Visions of Tomorrow – Engineered Today
Search

Vihreä siirtymäloikka

Kirjoittanut Patrik Rautaheimo
Julkaistu

Venäjän aggressiivinen käyttäytyminen Ukrainaa vastaan koettelee rajusti Eurooppaa ja koko maailmaa. Se ajaa Suomenkin irtautumaan nopealla aikataululla fossiilienergian ja muiden luonnonvarojen Venäjä-riippuvuudesta. Kuten puhuttu, tämä on myös mahdollisuus nopeuttaa vihreää siirtymää. Varsinaiset teot ja keinot ovat mielestäni kuitenkin kateissa.

Alla yhdeksänkohtainen toimenpideohjelmani eli lista asioista, jotka pitää tehdä – ja mieluiten heti. Sen, miten toteutuksen tulisi tarkemmin tapahtua, jätän seuraaviin päivityksiin.

A. Energian omavaraisuus ja ylivaraisuus
  1. Tuulivoiman esteet pois: Luvitus nopeaksi, nopeat valitusten käsittelyt, valtion merialueille tuulivoimaloiden rakentaminen minimimaksuilla ja luvituksilla
  2. Energiavarastot: vesivoimatehon nosto ja käyttö vain joustovoimaksi, vesivoiman viereen pumppuasemat energian varastoksi, lämpövarastot, akkuvarastot
  3. Energiajoustot: uusien sähkölämmitteisten kiinteistöjen automatiikka joustavaksi, autojen älykkäät latauspisteet, lisää joustojen hakua teollisuudessa
  4. Vanhojen hiili-, turve- ja kaasuvoimien pitäminen säätövoimana, kunnes systeemissä on päästy tasolle, jolla pärjäämme ilman
B. Fossiilisen polttoaineen korvaus
  1. Suomi vihreän ammoniakin tuottajaksi Euroopalle (ammoniakki selvästi lähinnä markkinahintaa kaikista synteettisistä polttoaineista) – samalla tulemme omavaraiseksi maatalouden lannoitteissa
  2. Teollisuuden maakaasun korvaaminen biokaasulla ja sähkövedyllä, mm. öljynjalostus ja raudan valmistus
  3. Biokaasun tuotannon kasvattaminen: kaikki lanta ja muut biopohjaiset jätteet hyödynnettävä biokaasureaktorista, biokaasureaktorin jätös lannoitekäyttöön (parempi lannoite kuin lanta)
  4. Polttoaineverojen nosto jos ja kun fossiilisten polttoaineiden maailmanmarkkinahinta laskee
  5. Synteettisten polttoaineiden tukeminen polttoaineveroilla
  6. Muut helposti korvattavat fossiiliset polttoaineet, kuten öljylämmitys ja maakaasun käyttö lämmityksessä: pitäisi aktiivisesti muuttaa muuhun muotoon, kuten sähköön

Yllä olevia varten ja tulevaisuuden varmistamiseksi pitää tutkimuksessa ja tuotekehityksessä panostaa akkuteknologiaan, vedyn valmistamiseen ja jalostamiseen, tuulivoiman rakentamiseen merelle, vihreillä polttoaineilla kulkeviin laivoihin, työkoneisiin ja modulaarisiin kaukolämpöydinvoimaloihin.

Haluaisitko lisätä listalle vielä jotakin?

Patrik Rautaheimo

CEO, Elomatic Oy

Intelligent Engineering

Uusin artikkeli

11/08/2022

Teollisuuden sähköistyminen on tie hiilineutraaliuteen

Kirjoittanut By Teemu Turunen

Teollisuuden sähköistyminen on tärkeä elementti kasvihuonepäästöjen vähentämisessä, ja lämpöpumppujen rooli on tässä kehityksessä keskeinen. Erityisen tärkeää on tarkastella asioita laajemmasta perspektiivistä ja hyödyntää hukkalämmöt. Parhaassa tapauksessa useampi toimija pääsee hyötymään ratkaisusta. Prosessien monimutkaistuessa on kuitenkin...

Read more » Lue lisää »
Blog

Energiaa ei muisteta arvostaa tarpeeksi – energiamurroksen keskellä

Kirjoittanut Teemu Turunen
Julkaistu

Energiaa ei muisteta arvostaa tarpeeksi – energiamurroksen keskellä

Viime aikoina julkisuudessa on ollut paljon keskustelua energian hinnan kehityksestä sekä polttoaineiden, kaukolämmön, että sähkön osalta. Samaan aikaan myös hinnan ennustettavuus on muodostunut yhä haastavammaksi. Syitä kehitykseen ovat esimerkiksi päästöoikeuksien hinnan kehitys, energiantuotannon investoinnit kohti hiilineutraaleita ratkaisuja sekä teollisuuden elpyminen koronan vaikutuksista. Jatkossa kun uusiutuvan energian osuus energiajärjestelmässämme kasvaa, saamme tottua erityisesti sähkön hinnan voimakkaisiinkin heilahteluihin ja jopa negatiivisiin hintoihin.

”Yksikään toimija ei voi ajatella enää, että sähköä tulee töpselistä ja polttoainetta pumpusta”

Kun edellä esitettyä kehitystä tarkastellaan yksittäisen energiankäyttäjän kannalta, voi se ymmärrettävästi hämmentää. Toisaalta on kuitenkin hyvä palauttaa mieleen, mitä me tällä arvokkaalla hyödykkeellä oikein saamme. Mielestäni energian ja toimivan energiajärjestelmän arvostus on vielä tänäänkin liian pientä ja jatkossa siitä on pakko tulla merkittävä lisäarvohyödyke. Yksikään toimija ei voi ajatella enää, että sähköä tulee töpselistä ja polttoainetta pumpusta. Yhä useamman toimijan on mietittävä, miten käytetty energia on tuotettu, kuinka tehokkaasti sitä käytetään ja kuinka sen kautta on mahdollista saada muita hyötyjä.

Ensinnäkin toiminnan ajallisten vaihteluiden hallinta ja energian hinnan ennakointi tulee olemaan yksi uusi kilpailutekijä yrityksille. Tuotantoa voidaan pyrkiä esimerkiksi ohjaamaan halvemman energian tunneille (ja tulevaisuudessa varttitunneille) tai tuotannossa voidaan hyödyntää energiavarastoja ja älykästä ohjaamista osana tehokasta tuotantotoimintaa. Sähkönkäytön osalta Spot- ja reservimarkkinoilta voi löytyä uusia mahdollisuuksia tehdä liiketoimintaa, jos esimerkiksi nykyisen lämmöntuotantotavan vaihtoehtona/rinnalla voidaan hyödyntää esimerkiksi sähkökattilaa, jolla lämpö tuotetaan halvan sähkön aikoina. Tämä vaatii monelta yritykseltä ajattelutavan muutosta ja toisaalta on tärkeää, ettei näissä ratkaisuissa sorruta osa-optimointiin. Olennaista tässä energiamurroksessa onkin hahmottaa, että energian voi valjastaa pakollisesta kulusta liiketoimintaelementiksi.

”Olennaista tässä energiamurroksessa onkin hahmottaa, että energian voi valjastaa pakollisesta kulusta liiketoimintaelementiksi.”

Energiajärjestelmämme stabiilisuus ja korkea toimitusvarmuus

Yksi unohdettu asia energiajärjestelmän arvostuksessa, varsinkin meillä Suomessa, on meidän energiajärjestelmämme stabiilisuus ja korkea toimitusvarmuus. Esimerkiksi kaukolämpöasiakkaan lämmöntoimitus on Energiateollisuus ry:n keräämien keskeytystietojen mukaan keskeytyneenä keskimäärin alle 2 tuntia vuodessa. Pelkästään kaukolämpöjärjestelmän häiriötilanteista, kuten jakeluverkon vaurioista ja tuotantokatkoksista, johtuvien keskeytysten aiheuttama keskimääräinen keskeytysaika on noin puolet eli alle tunnin vuodessa [1]. Vastaavasti sähkön osalla energialla painotettu keskeytysaika asiakkaalla vuodessa 1,22 h/a ja keskeytysten määrän kannalta tarkasteltuna 1.98 kpl/a [2]. Tämä ei kuitenkaan tule ilmaiseksi ja tämä vaatii nyt ja jatkossa energiayhtiöiltä jatkuvia ylläpito ja kehitysinvestointeja. Vastapainona esimerkiksi Suomen teollisuus saa energian toimituksen kannalta hyvin stabiilin toimintaympäristön, joka toivottavasti pitää osaltaan teollista toimintaa Suomessa. Vaikka energiantuotanto tulee jatkossa hajaantumaan nykyisestä hyvin keskitetystä toimintamallista, ei tässä kehityksessä saa unohtaa tämän keskitetyn infrastruktuurin hyviä ominaisuuksia.

