyshenkilön puhelinnumero: 0408300379
Hakijoiden lukumäärä tai tuen siirto -menettely:
Esitettävä hanke pohjautuu vuodesta 2013 alkaen SeAMK Tekniikassa toteutettuihin tai vielä käynnissä oleviin pk-teollisuuden digitalisaatio-hankkeisiin ja niissä kasvaneeseen osaamiseen, saatuihin kokemuksiin ja esiin nousseisiin kehittämistarpeisiin. Näissä hankkeissa saatuja tuloksia, osaamista ja käytettyjä työkaluja hyödynnetään tässä hankkeessa.
Hankkeissa tehdyillä yrityskäynneillä ja yritysten haastatteluissa on noussut esiin kysymys, voitaisiinko heidän toimintaansa (prosessejaan) suunnittelusta tuotantoon ja myyntiin mallintaa, tutkia ja testata virtuaalisesti. Mikäli yrityksen prosessit eivät ole kunnossa, ei niiden digitalisoinnistakaan ole hyötyä. Esimerkiksi toiminnanohjauksen (ERP) ja tuotannonohjauksen (MES) ohjelmistojen testausta ennen investointipäätöstä on vaikea tehdä todellisessa tuotantoympäristössä. Koko yritystoiminnan digitaalisen kaksosen kehitysalustassa (Enterprise Digital Twin Platform) voidaan tehdä jatkossa näitä testauksia.
Hankkeen päätavoitteena on toteuttaa yrityksen koko liiketoiminnan digitaalisen kaksosen kehitysalusta Enterprise Digital Twin Platform, jolla voidaan testata tekoälyn kyvykkyys optimoida erilaisten yritysten sekä tuotannolliset että liiketoiminnalliset prosessit tuottavuuden maksimoimiseksi.
Hankkeella on lisäksi seuraavat osatavoitteet:
- Innostaa yrityksiä uudistamaan tietojärjestelmiään ja digitalisoimaan prosessejaan demoamalla kehitysalustan avulla nykyaikaisen yrityksen välttämättömät ohjelmistot tiedonsiirtoineen
- Ohjata yrityksiä kaupallisten tekoälyohjelmien käyttöön tuotannon optimointiongelmiensa ratkaisemisessa
- Rohkaista yrityksiä oman liiketoimintansa digitaalisen kaksosen toteuttamiseen
Toimenpiteet on jaettu viiteen työpakettiin seuraavasti:
TP 1. Kehitysalustan suunnittelu ja toteutus
TP 2. Tekoälyn käyttöönotto
TP 3. Enterprise Digital Twin -pilotit
TP 4. Viestintä yrityksille ja muille toimijoille
TP 5. Projektin johto ja hallinto
Hankkeen keskeiset tulokset ovat seuraavat:
- Tuloksena syntyy kehitysalusta koko yrityksen digitaalisen kaksosen toteuttamiseksi. Se toimii konseptina yrityksille ja muille toimijoille, jotka ovat kiinnostuneita optimoimaan oman organisaationsa prosesseja tuotannollisista ja/tai liiketaloudellisista lähtökohdista.
- Raportti tekoälyohjelmista, jotka ovat soveltuvia kehitysalustassa käytettäväksi tuotannon optimointiongelmien ratkaisemiseksi.
- Kaksi digitaalisen kaksosen pilottia, joilla voidaan testata tekoälyn, datan keräyksen ja visualisoinnin toimivuutta ym.
Kohderyhmän muodostavat eteläpohjalaiset valmistavan teollisuuden pk-yritykset (kappaletavarateollisuus) ja Seinäjoen ammattikorkeakoulu.
Välillisiä kohderyhmiä ovat IT-alan yritykset, teknologioiden ja palvelujen tarjoajat (rakenteilla oleva IoT-Compass Hub ekosysteemi).
