Japanissa koneparvet tekevät infratöitä itsenäisesti ja samaa suunnitellaan Suomeen – Patotyömaalla rakentaminen nopeutui kolmanneksella

Japaniin rakennettavan Narusen padon maarakennustöissä on vuodesta 2020 alkaen ollut käytössä malli, jossa yli 20 työkoneen parvi toimii ilman kuljettajaa.

Koneet ovat olleet toiminnassa enimmillään 70 tuntia putkeen vuorokauden ympäri. Niiden toimintaa on valvonut etänä valvomosta käsin neljä ihmistä. Työmaa-alueelle ei ole töiden aikana päässyt ulkopuolisia, mikä on poistanut henkilövahinkojen mahdollisuuden.

”Koneet ovat tehneet aidattu suorakulmio kerrallaan 70-senttistä maarakennetta”, kertoo Oulun yliopiston professori Rauno Heikkilä.

Patotyömaalla autonomisten koneiden käyttö nopeutti rakentamista 32 prosenttia ja vähensi henkilökunnan määrää 83 prosenttia.

Testikäytössä usean vuoden ajan

Japanissa rakennusautomatiikan kehityksessä ollaan pisimmällä maailmassa. Shimizun valmistamat robottityökoneet ovat olleet testikäytössä talonrakennustyömailla viime vuosikymmenen lopulta lähtien. Ne ovat korvanneet ihmistyön toisteisissa työvaiheissa, kuten hitsaustöissä, kattolevyjen asennuksissa ja tavaroiden siirrossa työmailla.

Ensi vuonna Shimizun robottityökoneparvi on tarkoitus ottaa käyttöön 20 rakennuskohteessa Japanissa.

Suomessa tullaan perässä. Heikkilän mukaan työkoneiden automaatiota voidaan tarkastella seitsenportaisella asteikolla, jossa nollataso on täysin kuljettajan ohjaama kone ja viimeinen taso täysin autonominen työkoneparvi.

”Suomessa ollaan keskimäärin ehkä jossain tasolla 3–4”, Heikkilä arvioi.

Kaivinkonetta ohjattu 400 kilometrin päästä

Ensimmäinen taso on se, että kuljettaja operoi konetta etänä. Tätä pystytään nykyisten yhteyksien varassa tekemään hyvinkin pitkien matkojen päästä.

Oulun yliopisto testasi Oulun Ylikiimingissä sijaitsevan Ouluzone-moottoriradan testialueella sijaitsevan kaivinkoneen etäohjausta 400 kilometrin päästä Jyväskylästä käsin noin vuosi sitten. Viive yhteydessä oli 16 millisekuntia.

Toinen taso on ihmiskuljettajaa opastava ohjaus, jossa kuljettajalle näytetään työkoneen ja terän tarkka sijainti suhteessa koneohjausmalliin. Puomiston ja kauhan ohjaus hoidetaan yhä perinteisesti sylinterikohtaisilla komennoilla. Askeleen kehittyneemmässä koordinoidussa ohjauksessa käänteiskinematiikka hoitaa sylinterien liikkeen, jolloin kuljettaja ohjaa suoraan kauhan liikettä.

Neljännellä tasolla kuljettaja ajaa yhä konetta ja operoi osaa toiminnoista, kun taas osa koneen liikkeistä on automatisoituja. Suomessa kaupallisesti myytävistä järjestelmistä pisimmälle kehittyneet ovat tällä tasolla.

”Kone pystyy tekemään yksinkertaisia liikkeitä täysin autonomisesti”, Heikkilä sanoo.

Viidennellä tasolla työkoneet pystyvät liikkumaan täysin autonomisesti ilman kuljettajaa. Korkein taso on se, että useamman työkoneen parvi pystyy tekemään yhdessä töitä autonomisesti.