Varaudu seuraaviin aiheisiin

Kuten tiedetään energian kautta monen yrityksen on helpointa vaikuttaa ilmastoriskiin ja tätä kautta turvata tulevaisuuden liiketoiminnan edellytyksiä. Elinkeinoelämän Keskusliitolle tehdyn selvityksen [3] mukaan yritysten tulee varautua ainakin seuraaviin aiheisiin:

  • Toimitusketjut muuttuvat ilmaston muutoksen edetessä
  • Kiertotalous etenee ja raaka-aineiden hinnat nousevat
  • Raha karttaa ilmastoriskejä ja vähähiiliset ratkaisut ovat voittajia
  • Osaaminen vaatii kehittämistä ja tarvitaan jatkuvaa panostusta tuotekehitykseen

Kun tarkastellaan asiaa energian tuotannon ja käytön kautta, on selvää, että varautuminen edellisiin tekijöihin parantaa yrityksen mahdollisuuksia mukautua liiketoimintaympäristön muutoksiin. Tämä tarkoittaa myös sitä, että yritysten on myös uskallettava panostaa kehitykseen. Ne jotka ymmärtävät energian arvon ja ovat valmiita panostamaan sen mahdollisuuksiin, ovat huomisen voittajia!

Lue lisää energiatulevaisuuden johtamisesta!

 

Lähteet:

[1] https://energia.fi/energiasta/energiaverkot/kaukolammon_keskeytykset

[2] https://energia.fi/files/4972/Sahkon_keskeytystilasto_2019.pdf

[3]https://www2.deloitte.com/fi/fi/pages/risk/articles/ilmastonmuutos-vaikuttaa-yritysten-toimintaan.html

Teemu Turunen

Phil. Lic. (Env. Science)

Teemu Turunen has extensive experience in energy and process consulting in several industries. He currently works as Business Development Director in the energy and process business area. His focus is to lead the development of sustainable solutions for future needs.

Intelligent Engineering

Uusin artikkeli

11/08/2022

Teollisuuden sähköistyminen on tie hiilineutraaliuteen

Kirjoittanut By Teemu Turunen

Teollisuuden sähköistyminen on tärkeä elementti kasvihuonepäästöjen vähentämisessä, ja lämpöpumppujen rooli on tässä kehityksessä keskeinen. Erityisen tärkeää on tarkastella asioita laajemmasta perspektiivistä ja hyödyntää hukkalämmöt. Parhaassa tapauksessa useampi toimija pääsee hyötymään ratkaisusta. Prosessien monimutkaistuessa on kuitenkin...

Read more » Lue lisää »
Blog

Skenaarioita digitaalisen kaksosen tulevaisuudesta 2026

Kirjoittanut Elina Ala-Mäyry
Julkaistu

Skenaariotyöskentelyssä arvioidaan tietyn asian kehitykseen vaikuttavien tekijöiden vaikutusta ja todennäköisyyttä, joiden perusteella muodostetaan vaihtoehtoisia tulevaisuuskuvauksia. Hyvin todennäköisesti tapahtuvat asiat voidaan sisällyttää jokaiseen skenaarioon. Skenaariot eroavat toisistaan merkittävien ja epävarmojen tekijöiden kehityksen suhteen, koska ne vaikuttavat eniten millainen tulevaisuuden tilanne on.

Alla esitetyssä taulukossa olevat tekijät ovat kaikki merkittäviä siinä, kuinka digitaalinen kaksonen kehittyy seuraavan viiden vuoden aikana. Kehityksen voidaan olettaa olevan vakaata laskentatehon, verkkoteknologian, simulaation ja esineiden internetin osalta (Borrelli & Wellmann, 2019; Clark, 2015; Costello & Omale, 2019; Javed & Siddiqui, 2017; Levin, 2018; Lundstrom, 2003; Mussomeli et al., 2020; Zaidi et al., 2018). Nämä todennäköiset tekijät voidaan skenaariotyöskentelyssä huomioida toteutuvan jokaisessa skenaariossa. Digitaaliseen kaksoseen liittyen epävarmoja tekijöitä ovat koneoppiminen ja tekoäly, kustannukset asiakkaalle, vakiintuneet käsitteet ja yhteensopivuus sekä asiakasarvon kommunikointi (Ailisto, 2018; IEEE, 2020; Rogers, 1971; Uhlemann et al., 2017). Tekoälyn lisäksi vaikeasti ennakoitavat tekijät liittyvät pääosin asiakkaan kokemaan arvoon ja arvon kommunikoimiseen asiakkaalle.

Taulukko 1. Digitaalisen kaksosen tulevaisuuteen vaikuttavat tekijät

Tekijä Vaikutustapa kehitykseen Todennäköisyys
Esineiden internet Datan keruu, fyysisen osan yhdistäminen digitaaliseen osaan Todennäköinen
Simulaatio Skenaarioiden tutkiminen, parempien päätösten tekeminen ja ennakoiminen Todennäköinen
Koneoppiminen ja tekoäly Digitaalisen kaksosen autonominen toiminta, optimoinnin kehittyminen Epävarma
Laskentateho Käsiteltävän datamäärän ja saatavan informaation kasvaminen Todennäköinen
Verkkoteknologia Nopeampi langaton yhteys mahdollistaa suuremman datamäärän siirtämisen reaaliajassa Todennäköinen
Kustannukset Markkinapotentiaali ja sitä myöden yritysten motivaatio panostaa kehitykseen Epävarma
Vakiintuneet käsitteet Kehityssuunta ja haluttu tavoite selkenee ja on helpompi tehdä projekteja ja keskustella eri sidostyhmien kanssa Epävarma
Arvon kommunikointi Asiakasarvon tunnistaminen ja kommunikoiminen lisää kysyntää ja käyttökohteita Epävarma

 

Skenaarionelikenttä
Kuva 1. Skenaarionelikenttä

Epävarmat tekijät liittyvät kaikki joko teknologiseen kehitykseen tai asiakkaiden hyväksyntään tai suoraan tai välillisesti molempiin. Teknologinen kehitys ja asiakkaiden hyväksyntä ovat siis kaksi merkittävästi digitaalisen kaksosen kehittymiseen vaikuttavaa tekijää. Uuden teknologian kehittämistä kuvataan usein joko markkina- tai teknologialähtöisenä. Skenaarionelikentän akseleina teknologisen kehityksen ja asiakkaiden hyväksynnän nopeudet kuvaavat tavallaan näitä lähestymiskulmia. Kuvassa 1 esitetyssä Skenaarionelikentässä on teknologisen kehityksen nopeuden ja asiakkaiden hyväksynnän nopeuden suhteen esitetty neljä vaihtoehtoista skenaariota siitä, mitä digitaalinen kaksonen voi olla vuonna 2026.

Skenaarionelikentän skenaarioista digitaalisen kaksosen kannalta positiivisin skenaario on nelikentän oikeassa yläkulmassa. Vasemman alakulman skenaario 3 on digitaalisen kaksosen kannalta negatiivisin.

Skenaario 1: Teknologinen kehitys on nopeaa, mutta asiakkaiden hyväksyntä hidasta ja marginaalisena ratkaisuna digitaalinen kaksonen jää vain tiettyjen asiakkaiden käyttöön tietyissä tapauksissa.

Skenaario 2: Sekä digitaalisen kaksosen teknologinen kehitys että nopea asiakkaiden hyväksyntä vaikuttavat siihen, että digitaalisesta kaksosesta tulee vallitseva toimintatapa. Vallitsevana toimintatapana digitaalinen kaksonen on suunnittelupalvelutoiminnan ytimessä ja se jopa syrjäyttää aikaisempia suunnittelukäytäntöjä. Skenaariossa digitaalinen kaksonen disruptoi suunnittelutoiminnan ja sitä käytetään useisiin eri tarkoituksiin ja sille on suurta kysyntää asiakkaiden puolelta.

Skenaario 3: Digitaalinen kaksonen ei ole saavuttanut teknisestä näkökulmastaan huipputasoaan tai kehittynyt merkittävästi omaksi teknologiakseen verraten sen hyödyntämiin teknologioihin. Digitaalinen kaksonen on myös jäänyt asiakkaiden keskuudessa vailla suurta kysyntää.

Skenaario 4: Digitaaliseen kaksoseen vain pieniä teknologisia kehitysaskeleita, mutta suurta asiakaskysyntää. Inkrementaalinen kehitys voi tarkoittaa käytännössä esimerkiksi sitä, että digitaalinen malli on vastaava mitä voidaan jo simuloida tai datan liikkuminen fyysisen ja digitaalisen osan välillä tapahtuu vain harvoin, eikä digitaalisesta osasta saatua dataa voida hyödyntää reaaliajassa.

Skenaarioiden todennäköisyyden tarkastelussa hyödynnettiin neljän ulkopuolisen tahon arviota digitaalisen kaksosen kehittymisestä vuonna 2026. Wadhwani & Kasnale (2019) mukaan kasvun ajureita ovat tekoälyn ja muiden teknologioiden kehittyminen. Erityisesti esineiden internetin, mutta myös muun edistyneen teknologian hyödyntäminen yrityksissä vauhdittaa myös digitaalisen kaksosen omaksumista. Tämän arvio muistuttaa skenaarioista eniten skenaariota 1.

Costello & Omalen (2019) mukaan digitaalinen kaksonen on hiljalleen saavuttamassa enemmistön. Tämä tarkoittaisi siis, että asiakkaat hyväksyvät digitaalisen kaksosen laajasti. Erityisesti esineiden internetiä jo hyödyntävistä yrityksistä hyvin suuri osa suunnittelee ottavansa digitaalisen kaksosen käyttöön seuraavina vuosina. Heidän mukaansa asiakkaiden hyväksynnän taustalla on runsas markkinointi, digitaalisten kaksosten tarjoama arvo ja digitaaliset kaksoset osana yritysten strategioita. Tämän ennakointi on lähinnä skenaariota 4: Inkrementaalinen kehitys, mutta laajasti hyväksytty digitaalinen kaksonen.

