Teknologian kehitys ja digitalisaatio muuttavat merkittävästi teollisuuden työtehtäviä, mikä vaikuttaa myös koulutus- ja osaamistarpeisiin. Muutosten myötä valmistava teollisuus on siirtymässä modernien 3D-suunnittelutyökalujen ja -valmistusmenetelmien käyttöön. Suunnittelua ja testausta tehdään yhä useammin virtuaalisten mallien eli ns. digitaalisen kaksosen avulla. Käänteisen suunnittelun avulla jo olemassa oleva tuote voidaan 3D-skannauksen avulla muuntaa digitaaliseksi malliksi tuotekehitystä varten. Digitaalinen malli voidaan edelleen tuottaa fyysiseksi kappaleeksi lisäävillä valmistusmenetelmillä, kuten 3D-tulostuksella. Metallien 3D-tulostus tarjoaa perinteisiin valmistusmenetelmiin verrattuna monia etuja ja avaa yrityksille uusia liiketoimintamahdollisuuksia.
Senior Design Engineering -hankkeen toimenpiteillä edistettiin osaavan työvoiman saatavuutta alueellisilla ja kansallisilla kasvu- ja rakennemuutosaloilla sekä jatkuvaa oppimista. Koulutuksen aikana pilotoitiin tulevaisuuden osaamistarpeisiin pohjautuva 15 opintopisteen laajuinen (1 op = 27 h) koulutus, jonka tavoitteena oli tuoda uuden teknologian mahdollisuudet alan asiantuntijoiden käyttöön.
Koulutuksen toteutus ja sisältö
Koulutuksessa yhdistettiin pitkän työkokemuksen omaavat koneensuunnittelun ammattilaiset ja valmistumisvaiheessa olevat konetekniikan tutkinto-opiskelijat kehitystiimeihin. Tiimeissä hyödynnettiin asiantuntijuutta, projektinhallintaa ja vertaisoppimista.
Hankkeen aikana tuotettiin myös ainutlaatuinen suomenkielinen käänteiseen suunnitteluun keskittyvä digitaalinen verkko-opetusmateriaalipaketti. Koulutuksen tarkoituksena oli yhdistää teollisuuden asiantuntijoiden verkostot ja osaaminen Hämeen ammattikorkeakoulusta (HAMK) valmistuvien AMK-opiskelijoiden taitoihin. Samalla testattiin koulutuksen ja teollisuuden välillä tapahtuvaa osaamisen kehittämiseen liittyvää yhteistyötä. Lisäksi testattiin LUT-yliopiston ja HAMKin pedagogisen osaamisen soveltuvuutta erikoistuneen teknisen toimialan tarpeisiin.
Koulutuksen keskiössä olivat viimeisen vuoden opiskelijoiden sekä teollisuuden konetekniikan asiantuntijoiden muodostamat tutkimustiimit, joissa toteutettiin yritysten toimeksiannoista rakenteiden optimointeja. Tiimien toimeksiantona oli kehittää uusia, optimoituja rakenneratkaisuja teollisuuden haastaviin ongelmiin. Asetettuina tavoitteina kaikille toimeksiannoille olivat muun muassa rakenteiden keventäminen, toiminnallisuuden parantaminen ja kustannustehokkuuden selvittäminen. Kehityskohteita toimeksiannoissa olivat esimerkiksi hydraulilohko, jossa rakennetta kevennettiin 77 prosenttia, sen virtausta optimoitiin ja sen toiminnallisuutta parannettiin. Toisena esimerkkinä on nostimen ketjupyörä, jossa optimoitiin osan toiminnallisuutta. Lopputuloksena syntyi kuusi vaatimukset täyttävää lopputuotetta.
Käytetyt menetelmät ja tavoitteet
Lähtökohtana oli ratkaisujen kehittäminen hyödyntäen osallistavaa Double-Diamond-prosessia, CAD-mallinnusohjelmistoja, Ansys-lujuussimulointeja ja metallien 3D-tulostusta. Tutkimustiimit ratkoivat toiminnallisia ja rakenteellisia ongelmia yhteistyössä mentoreiden kanssa. Tiimien oppimisdynamiikka rakennettiin siten, että osallistujien osaamiset täydensivät toisiaan.
Osaamisvajeita tunnistettiin muun muassa erikoistuneiden ohjelmistojen käytössä ja metalliosien 3D-tulostuksessa koneenosien rakenneoptimoinneissa. Yrityksistä tulleet opiskelijat tarvitsivat osaamisen päivitystä edellä mainittujen ohjelmistojen ja 3D-tulostusmenetelmien suhteen.
Opiskelijat hallitsivat lujuuslaskentaohjelmistojen käytön ja osasivat mallintaa kappaleita CAD-ohjelmilla. Teollisuuden asiantuntijoilla oli vahva ymmärrys kehitettävien laitteiden toiminnasta, käyttöympäristöistä, asiakasvaatimuksista ja alan käytännöistä.
Näiden eri osaamista omaavien henkilöiden yhteistyö tiimeissä synnytti uusia optimoituja tuotteita, joiden avulla on mahdollista tehostaa laitteiden toiminnallisuutta. Niitä testattiin laboratorio-olosuhteissa ja todellisissa käyttöympäristöissä, kuten polkupyörän ohjaustangon kannakkeen kestävyys maastoajotesteissä sekä hydraulilohkon käyttötesti ääriolosuhteissa. Uusien tuoteinnovaatioiden lisäksi AMK-opiskelijoiden yritysyhteistyöverkostot vahvistuivat ja teollisuuden asiantuntijoiden osaaminen kehittyi.
Tulokset ja palaute
Koulutuksen onnistumisesta kertoi opiskelijoiden aktiivinen osallistuminen: kaikki aloittaneet 33 opiskelijaa osallistuivat koulutukseen, ja 32 suoritti täyden 15 opintopisteen toteutuksen. Syyskuussa 2024 järjestettiin yritysseminaari, jossa esiteltiin työn tuloksia.
Pilotoitu koulutus koettiin erittäin onnistuneeksi. Koulutus vastasi kysymykseen: Miten yhdistää teollisuuden asiantuntijuus ja AMK-opiskelijoiden osaaminen siten, että syntyy uusia, korkean tason tuloksia, kuten tuoteinnovaatioita? Tämä tavoite saavutettiin konkreettisella tasolla, ja koulutus tuotti käytännönläheisiä, tuotekehitykseen sovellettavia toimintamalleja ja -menetelmiä.
Alla esitetyssä kuvassa on 3D-tulostimen valmistamia koulutuksessa optimoituja kappaleita. Kuvassa näkyvä metallinen jauhemainen aine on kappaleiden valmistamisessa tarvittavaa käyttämätöntä raaka-ainetta. Kuvan 3D-tulostusmenetelmällä jauhetta sulatetaan laservalolla kerroksittain kappaleen muodon mukaisesti. Sulattamaton materiaali voidaan käyttää uudelleen.
Senior Design Engineering -koulutus toteutettiin Hämeen ammattikorkeakoulun (HAMK) ja LUT-yliopiston välisenä yhteistyönä ajanjaksolla 1.3.2023–30.11.2024. Koulutus oli osa Euroopan sosiaalirahaston (ESR+) osarahoittamaa Senior Design Engineering -hanketta, ja se kuului Uudistuva ja osaava Suomi 2021–2027 EU:n alue- ja rakennepolitiikan ohjelmaan.
Kirjoittajat:
Timo Kärppä & Janne Sundelin
