KUTSU Uusien professorien juhlaluennot 3. helmikuuta 2014
Tampereen teknillinen yliopisto kutsuu tieteen ja tutkimuksen ystävät kuulemaan uusien professoreiden juhlaluentoja maanantaina 3.2.2014 kello 13.15 alkaen Tietotalon saliin 103, Korkeakoulunkatu 1, Tampere Juhlaluentonsa pitävät professori Jukka Pekkanen, rakennustekniikka professori Seppo Tikkanen, hydrauliikka ja automatiikka professori Leena Ukkonen, elektroniikka ja tietoliikennetekniikka professori Juha Vinha, rakennustekniikka Tilaisuuden päätyttyä kuohuviinitarjoilu. Tervetuloa! Markku Kivikoski rehtori 2 3
Jukka Tapio Pekkanen Rakennustekniikka, alana rakentamiseen liittyvien toimintaprosessien kehittäminen JUKKA TAPIO PEKKANEN, s.1958, Helsinki Tekniikan tohtori, Teknillinen korkeakoulu, 2005 Tekniikan lisensiaatti, Teknillinen korkeakoulu, 1998 Diplomi-insinööri, Tampereen teknillinen korkeakoulu, 1994 Professori, Tampereen teknillinen yliopisto, rakennustekniikan laitos 2013 Dosentti, Tampereen teknillinen yliopisto, rakennustekniikan laitos 2010 Johtaja, Rakennusteollisuus RT ry, rakentamisen kehittäminen 2001 Teknologiapäällikkö, Teknologian kehittämiskeskus TEKES, 1994 2001 Pekkanen, J. (2013) Rakennettu ympäristömme 2025. Rakentajan kalenteri, Rakennustieto Oy, Helsinki, pp. 192 195. Salmi, J., Pekkanen, J., Lindroos, K. (2011) Rakennettu ympäristömme NYT/2025. Kiinteistöja rakentamisfoorumi, Helsinki. Pekkanen, J., Apilo, L. (2008) Asiakkuus infrarakentamisessa. Rakentajan kalenteri, Rakennustieto Oy, Helsinki, pp.498 505. Kankainen, J., Pekkanen, J. (2006) Rakennusprojektin johtaminen. Rakentajan kalenteri, Rakennustieto Oy, Helsinki, pp. 556 564. Pekkanen, J. (2005) Asiakkuuden menestys- ja uhkatekijät rakennushankkeessa. Teknillinen korkeakoulu, Espoo. Ventovuori, T., Kankainen, J., Pekkanen, J. (2002) Projektituotannon asiakkuus. Teknillisen korkeakoulun rakentamistalouden laboratorion raportteja 206, Espoo. RAKENTAMISESSA TUOTTAVUUS JA LAATU EIVÄT OLE VASTAKOHTIA Rakentamisen laatua moititaan yleisesti huonoksi. Rakentamisprosessia pidetään tehottomana ja alan tuottavuuskehitystä heikkona. Onko tämä faktaa vai fiktiota? Sekä että, enimmäkseen kuitenkin fiktiota. Rakentamisen osuus kansantalouden investoinneista Suomessa on noin 65 prosenttia. Talonrakentamisen volyymi oli vuonna 2012 noin 23 miljardia euroa. Pelkästään laatuvirheet puolittamalla tästä summasta voitaisiin säästää prosentin verran eli 230 miljoonaa euroa. Paljonko säästettäisiin, jos lisäksi tehostettaisiin rakentamisprosessia? Todennäköisesti miljardeja euroja, jonka lisäksi tuottavuus paranisi. Kumpaan rakennusalan sitten pitäisi keskittyä toimintansa kehittämisessä, laadun vai tuottavuuden parantamiseen? Vastaus on yksiselitteinen: molempia on parannettava yhtä aikaa. Tuottavuus ja laatu eivät ole toistensa vastakohtia, vaikka ne sellaisiksi työmaan arjessa saatetaan mieltää. Tason nostaminen kummassakin parantaa suoraan yritysten kilpailukykyä, ja asiakas saa, toivottavasti, parempia ja edullisempia lopputuotteita. Jo laatuopin perusteissa puhutaan kerralla kuntoon -periaatteesta. Niin laadun tekeminen kuin tuottavasti toimiminen edellyttävät vahvaa teknistä