AS-0.3200 Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt Älykäs sähkömittari kodin toimintojen seurantaan Projektityösuunnitelma Miika Karanki, Miikka Sarajärvi, Jouni Valtonen 28. tammikuuta 2014
Sisältö 1 Projektin tavoitteet 1 2 Työn ositus 1 3 Projektin riskit 2 4 Ajan ja tiimityön hallinta 3 i
1 Johdanto Tässä projektissa tutustutaan kodin toimintojen seurantaan perustuen huomaamattomaan laitteiden käytön seurantaan (NIALM, non-intrusive appliance load monitoring). Esimerkiksi jos havaitaan, että uuni on laitettu päälle, niin voidaan päätellä asukas valmistaa ruokaa, mitä voidaan hyödyntää muun muassa vanhustenhoidossa. Järjestelmällä voidaan myöskin havannoida esimerkiksi päälle unohtunut hella, mikä lisää turvallisuutta. Huomaamaton laitteiden seuranta järjestelmä voidaan toteuttaa esimerkiksi seuraamalla sähkönkulutusta. Tämä voidaan tehdä niin, että tarkkaillaan tehonkulutusta. Kun kytketään esimerkiksi kahvinkeitin päälle muuttuu tehonkulutus, mikä havainnoidaan sähkömittarilla. Jos tehonkulutuksen muutoksia vertaillaan ennalta opetettuihin eri laitteiden kulutusmittauksiin voidaan päätellä mikä laite on kyseessä kun havainnoidaan kulutuksen muutos. Projektin käytettävissä on TUAS-talon toisen kerroksen kahvihuoneeseen asennetut kaksi sähkömittaria ja näihin liittyvä seurantapalvelu. Projektin kuluessa kyseiseen järjestelmään tutustutaan ja se otetaan käyttöön. Lisäksi sen toimintaa evaluoidaan ja pohditaan miten järjestelmän toimintaa voitasiin parantaa. Joitain parannuskohteita mahdollisesti tullaan myös toteuttamaan. 2 Projektin tavoitteet Tulokselliset tavoitteet Projektin päätavoite on ideoida kokonaisen keittiön toimintojen seurantajärjestelmän ominaisuuksia ja toteutusta. Tämä tehdään hyödyntäen ja pohjautuen jo olemassa olevaan TUAS-talon toisen kerroksen kahvihuoneeseen liitettyyn seurantajärjestelmään. Tavoitteen saavuttamiseksi on asetettava useita välitavoitteita. Projektin alussa tutustutaan kahvihuoneen seurantajärjestelmään. Sille suoritetaan käyttöönotto ja myöskin opetetaan eri keittiölaitteita. Tavoitteena on evaluoida järjestelmä ja sen toiminnot. Lisäksi pohditaan niihin mahdollisia parannuskohteita niin käytettävyyden, tarkkuuden kuin uusien ominaisuuksien kannalta. Seuraava tavoite on suunnitella miten kokonaisen keittiön seurantaan soveltuva järjestelmä voitaisiin toteuttaa ja mitä ominaisuuksia tähän tarvitaan. Tätä varten pohditaan miten järjestelmän tuottamaa tietoa voidaan käyttää tunnistamaan erilaisia keittiötoimintoja, esimerkiksi kahvinkeitto tai ruuanlaitto. Mahdollisuuksien mukaan jotain osia pohdinnoissa nousevista ideoista voidaan toteuttaa, mutta tämä ei ole projektin alkuperöinen tavoite. Projektin päätyttyä on tavoitteen mukaan tarkoituksena, että olemassa oleva järjestelmä on käyttöönotettu ja evaluoitu sekä mahdollisesti lisätty uusia ominaisuuksia tai paranneltu jätjestelmää. Lisäksi tavoitteena on suunnitella kokonaisen keittiön seurantajärjestelmän ominaisuuksia ja toteutusta. 1
Työmäärä Projektin kokonaistyömääräksi on tarkoitus tulla yhteensä noin 250 tuntia. Tämä tarkoittaa kullekkin kolmelle projektiryhmän jäsenelle jaettuna n. 70-80 tuntia, joka opintopisteiksi muunnettuna on 3op. Pääosa työtunneista koostuu laitteiston käyttöönotosta ja evaluoinnista, joka toteutetaan TUAS-talon kahvihuoneen seurantajärjestelmää käyttäen. Työaikaa kuluu myös laitteistoon ja järjestelmään tutustumiseen sekä ominaisuuksien ja parannuksien kehittelemiseen. Myöskin raportoinnille on varattava riittävästi aikaa, jotta tavoitellussa työmäärässä tullaan pysymään. 3 Työn ositus Järjestelmän käyttöönottoprojekti ajatellaan koostuvan seuraavista korkean tason työpaketeista: 1. Aiheeseen tutustuminen. Tutustumismateriaalina toimivat muun muassa projektityön kuvaus ja muutama kandi-, DI- ja lisensiaatintyö. Aika-arvio: 4h/henkilö. 2. Olemassa olevaan sovellukseen tutustuminen. Sähkömittarit ja ohjelmisto ovat valmiiksi asennettuna. Tässä työn osassa tutkitaan, miten sähkömittarit ovat asennettu seurattavaan keittiöön, ja mitä kaikkea sovelluksella voi tehdä. Aika-arvio: 4h/henkilö. 3. Projektisuunnitelman laadinta. Aika-arvio: 2h/henkilö. 4. Sovelluksen käyttöönotto TUAS-talon automaatiopuolen 2. kerroksen keittiössä. Aika-arvio: 20h/henkilö. 5. Nykyisen sovelluksen toimintojen toimivuuden arviointi suorittamalla erilaisia kokeita, joista selviää muun muassa järjestelmän toimintatarkkuus ja käytettävyys. Aika-arvio: 20h/henkilö. 6. Mikäli parannusideoita syntyy, on mahdollista, että annetun aikataulun puitteissa tehdään sopivanlaajuisia järjestelmän parannuksia. Aika-arvio: 10-40h/henkilö. 7. Projektin aikaansaannosten dokumentointi projektidokumentaatiossa. Aika-arvio: 5h/henkilö. 4 Projektin riskit NIALM-järjestelmän tarkkuus ei riitä Vaikutus: pieni/keskisuuri Todennäköisyys: suuri 2