Allied Market Research (2021) arvioi digitaalisen kaksosen olevan yksi vuosisadan voitollisimmista markkinoista. Arvion mukaan digitaalisten kaksosten kysyntä kasvaa merkittävästi globaalisti seuraavien 4-5 vuoden aikana. Kasvun ajureina nähdään erityisesti teknologinen kehitys ja T&K-investointien nähdään avaavan uusia markkinamahdollisuuksia. Allied Market Researchin (2021) mukaan teknologinen kehittyminen on merkittävää, minkä lisäksi kysynnän odotetaan kasvavan merkittävästi. Tämä arvio on siis lähinnä skenaariota 2, vaikka aivan vallitsevaksi toimintatavaksi digitaalinen kaksonen ei ehdi kehittyä viidessä vuodessa.

Mussomeli et al. (2020) nostivat erityisesti esineiden internetin yleistymisen ja simulaation kehittymisen merkittävinä tekijöinä digitaalisen kaksosen kehittymiselle. Markkinan odotetaan moninkertaistuvan ja digitaalisia kaksosia käytettävän laajasti eri aloilla ja tarkoituksissa. Mussomeli et al. (2020) ennakoivat, että erityisesti teollisten palveluiden tarjoajilla on kysyntää digitaalisille kaksosille. Tämän ennakoinnin mukaan siis sekä teknologia keittyy, mutta myös asiakkaat eri aloilta ja tarkoituksissa käyttävät digitaalista kaksosta. Tämä on lähinnä skenaariota 2.

Taulukko 2. Skenaarioiden arviointi

Lähde Skenaario 1 Skenaario 2 Skenaario 3 Skenaario 4
(Wadhwani & Kasnale, 2019) x
(Costello & Omale, 2019) x
(Allied Market Research, 2021) x
(Mussomeli et al., 2020) x

 

Taulukon perusteella skenaario 2 eli vallitseva toimintatapa on yleisin. Tämän mukaan skenaario 3 eli digitaalinen kaksonen floppaa on kaikista epätodennäköisin skenaario. Myös skenaariot 1 ja 4 ovat saaneet tukea ennakoinneista, eli odotetaan joko teknologisen kehityksen tai asiakkaiden hyväksynnän kasvavan, mutta ei molempien. Skenaariotyöskentelyn sekä skenaarioiden arvioinnin perusteella voidaan ennakoida, että sekä teknologinen kehitys että asiakkaiden hyväksyntä ovat suhteellisen nopeaa. Kuitenkaan tukea sille, että digitaalisesta kaksosesta tulisi viidessä vuodessa vallitseva toimintatapa ei ole. Vuonna 2026 digitaalinen kaksonen on siis matkalla kohti skenaariota 2, mutta sitä ei olla vielä saavutettu.

Skenaariotyöskentelyn perusteella sekä digitaalisen kaksosen teknologinen kehitys että asiakkaiden hyväksynnän kehitys ovat nopeita, minkä takia yrityksen kannattaa ehdottomasti olla mukana digitaalisen kaksosen markkinoilla. Kehityksen ollessa nopeaa ja markkinan muuttuessa jatkuvasti on tärkeää myös tehdä valintoja mitä organisaatio haluaa tehdä itse ja missä asioissa hyödyntää kumppaneita.

 

  • Ailisto, H. (2018). Viisi asiaa tekoälystä, jotka sinun pitäisi tietää. VTT. https://www.vttresearch.com/fi/uutiset-ja-tarinat/viisi-asiaa-tekoalysta-jotka-sinun-pitaisi-tietaa
  • Allied Market Research. (2021). Digital Twin Technology Market Size, Share and Industry Forecast | 2026. https://www.alliedmarketresearch.com/digital-twin-technology-market
  • Borrelli, A., & Wellmann, J. (2019). Computer Simulations Then and Now: an Introduction and Historical Reassessment. NTM International Journal of History and Ethics of Natural Sciences, Technology and Medicine, 27(4), 407–417.
  • Clark, D. (2015). Moore’s Law Is Showing Its Age. The Wall Street Journal. https://www.wsj.com/articles/moores-law-is-showing-its-age-1437076232?mod=article_inline
  • Costello, K., & Omale, G. (2019). Gartner Survey Reveals Digital Twins Are Entering Mainstream Use. https://www.gartner.com/en/newsroom/press-releases/2019-02-20-gartner-survey-reveals-digital-twins-are-entering-mai
  • IEEE. (2020). Why the Development of Wireless Networks Is Important for Global IoT Growth. IEEE Transmitter. https://transmitter.ieee.org/why-the-development-of-wireless-networks-is-important-for-global-iot-growth/
  • Javed, M., & Siddiqui, A. T. (2017). Transformation of Mobile Communication Network from 1G to 4G and 5G. International Journal of Advanced Research in Computer Science, 8(3), 193–197.
  • Levin, M. S. (2018). On Combinatorial Models of Generations of Wireless Communication Systems. Journal of Communications Technology and Electronics, 63(6), 667–679.
  • Lundstrom, M. (2003). Moore’s law forever? (Applied Physics). Science, 299(5604), 210–212.
  • Mussomeli, A., Parrott, A., Umbenhauer, B., & Warshaw, L. (2020). Digital twins: Bridging the physical and digital. Deloitte Insights. https://www2.deloitte.com/us/en/insights/focus/tech-trends/2020/digital-twin-applications-bridging-the-physical-and-digital.html
  • Rogers, E. M. (1971). Diffusion of Innovations (3rd ed.). The Free Press.
  • Uhlemann, T. H. J., Lehmann, C., & Steinhilper, R. (2017). The Digital Twin: Realizing the Cyber-Physical Production System for Industry 4.0. Procedia CIRP, 61, 335–340.
  • Wadhwani, P., & Kasnale, S. (2019). Digital Twin Market Statistics | Global Size Forecasts 2026. https://www.gminsights.com/industry-analysis/digital-twin-market
  • Zaidi, A., Hussain, Y., Hogan, M., & Kuhlins, C. (2018). Cellular IoT Evolution & digitization|Whitepaper – Ericsson. https://www.ericsson.com/en/reports-and-papers/white-papers/cellular-iot-evolution-for-industry-digitalization

 

Elina Ala-Mäyry

Kirjoittaja on tuotantotalouden diplomi-insinööri, joka teki Elomaticille asiakastarpeita ja digitaalista kaksosta käsittelevän alkukeväästä 2021 valmistuneen diplomityön.

Intelligent Engineering

Uusin artikkeli

11/08/2022

Teollisuuden sähköistyminen on tie hiilineutraaliuteen

Kirjoittanut By Teemu Turunen

Teollisuuden sähköistyminen on tärkeä elementti kasvihuonepäästöjen vähentämisessä, ja lämpöpumppujen rooli on tässä kehityksessä keskeinen. Erityisen tärkeää on tarkastella asioita laajemmasta perspektiivistä ja hyödyntää hukkalämmöt. Parhaassa tapauksessa useampi toimija pääsee hyötymään ratkaisusta. Prosessien monimutkaistuessa on kuitenkin...

Read more » Lue lisää »
Blog

Digitaalisen kaksosen hyödyt ja käyttökohteet

Kirjoittanut Elina Ala-Mäyry
Julkaistu

Digitaalinen kaksonen on houkutteleva investointi, koska sen avulla yritys voi saavuttaa sekä kustannussäästöjä että tuoda asiakkaalle lisäarvoa. Digitaalisesta kaksosesta saatavat ja tavoiteltavat hyödyt riippuvat digitaalisen kaksosen käyttökohteesta, eli siitä, mitä digitaalinen osa mallintaa. Lisäksi hyötyihin vaikuttaa suuresti digitaalisen kaksosen taso, jotka on esitelty tämän blogisarjan edellisessä blogissa. Tässä blogissa esitellään missä valmistavan teollisuuden yritys voi saada hyötyä digitaalisen kaksosen hyödyntämisestä.

Liu et al. (2020) tutkivat satoja digitaalisesta kaksosesta tehtyjä tutkimuksia, ja jakoivat digitaalisen kaksosen käyttökohteet neljään ryhmään. Heidän mukaansa digitaalista kaksosta voidaan valmistavassa teollisuudessa käyttää elinkaaren mukaisista vaiheista suunnittelussa, valmistamisessa, palveluissa ja tuotteen elinkaaren loppupuolella. Elinkaaren loppuvaihetta ei nostettu tässä esiin, koska siihen liittyviä hyötyjä tulee (Liu et al., 2021) mukaan tutkia vielä lisää. Kuvassa 1 on esitetty digitaalisen kaksosen hyödyt käyttökohteittain.

 

Digitaalisen Kaksosen Hyödyntäminen Teollisuusyrityksessä
Kuva 1. Digitaalisen kaksosen hyödyntäminen teollisuusyrityksessä, mukaeltu (Liu et al., 2021)

Tuotekehityksessä digitaalisesta kaksosesta saatavat hyödyt liittyvät nopeampaan ja kustannustehokkaampaan suunnitteluvaiheeseen. Lisäksi digitaalisen kaksosen avulla data on yhdessä paikassa ja saatavilla, mikä mahdollistaa informaation pohjalta parempien päätösten tekemisen. Testauksessa ja validoinnissa digitaalinen kaksonen mahdollistaa laajemman testaamisen.

