Nopeutettu elinkaaren määritys, Tampereen teknillisen yliopiston NEM-projekti – kehitysyhteistyötä

Valtra valmistaa samasta perusmallista runsaasti erilaisia versioita, jotka on tarkoitettu eri töihin. Elinkaaritutkimus tuottaa tietoa, jota voidaan käyttää eri versioissa käytettävien komponenttien valinnassa. 

Konevalmistus on yhä kiihtyvää kompromissien tekemistä. Toisaalta koneen pitäisi olla luotettava, muttei se saisi maksaa liikaa. Liian kallis kone ei käy kaupaksi ja heikkokestoisen koneen ongelmat voivat viedä valmistajan maineen pitkäksi aikaa.

Kovatahtisessa suunnittelussa on huomioitava mahdollisimman hyvin edellisissä malleissa ja suunnittelun aikaisissa protokoneissa havaittuja ominaisuuksia. Niiden analysointi vie resursseja ja hidastaa samalla valmistuksen aloittamista. Tähän vaiheeseen apua pyrkii tarjoamaan Tampereen teknillisen yliopiston NEM-projekti, jossa on alun kehitysvaiheessa mukana on kuusi yritystä, ja kokonaan valmista pitäisi olla vuonna 2017.

Yksinkertaistettuna tarkoitus on luoda toimintatapa, jossa yrityksien keräämä monimutkainen tuotekehitysdata muutetaan käyttökelpoiseksi tiedoksi. Tiedon käsittely tapahtuu TTY:n perustamassa elinkaaritutkimusosaamiskeskittymässä (Machinery Life Cycle Center).

Tutkimukset perustuvat reaaliaikaiseen mittaukseen ja simulointiin. Simuloinnilla saadaan sovitettua tutkittava koneen tai osan toiminta vastaamaan todellisia käyttötilanteita. Kun simulointia voidaan myös (sovelletusti) nopeuttaa, lyhenee tuotekehitykseen tarvittava aika selvästi.

Lisäksi elinkaaritutkimuksen sivutuotteena saatu tieto nopeuttaa muita projekteja, sillä pyörää ei tarvitse keksiä joka kerta uudelleen. Jos jossain aikaisemmassa projektissa on havaittu esimerkiksi tietyn kaapelin tai kytkimen kesto-ongelmia, tietoa hyödynnetään saman tien muissa projekteissa. Saadun tiedon alkuperää ei paljasteta, eli yrityksille tärkeä tietoturva on myös kunnossa.

Elinkaaritutkimuskeskittymälle syntyy projektien myötä osaamista erilaisten osien ja komponenttien testaamisesta. Erityisen arvokasta tämä on siksi, että tutkimusten luonteen mukaisesti kokemusta kertyy myös eri tutkimusalueiden alalta ja yhteisvaikutuksista (hydrauliikka/sähkö/mekaniikka). Lopputulemana hyötyjiä ovat kaikki osapuolet, sillä yritysten kannalta useamman vuoden kenttätutkimus voi lyhentyä muutamaan kuukauteen.

Yksi projektiin osallistuvista yrityksistä on Valtra Oy. Yrityksen kannalta oleellista on soveltaa tutkimuksen tuloksia traktoreiden yleiskäyttöisyyden suunnittelussa. Tämä tarkoittaa sitä, että sama perustraktori voidaan valjastaa maatalouskäytön lisäksi esimerkiksi tienhoitotehtäviin tai metsäkäyttöön. Eri töissä komponentteihin ja kokonaisuuteen kohdistuvat rasitukset ovat erilaisia.

Saadun tutkimustiedon mukaan rakenteita voidaan optimoida mallisarjoittain eri käyttökohteisiin. Kevyeen käyttöön tarkoitettuun malliin ei asenneta liian järeitä komponentteja, jotka nostaisivat hintaa ja lisäisivät painoa – vihannesviljelijä ei hyödy millään tavoin turveurakoitsijalle tarpeellisesta erittäin vahvasta voimanottokoneistosta.

Elinkaaritutkimus mahdollistaa jo uuden traktorin konseptivaiheessa valmiin kehitystiedon hyödyntämistä, kun TTY pystyy analysoimaan aikaisemmin käytettyjen komponenttien elinkaaresta havaittuja kokemuksia.

Valtran uusimmissa malleissa on koneen toimintaa ja suorituskykyä mittaavia järjestelmiä, joiden keräämää tietoa voidaan hyödyntää komponenttien testauksessa ja varmistua osien soveltuvuudesta tarkoitettuun käyttöympäristöön.

Toinen projektiin kuuluva yritys on Sandvik Mining and Construction. Yrityksen kaivoksiin ja yleiseen kivimateriaalien käsittelyyn suunniteltuja tuotteita käytetään erittäin kovissa olosuhteissa. Kaivoksien vesi saattaa sisältää syövyttäviä aineita ja porauksen hienojakoinen pöly syö metallia. Lämpötilatkin vaihtelevat Siperian -50 asteesta aina Australian avolouhosten +65 asteeseen. Kaluston käyttöaste on myös hyvin korkea, eli työskentely esimerkiksi kaivoksissa on pääsääntöisesti ympärivuorokautisesta. Käyttö on myös hyvin raakaa, ajoittain jopa tarkoitettujen käyttötapojen vastaista.

Sandvik hyödyntää elinkaaritutkimusta varmistamaan, että komponenttien käyttöikäennuste saadaan luotettavaksi ja siten tehdään tuotteista mahdollisimman käyttövarmoja. Lisäksi huoltovälien ja kulutusosien tarpeen määrä saadaan selville ja hyödyttämään myös markkinointia. Yrityksellä on todellisen työdatan keruuseen oma koekaivoskin, tehtaan alle on syntynyt vuosien tutkimusten saatossa jo nelisen kilometriä tunneliverkostoa.

TTY:n projektissa on mukana neljä yliopiston tutkimusosastoa (materiaalioppi, hydrauliikka ja automatiikka, kone ja tuotantotekniikka ja sähkötekniikka).Vaikka alkuvaiheessa projektissa on mukana lähinnä suuria valmistajia, ei pieniä ja keskisuuria yrityksiä ole unohdettu. Jo nyt on Pirkanmaalle projektin ohessa syntynyt pk-yrityksille liiketoimintaa erilaisten testausten ja komponenttikehityksen myötä. TTY hyötyy projektista myös oman toimintansa osalta, koska projektit tuottavat koulutukselle ajantasaista tietoa ja eväitä kokonaan uusiin tutkimuskohteisiin. Viime kädessä hyötyä on myös koko Suomen kannalta, kun sekä tieto että osaaminen jää kotimaahan. Yhteistyötä on myös kolmen ulkomaalaisen toimijan kanssa Ranskassa, Yhdysvalloissa ja Isossa Britanniassa.

Mukana NEM-projektissa

Projektissa on mukana 5–6 henkilöä TTY:ltä, ja kustannusarvio on 1,9 milj. euroa. Rahoittajia ovat Tekes ja osallistuvat yritykset:

• Sandvik Mining and Construction
• Teollisuuden voima
• Valtra
• Fortum Power and Heat
• Oliotalo
• Neurovision

Projektin vastuullinen johtaja on professori Pentti Saarenrinne (pentti.saarenrinne@tut.fi) ja projektipäällikkönä toimii dosentti
Juha Miettinen (juha.s.miettinen
@tut.fi).