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. 2 1
Henkilökunta Professori Jarmo Alander Lehtori Timo Mantere Lab.ins. Janne Koljonen Tutkija Petri Välisuo Tutkija Olli Pekka Kanniainen Lab.ins. Toni Harju Tutkimusapulainen Timo Alho Tutkimusapulainen Filip Norrgård Dosentti PhD Paul Geladi Dosentti Prof. Aulis Tuominen Vierailija Prof. Patrik Eklund Umeå University Vierailija Prof. Dr Ulrich Heute Christian-Albrechts-University Kiel, Saksa Vierailija FT, Dos Birger Ståhlberg University of Helsinki 3 Kurssit - Perusopinnot Perusopinnot AUTO.1010 Digitaalitekniikan perusteet AUTO.1020 Elektroniikka AUTO.1030 Signaalien käsittely Aineopinnot AUTO.2010 Automaatiojärjestelmät AUTO.2020 Automaation tietotekniikka AUTO.2030 Elektroniikan valmistustekniikka AUTO.2990 Kandidaatin tutkielma AUTO.2040 Mekatroniikka AUTO.2050 Soft computing AUTO.2070 Säätötekniikan jatkokurssi AUTO.2060 Säätötekniikka AUTO.2950 Työharjoittelu 4 2
Kurssit - Syventävät Syventävät opinnot AUTO.3010 Automaation tietotekniikan jatkokurssi AUTO.3020 Automaation tietotekniikan seminaari AUTO.3030 Digitaalitekniikan jatkokurssi AUTO.3990 Diplomityö AUTO.3991 Diplomityöesitelmä AUTO.3040 Etähavannointi AUTO.3050 Fysiologinen psykologia AUTO.3060 Geneettinen ohjelmointi AUTO.3070 Geneettiset algoritmit AUTO.3080 Hermoverkot AUTO.3090 Kemometria AUTO.3100 Kirjokuvantaminen (Multispectral Imaging) AUTO.3110 Konenäkö AUTO.3120 Kvanttilaskenta AUTO.3130 Lääketieteellinen kuvantaminen AUTO.3140 Lääketieteellinen tekniikka 5 Kurssit Jatkoa Syventävät opinnot AUTO.3150 Mittaustekniikka AUTO.3160 Optiikka AUTO.3170 Optoelektroniikka AUTO.3180 Proteiinifysiikka AUTO.3190 Robotiikka AUTO.3200 Signaalinkäsittelyn jatkokurssi AUTO.3210 Signaalinkäsittelyn seminaari AUTO.3220 Spektroskopia AUTO.3230 Sulautetut järjestelmät AUTO.3240 Sumeat järjestelmät AUTO.3250 Tietokonepelit AUTO.3260 Tuotantoautomaation erityiskysymyksiä AUTO.3270 Tuotantoautomaation projektiopinnot AUTO.3280 Tuoteturvallisuus AUTO.3950 Työharjoittelu AUTO.3290 Äänen käsittely 6 3
Automaatio? Matematiikka Mekaniikka Sähkö ja elektroniikka Fysiikka CAD AUTO- MAATIO Ohjauspiirit Kemia Tietotekniikka Sähkömekaniikka Simulointi Säätö ja ohjaus Tilastotiede 7 Automatisointi 1. Valitaan automatisoitava laite, systeemi tai prosessi Suunnitellaan mitä sille tehdään, eli mitä automatisoidaan Esimerkki: Polkupyörärobotti 8 4
Automatisointi - instrumentointi 2. Asennetaan antureita ja mittalaitteita (mittaustekniikka ja mekatroniikka) Tasapaino -antureita Nopeus-anturi Kamera (optiikka) Ohjaustangon asennon mittaava anturi 9 Automatisointi - laitteistus 3. Lisätään toimilaitteita (robotiikka) Tasapainon palauttava hydraulinen systeemi Servomoottori Ohjaustangon kääntäjä 10 5
Automatisointi - ohjaus 4. Lisätään ohjausyksikkö ja johdotetaan anturit sekä toimilaitteet siihen (tietoliikenne) Ohjausyksikkö Tiedonsiirto 11 Automatisointi - tiedonsiirto 4. a) Tiedonsiirto voi olla esim. Analoginen (tasavirtaa tai vaihtovirtaa) Digitaalinen (0/1, koodattu tiedonsiirtoprotokollan mukaan) Optinen Ohjausyksikkö Tiedonsiirto 12 6
Automatisointi - logiikkaa 4. b) Ohjausyksikkö voi olla esim. Analoginen (elektroniikkaa, perinteinen sääto) Logiikkaa (digitaalitekniikka) Tietokone (Mikroprosessori, sulautetut järjestelmät) Ohjausyksikkö Tiedonsiirto 13 Automatisointi - käsittelyä 4. c) Ohjausyksikössä voi pyöriä erilaisia ohjelmia Kuvankäsittely kameratiedon analysoimiseksi Signaalien käsittelyä toimilaitteiden antaman mittaustiedon analysoimiseksi Ohjausyksikkö Kuvankäsittely Mittaussignaalien käsittely 14 7
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 15 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, LedAll) Historialliset dokumentit (papyrykset) Virheet ohjelmistojen testaus ja muu testaus 16 8
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 17 LEDall - adaptiivinen valaisin Systeemi Geneettinen algoritmi 18 9
LEDall II Led-minikasvihuone Ledivalaistu minikasvihuone joka valaisee vain kasvien tarvitsemilla valon aallonpituuksilla http://lipas.uwasa.fi/~tau/memos/ledall/ Image:Chlorophyll ab spectra.png From Wikipedia, the free encyclopedia 19 Virtual Keeper 20 10
Automaattinen Testaus Genetic algorithm based test data generator Genetic algorithm based test image generator Communication channels LON Image comparator CAN Messages Writing to analog inputs Test image Result image Embedded measurement software under test as Black box Image processing software as Black box Testaus geneettisillä algoritmeillä Ohjelmiston vasteaikojen testaus geneettisen algoritmin luomien testitapausten (ohjelman syötteitä) avulla Kuvankäsittely algoritmien laadun testaus geneettisen algoritmin luomien testikuvien avulla 21 Kumpi on melanooma? Melanooman tunnistus Ei melanooma Lähi-infrapunaspektrit Melanooma Intensiteetti 2 1 0 800 1200 1600 2000 2400 Aallonpituus (nm) Vasen Oikea 11
Muita automaation projekteja Tällä hetkellä 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/kiillekeiju/ http://lipas.uwasa.fi/~tau/memos/makeupmeter/ http://lipas.uwasa.fi/~tau/memos/imu/ 23 Mitä me oikeasti teemme? Opetus Tutkimus Asiantuntijapalvelut Automaation alalla 24 12