WP 1 Future research

lead by Dr. Jari Kaivo-Oja, University of Turku (UTU).
[email protected]
+358 41 753 0244
Blog posts: mfg40.fi/blogs

Regionalised-manufacturing-baseline-scenarios-for-Finland 2035

 

 

Developing Digital Twin for Smart Manufacturing. What are the preliminaries?

Developing Digital Twin for Smart Manufacturing. What are the preliminaries?

“Digital Twin (DT) is an emerging concept, which by broad definition refers to (a set of) digital models of physical entities. This paper discusses the preliminaries of when and to what extent digital twinning could be applied to optimize whole manufacturing systems.

The key considerations are formalized into ten generic propositions based on the synthesis of the existing scientific knowledge. It is claimed that the boldest visions of DT technology seem not yet attainable due to several philosophical and technological restrictions.

Jyrki Savolainen

Post-doc. Researcher, LBM,
LUT University

Mikkel Stein Knudsen

Project Researcher, Finland Futures Research Centre (FFRC)
University Of Turku

As a practical suggestion, companies should start their system-level digitalization efforts with workable, yet profitable, ‘low-fidelity’ DTs with limited data collection. These types of initiatives may speed up the development towards today’s idealistic visions of factory-wide digital twins. That is, by choosing the right investments in promising DT-technologies, e.g. Finnish manufacturing firms can gain key strategic advantages for the future.”

Savolainen. J., and Knudsen. M. S.(2021). Contrasting Digital Twin Vision of Manufacturing with the Industrial Reality. International Journal of Computer Integrated Manufacturing, September, 1–18.

Keywords

Digital twin, simulation ,investments, cyber-physical system

Human factors and ergonomics in the industry 4.0 context

Human factors and ergonomics in the industry 4.0 context

Technological development enables efficient manufacturing processes and brings changes in human work, which may cause new threats to employee well-being and challenge their existing skills and knowledge. Human factors and ergonomics (HF/E) is a scientific discipline to optimize simultaneously overall system performance and human well-being in different work contexts.

The review describes the state-of-the-art of HF/E research in Industry 4.0 manufacturing contexts. A total of 336 research articles were identified for the review, of which 37 were analysed utilizing a human-centric work system presented in the HF/E literature.

The scoping review identifies how organisations can have different levels of HF/E and technological maturities and how there are products of the organisational and operational contexts (external environment, the socio-organizational context, and the local context). An essential finding of the paper is also indications of a maturity paradox, where positive development on one variable (HF/E or technology) has a detrimental effect on the other. This is important to keep in mind and address in future manufacturing and societal developments.

Finally, the article presents a series of identified macro ergonomics viewpoints in manufacturing in Industry 4.0 context:

Technological:

  • High technology sets complex demands for production and may bring along new threats to human
  • Demands for the safety and security of the technologies and work environments increases
  • Quality and usability of the user interfaces of technologies gets more complex
  • Production systems provide complex data, which in turn increases the need for more sophisticated analysis methods and skills to utilise them
  • Assistive technologies used to ease human work bring along new threats to humans
  • Demands for skills to utilise new technologies increase

 

Arto Reiman

Post-doctoral research fellow, University of Oulu

Elina Parviainen

Entrepreneur, Human Process Consulting Oy

Esa-Pekka Takala

Adjunct Associate Professor, University of Helsinki

Jari Kaivo-oja

Research Director FFRC, University of Turku

Theresa Lauraéus

Post-doc. Researcher, FFRC University of Turku

Reiman, A., Kaivo-oja, J., Parviainen, E., Takala, E.-P. & Lauraéus, T., 2021, Human factors and ergonomics in manufacturing in the industry 4.0 context – A scoping review. Technology in Society.

Keywords

Human factors, Ergonomics, Manufacturing, Industry 4.0, Maturity models.

Organisational:

  • Demands for organisational skills supporting technological transformation and development activities increase
  • Personnel training systems are challenged to fit the needs and demands technological developments bring along
  • Mutual trust between the employer and the employee is threatened

Personnel:

  • Human tasks become more demanding and complex
  • Demands on personal cognitive and social and communication skills increase
  • Employee shortage is faced; due to e.g. aging workforce or concerning the lack of highly skilled experts

For more information on the important subject of human factors and ergonomics in Industry 4.0 contexts, please contact the article authors.