  • Iteratiivinen optimointi
    • Iteratiivisen optimoinnin avulla tuotetta voidaan kehittää paremmaksi vähän kerrallaan. Digitaalisen kaksosen avulla voidaan ennakoida kehityssuuntia ja jäljittää aikaisempia kehityksiä. Tämä lyhentää suunnittelusykliä ja vähentää uudelleen tehtävän työn kustannuksia.
  • Datan eheys
    • Datan eheys tarkoittaa sitä, että jos laitteen valmistamiseen liittyy useita sidosryhmiä, digitaalinen kaksonen sisältää kaiken oleellisen tiedon laitteesta eikä data ole pirstaloitunut. Tämä mahdollistaa paremman jäljitettävyyden ja laadukkaamman informaation pohjalta tehtävät päätökset.
  • Testaus & Validointi
    • Digitaalisen kaksosen avulla voidaan eliminoida myös ei-toivottuja ei-ennakoituja tapauksia. Voidaan käyttää myös virtuaalisena prototyyppinä useiden versioiden ja applikaatioiden skenaarioiden testaamiseen. Digitaalisen kaksosen avulla voidaan myös testata laitteen ja sen toimintaympäristön välistä mallia.

Valmistuksessa valmistusprosessin tai osaprosessin mallintaminen digitaalisella kaksosella mahdollistaa valmistusprosessin visualisoinnin sekä prosessin tilan ja suunnitelmien vertaamisen. Valmistuksessa suurin hyöty saadaan historiadatan, reaaliaikaisen datan ja simuloinnin tuottaman datan yhdistämisestä. Tämän informaation avulla voidaan tehdä parempia päätöksiä.

  • Reaaliaikainen seuranta
    • Digitaalinen kaksonen mahdollistaa reaaliaikaisen seurannan visuaalisena, integroituna 3D-malliin. Reaaliaikaisessa seurannassa ei ole kyse pelkästä datan esittämisestä, vaan digitaalisen kaksosen avulla saadaan kokonaisvaltainen tilannekuva ja ymmärrys päätösten tueksi.
  • Tuotannon ohjaaminen
    • Tuotannon ohjaamisessa on tärkeää reagoida poikkeamiin. Digitaalisen kaksosen kokonaisvaltaisen tarkan mallin avulla voidaan vastata nykyisiin monimutkaisiin haasteisiin oikein ajoitettujen toimenpiteiden avulla.
  • Suorituskyvyn ennustaminen
    • Suorituskyvyn ennustamiseen vaikuttaa tuotantoprosessin toiminnan lisäksi myös variaatiot raaka-aineissa. Digitaalisen kaksosen jatkuvasti kehittämien mallien avulla voidaan arvioida suorituskykyä ottaen huomioon useat muuttujat ja saavuttaa tarkempia arvioita.
  • Ihmisen ja robotin yhteistyö
    • Perinteisesti ihmisen ja robotin välisessä yhteistyössä sekä ihmisen että robotin on tarvinnut muuttaa liikeratojansa yhteensopiviksi. Digitaalisen kaksosen avulla robotin liikerataa ja toimintoja voidaan säätää reaaliajassa sopimaan saumattomasti ihmisen toimintoihin.
  • Prosessin optimointi
    • Valmistusprosessien monimutkaisuuden kasvaessa perinteisestä prosessisuunnittelusta tulee yhä vaikeampaa. Prosessin suunnittelussa on vaikea ottaa huomioon oikeat olosuhteet. Prosessin lopputuotokseen vaikuttavat tekijöitä voidaan mitata ja niistä voidaan laatia digitaalisen kaksosen avulla mallinnuksia , jotka toimivat päätösten tukena.
  • Resurssienhallinta
    • Läpinäkyvyydellä ja jäljitettävyydellä on kriittinen rooli tuotannon kehittämisessä ja tämän informaation perusteella voidaan paremmin valvoa, suunnitella ja aikatauluttaa toimintoja. Digitaalinen kaksonen tukee resursseihin liittyvää päätöksentekoa dynaamisella ja realistisella digitaalisella mallilla reaalimaailman tuotannosta.
  • Tuotannonsuunnittelu
    • Digitaalisen kaksosen avulla voidaan optimoida tuotantoa globaalisti ja vastata muutoksiin välittömästi. Digitaalinen kaksonen ilmoittaa välittömästi muutoksista, ja niihin voidaan reagoida tuotannonsuunnittelussa heti.

Palvelupuolella digitaalista kaksosesta voidaan saada hyötyä erityisesti toimintavarmuuden parantamisessa. Liu et al. (2020) nostivat palveluista esiin huoltotarpeen ennakoinnin, viantunnistuksen ja diagnosoinnin, suorituskyvyn ennustamisen, laitteen tilan seurannan ja virtuaalisen testauksen. Näiden palveluiden rahalliset hyödyt on osoitettavissa asiakkaalle helposti laskemalla kuinka paljon seisonta-aikaa voidaan vähentää digitaalisen kaksosen avulla. Suurin digitaalisen kaksosen hyöty teollisissa palveluissa tulee siitä, että digitaalisessa mallissa otetaan huomioon juuri tietyn laitteen ominaisuudet ja käyttö aina suunnittelusta ja valmistuksesta käyttöön asti. Digitaalista mallia myös päivitetään jatkuvasti uudella datalla ja siksi malli osaa ennakoida juuri tietyn laitteen käyttäytymistä.

  • Huoltotarpeen ennakointi
    • Huoltotarpeen ennakointi voidaan digitaalisen kaksosen avulla tarjota vastaamaan juuri kyseisen laitteen huoltotarvetta. Tämä poistaa tarpeen varmuuden vuoksi tehtävillä määräaikaishuolloille, parantaa toimintavalmiutta ja tuo kustannussäästöjä
  • Viantunnistus & Diagnosointi
    • Digitaalisen kaksosen avulla voidaan yhdistää fyysisestä osasta saatava data digitaalisen mallin tuottamaan informaatioon. Nämä yhdistämällä voidaan tunnistaa aikaisempaa luotettavammin missä vika on.
  • Suorituskyvyn ennustaminen
    • Laitteen suorituskykyyn vaikuttavat useat tekijät, joista voidaan saada tarkempaa tietoa laitteen käytön ja siitä kerätyn datan avulla.
  • Laitteen tilan seuranta
    • Laitteen tilan seurannassa voidaan yhdistää fyysisestä osasta kerättävä data virtuaalisen mallin datan kanssa. Laitteen tilan seuranta päivittyy ja tarjoaa tietoa laitteen tilasta reaaliajassa myös etäyhteyden välityksellä.
  • Virtuaalinen testaus
    • Digitaalisen kaksosen avulla voidaan testata mahdollisia suuria tappioita aiheuttavia toimintoja etukäteen. Simulaatioon verrattuna digitaalinen kaksonen antaa realistisemman ja tarkemman lopputuloksen.

Digitaalisen kaksosen hyödyt riippuvat käyttökohteen lisäksi digitaalisen kaksosen tasosta. Korkeamman tason digitaalinen kaksonen mahdollistaa autonomisen operoinnin, kun digitaalisen kaksosen esiastetta voidaan käyttää esimerkiksi markkinoinnissa ja koulutuksessa. Digitaalisen kaksosen avulla yhtä mallia voidaan hyödyntää myös useammassa käyttötarkoituksessa ja sitä voidaan muokata vastaamaan päivitettyä fyysistä mallia.

Alkuperäisen digitaalisen kaksosen idean kehitti Grieves (2014) vastaamaan tarpeeseen entistä paremmasta tuotetiedonhallinnasta. Digitaalisen kaksosen avulla voidaan kuitenkin saavuttaa hyötyjä myös monessa muussa asiassa. Parhaimmillaan digitaalisen kaksosen avulla voidaan saavuttaa samanaikaisesti sekä kustannussäästöjä että tarjota lisäarvoa asiakkaalle!

 

  • Grieves, M. (2014). Digital Twin: Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication. In A Whitepaper by Dr. Michael Grieves.
  • Liu, M., Fang, S., Dong, H., & Xu, C. (2021). Review of digital twin about concepts, technologies, and industrial applications. Journal of Manufacturing Systems, 58(1), 346–361.

Elina Ala-Mäyry

Kirjoittaja on tuotantotalouden diplomi-insinööri, joka teki Elomaticille asiakastarpeita ja digitaalista kaksosta käsittelevän alkukeväästä 2021 valmistuneen diplomityön.

Intelligent Engineering

Uusin artikkeli

11/08/2022

Teollisuuden sähköistyminen on tie hiilineutraaliuteen

Kirjoittanut By Teemu Turunen

Teollisuuden sähköistyminen on tärkeä elementti kasvihuonepäästöjen vähentämisessä, ja lämpöpumppujen rooli on tässä kehityksessä keskeinen. Erityisen tärkeää on tarkastella asioita laajemmasta perspektiivistä ja hyödyntää hukkalämmöt. Parhaassa tapauksessa useampi toimija pääsee hyötymään ratkaisusta. Prosessien monimutkaistuessa on kuitenkin...