Myönnetty EU- ja valtion rahoitus: 232 600
Toteutunut EU- ja valtion rahoitus: 232 600
Suunniteltu julkinen rahoitus yhteensä: 332 320
Toteutunut julkinen rahoitus yhteensä: 332 320
Maakunnat: Etelä-Pohjanmaa
Seutukunnat: Kuusiokuntien, Suupohjan, Seinäjoen, Järviseudun
Kunnat: Kauhava, Karijoki, Lappajärvi, Alajärvi, Seinäjoki, Ähtäri, Lapua, Kurikka, Kauhajoki, Teuva, Soini, Vimpeli, Evijärvi, Isojoki, Ilmajoki, Alavus, Kuortane
Jakeluosoite:
Postinumero:
Postitoimipaikka:
Suunniteltu: 0, joihin työllistyvät naiset 0
Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joihin työllistyvät naiset 0.00
Suunniteltu: 0, joista naisten perustamia 0
Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joista naisten perustamia 0.00
| Välitön | Välillinen | |
| Ekologinen kestävyys | ||
| Luonnonvarojen käytön kestävyys | 5 | 8 |
| Kehitysalustan ideana on, että kaikki suunnittelu, testaus ja toteutus tapahtuu ensin vain virtuaalisesti, jolloin luonnonvarojen tuhlaus minimoidaan. Vasta halutun tuloksen saavuttamisen jälkeen ryhdytään käytännön toimenpiteisiin. Myös prosessien optimointi tähtää luonnonvarojen säästämiseen. | ||
| Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentäminen | 0 | 0 |
| Ei relevantti tässä hankkeessa | ||
| Kasvillisuus, eliöt ja luonnon monimuotoisuus | 0 | 0 |
| Ei relevantti tässä hankkeessa | ||
| Pinta- ja pohjavedet, maaperä sekä ilma (ja kasvihuonekaasujen väheneminen) | 0 | 0 |
| Ei relevantti tässä hankkeessa | ||
| Natura 2000 -ohjelman kohteet | 0 | 0 |
| Ei relevantti tässä hankkeessa | ||
| Taloudellinen kestävyys | ||
| Materiaalit ja jätteet | 4 | 7 |
| Kehitysalustalla toimiminen ei tuhlaa materiaaleja ja jätteitä ei synny. | ||
| Uusiutuvien energialähteiden käyttö | 0 | 0 |
| Ei relevantti tässä hankkeessa | ||
| Paikallisen elinkeinorakenteen kestävä kehittäminen | 4 | 8 |
| Ammattikorkeakoulu uuden tiedon synnyttäjänä ja teknologian siirtäjänä rikastuttaa yhteistyötä yritysten kanssa. Yritykset ottavat vähitellen käyttöön digitaalisen kaksosen konseptia ja toimintatapoja. | ||
| Aineettomien tuotteiden ja palvelujen kehittäminen | 5 | 5 |
| Teknologisia palveluita tarjoavat yritykset voivat ottaa kehitysalustan konseptin käyttöön omassa palvelutarjonnassaan. Uusia palveluideoita syntyy tekoälyn monipuolisen käytön myötä. | ||
| Liikkuminen ja logistiikka | 2 | 5 |
| Yleisen digitalisaation ja pilvipalveluiden myötä tavaroiden ja ihmisten siirtymisen tarve vähenee merkittävästi. | ||
| Sosiaalinen ja kulttuurinen kestävyys sekä yhdenvertaisuus | ||
| Hyvinvoinnin edistäminen | 0 | 5 |
| Yrityksen prosessien tuottavuuden maksimoinnilla kilpailukyky ja hyvinvointi alueella kasvaa. Henkilöstön työhyvinvointi kasvaa, kun työntekijöillä on tunne korkeasta osaamisen tasostaan ja työpaikkojen säilymisestä. | ||
| Tasa-arvon edistäminen | 0 | 7 |
| Digitaalisuuden hallitsemisesta tulee merkittävä osa valmistavan teollisuuden toimintaa. Digiosaaminen on sukupuolesta riippumatonta. | ||
| Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus | 2 | 7 |
| Digitaalisuus tuo esteettömän ja tasavertaisen työskentely-ympäristön käyttäjän yhteiskunnallisesta asemasta tai vammaisuudesta riippumatta. Sen ympärille voi kehittyä aivan uudenlaisia työtehtäviä. Digitaalisuus on "kansainvälinen kieli" ja poistaa kulttuurien rajoja. | ||
| Kulttuuriympäristö | 0 | 0 |
| Ei relevantti tässä hankkeessa | ||
| Ympäristöosaaminen | 0 | 0 |
| Ei relevantti tässä hankkeessa | ||
Hankeen (A74978) päätavoitteena oli toteuttaa yrityksen koko liiketoiminnan digitaalisen kaksosen kehitysalusta Enterprise Digital Twin Platform, jolla voidaan testata tekoälyn kyvykkyyttä optimoida erilaisten yritysten sekä tuotannolliset että liiketoiminnalliset prosessit. Aikaisemmin toteutetuissa hankkeissa tehdyillä yrityskäynneillä ja yritysten haastatteluissa oli noussut esiin kysymys, voidaanko yritysten toimintaa (prosesseja) suunnittelusta tuotantoon ja myyntiin mallintaa, tutkia sekä testata virtuaalisesti? Etenkin toiminnanohjaus (ERP) ja tuotannonohjaus (MES) -järjestelmien testaaminen ennen investointipäätöstä on vaikea toteuttaa todellisessa tuotantoympäristössä. Hankkeessa toteutettiin pk-yrityksille sopiva avoimeen lähdekoodiin perustuva alusta, joka mahdollistaa kahden eri ERP-järjestelmän Odoo:n sekä ERPNext:n testaamisen tuotannon simulaatiomallilla.
