Rahoitettavat hankkeet (TUKEVA)
Suomen Akatemian TUKEVA- eli Tulevaisuuden kone- ja valmistustekniikan tutkimusohjelmaan mukaan valitut konsortiot ja hankkeet:
Mukaan valitut konsortiot
eli yhteishankkeet, joilla on yksi yhteinen tutkimussuunnitelma:
Uudet alustarakenteet ja niihin liittyvät vaimennusmenetelmät off-road-ajoneuvoissa
Professori Matti Juhala, konsortion johtaja/ Helsingin teknillinen korkeakoulu
Professori Kalervo Nevala/ Oulun yliopisto
Professori Pentti Vähä/ VTT
Myönnetty rahoitus: 2 106 000 mk
Rahoituskausi 1.7.2000-31.12.2003
Tavoitteena on kehittää off-road-ajoneuvojen alustarakenteiden ja niihin liittyvien akselistojen vaimennuksessa tarvittava perusteknologia ja sovellusten vaatima teoreettinen pohja. Sovellutuskohteina ovat mm. kaivoskuormaaja, metsäkone, maataloustraktori, pyöräalustaiset sotilasajoneuvot. Tutkimuksessa kuvataan alustarakenteiden ja ajoneuvojen dynaaminen käyttäytyminen virtuaaliympäristössä sekä toteutetaan ajoneuvojen käyttäytymistä ja erilaisia maastoja kuvaavat mallit. Vaimennuselementtien ja vaimennettavan rakenteen vuorovaikutuksen selvittämiseksi kehitetään puoliaktiivista vaimennusta varten simulointimalleja ja ohjausalgoritmeja siten, että kyetään ottamaan huomioon useampien värähtelymuotojen vaikutus vaimennettavalla taajuusalueella. Täysin aktiivisen vaimennustekniikan kehittämisessä pääpaino on säätöalgoritmeissa ja suodatusmenetelmissä, jolloin keskeisenä tutkimuskohteena on aktiivisessa vaimennuksessa tarvittavien mittaussignaalien spektriestimointi.
Mäntämoottorin ääriarvot
Professori Matti Kleimola, konsortion johtaja/ Helsingin teknillinen korkeakoulu
Professori Tapio Mäntylä/ Tampereen teknillinen korkeakoulu
Professori Matti Vilenius/ Tampereen teknillinen korkeakoulu
Myönnetty rahoitus: 2 160 000 mk
Rahoituskausi 1.6.2000-31.12.2003
Tutkimuksessa selvitetään polttomoottorin suorituskyvyn äärirajoja, mm. ylisuurten palamispaineiden, ominaistehojen ja nopeuksien vaikutuksia moottorin käyttäytymiseen ja suorituskykyyn. Selvitetään tavoitteiden saavuttamiseksi vaadittavat moottorin konstruktiiviset rakenneperiaatteet. Työssä yhdistetään kokeellinen tutkimus ja numeerisen simuloinnin kehittäminen. Osana tutkimusta on kuumalujien rakennemateriaalien, lämmönsuojapinnotteiden ja liukupintamateriaalien tutkiminen ääriolosuhteissa. Sähköhydraulisesti ohjattujen moottorin alijärjestelmien tutkimuksella selvitetään moottorin suorituskykyä ja hyötysuhdetta, kun maksimisuoritusarvot nousevat äärirajoille.
Parametriepävarmuuden vaikutus hydraulijärjestelmän virtuaalitestauksen luotettavuuteen
Professori Matti Vilenius, konsortion johtaja/ Tampereen teknillinen korkeakoulu
Professori Matti Pietola/ Helsingin teknillinen korkeakoulu
Myönnetty rahoitus: 2 703 000 mk
Rahoituskausi 1.6.2000-31.12.2003
Tuotteen matemaattista mallia ja siihen liittyvää parametri-informaatiota voidaan hyödyntää tuotteen elinkaaren eri vaiheissa, suunnittelussa, valmistuksessa ja käytössä. Teoreettisessa tarkastelussa epävarmuustekijöinä ovat mallinnuksen yksinkertaisuus, käytetyt algoritmit sekä komponenttien ja järjestelmien parametrien oikeellisuus. Tutkimuksen tärkeimmät tavoitteet ovat: selvittää parametriarvojen epätarkkuuden vaikutus virtuaalitestausten tuloksiin, selvittää tärkeimpien hydraulikomponenttimallien parametriherkkyys sekä soveltaa tietämystä parametriepävarmuudesta hydrauliventtiilin kunnonvalvontaan ja passiiviseen värähtelyn hallintaan. Testattavia komponentteja ovat pumput ja moottorit, sylinterit, venttiilit, öljy, putkistokomponentit ja asennustavat.