Read more » Lue lisää »
Blog

Kunnat ja kaupungit ratkaisemassa ilmastokriisiä

Kirjoittanut Teemu Turunen
Julkaistu

Työkaluja kunnille ja kaupungeille ilmastokriisissä

Kuluneena kesänä ilmastonmuutoksen erinäiset vaikutukset tulivat lähemmäksi myös meidän arkeamme kun samaan aikaan Suomessa koettiin poikkeuksellisen pitkä hellejakso ja samaan aikaan luimme lehdistä, kuinka Keski-Euroopassa kärsittiin jättitulvista, menettäen jopa ihmishenkiä. Kaupungit olivat tässä tilanteessa pahimmassa tilanteessa ja luultavasti jatkossa yhä enemmän joudutaan sopeutumaan poikkeuksellisiin sääoloihin. Luonnollisesti yhdyskuntasuunnittelulla voidaan ratkaisevasti vaikuttaa kaupungin sopeutumiskykyyn. Ilmastonmuutoksen vuoksi yhdyskuntasuunnittelussa tulee yhä enemmän varautua tulviin, tuulisuuden, rankkasateiden ja myrskyjen lisääntymiseen, sadannan kasvuun. Myös maan kosteuden ja pohjavesiolosuhteiden muutoksia luultavasti on odotettavissa, mikä puolestaan voi johtaa eroosion ja sortumariskin lisääntymiseen sekä jäätymisolosuhteiden muutoksiin.

Sopeutumisen lisäksi on tärkeää, että ilmastovaikutuksia pyritään myös ehkäisemään mahdollisimman tehokkaasti. Käytännössä tämä tarkoittaa päästöjen määrätietoista pienennystä, sillä globaalissa mittakaavassa kaupunkialueet kuluttavat 2/3 koko maailman energiasta ja tuottaen yli 70 % CO2 päästöistä (vaikka ne kattavat vain alle 2 % globaalista maa-alasta). Suomessa kuntien ilmastopäästöt vastaavat reilusti yli puolta Suomen kokonaispäästöistä (kuntien päästöiksi lasketaan sellaiset liikenteen, energiantuotannon, kotitalouksien ja yritysten päästöt, jotka syntyvät kuntarajojen sisäpuolella).

Monet kunnat ovatkin jo lähteneet työhön ja asettaneet päästöjen vähennystavoitteita. Sitran toteuttaman selvityksen mukaan Suomen kunnat voivat puolittaa päästönsä (kuva 1)

Kuva 1.Kunnat voivat puolittaa päästönsä https://yle.fi/uutiset/3-11936114
Kuva 1. Kunnat voivat puolittaa päästönsä https://yle.fi/uutiset/3-11936114

Merkittävä osa kuntien ilmastovaikutuksista tulee lämmityksestä ja liikenteestä. Käytännössä kunnilla on useita mahdollisuuksia vaikuttaa ilmastopäästöihin, joista merkityksellisiä ovat esimerkiksi seuraavat:

  • Parantamalla energiatehokkuutta
  • Huomioimalla ilmastovaikutukset kaavoituksessa ja maankäytössä
  • Siirtymällä pois fossiilisista energiajakeista
  • Energiayhtiöihin vaikuttaminen omistajaohjauksen kautta
  • Edistämällä kiertotaloutta eri toimijoiden kanssa
  • Toteuttamalla kestäviä hankintoja
  • Edistämällä kevyttä liikennettä ja joukkoliikennettä
  • Edistämällä sähköautojen latauspisteitä ja biokaasun tankkausasemia
  • Luomalla mahdollisuuksia sektori-integraatiolle

Kunnat ja kaupungit voivat muodostua tärkeiksi integraattoreiksi, jotka mahdollistavat toiminnallaan kestäviä ratkaisuja, edistävät kiertotalousratkaisuja sekä luovat edellytyksiä puhtaalle liiketoiminnalle.

Yksi  konkreettinen työkalu ilmastotyössä on Uusiutuvan energian kuntakatselmus. Tällä Motivan kehittämällä mallilla selvitetään kunnan mahdollisuudet siirtymässä kohti hiilineutraalisuutta. Kyseisiä selvityksiä toteutettiin paljon vuosina 2013-2015, jonka jälkeen suosio on hiipunut (kuva 2). Tilanne monessa kunnassa on kehittynyt paljon tämän jälkeen, minkä vuoksi katselmuksen päivitys voi olla ajankohtaista. Tähän voi ajaa esimerkiksi paikallisen energiayhtiön omat hiilineutraalisuustavoitteet, jossa kunnan ratkaisuilla on keskeinen rooli.

Kuva 2. Tilastotieto uusiutuvan energian kuntakatselmuksista https://www.motiva.fi

Uusiutuvan energian kuntakatselmusmalli

Uusiutuvan energian kuntakatselmusmallissa on myös mahdollista tarkastella kunnan tilannetta ja mahdollisuuksia myös laajemmin, huomioiden esimerkiksi sektori-integraatiomahdollisuuksia, sähköistymistä ja hajautettuja energiaratkaisuja. Tärkeää on myös ulottaa näkökulmaa myös pidemmälle tulevaisuuteen, jossa uudet energiaratkaisut näyttelevät yhä suurempaa roolia. Työssä olennaista on tuottaa konkreettisia askeleita ja toimenpiteitä, joilla kunnan asettamat tavoitteet konkretisoituvat tekemiseksi. Toisaalta kuntalaisten lisääntynyt ilmastotietoisuus vaatii kunnalta yhä kattavampaa viestintää, johon katselmus tuottaa hyödynnyttävissä olevaa aineistoa.

Ota yhteyttä ja kerromme lisää!

Teemu Turunen

Phil. Lic. (Env. Science)

Teemu Turunen has extensive experience in energy and process consulting in several industries. He currently works as Business Development Director in the energy and process business area. His focus is to lead the development of sustainable solutions for future needs.

Intelligent Engineering

Uusin artikkeli

11/08/2022

Teollisuuden sähköistyminen on tie hiilineutraaliuteen

Kirjoittanut By Teemu Turunen

Teollisuuden sähköistyminen on tärkeä elementti kasvihuonepäästöjen vähentämisessä, ja lämpöpumppujen rooli on tässä kehityksessä keskeinen. Erityisen tärkeää on tarkastella asioita laajemmasta perspektiivistä ja hyödyntää hukkalämmöt. Parhaassa tapauksessa useampi toimija pääsee hyötymään ratkaisusta. Prosessien monimutkaistuessa on kuitenkin...

Read more » Lue lisää »
Blog

Digitaalinen kaksonen – digital twin

Kirjoittanut Elina Ala-Mäyry
Julkaistu

Digitaalisen kaksosen (Digital twin) konseptin esitti ensimmäisenä tohtori Michael Grieves vuonna 2003 tuotetiedonhallinnan luennollaan Michiganin yliopistossa (Grieves, 2014). Digitaalisen kaksosen konsepti on yksinkertaisuudessaan fyysisestä tuotteesta tehty digitaalinen kuvaus, joka keräsi dataa fyysisestä osasta, ja jonka avulla voitiin siirtää informaatiota takaisin fyysiseen osaan (Grieves, 2014). Alla kuvassa on esitetty digitaalisen kaksosen perusperiaate.

Digitaalisen Kaksosen Perusperiaate
Kuva 1. Digitaalisen kaksosen perusperiaate, mukaeltu (Grieves, 2014)

Digitaalisen kaksosen konsepti on pysynyt yli viidentoista vuoden ajan pääpiirteiltään samana. Grieves (2014) ja Liu et al. (2020) kuitenkin toteavat, että digitaalisen kaksosen määritelmä on monipuolistunut ja tarkentunut teknologisen kehityksen myötä. Uudemmat määritelmät ovat alkuperäistä määritelmää kattavampia ja niissä on korostettu lisäksi esimerkiksi reaaliaikaisuutta (Batty, 2018) tai digitaalisen kaksosen käyttökohteita (Madni et al., 2019).