3D-tulostus ja sen tulevaisuuden mahdollisuudet: Tiedelinja 12.5.2021 klo 18.00

3D-tulostus ja sen tulevaisuuden mahdollisuudet -Tiedelinja 12.5.2021 klo 18.00

Turun yliopiston Tiedelinjalla tutkijat ja yleisö keskustelevat ajankohtaisista aiheista.

12.5. pidettävässä Tiedelinjassa käsitellään 3D-tulostuksen  tulevaisuuden mahdollisuuksia.

Aiheesta keskustelevat konetekniikan professori Antti Salminen, biomateriaalitieteen professori Pekka Vallittu ja Tulevaisuuden tutkimuskeskuksen tutkimusjohtaja, dosentti Jari Kaivo-oja.

Salminen on vuosia tutkinut 3D-tulostamisen mahdollisuuksia. Ennen Turun yliopistoon siirtymistään hän toimi LUT- yliopistolla Lasertyöstön tutkimusryhmän johtajana ja MFG4.0-hankkeen vetäjänä lisäävän valmistuksen osalta.  Salminen on perehtynyt 3D-tulostuksen mahdollisuuksiin, rajoitteisiin ja tulevaisuuteen.

Vallittu on tehnyt maailmanlaajuisestikin vertailtuna uraauurtavaa työtä uusien biomateriaalien kehittämisessä. Hänen johdollaan Turun kliinisessä biomateriaalikeskuksessa on kehitetty jo 1990-luvulta komposiittimateriaaleja, joista valmistetaan hammas- ja luuvaurioiden hoidossa käytettäviä lääkinnällisiä laitteita, kuten hammassiltoja ja luuimplantteja. Lasikuidun ja biolasin yhdistäviä bioaktiivisia implantteja käytetään jo nyt laajasti kallon luuvaurioiden hoidossa. Implanttien valmistuksessa hyödynnetään 3D-tulostusta ja tulostus on tullut myös hammasmateriaalien käsittelyyn.

Kaivo-oja toimii MFG4.0-hankkeemme Tulevaisuuden tutkimuksen työpaketin vetäjänä.

Ohjelma on katsottavissa Tiedelinjan sivulla seuraavana päivänä ja kahden viikon päästä myös tekstitettynä.

 

MFG4.0-hanke laajasti esillä AMIEDU:n järjestämillä AMK- ja ammatillisen koulutuksen tutkimuspäivillä Helsingissä

AMK- ja ammatillisen koulutuksen tutkimuspäivien 2019 yleisenä teemana ja haasteena oli teknologinen murros. MFG 4.0 -hanke oli esillä päivien avauksessa, keynotessa ja teemaryhmäesityksessä.

Tutkijatohtori Maarit Viroilainen

Päivien avauspuheenvuorossa torstaina 14.11. MFG4.0-projektin tutkijatohtori Maarit Virolainen toi esille digitalisoitumisen jo arjessa selviytymiseen tuomat aikuisten jatkuvan oppimisen haasteet, kuten eri elämänalueille ulottuvat mobiiliteknologiset ratkaisut. Hän pyrki myös yhdysvaltalaistutkijoiden malllinnusta höydyntäen selittämään, miksi teknologisen murroksen tuomien osaamistarpeiden ennakointitulokset poikkeavat toisistaan maittain ja alueittain; yhtäältä eri maiden tuotanto- ja koulutusrakenteet eroavat toisistaan. Toisaalta informaatio olemassa olevasta osaamisreservistä ja aluetason työvoiman kehitysmahdollisuuksista, sekä yritysten investointisuunnitelmista on puutteellista. Lisäksi alueiden välistä ja sisäistä liikkuvuutta on vaikea ennustaa, koska siihen vaikuttavat poliittiset toimenpiteet ja yksilöiden urasuunnitelmat. Siksi tarvitaan paikallista koulutuksen ja työelämän yhteistyötä sekä suomalaista ennakointitutkimusta ja -suunnittelu ja laajaa yhteiskunnnalista keskustelua.

Teknologian osaamistarpeisiin tuomaan haasteeseen vastaamiseksi koulutustutkimuksessa on tutkittu viime vuosikymmeninä erityisesti monialaisia ja yleisvalmiuksia ja ns. 21. vuosisadan taitoja, kuten uran- ja elämänhallintataidot, kriittisen ajattelun taidot, ongelmanratkaisutaidot, viestintä ja kommunikaatio, yhteistyö, luovuus ja innovointi, aloitteellisuus ja oman toiminnan ohjaus, monilukutaito: tiedonhaku, uudet mediat, tiedon luotettavuuden arviointi, ja genrejen tunnistaminen. Lisäksi viime vuosina on korostettu yhä enemmän tunnetaitojen, -älyn ja soft skillsien hallintaa. Alakohtaisesti näiden tulisi yhdistyä substanssiosaamisen ja tulla haltuun sen opiskelun ohessa.