Hankkeen tavoitteita olivat:
-Kehittää alusta, jonka avulla voidaan yrityksen liiketoimintaa testata tuotannon digitaalisten kaksosten avulla
-Selvittää koneoppimisen mahdollisuudet automaattiseen optimointiin sekä integroida tekoälyä osaksi kehitysalustaa
-Toteuttaa kaksi digitaalisen kaksosen pilottia (Teollisen internetin tuotantolinja sekä konelaboratorion tuotantosolu)
Hankkeessa toteutetut toimenpiteet jakautuivat viiteen työpakettiin:
TP1. Kehitysalustan suunnittelu ja toteutus
TP2. Tekoälyn käyttöönotto
TP3. Enterprise Digital Twin -pilotit
TP4. Viestintä yrityksille ja toimijoille
TP5. Projektin johto ja hallinnointi
Hankkeen välittömät tulokset työpaketeittain:
Työpaketti 1: Kehitysalustan suunnittelu ja toteutus
Työpaketissa kehitettiin vaatimusmäärittelyn mukainen alusta, josta löytyvät rajapinnat kahteen eri simulointiohjelmaan (Visual Components ja Siemens Plant Simulation), kahteen eri ERP-järjestelmään (Odoo ja ERPNext) alusta sisältää verkkokaupan sekä tekoälyn avulla tapahtuvan tuotteen geometrian optimoinnin. ERP-järjestelmien valintaan liittyen tehtiin vertailua avoimen lähdekoodin sekä kaupallisten sovellusten välillä. Kaupallisten sovellusten suurimmaksi haasteeksi nousi järjestelmän muokkaaminen sekä uusien rajapintojen suunnittelu. Tästä syystä ERP-järjestelmiksi päätettiin valita avoimen lähdekoodin ratkaisuja. Avoimen lähdekoodin järjestelmien valintaa varten toteutettiin vertailu, jossa tarvittavat ominaisuudet pisteytettiin. Alustan keskeisin komponentti on tuotannonohjausjärjestelmä (MES), joka toimii tuotannon ja toiminnanohjausjärjestelmän välisenä linkkinä. MES-järjestelmä päätetiin rakentaa itse, sillä sen oli kommunikoitava useamman eri ohjelmiston kanssa ja siihen oli pystyttävä tekemään vapaasti muutoksia sekä jatkokehityksen näkökulmasta sovellusta olisi helpompi ylläpitää. Alustan sovelluskehityksessä hyödynnettiin Python-ohjelmointikieltä.
Työpaketti 2. Tekoälyn käyttöönotto
Työpaketin keskeisimpänä tuloksena saatiin aikaiseksi yksinkertaisen tuotteen geometrian optimointi hyödyntämällä koneoppimista. Kehityksen lähtökohdaksi valittiin koneistettavan kannakkeen geometrian optimointi annettujen mittojen perusteella. Kannakkeessa on kolme kiinnitysreikää sekä sille annettaan kiinnikkeen päähän kohdistuva voima. Näiden tietojen avulla tekoälyalgoritmi pystyy generoimaan kappaleelle mahdollisimman kevyen mutta annetut mitat täyttävän geometrian. Laskennan taustalla hyödynnetään CAD-suunnittelujärjestelmistäkin tuttua lujuuslaskennan Finite Element Analysis (FEA) -menetelmää. Tekoälyn opetuksessa hyödynnettiin CAD-sovelluksesta saatavaa lujuuslaskentadataa, jonka perusteella kehitettiin simulaattori, joka generoi vastaavanlaista opetus dataa. Tämän simulaattorin avulla koneoppimisalgoritmi opetettiin generoimaan annettujen parametrien perusteella lujuusvaatimukset täyttäviä mahdollisimman optimoituja geometrioita. Algoritmin kehittämisessä hyödynnettiin Googlen TensorFlow-ohjelmistokirjastoa sekä Python-ohjelmointikieltä.