Madni et al. (2019) toteavat, että teknologian kehittyessä on tärkeää määritellä, mitä voidaan nimittää digitaaliseksi kaksoseksi ja miten digitaalinen kaksonen kehittyy. Mallissa on määritelty neljä eri kypsyystasoa; digitaalisen kaksosen esiaste, digitaalinen kaksonen, soveltava digitaalinen kaksonen ja älykäs digitaalinen kaksonen. Viitekehyksessä kukin taso on askel yksinkertaisimmasta mahdollisesta digitaalisesta mallista kohti määritelmien monimutkaisimpia ja kehittyneimpiä kuvauksia. Digitaalisten kaksosten, eli mallissa tasojen 2-4 mukaisten mallinnuksien keskinäinen ero on mallin monimutkaisuudessa, datan määrässä, siirtonopeudessa ja ajankohtaisuudessa, teknologian autonomisuudessa sekä mallin tarjoaman hyödynnettävän informaation määrässä. Mallin tasot kriteereineen on esitetty kuvassa 2. Madni et al. (2019)

Digitaalisen Kaksosen Tasot
Kuva 2. Digitaalisen kaksosen tasot, mukaeltu (Madni et al., 2019)

Tason 1 esi-digitaalinen kaksonen on tyypillinen digitaalinen malli, joka on tyypillisesti ennen fyysisen laitteen valmistusta rakennettava virtuaalinen prototyyppi. Tason 1 virtuaalista prototyyppiä voidaan hyödyntää tiettyjen valintojen tekemisessä ja riskien minimoimisessa suunnittelun aikaisessa vaiheessa. Tason 1 mallilla voidaan simuloida mekaanisia ja tietoteknisiä toimintoja, mutta mallilla ei ole fyysistä kaksosta, johon se olisi yhteydessä. (Madni et al., 2019)

Tason 2 digitaalisella kaksosella on fyysinen osa, jolta virtuaalinen osa saa dataa paketeissa, jonka mukaan digitaalinen malli päivittää tietojaan. Tason 2 digitaalista kaksosta käytetään fyysisen osan skenaarioanalyysien tekemiseen, joista saatua tietoa voidaan käyttää ennakoimiseen ja fyysisen osan muokkaamiseen skenaarioista saadun informaation perusteella. (Madni et al., 2019)

Tason 3 soveltavassa digitaalisessa kaksosessa on sovellettava käyttöliittymä sekä fyysiselle että virtuaaliselle osalle. Käyttöliittymä osaa ottaa huomioon käyttäjän preferenssejä ja valintoja suhteessa monenlaisiin tilanteisiin, mikä perustuu valvottuun koneoppimis-algoritmiin. Soveltavan digitaalisen kaksosen virtuaaliseen malliin saadaan dataa jatkuvasti ja ajantasaisesti fyysisestä osasta, minkä lisäksi dataa voidaan tuoda paketeissa käytön jälkeen. Tämän tason digitaalista kaksosta voidaan hyödyntää oikea-aikaisessa suunnittelussa ja päätöksenteossa. (Madni et al., 2019)

Tason 4 älykäs digitaalinen kaksonen sisältää kaikki tason 3 ominaisuudet, minkä lisäksi siinä käytetään edistyksellisempää koneoppimista. Älykkäällä digitaalisella kaksosessa on alempaan tasoon verrattuna korkeampi itsenäisyys, ja se käyttää koneoppimista uusien asioiden ja kuvioiden havaitsemiseen. Älykäs digitaalinen kaksonen voi analysoida tarkemmin fyysisestä osasta saatavaa dataa. (Madni et al., 2019)

Merkittävimmät erot eri tasojen digitaalisten kaksosten välillä riippuvat siis siitä, onko fyysinen osa olemassa, miten sen ja virtuaalisen osan yhteys toimii ja kuinka autonominen ja itseoppiva järjestelmä on kyseessä. Mitä tehokkaammin ja oikea-aikaisemmin data ja informaatio siirtyvät fyysisen ja virtuaalisen osan välillä, sitä enemmän järjestelmän on mahdollista olla autonominen. Suurimmat hyödyt digitaalisesta kaksosesta saadaan, kun se toteutetaan korkeimmilla tasoilla.

Digitaalista kaksosta kehitetään 2020-luvulla monella eri alalla, kuten rakennusalalla (Khajavi et al., 2019), toimitusketjujenhallinnassa (Tao et al., 2019) ja vaateteollisuudessa (Riedelsheimer et al., 2020). Eniten digitaalisia kaksosia on kuitenkin tutkittu ja kehitetty valmistavassa teollisuudessa (Jones et al., 2020). Madni et al. (2019) mukaan digitaalinen kaksonen voi kuvata systeemiä, prosessia tai tuotetta. Qi et al. (2019) puolestaan määrittelivät digitaalisen kaksosen mallinnuksen kohteiksi palvelun, prosessin tai tuotteen. Teollisuuteen liittyvässä tutkimuksessa on myös todettu, että digitaalisen kaksosen voi tehdä laitteen osasta, laitteesta, tuotannon osasta tai koko tuotannosta.

Digitaalinen kaksonen on monipuolinen työkalu, joka viitoittaa tietä kyber-fyysiselle interaktiolle (Qinglin & Tao, 2018). Teknologian kehittyessä digitaalisen kaksosen perusperiaate on säilynyt samana, mutta digitaalista kaksosta voidaan hyödyntää aikaisempaa monipuolisemmin ja laajemmin. Digitaalisen kaksosen tarjoamat hyödyt riippuvat käyttökohteesta sekä digitaalisen kaksosen tasosta. Digitaalisen kaksosen hyötyjä sekä tulevaisuusskenaarioita esitellään tämän blogisarjan seuraavissa osissa.

 

  • Batty, M. (2018). Digital twins. Environment and Planning B: Urban Analytics and City Science, 45(5), 817–820.
  • Grieves, M. (2014). Digital Twin: Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication. In A Whitepaper by Dr. Michael Grieves.
  • Jones, D., Snider, C., Nassehi, A., Yon, J., & Hicks, B. (2020). Characterising the Digital Twin: A systematic literature review. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 29(3), 36–52.
  • Khajavi, S. H., Motlagh, N. H., Jaribion, A., Werner, L. C., & Holmstrom, J. (2019). Digital Twin: Vision, benefits, boundaries, and creation for buildings. IEEE Access, 7(1), 147406–147419.
  • Liu, M., Fang, S., Dong, H., & Xu, C. (2021). Review of digital twin about concepts, technologies, and industrial applications. Journal of Manufacturing Systems, 58(1), 346–361.
  • Madni, A., Madni, C., & Lucero, S. (2019). Leveraging Digital Twin Technology in Model-Based Systems Engineering. Systems, 7(1), 7.
  • Qi, Q., Tao, F., Hu, T., Anwer, N., Liu, A., Wei, Y., Wang, L., & Nee, A. Y. C. (2019). Enabling technologies and tools for digital twin. Journal of Manufacturing Systems, 58(1), 3–21.
  • Qinglin, Q., & Tao, F. (2018). Digital Twin and Big Data Towards Smart Manufacturing and Industry 4.0: 360 Degree Comparison. IEEE Access, 6(1), 3585–3593.
  • Riedelsheimer, T., Dorfhuber, L., & Stark, R. (2020). User centered development of a digital twin concept with focus on sustainability in the clothing industry. Procedia CIRP, 90, 660–665.
  • Tao, F., Zhang, H., Liu, A., & Nee, A. Y. C. (2019). Digital Twin in Industry: State-of-the-Art. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 15(4), 2405–2415.

 

Elina Ala-Mäyry

Kirjoittaja on tuotantotalouden diplomi-insinööri, joka teki Elomaticille asiakastarpeita ja digitaalista kaksosta käsittelevän alkukeväästä 2021 valmistuneen diplomityön.

Intelligent Engineering

Uusin artikkeli

11/08/2022

Teollisuuden sähköistyminen on tie hiilineutraaliuteen

Kirjoittanut By Teemu Turunen

Teollisuuden sähköistyminen on tärkeä elementti kasvihuonepäästöjen vähentämisessä, ja lämpöpumppujen rooli on tässä kehityksessä keskeinen. Erityisen tärkeää on tarkastella asioita laajemmasta perspektiivistä ja hyödyntää hukkalämmöt. Parhaassa tapauksessa useampi toimija pääsee hyötymään ratkaisusta. Prosessien monimutkaistuessa on kuitenkin...

Read more » Lue lisää »
Blog

Ajanhallinta on keskeinen tekijä tulevaisuuden energiajärjestelmissä

Kirjoittanut Teemu Turunen
Julkaistu

Stephen Hawking on käynyt kirjassaan Ajan lyhyt historia, läpi maailmankaikkeutemme kehitystä ja kuinka aika on olennainen osa sitä. Aikakäsitys on historian saatossa muuttunut ja aina 1900-luvun vaihteeseen saakka uskottiin absoluuttiseen aikaan. Suhteellisuusteoria toi tulleessaan ajan suhteellisuuden, jolloin jokaisen havaitsijan todettiin mittaavan omaa aikaansa. Toinen kirjassa useammassa kohdassa viitattu suure on entropia, joka kuvaa epäjärjestyksen kasvua. Entropia määrittää ajalle myös suunnan, jolloin aika kulkee menneisyydestä kohti tulevaisuutta. Miten tämä kaikki liittyy energiasektoriin, miksi aika on tärkeää ymmärtää juuri nyt ja mitä tällä on saavutettavissa? Paljon isoja kysymyksiä ja toivottavasti valaisevia vastauksia.

Paljon puhutaan meneillään olevasta energiamurroksesta, jossa kuljetaan kohti puhtaampaa energiantuotantoa ja -käyttöä. Tässä valtavassa murroksessa ajanhallinta nousee keskeiseen rooliin, kun mietitään tulevaisuuden investointeja, niiden optimaalista ajankohtaa sekä käytössä olevan teknologian kehitysvauhtia. Suhtautuminen aikaan jakaantuu tällä hetkellä energiayhtiöissä karkeasti kahteen päälinjaan, toiset ovat päätyneet odottamaan tilanteen selkeytymistä ja vastaavasti toiset ovat lähteneet rohkein askelin investoimaan puhtaaseen energiantuotantoon ja tulevaisuuden ratkaisuihin. Valintaan vaikuttaa tietenkin vahvasti kunkin yhtiön nykytila ja esimerkiksi tuotantorakenne. Joka tapauksessa, jokainen yhtiö joutuu tulevaisuutta tarkastelemaan sekä priorisoimaan toimiaan ja investointejaan. Tämä työ täytyy tehdä hyvin suunnitellusti ja perustuen esimerkiksi skenaariotyöskentelyyn, jonka tuloksia päivitetään aktiivisesti tulevaisuudessa.