Automaattiset parvikokeet ensi vuonna

Suomessa autonomisia työkoneita tutkitaan Tampereen yliopiston ja VTT:n voimin sekä Oulussa yliopiston, ammattikorkeakoulun, ammattiopiston ja VTT:n voimin. Oulussa tavoitteena on rakentaa ensimmäinen autonominen työkoneparvi vuoteen 2025 mennessä.

Tällä hetkellä Oulun yliopiston vetämässä hankkeessa on käytössä kaivinkone, johon on jälkiasennettu automaation mahdollistavaa teknologiaa, kuten kameroita, tutkia ja ohjausyksikkö.

”Yksinkertaisimmillaan autonomia on sitä, että maaston pintamallin ja koneohjausmallin pohjalta generoidaan liikeradat. Se on jäykkä toimintatapa, mutta olemme testanneet sitä ja se toimii”, Heikkilä sanoo.

Tällä hetkellä kaivinkone pystyy toistamaan oppimiaan liikeratoja, mutta se ei vielä havainnoi aluetta tai liiku itsenäisesti työkohteeseen. Konetta kuitenkin varustellaan vielä lisää.

Kaivinkoneen lisäksi Oulun hankkeisiin on ostettu puskukone ja tiivistyskone, joihin asennetaan parhaillaan automaation mahdollistavaa tekniikkaa. Parvea tulee vielä täydentämään maansiirtoauto. Yhdessä ne pystyisivät esimerkiksi samaan kuin mitä Narusen patotyömaalla tehtiin.

”Tänä vuonna koneita testataan erikseen ja ensi vuonna aloitetaan automaattiset parvikokeet.”

Yksi kuljettaja voi ohjata useaa konetta

Ouluzonessa toimii myös Suomen Rakennuskone oy:n liiketoimintayksikkö SR-O Technology, jolla on moottoriradan alueella oma esittelyalueensa.

Yritys jälleenmyy Suomessa raskaaseen maarakennuskalustoon asennettavaa jälkiasennuspakettia.

Järjestelmä mahdollistaa kaluston etänä tapahtuvan puoliautonomisen ohjauksen. Lisäksi yksi operaattori voi ohjata useaa eri konetta etänä toimisto-oloista.

Teknologiayritys Teleon tekniikalla varustettu pyöräkuormaaja tuli Ouluun kesäkuussa. Teknologia on herättänyt kiinnostusta suomalaisten infrarakentajien parissa.

”Urakoitsijat haluavat varmistaa, että sen käyttö on varmasti taloudellisesti kannattavaa”, Heikkilä sanoo.

SR-O Technologyn tietoliikenneasiantuntija Matti Ala-Hynnilä sanoo, että koneeseen asennettavan jälkiasennussarjan sekä etäohjauskeskuksen yhteenlaskettu hinta liikkuu viisinumeroisessa summassa. Laiteinvestoinnin lisäksi paketista maksetaan kuukausimaksua, jonka suuruus riippuu asennetuista ominaisuuksista.

Satamissa ja kaivoksissa potentiaalia

Vaikka Japanissa autonomiset työkoneet ovat levittäytyneet jo talonrakennukseen, Heikkilä näkee Suomessa suurimmat mahdollisuudet juuri infrarakentamisessa ja logistiikassa.

”Tehokkaimmillaan ne ovat työssä, jossa on paljon massansiirtoja. Satamat ja kaivokset ovat hyvin potentiaalisia kohteita”, hän sanoo.

SR-O Technology, Elisa ja Xamk ovat koekäyttäneet Teleon järjestelmällä varustettua pyöräkuormaajaa Hamina–Kotkan satamassa. Samantapaiseen käyttöön myös Teleon ulkomaiset asiakkaat ovat teknologian valjastaneet. Kalifornialainen rakennusyhtiö Teichert käyttää niitä soranottamollaan, missä se on siirtynyt työskentelemään vuorokauden ympäri.

Yksi Kanadan suurimmista rakentajista, John Aarts Group, puolestaan otti etäohjattavan puoliautonomisen koneen käyttöön sementtiasemallaan paikkaamaan kuljettajapulaa.