osaamista. Lisäksi vaaditaan kykyä suunnitella ja johtaa toteutusprosessia sekä hallita rakennusalalle tyypillisiä moniulotteisia asiakkuus- ja yhteistyöverkostoja. Näihin kaikkiin yliopistossa annettava diplomi-insinöörikoulutus antaa perusvalmiudet. Sen jälkeen kaikki riippuukin vain tahdosta vai? Rakennusalan toimintaympäristö monimuotoistuu ja tekniset vaatimukset kasvavat. Asiakkaat haluavat, oikeutetusti, enemmän ja parempaa vastinetta rahoilleen. Tämä johtaa siihen, että yritykset voivat menestyä tulevaisuudessa vain kehittämällä toimintaansa aktiivisesti ja etsimällä tutkimuksen kautta uusia toimintamalleja. Kyse on siis tahdosta uusiutua. Rakentamisen toimintaprosessien kehittämiseen kohdistuvan professuurin keskeisenä tavoitteena on luoda nykyistä tehokkaampia ja ketterämpiä toimintamalleja alan käyttöön. Siinä onnistuminen edellyttää yliopiston ja yritysmaailman vahvaa vuorovaikutusta. Uusien mallien tulee perustua eri hankeosapuolten tiiviimpään ja avoimempaan yhteistyöhön, jossa hankkeen tavoitteet koetaan yhteisiksi. Myös monipuolisemmilla ennakkosuunnittelumenetelmillä sekä aktiivisilla ohjausmenettelyillä on sijansa laadun ja tuottavuuden parantamisessa. 4 5
Seppo Antero Tikkanen Hydrauliikka ja automatiikka, alana koneautomaatio SEPPO ANTERO TIKKANEN, s. 1969, Jyväskylän mlk Tekniikan tohtori, Tampereen teknillinen korkeakoulu, 2000 Diplomi-insinööri, Tampereen teknillinen korkeakoulu, 1995 Professori, Tampereen teknillinen yliopisto, hydrauliikan ja automatiikan laitos, 2013 Teknologiajohtaja, Fimecc Oy, 2009 2013 Ryhmäpäällikkö, järjestelmäkehitysosasto, Bosch Rexroth AG, Saksa 2004 2008 Tutkija, Tampereen teknillinen yliopisto, hydrauliikan ja automatiikan laitos 1995 2004 Tikkanen S., Kliffken M., Ehret C. and Baseley S. 2008. Hydraulic Hybrid for Working Machines and Commercial Vehicles. IFPE 2008, Technical Conference. March 12 14, 2008, Las Vegas USA. Tikkanen S. and Vilenius M. 2006. Control of dual hydraulic free piston engine. International Journal of Vehicle Autonomous Systems, Volume 4, No. 1, 2006, pp. 3 23. Tikkanen S. 2001. Influence of line design on pump performance. PTMC 2001, 12 14 September, 2001, Bath, UK. Tikkanen S. 2000. Evolution of Engine - Hydraulic Free Piston Engine. Doctor Thesis, Acta Polytechnica Scandinavica. ISBN 951-666-545-4, ISSN 0001-687X. Espoo 2000, p. 147. ENERGIATEHOKKAIDEN JÄRJESTELMIEN TUTKIMUS VAATII YHTEISTYÖTÄ Koneiden ja laitteiden energiatehokkuuden tutkimus ja kehitys kohdistuvat sekä laitteiden hyötysuhteen parantamiseen että uusien teknologioiden tutkimiseen ja hyödyntämiseen. Käytettävän teknologian parantaminen on arkipäivää kaikissa tuotteita valmistavissa yrityksissä. Energiatehokkuuteen ei yhden yksittäisen kohteen parantaminen yleensä tuota suurta muutosta. Pyrittäessä merkittävään tulokseen on tehtävä useita rinnakkaisia parannuksia. Polttomoottori on tästä hyvä esimerkki. Sen hyötysuhde on parantunut vuosien saatossa merkittävästi eri osa-alueiden vaiheittaisen kehityksen tuloksena. Merkittäviä tuloksia saadaan myös vaihtamalla käytössä oleva vanha teknologia uuteen, vähemmän energiaa kuluttavaan teknologiaan. Useat