Älykäs laserpintakäsittelyn teknologia
Professori Veli Kujanpää, konsortion johtaja/ Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu ja VTT
Professori Seppo Torvinen/ Tampereen teknillinen korkeakoulu
Myönnetty rahoitus: 1 800 000 mk
Rahoituskausi 1.6.2000-31.12.2003
Tutkimuksen tuloksena on tarkoitus saada aikaan adaptiivisesti ohjattu menetelmä yleisten koneenosien laserpintakarkaisulle. Kehitetään matemaattinen malli ja implementoidaan se PC-pohjaiseen järjestelmään, jota käytetään prosessiparametrien valinnassa. Arvioidaan laserin käyttöön perustuvan valmistuksen vaikutus yleisten koneenosien suunnitteluun ja elinkaaren määrittämiseen. Kehitetään tietokantapohjainen järjestelmä laserpintakarkaisun robottiohjaukseen. Kehitetty malli, CAD-ohjelmisto ja robotin ohjaus implementoidaan automaattiseen adaptiivisesti ohjattuun laserpintakäsittelyjärjestelmään.
Mukaan valitut yksittäisten tutkimusryhmien hankkeet:
Aistintaa ja kognitiota hyväksi käyttävä käyttäjäliityntä robottimaisille koneille
Hankkeen vastuullinen johtaja: professori Aarne Halme/ Helsingin teknillinen korkeakoulu
Myönnetty rahoitus: 964 000 mk
Rahoituskausi 1.6.2000-31.12.2002
Hankkeessa tutkitaan, kehitetään ja testataan uusia menetelmiä toteuttaa oppiva käyttöliittymä, joka perustuu sekä käyttäjän että koneen havaintoihin, niiden vuorovaikutteiseen jäsentelyyn ja kommunikointiin multimedian keinoin. Tavoitteena on demonstroida uusia mahdollisuuksia ihmisen ja koneen välisessä vuorovaikutuksessa mm. symboleja käyttävä dialogi ja oppiminen työtehtävässä. Koneella suoritettaville tehtäville luodaan strukturoitu malli, jonka rakenne ja osat voivat kehittyä työtehtävien aikana koneen käyttäjän valvonnassa. Kognitiivisen käyttöliittymän kieli kehitetään siten, että se tukee tällaisten tehtävämallien käyttöä. Testialustana käytetään ulko-olosuhteisiin tarkoitettua WorkPartner-nimistä palvelurobottia, jota kehitetään toisessa tutkimushankkeessa.
Värähtelyn hallinta sähkökäyttöisissä konejärjestelmissä
Hankkeen vastuullinen johtaja:
professori Heikki Handroos/ Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu
Myönnetty rahoitus: 1 619 000 mk
Rahoituskausi 1.6.2000-31.12.2003
Mekaniikan ja sähkökäytön välisten dynaamisten vuorovaikutusten aiheuttamien värähtelyongelmien ratkaisemisessa on aiemmin osa-alueiden ongelmia tutkittu erillisinä. Hankkeessa kehitetään ja verifioidaan menetelmiä, laskentamalleja, algoritmeja ja muuta tietämystä eri alojen osaamisen yhdistämiseksi ja vuorovaikutusten kuvaamiseksi sillä tarkkuudella ja luotettavuudella, mitä ilmiöt vaativat. Taajuusmuuttajakäytöt tuovat mekaanisiin konejärjestelmiin omat vaikutuksensa. Näiden käyttöjen myötä tulevat säätö- ja ohjauspiirien aiheuttamat herätteet, jotka siirtyvät sähkötoimilaitteen kautta mekaaniseen järjestelmään, syntyvät ongelmat vaikuttavat heikentävästi sekä laitteiden käytettävyyteen että käyttöikään. Lähes kaikki uudet paperikone-, hissi- ja nostinlaitekäytöt on toteutettu tällä tekniikalla.