Kun tullaan pitkän tähtäimen aikaskaalasta lyhyempään aikatasoon, on havaittavissa, että myös tulevaisuuden energiajärjestelmissä vuodenaikariippuvuus osa sitä. Merkittävin tekijä on tietenkin lämpötilan vaihtelu vuodenaikojen välillä, mutta systeemiin on tulossa myös uusia tekijöitä. Vuodenaikariippuvuus voi jopa lisääntyä esimerkiksi tuuli- ja aurinkosähkön osuuden kasvaessa. Toisaalta vuodenaikariippuvuutta pyritään hyödyntämään jatkossa yhä enemmän esimerkiksi lämmön ja kylmän kausivarastojen avulla. Tästä esimerkkinä on Helenin ja Vantaan energian kalliovarastoprojektit, joihin ladataan energiaa silloin kuin sitä on ylen määrin/halvalla saatavissa ja vastaavasti puretaan toisena vuodenaikana/kuormituspiikeissä. Myös energiankäyttöön on tulossa muutoksia, josta esimerkkinä on jäähdytyksen tarpeen kasvu tulevaisuudessa. Toisaalta tämä vuodenaika näkökulma kytkeytyy osaksi myös tulevaisuuden energiantuotantoinvestointeja, sillä tietyt kaukolämpöverkon tietyt osat voidaan kesäisin tuottaa täysin, vaikka teollisuuden hukkalämmöillä, jota talvisin tukee keskitetty lämmöntuotanto.

Tulevaisuuden energiajärjestelmissä tulee osaltaan tapahtumaan kehitystä, jota voitaisiin verrata entropiaan. Nykyinen varsin keskitettyyn energiajärjestelmään tulee mukaan hajautettua energiantuotantoa, mikä puolestaan tulee monimutkaistamaan järjestelmää. Tälle järjestelmälle on tyypillistä myös suunta kohti lyhyemmän aikatason hallintaa, sillä esimerkiksi sähköllä tullaan tekemään kauppaa varttitasolla ja varsin muuttuvia hukkalämpöjä hyödynnetään kaukolämpöverkossa. Näin ollen järjestelmää on tarkasteltava ainakin tuntitasolla, paikoin jopa minuuttitasolla. Osaltaan tähän voidaan vastata erilaisilla energian varastointiratkaisuilla (sähköakut ja lämpö/kylmävarastosäiliöt) ja toisaalta siihen on mahdollista vaikuttaa panostamalla älykkääseen ohjaukseen. Ohjauksessa on myös huomioita edellä mainittu entropia näkökulma, jossa systeemeistä tulee yhä monimutkaisempia ja ääritilanteissa jos käytetään koneoppivia järjestelmiä, käyttäjä ei edes täysin ymmärrä järjestelmän käyttäytymistä.

Aikatasonhallinta tulee olemaan keskeinen tekijä tulevaisuuden energiajärjestelmää ja tämä tuo energiasektorille sekä uhkia, että mahdollisuuksia. Ensinnäkin onnistunut ajanhallinta tuo mukanaan uusia liiketoimintamahdollisuuksia, jolloin hyödyt tulevat esimerkiksi sähkökaupan, kysyntäjouston tai vaikkapa polttoaineensäästön kautta. Toisaalta onnistuneella kokonaisuuden ohjauksella (= ajanhallinnalla) voidaan vaikuttaa tulevaisuuden investointikustannuksen suuruuteen ja tätä kautta parantaa toiminnan kannattavuutta. Käytännössä tämä voi tarkoittaa yksittäisten prosessien säätöjen onnistumisen lisäksi kokonaisuuden hallintaa ylätasolla. Tiedon täytyy myös liikkua useammasta järjestelmästä toiseen ja dataa pitää lukea myös ohjausjärjestelmien ulkopuolisista lähteistä (esimerkiksi energian hinta, sääennuste jne.)

Vastaavasti haastepuolella tulee selkeästi olemaan energiajärjestelmän monimutkaistuminen ja hajaantuminen. Huonosti johdettuna ja ymmärrettynä tämä voi lisätä energiayhtiön kustannuksia. Huomioitavaa on, että eri kokoisilla yhtiöillä on käytössään erilainen määrä tasaavaa kapasiteettia (kuluttajat, verkon laajuus, olemassa olevat kallioluolat,), jolloin myös systeemin ”aikapuskurit” ovat erilaisia, mikä voi haastaa erityisesti pienempiä yhtiöitä tulevaisuudessa.

Ajanhallinta tuleekin olemaan osa energiatulevaisuuden johtamista ja mielestäni nyt ollaan pienessä mittakaavassa uuden äärellä, aivan kuten fyysikot olivat ajan suhteen vuonna 1915. Positiivista tilanteessa on, ettei meidän tarvitse keksiä uudelleen suhteellisuus teoriaa, vaan riittää, että kootaan sopivat osaajat yhteen ja lähdetään ratkomaan haasteita yhteistyössä.

Teemu Turunen

Phil. Lic. (Env. Science)

Teemu Turunen has extensive experience in energy and process consulting in several industries. He currently works as Business Development Director in the energy and process business area. His focus is to lead the development of sustainable solutions for future needs.

Intelligent Engineering

Uusin artikkeli

11/08/2022

Teollisuuden sähköistyminen on tie hiilineutraaliuteen

Kirjoittanut By Teemu Turunen

Teollisuuden sähköistyminen on tärkeä elementti kasvihuonepäästöjen vähentämisessä, ja lämpöpumppujen rooli on tässä kehityksessä keskeinen. Erityisen tärkeää on tarkastella asioita laajemmasta perspektiivistä ja hyödyntää hukkalämmöt. Parhaassa tapauksessa useampi toimija pääsee hyötymään ratkaisusta. Prosessien monimutkaistuessa on kuitenkin...

Read more » Lue lisää »
Blog

Sektori-integraatio, miksi se vaatii keskustelua eri toimijoiden välillä?

Kirjoittanut Teemu Turunen
Julkaistu

Energia-ala ja teollisuus ovat nyt ja tulevaisuudessa ennennäkemättömän muutoksen kourissa, kun koko yhteiskunta suuntaa kohti puhtaampaa huomista.

EU:n tasolla termi sektori-integraatio on noussut yhdeksi keskeiseksi toimenpiteeksi, pyrittäessä hiilineutraalisuus tavoitteisiin. Sektori-integraatiossa muodostuu uudenlaisia linkkejä sektoreiden, energiankantajien, infrastruktuurien ja teknologioiden välillä ja olennaisena osana toimintaa on avoin kommunikaatio eri toimijoiden välillä. Toistaiseksi yksi hidaste yhteistoiminnalle on, etteivät eri osapuolet ymmärrä riittävästi toistensa toimintaa ja sen reunaehtoja. Raja-aitojen madaltamiseksi on joskus hyvä pyrkiä asettumaan toisen rooliin. Lähdetään ensin tarkastelemaan näiden toimijoiden tilannetta käännettynä toisen näkökulmaan sopivaksi.

Energiayhtiöiden liiketoiminta on osaltaan hyvin paikallista, minkä moni mieltää vakaaksi tuotoksi monopoliasemassa. Muuttuvassa maailmassa tilanne ei kuitenkaan ole näin ruusuinen, sillä sekä julkinen valta, että kuluttajat painostavat energiayhtiöitä muuttamaan toimintaansa puhtaammaksi. Teollisuudessa vastaava tilanne olisi, jos lainsäädännöllä kiellettäisiin jonkun kemianprosessin yksi pääraaka-aineista, aivan kuten kivihiilestä ja turpeesta pyritään nyt eroon. Esimerkiksi vanerintekijä saisi pärjätä ilman hartsia liimassaan ja kartonkikoneelta kiellettäisiin kierrätysraaka-aineen käyttö. Samaan aikaan teollisuusyrityksen pitäisi suunnitella, kuinka muuttaa nykyinen iso tuotantolinja muutetaan tulevaisuudessa useaksi pienemmäksi linjaksi, joiden teknologioista osa on vielä kehitysasteella. Eikä tässä vielä kaikki, sillä tulevaisuudessa kyseiseen prosessiin on tulossa ulkoisia toimijoita (isoja ja pieniä), jotka tilanteen mukaan ovat välillä tuotteen ostajia ja välillä sen tuottajia.

Nämä tuottajat palauttavat tuotantonsa takaisin tähän pääprosessiin valitsemallaan hetkellä, aivan kuten hukkalämpöjä palautetaan kaukolämpöverkkoon nyt ja jatkossa. Jotta tilanne ei olisi liian helppo, tieto tästä tuotannosta tulisi aina viiveellä operaattorille, jolloin hän ei olisi missään tilanteessa tietoinen, paljonko kullakin hetkellä tuotetta olisi säiliössä. Tässäkin tilanteensa prosessia olisi pystyttävä ajaman tehokkaasti ja tasalaatuisesti jokaisen loppuasiakkaan speksi mukaisesti. Jatkossa kyseiselle teollisuusprosessille on tulossa yhä uusia kilpailijoita, jotka tuottavat samaa tuotetta, mutta niiden toimitusvarmuutta, hinnoittelua ja markkinan kasvamista ei säädeltäisi julkisen vallan toimesta, kuten tämän teollisuusyrityksen toimintaa säädellään.