energiatehokkaat teknologiat on tunnettu pidempään, mutta niiden hyödyntäminen ei ole ollut taloudellisesti kannattavaa. Hyvä esimerkki tästä on sähköauto. Polttomoottorin korvaaminen sähkömoottorilla parantaa merkittävästi auton energiatehokkuutta. Muutoksen on mahdollistanut akkuteknologian kehitys, jonka johdosta akkujen varauskapasiteetti on noussut ja hinta laskenut. Uuden teknologian käyttöönotto mahdollistaa uusia toimintoja. Tietotekniikka on tuonut koneisiin ja laitteisiin lukuisia uusia ominaisuuksia ja edellytyksiä parantaa energiatehokkuutta. Ennen kuljettaja ohjasi autossa kaasupolkimella polttoaineen määrää, nyt hän antaa sillä toivearvon nopeudesta. Nykyisin moottorin ohjausjärjestelmä säätelee polttoainetta, ja se pystyy optimoimaan moottorin toimintaa paremmin kuin kuljettaja. Merkittävimmät parannukset energiatehokkuudessa saadaan aikaan muuttamalla menetelmää tai prosessia, jolla tehtävä suoritetaan. Tällaiset muutokset muuttavat toimialaa ja mahdollistavat uusien toimijoiden tulemisen markkinoille. Metalliosien 3D-tulostuksella voidaan valmistaa monimutkaisia kappaleita ilman, että materiaalia menee hukkaan. Etäkokousteknologioiden ansiosta ei tarvitse enää matkustaa edes sähköautolla kokouksiin, nettiyhteys riittää. Voidaan sanoa, että ei ole olemassa yhtä käänteentekevää teknologiaa, jonka avulla energiatehokkuutta voidaan parantaa kaikissa koneissa, laitteissa ja prosesseissa. Jokaiselle on kuitenkin löydettävissä oma energiatehokas ratkaisunsa. Ratkaisun löytäminen vaatii systemaattista työskentelyä, kokemusta ja ennen kaikkea yhteistyötä laitevalmistajien, käyttäjien ja tutkijoiden kesken. 6 7
Anna Leena Ukkonen Elektroniikka ja tietoliikennetekniikka, alana langattomat tunnistus- ja aistimisjärjestelmät ANNA LEENA UKKONEN, s. 1980, Tampere Tekniikan tohtori, Tampereen teknillinen yliopisto, 2006 Diplomi-insinööri, Tampereen teknillinen yliopisto, 2003 Professori, tenure track, Tampereen teknillinen yliopisto, 2013 Akatemiatutkija, 2012 2017 Yliopistotutkija, Tampereen teknillinen yliopisto, 2010 2012 Dosentti, Aalto-yliopisto, 2009 2014 Suomen Akatemian tutkijatohtori, 2009 2011 Adjunct Professor, The University of Mississippi, 2010 2011 Visiting Doctoral Student, Massachusetts Institute of Technology, 2004 Tutkija ja vanhempi tutkija, Tampereen teknillinen yliopisto, 2003 2008 Moradi, E., Bjorninen, T., Sydanheimo, L., Carmena, J. M., Rabaey, J. M. and Ukkonen, L. 2013. Measurement of Wireless Link for Brain Machine Interface Systems Using Human-Head Equivalent Liquid, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol.12, pp.1307 1310. Babar, A., Elsherbeni, A., Sydanheimo, L., and Ukkonen, L. 2013. RFID Tags for Challenging Environments: Flexible High-Dielectric Materials and Ink-Jet Printing Technology for Compact Platform Tolerant RFID Tags, IEEE Microwave Magazine Vol. 14, Num. 5, pp. 26 35. Vena, A., Babar, A., Sydänheimo, L., Ukkonen, L. and Tentzeris, M. M. 2013. A Novel Wireless Inkjet-Printed Chipless Sensor for Moisture Detection Utilizing Carbon Nanotubes, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol. 12, Num. 1, pp. 753 