Voimalaitosten kuumien komponenttien kunnonvalvonta käyttäen metalliin upotettuja Bragg-hiloja
Hankkeen vastuullinen johtaja: professori Kenneth Holmberg/ VTT
Myönnetty rahoitus: 824 000 mk
Rahoituskausi 1.6.2000-31.12.2003
Ylikuumentuminen on vakava ongelma varsinkin voimalaitosten kuumien komponenttien elinikähallinnassa. Tieto komponenttien lämpötilahistoriasta vaatii lämpötilajakautuman jatkuvaa monitorointia, mikä ei nykyään ole mahdollista. Kuituoptiikka tarjoaa aivan uudet mahdollisuudet rakentaa optinen "hermorakenne" komponenttien seinämän sisään kattavaa lämpötilan monitorointia varten. Tämä tutkimusprojekti pyrkii hyödyntämään kuituoptisia Bragg-hiloja tähän tarkoitukseen, optiset kuidut kestävät hyvinkin korkeita lämpötiloja edellyttäen, että ne on upotettu metallin sisään. Projektissa tutkitaan ja kehitetään tekniikoita, millä kuituja upotetaan metalliin sekä miten kuidut ja hilat käyttäytyvät korkeissa lämpötiloissa.
Keraamisten mikroaktuaattoreiden ja -moottoreiden uudet toteutusteknologiat
Hankkeen vastuullinen johtaja: professori Seppo Leppävuori/ Oulun yliopisto
Myönnetty rahoitus: 1 460 000 mk
Rahoituskausi 1.6.2000-31.12.2003
Tutkimusprojektissa keskitytään uudenlaisiin pietsosähköisiin aktuaattoreihin, joita sovelletaan hieno- ja mikromekaniikassa. Näiden aktuaattoreiden ominaisuudet ovat omaa luokkaansa sovellutuksissa, joissa tarvitaan pieni koko, nopea toiminta, keveys ja tarkkuus. Projektissa tutkitaan mahdollisuutta saada aikaan suhteellisen suuria liikkeitä (aina 10 mm asti) yhdistämällä uusia keraamisia teknologioita uusien pietsoaktuaattorien rakenteiden kanssa. Low Temperature Co-fired Ceramics (LTCC) -teknologiaa tullaan hyödyntämään projektissa, käytettävät LTCC-materiaalit ovat pietsokeraameja, joita on kehitetty aikaisemmin toteutetuissa EU projekteissa. Uudella tavalla tuotetuilla pietsoaktuaattoreilla aikaansaadaan ja hallitaan siirtymiä, jotka ovat kertaluokaltaan suurempia kuin mihin pystytään konventionaalisilla pietsosähköisillä rakenteilla, ja uudet ratkaisut voivat toimia samanaikaisesti sekä aktuaattoreina että sensoreina.
Koherenssi mikroskooppi teollisessa valmistuksessa, robotiikassa ja kuvauksessa
Hankkeen vastuullinen johtaja: professori Mauri Luukkala/ Helsingin yliopisto
Myönnetty rahoitus: 936 000 mk
Rahoituskausi 1.6.2000-31.12.2002
Koherenssimikroskooppi on viimeaikaisessa tieteellisessä ja teknillisessä kirjallisuudessa esitettyjen esimerkkien mukaan tulossa käyttöön esim. elektroniikkateollisuudessa, hienomekaniikassa ja työstössä. Mikroskooppeja on perinteisesti pidetty laboratoriovälineinä, mutta tapahtunut kehitys on tehnyt mahdolliseksi viedä mikroskooppeja myös lähelle tuotantoa. Esim. konfokaalimikroskooppi, jonka kuituoptinen versio sisältää robustin mittapään, voidaan asentaa mm. robotin toimintapäähän. Tämän tutkimusprojektin kohteena on optinen koherenssimikroskooppi, jonka avulla voidaan tietokoneavusteisesti muodostaa valmistetun esineen pinnan topografiakuva tai muodostaa kolmiulotteinen kuva eri esineistä mikroskooppisella tarkkuudella resoluution ollessa n. 1 mikrometri.
Aksiaalisesti liikkuva materiaali ja komposiitit
Hankkeen vastuullinen johtaja: professori Antti Pramila/ Oulun yliopisto
Myönnetty rahoitus: 1 631 000 mk
Rahoituskausi 1.1.2001-31.12.2003
Tutkimuksen tavoitteena on kehittää uusia malleja, joiden avulla voidaan ennakoida kaksi-dimensionaalisten aksiaalisesti liikkuvien systeemien dynaamista käyttäytymistä, kun ne ovat vuorovaikutuksessa ympäröivän kolmi-dimensionaalisen ympäristön kanssa. Aksiaalisesti liikkuvan materiaalin värähtelyt ja komposiitit kytkeytyvät toisiinsa paperi- ja painokoneissa. Näissä aksiaalisesti liikkuvat materiaalit, kuten viirat, huovat ja itse paperi ovat itse asiassa komposiitteja mekaanisen käyttäytymisensä kannalta katsottuna. Käytettävät tutkimusmenetelmät ovat paljolti samat molemmilla osa-alueilla. Komposiittimateriaali esim. kuitu/partikkelimatriisi on rakenne, joka voidaan tehdä sellaiseksi, että määrätyt suunnitteluvaatimukset toteutuvat. Komposiittimateriaalista tehdyn rakenteen toiminta voidaan optimoida tai rakenteelle voidaan muodostaa erilaisia, etukäteen määritettyjä termomekaanisia ominaisuuksia.