Työpaketti 3. Enterprise Digital Twin -pilotit
Työpaketissa toteutettiin kaksi digitaalisen kaksosen pilottia, jotka perustuivat Seinäjoen ammattikorkeakoulussa oleviin tuotantolinjoihin. Näistä ensimmäinen oli teollisen internetin tuotantolinjasto, joka valmistaa tuotteita, jotka muodostuvat takakannesta, piirilevystä sekä kahdesta eri värisestä putkisulakkeesta. Tämän tuotantolinjaston digitaalinen kaksonen rakennettiin Siemens Plant Simulation -ohjelmistoon. Simulointimalli on kaksiulotteinen ja sen visuaalisuus on toissijaista. Pilotti 2 perustui konelaboratoriossa olevaan robotisoituun valmistussoluun, joka koostuu Fastemsin toimittamasta FMS-järjestelmästä, vaakakaraisesta työstökeskuksesta sekä teollisuusrobotista. FMS-solun digitaalinen kaksonen toteutettiin Visual Components simulointiohjelmistoon, jossa simulaatiomalli luodaan kolmiulotteisesti sekä on visuaalisesti myös näyttävämpi. Jälkimmäisen pilotin toteutuksessa lähtökohdaksi otettiin modernin konepaja ja verkkokaupan hyödyntäminen tilausten valmistuksessa. Robottisolun laitteet mallinnettiin ja niille luotiin kommunikointirajapinnat hyödyntämällä Visual Components-ohjelmassa tuettua python-ohjelmointikieltä. Kommunikointi MES-järjestelmän ja simulointimallien välillä toteutettiin REST API:n avulla ja järjestelmien välillä liikkuva tieto välitettiin tekstipohjaisena JSON-datana, joka on yleisimmin käytetty datan rakenne etenkin verkkopohjaisissa sovelluksissa. Rajapinnan avulla MES-järjestelmä pystyy välittämään tuotannon käynnistyspyynnön simulointimallille sekä saamaan myös tietoa tuotannon eri vaiheista takaisin päin. Digitaalisen simulointimallin lisäksi konelaboratorion robottisolua lähdettiin valmistelemaan hankkeessa tehdyn MES-järjestelmän käyttöönottoa varten ja tarvittavia kommunikointi sekä sovelluksia luotiin mahdollistamaan olemassa olevan laitteiston MES-järjestelmän kanssa.
Työpaketti 4. Viestintä yrityksille ja toimijoille
Viestintään perustuvassa työpaketissa oli tarkoituksena informoida muita toimijoita toteutetuista piloteista ja tuoda ilmi alustan ja sen hyödyntämisen mahdollisuuksia. Piloteista toteutettiin kaksi videota YouTuben, jossa kerrotaan tiivistetysti mitä piloteissa tapahtuu ja miten alustaa hyödynnetään. Näiden lisäksi tehtiin useita julkaisuja suomeksi sekä myös yksi englanninkielinen artikkeli Simit 2020 -konferenssiin. Nämä julkaisut ja videoiden linkit on koottu hankkeen verkkosivuille osoitteeseen https://projektit.seamk.fi/ edit Näiden lisäksi hankkeessa syntyi myös lähdekoodia kuten konenäkösovellus, joka mahdollistaa tuotteen laaduntarkastuksen ja vertailun valmistuspiirustukseen perustuen, Odoo toiminnanohjausjärjestelmään kaksi erillistä moduulia, jotka vaaditaan MES-järjestelmän kommunikoinnin aikaansaamiseksi.
Työpaketti 5: Projektin johto ja hallinto
Työpaketti piti sisällään yleiset toimenpiteet projektin hallinnointiin ja ylläpitämiseen. Työpaketissa hyödynnettiin moderneja projektinhallintamenetelmiä sekä uudenlaisia työkaluja projektin hallintaan liittyen kuten Miro valkotaulusovellus, joka mahdollisti hankkeen suunnittelua virtuaalisten työkalujen avulla. Ohjelmistokoodin säilytyksessä ja jakamisessa hyödynnettiin ketteriä ohjelmistokehityksen menetelmiä sekä versionhallintaa.
Lisätietoa hankkeesta: projektit.seamk.fi/edit
Viranomainen on merkinnyt hankkeen esimerkkihankkeeksi