756. Vena, A., Koski, K., Moradi, E., Babar, A., Sydänheimo, L., Ukkonen, L. and Tentzeris, M. M. 2013. An Embroidered 2-Dimensional Chipless Strain Sensor For Wireless Structural Deformation Monitoring, IEEE Sensors Journal, Vol. 13, Num. 12, pp. 4627 4636. Babar, A., Manzari, S., Elsherbeni, A., Sydänheimo, L. and Ukkonen, L. 2012. Passive UHF RFID Tag for Heat Sensing Applications, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 60, Issue 9, pp. 4056 4064. Kellomäki, T., Virkki, J., Merilampi, S. and Ukkonen, L. 2012. Towards Washable Wearable Antennas: A Comparison of Coating Materials for Screen-Printed Textile-Based UHF RFID Tags, International Journal of Antennas and Propagation, Vol. 2012. LANGATTOMAT TUNNISTUS- JA AISTIMISJÄRJESTELMÄT PARANTAVAT ELÄMÄNLAATUA Uudenlaiset langattomat tunnistus- ja aistimisjärjestelmät voivat parantaa elämänlaatuamme. Niiden avulla kehitetään hoitoja vakaviin sairauksiin, hallitaan raaka-aineiden ja elintarvikkeiden elinkaarta sekä luodaan tulevaisuuden älykkäitä ympäristöjä. Langattomien tunnistus- ja aistimisjärjestelmien oleellinen osa ovat langattomat sensorit. Sensorit mittaavat kehon toimintoja ja keräävät niistä dataa tutkijoiden käyttöön. Niitä voidaan kiinnittää esimerkiksi vaatteisiin tai iholle, tai implantoida ihon alle kudoksiin. Pienikokoiset implantoitavat sensorit voivat tarjota ratkaisuja vakavien neurologisten sairauksien hoitoon. Niillä on myös runsaasti sovelluksia terveydentilan seurannassa. Eräs esimerkki haasteellisesta tulevaisuuden implantoitavasta tunnistus- ja aistimisjärjestelmästä on langaton aivokäyttöliittymä, joka toimii aivoihin asetettavan sensorin avulla. Näin vaikkapa vaikeasti vammautuneen henkilön aivojen sähköisiä signaaleja voidaan kerätä langattomasti ja ohjata niiden avulla proteesiraajaa. Samalla periaatteella erilaisia laitteita voisi tulevaisuudessa käyttää ajatuksen voimalla. Langattomien tunnistus- ja aistimisjärjestelmien tärkeitä ominaisuuksia ovat tehonsiirto ilman paristoa, pieni koko sekä helppo integroitavuus erilaisiin materiaaleihin ja ympäristöihin. Järjestelmät ovat vielä fyysiseltä kooltaan suuria moniin lääketieteellisiin sovelluksiin, ja langaton tehonsiirto vaimentavien materiaalien, kuten kudosten, läpi on haasteellista. Tämä luo tutkimushaasteita järjestelmiin, joissa vaaditaan erittäin pienikokoisia laitteita sekä langatonta toimintaa vaimentavien materiaalien läpi. Lähitulevaisuudessa esimerkiksi pienet implantoitavat langattomat sensorit ovat kooltaan noin kuutiomillimetrin luokkaa eli paljon pienempiä kuin nuppineulan pää. Kauempana tulevaisuudessa tunnistus- ja aistimisjärjestelmissä tarvitaan tätäkin pienempiä langattomia sensoreita. Tutkijoiden on ratkaistava muun muassa yhä pienentyvien laitteiden langattoman tehonsiirron onnistuminen kudosten läpi sekä sensorijärjestelmän integrointi toimivaksi ja luotettavaksi kokonaisuudeksi. Langattomien tunnistus- ja aistimisjärjestelmien tutkimus on monialaista. Se yhdistää sähkötekniikan, antenniteknologian, biolääketieteen, neurologian sekä nanomateriaalien ja elektroniikan uusien valmistusteknologioiden tietämystä. Kotimaisten ja kansainvälisten kumppaneiden kanssa tehtävä yhteistyö toteuttaa yhtä tieteellisen tutkimustyön palkitsevimmista asioista: se yhdistää yksilöiden parhaimman osaamisen, jolla tavoitellaan yhteisiä, yhteiskunnalle merkittäviä päämääriä. Moradi, E., Björninen, T., Ukkonen, L. and Rahmat-Samii, Y. 2012. Effects of Sewing Pattern on the Performance or Embroidered Dipole-Type RFID Tag Antennas, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol. 11, pp. 1482 1485. 8 9
