Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere Vaasan Yliopisto 25

Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere Vaasan Yliopisto 25. 3. 2019 https: //www. univaasa. fi/fi/about/organisation/school s/technology-and-innovations/computer_science/

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere • Automaatio, tietotekniikka ja tiedonsiirto mahdollistavat nykyaikaisen yhteiskunnan • Tieto- ja tietoliikennetekniikka sisältävät monia mielenkiintoisia, haastavia ja nopeasti kasvavia tekniikan aloja. • Nykyään tietoliikennettä ja sulautettua tietotekniikkaa tarvitaan lähes jokaisen yrityksen tuotteissa, tuotantolinjoilla ja liiketoiminnassa. • Nykyaikainen yhteiskunta ei voisi enää edes toimia ilman tietotekniikkaa ja reaaliaikaista tiedonsiirtoa, niitä tarvitaan koko ajan esim. sähköisessä maksuliikenteessä, sähkönjakelussa, tuotetiedon ylläpitoon ja tuotteiden seurantaan (mahdollistaa esim. vaarallisten elintarvike-erien takaisinkutsun etc. ), erilaisten tuotantoprosessien monitorointiin ja ohjaamiseen, sekä Internetin ja älypuhelinten käyttämiseen jne. 2

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere • On arvioitu että lähes puolet nykyisistä työpaikoista katoaa seuraavan 20 vuoden kuluessa kun tietokoneet ja keinoäly korvaavat ne. Nämä tietokone- ja tekoälysovellukset on kuitenkin ihmisen suunniteltava ja ohjelmoitava. Tieto- ja tietoliikennetekniikan ammattilaisia tarvitaan siis nyt ja tulevaisuudessa. • Diplomi-insinöörien ja kauppatieteiden maisterien kouluttamisella pyrimme vastaamaan alueen yritysten tarpeisiin. Me koulutamme osaajia, jotka hallitsevat tekniikan, mutta ymmärtävät myös yrityksen johdon tarpeet tekniikan suhteen. Tämä on osoittautunut oikeaksi konseptiksi, sillä meiltä valmistuneiden kysyntä on pysynyt hyvänä jo vuosia ja uusien, aloittavien opiskelijoiden määrä kasvaa vuosittain. 3

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere Automaatio • Hyvin suunniteltu on puoliksi automatisoitu (suom. sananlasku) • Suuretkin systeemit saavat alkunsa pienistä siemenistä. (Seneca) • Automaatiojärjestelmä – havainnoi ympäristöään ja itseään, – tekee havaintojen ja tietämyksensä perusteella päätöksiä ja – suorittaa tehtäviä päätösten mukaisesti • tuottaen hyödykkeitä ja palveluja. 4

Automaatiotekniikan opinnot suuntautuvat monipuolisesti: • laiteläheisiin ohjelmistojärjestelmiin eli sulautettuihin järjestelmiin (AUTO 1010 Digitaalitekniikka) • mittaustekniikkaan ja signaalinkäsittelyyn (AUTO 1030 Signaalien käsittely), • "älykkäisiin" koneisiin (fuzzy systems, neural networks), • optimointiin ( AUTO 3070 Geneettiset algoritmit) • ohjaus- ja säätötekniikkaan, • energian ja sähkön tuotannon ja jakelun automaatioon sekä • hyvinvointitekniikkaan (lääketieteellinen kuvantaminen). • yhdessä tiedekunnan muiden aineiden kanssa: Elektroniikan sivuaine.

Automaatiotekniikka on 1. tietotekniikkaa ja elektroniikkaa voimakkaasti soveltava ala, 2. osaajille on suuri kysyntä työmarkkinoilla. Perinteisesti alaan ovat kytkeytyneet mm. • energian tuotanto, • koneiden, laitteiden ja kuljetusvälineiden yms. automatisointi, • myös tieto- ja viestintäalat ovat muuttuneet tärkeiksi sovelluskohteiksi. Monipuolinen koulutus antaa valmiudet työskennellä erilaisten automaation sovellusalojen tuotekehitys- ja tutkimustehtävissä.