Tutkimusjohtaja, dosentti Jari Kaivo-oja

Tutkimusjohtaja, dosentti Jari Kaivo-oja MFG4.0-hankkeesta piti puolestaan Key Note – esitelmän AMK- ja ammatillisen koulutuksen tutkimuspäivillä 2019 perjantaina 15.11.2019. Key Note-alustus herätti aktiivista keskustelua tilaisuuteen osallistuneiden aikuiskoulutuksen asiantuntijoiden keskuudessa.

Dosentti Jari Kaivo-oja toi esitelmässään esille seuraavanlaisia näkökulmia teknologian murroksen ja työelämän muutosten koulutukselle tuomiin haasteisiin vastaamiseksi :

  • Aika-tila-materiaalit –ulottuvuuksien hallinta (8 eri digitaalista skenaariota ja ”todellisuutta”, muodostavat omat digitaaliset osaamisalueensa)
  • Strategisesti hallittu MOOC – koulutuspalvelutuotanto (tarve kehittää MOOC-strategioita, jopa koulutusohjelmia)
  • Opetusrobotit ja opetuscobotit olisi hyvä ottaa laajemman kehittämistyön kohteeksi Suomessa (pilotointi ja kokeilutoiminta)
  • Teollisuutta tukevien Digital Twin – oppimisohjelmien kehittäminen tieteellisen tutkimuksen pohjalta
  • Pelillinen koulutus, pelilliset koulutusohjelmat
  • Kielikoulutus ja matematiikan koulutus: omat räätälöidyt digitaalisen oppimisen lähestymistavat tarvitaan
  • Itsearviointi ja sen metodologinen kehittäminen digitaalisessa oppimisessa ja pedagogiassa
  • Täydennyskoulutus ja tiedonhallinta digitaalisen oppimisen T&K -kehitystyössä on tärkeää (uudet metodit ja työkalut omaksuttava ketterästi)
  • Yhteydet työelämään erittäin tärkeitä: Teollisuus 4.0- ja Valmistus 4.0 -kehitys yrityksissä ja digitalisaatiohaasteet, testaus ja tuloksellisuuden arviointi käytännössä korostuvat
  • Digital Divide-ongelmien vahva tiedostaminen, lineaarinen ajattelu ei toimi, vaan täytyy kohdata ongelmia ja ratkaista niitä yhdessä (ns. sense making-sense giving- toiminta).

Nämä oppimisen ja koulutuksen uudet haasteet edellyttävät laajaa yhteistyötä koko suomalaisessa koulutuskentässä. Teknologisessa murroksessa voimme oppia erittäin paljon toisiltamme, korosti dosentti Jari Kaivo-oja.

Tutkimuspäivien toisena päivänä kuultiin myös MFG 4.0 -hankkeen tutkijoiden esitys
“Ammatillinen koulutus, teknologiset ongelmanratkaisutaidot ja sosiaalinen osallistuminen: tuloksia PIAAC-aineistosta” (tekijät: Maarit Virolainen, Juhani Rautopuro, Hanna Nygren, Raija Hämäläinen, Koulutuksen tutkimuslaitos, Jyväskylän yliopisto). Alustavista tuloksista kiinnostavaa oli osallistumismahdollisuuksien ja teknologian oppimisen informaalisten resurssien, sosiaalisten verkostojen, näkökulmasta erityisesti, kuinka toisen asteen yleissivistävän tai ammatillisen koulutuksen ja korkeakoulutuksen suorittaneiden luottamus toisiin ihmisiin oli korkeampi kuin vain peruskoulun suorittaneiden luottamus.

Myös käsitys poliittisista vaikutusmahdollisuuksista oli positiivisempi ja aktiivisuus yhdistystoiminnassa oli yleisempää tällä ryhmällä verrattuna vain peruskoulun päättäneisiin. Tuloksista voi päätellä, että koulutus on sidoksissa myös informaalin oppimisen mahdollisuuksiin sosiaalisissa verkostoissa.

Amiedu (nyk. Taitotalo) järjesti tilaisuuden yhteistyössä Opetus- ja kulttuuriministeriön ja Ammatillisen koulutuksen tutkimusseura OTTU ry:n kanssa.