Juha Olavi Vinha Rakennustekniikka, alana rakennusfysiikka JUHA OLAVI VINHA, s. 1966, Pälkäne Tekniikan tohtori, Tampereen teknillinen yliopisto, 2007 Tekniikan lisensiaatti, Tampereen teknillinen korkeakoulu, 1998 Diplomi-insinööri, Tampereen teknillinen korkeakoulu, 1993 Professori, Tampereen teknillinen yliopisto, rakennustekniikan laitos, 2013 Dosentti, Oulun yliopisto, rakennesuunnittelun ja rakentamisteknologian laboratorio, 2009 Tutkimusjohtaja, Tampereen teknillinen yliopisto, rakennustekniikan laitos, 2011 2013 Yliassistentti, Tampereen teknillinen yliopisto, rakennustekniikan laitos, 2005 2011 Vieraileva tutkija, Concordia University, Building Envelope Performance Laboratory, Montreal, Kanada, 2002 2003 Erikoistutkija, Tampereen teknillinen yliopisto, rakennetekniikan laitos, 1999 2005 Tutkija, Tampereen teknillinen korkeakoulu, talonrakennustekniikan laboratorio, 1994 1998 Vinha, J., Laukkarinen, A., Mäkitalo, M., Nurmi, S., Huttunen, P., Pakkanen, T., Kero, P., Manelius, E., Lahdensivu, J., Köliö, A., Lähdesmäki, K., Piironen, J., Kuhno, V., Pirinen, M., Aaltonen, A., Suonketo, J., Jokisalo, J., Teriö, O., Koskenvesa, A. & Palolahti, T. 2013. Ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäyksen vaikutukset vaipparakenteiden kosteusteknisessä toiminnassa ja rakennusten energiankulutuksessa. Tampere, Tampereen teknillinen yliopisto, Rakennustekniikan laitos, Rakennetekniikka, Tutkimusraportti 159, 354 p. + 43 liites. Laukkarinen, A. & Vinha, J. 2011. Comparison of calculated and measured values of wall assembly tests using Delphin 5. Proceedings of the 9th Nordic Symposium on Building Physics, NSB 2011, Tampere, Finland, May 29 June 2, Vol. 1, pp. 155 162. Viitanen, H., Vinha, J., Salminen, K., Ojanen, T., Peuhkuri R., Paajanen, L. & Lähdesmäki, K. 2010. Moisture and biodeterioration risk of building materials and structures. Journal of Building Physics, Vol. 33 (3), pp. 201 224. Vinha, J., Korpi, M., Kalamees, T., Eskola, L., Palonen, J., Kurnitski, J., Valovirta, I., Mikkilä, A. & Jokisalo, J. 2008. A research project on the temperature and humidity conditions, ventilation and air tightness of Finnish detached houses. In: Kumaran, K. & Sanders, C. IEA ECBCS Annex 41 Whole Building Heat, Air, Moisture Response, Subtask 3, Boundary Conditions, Appendix 1. Copenhagen, Denmark, International Energy Agency, pp. 157 174. Vinha, J. 2007. Hygrothermal Performance of Timber-Framed External Walls in Finnish Climatic Conditions: A Method for Determining the Sufficient Water Vapour Resistance of the Interior Lining of a Wall Assembly. Doctoral Thesis. Tampere, Tampere University of Technology, Department of Civil Engineering, Publication 658, 338 p. + 10 p. app. Kalamees T., Vinha