01/11/2020 Automaatiot ja tietoekniikka Timo Mantere 7

01/11/2020 Automaatiot ja tietoekniikka Timo Mantere Kurssit - Perusopinnot 8

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere 9

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere Automaatio? Matematiikka Mekaniikka Fysiikka CAD Sähkömekaniikka Sähkö ja elektroniikka AUTOMAATIO Ohjauspiirit Simu. Tietotekniikka lointi Tilastotiede Kemia Säätö ja ohjaus 10

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere Automatisointi 1. Valitaan automatisoitava laite, systeemi tai prosessi – Suunnitellaan mitä sille tehdään, eli mitä automatisoidaan – Esimerkki: Polkupyörärobotti 11

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere Automatisointi - instrumentointi 2. Asennetaan antureita ja mittalaitteita (mittaustekniikka ja mekatroniikka) Tasapaino -antureita Nopeus-anturi Kamera (optiikka) Ohjaustangon asennon mittaava anturi 12

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere Automatisointi - laitteistus 3. Lisätään toimilaitteita (robotiikka) Servomoottori Tasapainon palauttava hydraulinen systeemi Ohjaustangon kääntäjä 13

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere Automatisointi - ohjaus 4. Lisätään ohjausyksikkö ja johdotetaan anturit sekä toimilaitteet siihen (tietoliikenne) Ohjausyksikkö Tiedonsiirto 14

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere Automatisointi - tiedonsiirto 4. a) Tiedonsiirto voi olla esim. – Analoginen (tasavirtaa tai vaihtovirtaa) – Digitaalinen (0/1, koodattu tiedonsiirtoprotokollan mukaan) – Optinen Ohjausyksikkö Tiedonsiirto 15

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere Automatisointi - logiikkaa 4. b) Ohjausyksikkö voi olla esim. – Analoginen (elektroniikkaa, perinteinen sääto) – Logiikkaa (digitaalitekniikka) – Tietokone (Mikroprosessori, sulautetut järjestelmät) Ohjausyksikkö Tiedonsiirto 16

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere Automatisointi - käsittelyä 4. c) Ohjausyksikössä voi pyöriä erilaisia ohjelmia – Kuvankäsittely kameratiedon analysoimiseksi – Signaalien käsittelyä toimilaitteiden antaman mittaustiedon analysoimiseksi Ohjausyksikkö Kuvankäsittely Mittaussignaalien käsittely 17

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere Automatisointi - älyä 4. d) Ohjausyksikössä voi pyöriä erilaisia ohjelmia joiden avulla mitatusta tiedosta muodostetaan ohjaus – – Perinteinen säätötekniikka, PID Geneettinen algoritmi, optimoi parametrejä Hermoverkot, oppivat tilanteita Sumea logiikka 18

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere Tutkimusaktiviteetteja • Optimointi geneettisillä algoritmeilla • Automaation tietotekniikka • Signaalien käsittely, erityisesti kuvankäsittely – – – – – Robotiikka, mekatroniikka, anturointi (mittaus) Konenäkö materiaalitekniikassa Proteiinien laskostus Lääketieteellinen kuvantaminen NIR spektroskopia Pelit: Virtual keeper (virtuaalimaalivahti) Optiikka ja LEDit (Ledikasvihuone, Led. All) Historialliset dokumentit (papyrykset) Virheet – ohjelmistojen testaus ja muu testaus 19

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere Luonto • Luonnossa kaikki eläimet ja kasvit muodostuvat samoista rakennepalikoista, geeneistä • Geenejä yhdistelemällä saadaan aikaan mitä erilaisimpia yksilöitä • Geneettiset algoritmit matkivat luonnon evoluutiota ja ratkaisevat monia vaikeita optimointiongelmia 20

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere LEDall - adaptiivinen valaisin Systeemi Geneettinen algoritmi 21

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere LEDall II – Led-minikasvihuone Ledivalaistu minikasvihuone joka valaisee vain kasvien tarvitsemilla valon aallonpituuksilla Image: Chlorophyll ab spectra. png From Wikipedia, the free encyclopedia http: //lipas. uwasa. fi/~TAU/memos/LEDall/ 22

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere Virtual Keeper 23

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere Automaattinen Testaus geneettisillä algoritmeillä Ohjelmiston vasteaikojen testaus geneettisen algoritmin luomien testitapausten (ohjelman syötteitä) avulla Kuvankäsittely algoritmien laadun testaus geneettisen algoritmin luomien testikuvien avulla 24

Kumpi on melanooma? Melanooman tunnistus Ei melanooma Melanooma

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere Muita automaation projekteja • Me puuhaamme mm. – Hammasproteesien titaaniosien leikkausta laserilla – Ihomuutosten seuranta – Ihon ja hampaiden värinmittausta – Poranterän säätö ja poraustuloksen mittaus vaativissa olosuhteissa – Yms. • http: //lipas. uwasa. fi/~TAU/memos/Kiille. Keiju/ • http: //lipas. uwasa. fi/~TAU/memos/Make. Up. Meter/ • http: //lipas. uwasa. fi/~TAU/memos/IMU/ 26

01/11/2020 Automaatio ja tietotekniikka Timo Mantere Mitä me oikeasti teemme? • Opetus • Tutkimus • Asiantuntijapalvelut Automaation ja tietotekniikan alalla 27