Muutos ei koske vain energia-alaa

Meneillään oleva muutos ei koske vain energia-alaa, vaan haasteita tulee olemaan myös teollisuuden puolella. Asiakkaiden vaatimukset hiilineutraalisuuteen tulevat näkymään myös teollisuuden haastekentällä, jossa tällä hetkellä CO2 ekvivalentti on terminä yhtä tuttu kuin koronaviruksen kiinnittymismekanismit ACE12 -reseptoreihin. Jatkossa sen hyödykkeen tuottaminen, jota on aiemmin tullut töpselistä ja putkesta voi jatkossa olla kiinteä osa päivittäistä toimintaa; kuormaa otetaan pois verkosta tai lisätään verkkoon sähkön hinnan mukaan ja prosessi voi olla lämpöpumppujen välityksellä kiinni kaukolämpöverkossa. Teknisesti ei kuulosta vaikealle, mutta on hyvä muistaa, että teollisuudessa organisaatiot ovat yhä matalampia ja esimerkiksi käyttöpäällikön toimenkuvaan voi kuulua henkilöstöhallintoa, turvallisuusasioita, tuotannon ongelman ratkaisua ja osallistumista kehitysprojekteihin, jolloin kaikki uudet työkokonaisuudet ovat pois jostakin muusta. Lisäksi tuotantolaitoksella pääfokus on aina laadukkaassa ja tehokkaassa tuotannossa, jolloin myös osaamisen kasvattaminen ja ylläpito nousee tulevaisuudessa yhä tärkeämmäksi. Toistaiseksi aika harva tehtaan käyttöinsinööri puhuu megawatteja tai kaukolämpöverkon Pascaleita, mutta tulevaisuudessa toivottavasti yhä useampi.

Kuten edeltä huomataan, toimiva yhteistyö (ja myös sektori-integraatio) vaatii keskustelua ja ymmärryksen lisäämistä toistensa toiminnoista. Molemmilla osapuolilla tulee olemaan haasteita tulevaisuudessa, mutta yhdessä tekemällä nämä ratkeavat helpommin. Myös kokonaisuuden hallinta tulee olemaan tärkeässä roolissa yhteistyössä, ettei ajauduta kummankaan kannalta osaoptimointiin. Joskus yhteistyötä voi helpottaa myös asiantunteva energiakonsultti, joka tulee myös olemaan yksi sektori-integraation keskeisiä toimijoita. Uskomme vahvasti, että haasteet on mahdollista muuttaa mahdollisuudeksi, jossa toimijat voivat tehostaa liiketoimintaansa samalla kun maailma liikkuu kohti hiilineutraalisuutta.

Tags
Avainsanat
Teemu Turunen

Phil. Lic. (Env. Science)

Teemu Turunen has extensive experience in energy and process consulting in several industries. He currently works as Business Development Director in the energy and process business area. His focus is to lead the development of sustainable solutions for future needs.

Intelligent Engineering

Uusin artikkeli

11/08/2022

Teollisuuden sähköistyminen on tie hiilineutraaliuteen

Kirjoittanut By Teemu Turunen

Teollisuuden sähköistyminen on tärkeä elementti kasvihuonepäästöjen vähentämisessä, ja lämpöpumppujen rooli on tässä kehityksessä keskeinen. Erityisen tärkeää on tarkastella asioita laajemmasta perspektiivistä ja hyödyntää hukkalämmöt. Parhaassa tapauksessa useampi toimija pääsee hyötymään ratkaisusta. Prosessien monimutkaistuessa on kuitenkin...

Read more » Lue lisää »
Blog

Tavoitteena toimiva, tehokas ja turvallinen työtila – uusi valvomo Boliden Kokkolan sinkkivalimolle

Kirjoittanut Sanni Marttinen
Julkaistu

Boliden Kokkolan sinkkivalimoon on valmistunut uusi valvomotila, joka otettiin käyttöön marraskuun puolivälissä. Valvomon suunnittelussa haluttiin varmistaa, että tehokkuuden lisäksi myös loppukäyttäjien tarpeet ja näkemykset otettaisiin huomioon. Olimme yhteistyökumppanina sekä esiselvitysvaiheessa, että suunnittelussa.

Valvomon siirtämistä tehdassalissa toiseen paikkaan ryhdyttiin suunnittelemaan reilu vuosi sitten. Valvomo oli ahdas, sen puhtaanapito oli haastavaa ja sijainti hallissa oli hankala urakoitsijoiden ja vieralijoiden näkökulmasta. Tiedossa oli myös, että uuden automaatiojärjestelmän käyttöönoton seuraksena valvomo kävisi auttamattomasti liian pieneksi.

Uuden valvomon suunnittelu aloitettiin esiselvityksellä, jossa kartoitettiin valvomossa työskentelemistä ja sitä, millainen tila olisi paras tilaa käyttäville henkilöille. Valvomotilan käyttäjät, operaattorit pääsivät mukaan haastattelutilaisuuksiin, joissa selvitettiin tilan, työpisteiden, työympäristön ja informaation hallinnan toimivuutta, nykyvalvomon ongelmakohtia sekä tulevaisuuden vaatimuksia. Haastatteluiden lisäksi asiantuntijat perehtyivät valimoon havainnoimalla tiloja ja kulkureittejä.

Esiselvityksen jälkeen uudesta valvomotilasta laadittiin vaihtoehtoisia suunnitelmia ja niitä katselmoitiin tietokoneella 3D-mallin avulla. Hyvin realistisessa mallissa voitiin “liikkua” ja sen avulla mm. kalusteiden ja näyttöjen sijoittelua oli helpompi vertailla.

Lopputuloksena on nykyaikainen ja toimiva valvomotila!

Boliden Kokkolan sinkkivalimon valvomotila
Boliden Kokkolan sinkkivalimon valvomotila

 

Lue lisää käyttäjäkokemuksesta sivustoltamme »

Sanni Marttinen

Olen työskennellyt suunnittelijana Elomaticilla vuodesta 2006 alkaen. Erikoisosaaminen: käytettävyys, UX, hiljainen tieto ja kognitiiviset toiminnot.

Intelligent Engineering

Uusin artikkeli

11/08/2022

Teollisuuden sähköistyminen on tie hiilineutraaliuteen

Kirjoittanut By Teemu Turunen

Teollisuuden sähköistyminen on tärkeä elementti kasvihuonepäästöjen vähentämisessä, ja lämpöpumppujen rooli on tässä kehityksessä keskeinen. Erityisen tärkeää on tarkastella asioita laajemmasta perspektiivistä ja hyödyntää hukkalämmöt. Parhaassa tapauksessa useampi toimija pääsee hyötymään ratkaisusta. Prosessien monimutkaistuessa on kuitenkin...

Read more » Lue lisää »
Blog

Virtauslaskenta (CFD) suunnittelun tueksi

Kirjoittanut Sanna Sierilä
Julkaistu


Säästät ajassa jopa 80% ja kustannuksissa jopa 60% käyttämällä virtauslaskentaa suunnittelun tukena.

Voit säästää ajassa jopa 80% ja kustannuksissa jopa 60% käyttämällä virtauslaskentaa (CFD) suunnittelun tukena. Mitä virtauslaskenta on ja missä sitä voit käyttää ja miksi sitä kannattaa käyttää? Tilaa video, niin tiedät kuinka voit tehostaa suunnittelua sekä tuotekehitystä ja saat turvallisen, toimivan ja ekologisen tuotteen tai prosessin. Videolla käytäviä aiheita ovat:

  • Mitä on laskennallinen (computational fluid dynamics, CFD)?
  • Miksi virtauslaskentaa tulisi käyttää?
  • Milloin virtauslaskentaa tulisi käyttää?
  • CFD-analyysin tyypillinen työnkulku
  • Esimerkkejä CFD-analyyseistä
  • Kuinka me Elomaticilla voimme auttaa?


Sanna Sierilä

Sanna Sierilä, Simulation Specialist (Fluid Dynamics), M.Sc.
Sanna Sierilä has 20 years’ experience in computational fluid dynamics and has worked as a consultant both at the office and on site in Finland and abroad. She holds a degree in energy and process engineering, and her main interests are electronics, cooling, and HVAC simulations.
Ms. Sierilä enjoys teamwork with different specialists and wants to follow how simulation results really benefit the client. Besides performing actual simulations, she enjoys spreading the joy of simulations by participating in marketing and sales.

Intelligent Engineering

Uusin artikkeli

11/08/2022

Teollisuuden sähköistyminen on tie hiilineutraaliuteen

Kirjoittanut By Teemu Turunen

Teollisuuden sähköistyminen on tärkeä elementti kasvihuonepäästöjen vähentämisessä, ja lämpöpumppujen rooli on tässä kehityksessä keskeinen. Erityisen tärkeää on tarkastella asioita laajemmasta perspektiivistä ja hyödyntää hukkalämmöt. Parhaassa tapauksessa useampi toimija pääsee hyötymään ratkaisusta. Prosessien monimutkaistuessa on kuitenkin...

Read more » Lue lisää »
Blog

Copyright © 2020 – Elomatic, All rights reserved