J. & Kurnitski, J. 2006. Indoor humidity loads and moisture production in lightweight timber-frame detached houses. Journal of Building Physics, Vol. 29 (3), pp. 219 246. Valovirta, I. & Vinha, J. 2004. Water vapor permeability and thermal conductivity as a function of temperature and relative humidity. Proceedings of Performance of Exterior Envelopes of Whole Buildings IX, Clearwater Beach, Florida, USA, December 5 10, Session XIIIA, 16 p. KOSTEUSONGELMAT JA ENERGIANKULUTUS OVAT RAKENNUSFYSIIKAN HAASTEITA Rakennusfysiikka on keskeinen osaamisalue nykyisessä rakentamisessa. Tieteenalana se tarkastelee rakennusten energiankulutusta sekä lämmön, ilman ja kosteuden siirtymistä ja vaikutuksia rakenteissa. Rakenteiden kosteus- ja homevauriot ovat olleet jo pitkään rakentamisen suurin ongelma etenkin vanhemmassa rakennuskannassa. Ongelmat ovat aiheutuneet osittain vääristä rakenneratkaisuista, mutta myös huolimattomasta rakenteiden toteutuksesta, huollosta ja puutteellisesta rakennusaikaisesta kosteussuojauksesta. Vanhoja rakenteita korjattaessa ja uusia tehtäessä on tärkeää suunnitella ja toteuttaa rakenteet niin, että jatkossa kosteusongelmien määrä vähenee. Kiristyvät energiansäästötavoitteet ovat tuoneet rakentamiseen monia haasteita, jotka edellyttävät kokonaisvaltaista asioiden tarkastelua. Energiansäästöä joudutaan etsimään yhä useammista ja pienemmistä osatekijöistä samalla, kun kokonaisuuden hallinta monimutkaistuu. Rakennusfysiikan näkökulmasta energiatehokkuuden parantaminen aiheuttaa useita ongelmia. Lämmöneristyksen lisääminen rakennusvaippaan vähentää lämmön siirtymistä rakenteiden läpi, jolloin vaipan ulko-osat viilenevät. Tämä heikentää monien tavanomaisten vaipparakenteiden kosteusteknistä toimintaa. Samalla entistä pienemmät rakennusvirheet voivat aiheuttaa kosteusongelmia rakenteissa. Ennustettu ilmastonmuutos lisää kosteusvaurioiden riskiä entisestään ulkoilman olosuhteiden muuttuessa homeen kasvun kannalta suotuisammiksi. Lämmöneristyksen lisäys nostaa myös sisäilman lämpötilaa kesäaikaan lisäten sisätilojen jäähdytystarvetta. Ilmatiiviimpi rakennusvaippa asettaa puolestaan suurempia vaatimuksia ilmanvaihdon säätämiselle, jotta rakenteiden yli ei muodostuisi haitallisia paine-eroja ja ilmavirtauksia, jotka kuljettavat sisäilman kosteutta vaippaan tai tuovat epäpuhtauksia ja mikrobeja sisäilmaan. Rakennusfysiikan tutkimuksen avulla voidaan ratkoa kuvattuja ongelmia monilla tavoin. Kehittyneillä laskentaohjelmilla voidaan mallintaa rakenteiden ja sisäilman olosuhteita aiempaa tarkemmin ja luotettavammin. Siten rakenneratkaisuissa voidaan energiatehokkuustavoitteiden lisäksi huomioida kosteustekninen toiminta ja muut fysikaaliset ilmiöt. Rakenteiden luotettavan toiminnan varmistamisessa myös käytännön laboratoriotutkimukset ja kenttäkokeet ovat tärkeitä. Uudenlaiset materiaalit, kuten tehokkaat lämmöneristeet, faasimuutosmateriaalit ja valoa läpäisevät materiaalit, tarjoavat vaihtoehtoja rakenteiden toteutukseen. Parempaa energiatehokkuutta haetaan myös erityyppisillä rakenteisiin integroiduilla LVIS-järjestelmillä. 10 11
Korkeakoulunkatu 10 PL 527 33101 Tampere Puhelin 03 311 511 www.tut.fi 12