Teollisten monifaasivirtausten simulointi
Hankkeen vastuullinen johtaja: professori Jussi Timonen/ Jyväskylän yliopisto
Myönnetty rahoitus: 830 000 mk
Rahoituskausi 1.7.2000-31.12.2003
Vaikka monifaasivirtaukset ovat yleisiä teollisissa prosesseissa, niiden dynamiikaa ei kovin hyvin tunneta. Tässä tutkimuksessa kehitetään numeerisia simulointimenetelmiä prosesseissa tyypillisten monifaasivirtausten reologisten ominaisuuksien ymmärtämiseksi. Tarkoitus on ymmärtää faasien välisiä vuorovaikutuksia ja seinämäkerrosilmiöitä tasolla, joka antaa mahdollisuuden uudenlaisten laitteiden ja prosessien suunnitteluun ja niiden toiminnan optimointiin. Tässä projektissa kehitetään numeerinen malli, joka perustuu uuteen "lattice-Boltzman" menetelmään, ja joka tekee mahdolliseksi simuloida suspensioita makroskooppisella tasolla. Menetelmää käytetään komplisoitujen partikkeli-partikkeli, partikkeli-neste ja partikkeli-seinämä vuorovaikutusten selvittämiseen. Analyyttisia ratkaisuja ja laboratoriokokeita tehdään numeeristen simulointien tueksi.
Dynaamisten tuotantoyhteistyöverkkojen mallintaminen ja optimointi käyttäen evolutionäärisiä menetelmiä
Hankkeen vastuullinen johtaja: professori Seppo Torvinen/ Tampereen teknillinen korkeakoulu
Myönnetty rahoitus: 1 495 000 mk
Rahoituskausi 1.6.2000-31.12.2003
Tutkimusprojektissa kehitetään tuotantojärjestelmiä ja yritysverkkoja yhä paremmin hajautetuiksi, rinnakkaisiksi, luonnonmukaisesti toimiviksi, joustaviksi ja verkottuneiksi käyttäen hyväksi paradigman muutosta laskennassa, optimoinnissa ja moniagenttijärjestelmissä. Tutkimuksen ja toteutuksen kohteina projektissa ovat tuotantoyhteistyöverkon simulointi, jossa rakennetaan mallit ja selvitetään mallien välinen tietoliikenne. Tuotantoyhteistyöverkoston globaalissa optimoinnissa tuodaan mukaan sekä dynaamiset että rinnakkaiset evolutionääriset laskentamenetelmät, hajautettujen, dynaamisten ja ristikkäisvaikutuksia sisältävien funktioiden monimuuttujaoptimointi, moniagenttijärjestelmät ja tietorajapinnat organisaatioiden välillä. Ohjelmistojen ja laitteistojen ratkaisut on otettava huomioon etenkin tietoliikenteen määrittelyn yhteydessä. Projektin tuloksena kehittyvät sekä teoreettiset että myös käytännön toteutuskonseptit, mikä antaa yrityksille mahdollisuuden rakentaa joustavia ja älykkäitä tuotantoyhteistyöverkkoja.
Laserhitsien väsymislujuuden mallintaminen
Hankkeen vastuullinen johtaja: professori Petri Varsta/ Helsingin teknillinen korkeakoulu
Myönnetty rahoitus: 1 069 000 mk
Rahoituskausi 1.1.2001-31.12.2003
Laserhitsien väsymismitoitukseen ei ole kehitetty luotettavia suunnittelumenetelmiä. Laserhitsien ominaisuudet voivat poiketa merkittävästi perinteisesti hitsattujen liitosten ominaisuuksista. Tutkimushankkeen tavoitteena on analysoida väsymiskuormitettujen laserhitsien käyttäytymistä luotettavan suunnittelumenetelmän kehittämiseksi näille liitoksille. Olemassa olevien menetelmien soveltuvuutta tutkitaan laskennallisesti ja erityisesti väsymissärön syntymisen mallinnukseen kehitetään uusia laskentamenetelmiä, jotka verifioidaan laboratoriokokeilla. Tutkimuksen tuloksena on tarkoitus saada laskennallisia työkaluja väsymismitoitukseen, jotka mahdollistavat innovatiivisen laserhitsattujen rakenteiden suunnittelun.