TYÖKONEIDEN JA NIIHIN SUORAAN KYTKEYTYVÄÄ DIGITAALISTA KOKONAISTOIMINTAPROSESSIA JA AUTOMAATIOTA ON KEHITETTY VIIME VUOSIEN AIKANA ERITYISEN VOIMAKKAASTI MAARAKENNUSALALLA, KAIVOSTOIMINNASSA JA METSÄTEOLLISUUDESSA. TIETOMALLINTAMISEN JA AUTOMAATION KÄYTTÖÖNOTOSSA MAARAKENTAMISESSA SUOMI ON TÄLLÄ HETKELLÄ EDELLÄKÄVIJÄ MAAILMASSA. TIETOMALLINTAMISEEN PERUSTUU MYÖS MAARAKENNUSKONEIDEN OHJAUS JA TIETOMALLEISTA SAADAAN TARVITTAVAT OHJAUSTIEDOT TYÖKONEIDEN KONEOHJAUSJÄRJESTELMIIN.
Työkoneiden nykyiset automaattiset 3D-ohjausjärjestelmät ovat tasoltaan opastavia (kuljettaja siirtelee työkonetta ja ohjaa työstöterää manuaalisesti tietokonenäytön informaation perusteella), koordinoivia (kuljettaja siirtelee työkonetta ja ohjaa työstöterää manuaalisesti
käänteiskinematiikan avustamana), ohjaavia (kuljettaja siirtelee työkonetta ja ohjaa osaa työstöterän liikkeistä manuaalisesti järjestelmän ajaessa automaattisesti osaa liikkeistä) tai autonomisia (toimivat ilman kuljettajaa). Erityisesti Pohjoismaissa opastavia, koordinoivia ja ohjaavia 3D-ohjausjärjestelmiä on otettu jo laajaan käyttöön maarakennuskoneiden ohjauksessa.
Automaation ohjaustaso riippuu myös työkonetyypistä. Levitin-tyyppisissä työkoneissa (tiehöylä, puskutraktori, asfaltinlevitin tms.) ohjausjärjestelmät ovat jo ohjaavia, kun taas puomirakenteisten työkoneiden ohjaus on pääsääntöisesti vielä opastavalla tasolla, jossa kuljettaja ohjaa manuaalisesti puomia järjestelmän näyttämien ohjaustietojen perusteella. Pyrittäessä vielä automaattisempaan työkoneiden ohjaukseen yhtenä perusongelmana ja -haasteena on työympäristössä tapahtuvien muutosten huomioon ottaminen tehokkaasti ja turvallisesti. Työkoneen toiminta-alueella voi liikkua muita työkoneita, ajoneuvoja ja ihmisiä, minkä lisäksi kaivukonetöissä leikattava tai kuormattava maamateriaali saattaa liikkua ennustamattomasti. Automaattiset toiminnot vaativat aina anturointia ja tietokoneen laskemia ohjausarvoja. Anturoinnin ja ohjauksen kunnon ja oikeellisuuden varmistus liittyy läheisesti autonomisten liikkeiden turvatarkasteluun.
Kaivukone on maarakennustyömaan yleiskone, jolla on eniten käyttötunteja. Kaivukoneeseen liittyy paljon työstöteriä (erikokoiset kauhat, piikit, täryt ym.) ja lisälaitteita (putken asennus, poraus, paalutus, stabilointi ym.). Työtehtävät ovat erittäin monipuolisia ja ohjauksen suhteen haasteellisia. Tyypillisimmät väylärakentamisen työtehtävät ovat maapohjan leikkaus, kuormaus, materiaalin vastaanotto ja geometrisesti haasteelliset luiskatyöt.
Koneohjauksen teknologiajohtajana maarakennusalalla on viime vuosina ollut japanilainen Komatsu, joka on jo esitellyt kaivukoneeseen ohjaavan järjestelmän. Suomalainen Novatron markkinoi opastavaa Xsite PRO-järjestelmää, joka on kaupallisista järjestelmistä monipuolisimmin integroitu myös avoimen tietomallintamisen kokonaisprosessiin, uusimmassa tuoteversiossa puomia ohjataan osin jo automaattisesti. Sveitsiläinen Leica on puolestaan integroinut muutoin opastavaan ohjausjärjestelmäänsä kaivukoneen kauhan leikkauskulman automaattisen ohjauksen, jossa kulmalukema luetaan koneohjausmallista. Trimblen Earthworks -järjestelmä ohjaa pääpuomin nostoa automaattisesti mallin mukaan kuljettajan muutoin ajaessa työkonetta opastavassa moodissa manuaalisesti.
Erityisen mielenkiintoista on tutkia ja seurata ohjausteknologian kehitystä Japanissa, jossa esiintyy jatkuvasti maanjäristyksistä, taifuuneista ja sensitiivisestä maamateriaalista johtuvia maanvyörymiä. Nämä työmaat ovat ihmisille vaarallisia, minkä vuoksi Japanissa on kehitetty ja siirrytty laajasti kauko-ohjattavien maarakennuskoneiden käyttöön. Tällöin kuljettajat istuvat turvallisella etäisyydellä työmaasta parakeissa, joista videoyhteyksin ja koneohjausjärjestelmiä käyttäen he voivat ajaa opastavassa moodissa työkoneita etäältä. Jotkut yritykset käyttävät näissä järjestelmissä ohjaukseen ihmisrobottia, joka työkoneessa kuljettajan paikalla toistaa mahdollisimman tarkasti ihmiskuljettajan turvallisessa toimistossa tekemiä ohjausliikkeitä.
Itsestään liikkuva eli autonominen kaivukone on ollut tutkimus- ja kehitystavoitteena jo varsin pitkään. Myös erilaisia testijärjestelmiä on kokeiltu. Esimerkiksi Carnegie Mellon -yliopisto (USA) esitteli 1998 kaivukoneen, joka pystyi ympäristöstään laserskannaamansa tiedon perusteella täyttämään kuorma-auton lavan ilman kuljettajan apua. Rakennustyömaille näin pitkälle automatisoidut kaivukoneet eivät vieläkään ole tietänsä löytäneet. Kehitysaktiviteetteja on juuri nyt runsaasti käynnissä muun muassa Oulun yliopistossa, jossa kehitetään autonomisesti toimivaa kaivukonetta käynnissä olevassa Business Finlandin rahoittamassa SmartBooms-tutkimushankkeessa.
”Myös itsestään liikkuvan” työkoneen täytyy aina tietää mitä tehdä. Autonomisen ohjauksen ja koneoppimisen tärkein mahdollistaja eli ”koneäly” on integraatio infrateollisuuden käyttämään tietomallinnusprosessiin. Suomen infra-alan käytössä on maailman pisimmälle kehittynyt tietomallinnusprosessi, joka voi mahdollistaa myös autonomisen koneohjauksen tehokkaan teollisen käyttöönoton ja hyödyntämisen.”