Käyttöönotettava NIALM-järjestelmä ei pysty tunnistamaan kaikkia keittiölaitteita riittävän hyvin. Tämä riski on varsin todennäköinen, sillä monet keittiölaitteet muistuttavat sähkönkulutusprofiililtaan toisiansa, ja lisäksi niitä käytetään usein yhtäaikaisesti. Tilannetta vaikeuttaa, että esimerkiksi vedenkeittimillä tai kahvinkeittimillä ei yleensä ole merkittävää ulkoista induktiivista tai kapasitiivista kuormaa, joten tunnistus täytyy tehdä lähinnä pelkästään käyttäen resistiivistä kulutusprofiilia. Dokumentaation puutteesta johtuvat ongelmat ja lisätyön tarve Vaikutus: pieni/keskisuuri Todennäköisyys: suuri Laitteiston ja siihen liittyvien ohjelmistojen tarkka toiminta on projektia aloitettaessa tuntematon. Sähkömittarissa on muokattu ohjelmisto, johon ei ole saatavilla tarkkaa dokumentaatiota. Tukea sen toimintaan liittyvissä kysymyksissä on mahdollisesti tarjolla, mutta aikataulu tällaisissa voi venyä. Näihin ongelmiin törmääminen arvioidaan suureksi, koska olemme jo törmänneet joihinkin ongelmiin järjestelmän toiminnassa. Uudentyyppisen laiteidentifioinnin tarve Vaikutus: suuri Todennäköisyys: pieni Mikäli nykyinen järjestelmä ei tunnista jotain laitetta tai sen toiminnassa esiintyy muita ongelmia, voi olla tarpeen perehtyä ohjelmiston toimintaan tarkemmin. Jos merkittäviä ohjelmistomuutoksia jouduttaisiin toteuttamaan (esimerkiksi lisäämään tuki uudentyyppisen laitteen tunnistukselle), lisätyömäärä voi olla huomattava. Pidämme tämän riskin toteutumista kuitenkin epätodennäköisenä, sillä järjestelmää on aikaisemmin kehitetty nimenomaan keittiölaitteille, ja projekti on luonteeltaan järjestelmän käyttöönotto- ja arviointiprojekti, jossa ei ole tarkoitus tehdä järjestelmän mittavaa kehitystyötä vaan arvoida sen käyttökelpoisuutta ja löytää parannuskohtia. Toisen sähkömittarin virhetila Vaikutus: suuri Todennäköisyys: pieni Sähkömittari, jota meidän olisi tarkoitus käyttää, oli projektilaitteistoon tutustuttaessa virhetilassa. Jos tilannetta ei saada korjattua pian, projektin tekeminen vaikeutuu. Riskin toteutuminen on kuitenkin epätodennäköistä, sillä laitteen valmistaja on aktiivinen projektin suhteen, laite on etähallittavissa, eikä vian ratkaisemiseksi ole vielä kokeiltu edes yksinkertaisimpia selvitystoimenpiteitä. 3
5 Ajan ja tiimityön hallinta Työn osituksesta ei ole löydettävissä selkeästi kokonaisuudesta irroitettavia työpaketteja, joten emme suunnitelleet tässä vaiheessa minkäänlaista työnjakoa, vaan ajatuksena on, että kaikki osallistuvat aluksi samalla lailla kaikkiin tehtäviin. Myöhemmin tästä voidaan poiketa, jos on tarkoituksenmukaista. Tehtyä työmäärää aiotaan seurata tuntikirjanpidolla. Merkittäviä päivämääriä projektin kannalta ovat 5.3., jolloin projektista palautetaan väliraportti, 7. tai 14.5., jolloin projektin aikaansaannokset esitellään, ja 25.5. jolloin projektidokumentaation tulee olla kokonaisuudessaan valmis. Projektin merkittävimmät riskit paljastuvat NIALMS-järjestelmän käyttöönottovaiheessa. Tästä syystä käyttöönottovaihe olisi hyvä saada valmiiksi mahdollisimman äkkiä, jotta toteutuneisiin riskeihin ehditään reagoida. Taulukossa 1 on esitetty projektin suuntaa-antava aikataulu. Kuitenkin, koska tehtävät eivät ole täysin riippuvaisia toisistaan, aikataulussa on pelivaraa varsin paljon. Taulukko 1: Projektin alustava aikataulu Tehtäväkokonaisuus Valmistumispäivä Aiheeseen tutustuminen 28.1.2014 Sovellukseen tutustuminen 31.1.2014 Projektisuunnitelman laadinta 28.1.2014 Sovelluksen käyttöönotto 16.2.2014 Toimintojen arviointi 9.3.2014 Parannusten toteuttaminen 13.4.2014 Projektin dokumentointi 7.5.2014 4