Nokia

Nokia Enterprise Solutions on luonut alustapohjaisen, langattoman miehittämättömän ilma-aluksen, jonka huippunopea 5G-yhteys sopii teolliseen käyttöön.

Nokia Drone Networks (NDN) – jota tukee Nokia Digital Automation Cloud – on kokonaisvaltainen ratkaisu, joka sisältää yksityisen ja suojatun mobiililaajakaistayhteyden pilvipalveluun.

Ratkaisun avulla droonilaivue voi lentää automatisoidusti yksittäisiä toimeksiantoja, joita hallitaan NDN-lennonjohtoasemasta. Monipuolisen käytön varmistamiseksi Nokian droonien hyötykuormaa voidaan muuttaa, ja niitä voidaan myös varustella ja parantaa monilla eri tavoilla. Nokian nivelliitokseen asennettu kaksoiskamera sisältää HD-videokameran ja lämpökameran, ja miehittämätön ilma-alus voidaan varustaa myös esimerkiksi kaiuttimilla, valonheittimillä sekä mukautettavilla savu-, liike- ja säteilyantureilla.

Tämän ansiosta droonit sopivat moniin kaupallisiin ja teollisiin käyttökohteisiin, aina alueen turvallisuustietojen keräämisestä yleisen turvallisuuden varmistamiseen. Droonit muodostavat yhteyden yksityisen, suuren kapasiteetin mobiililaajakaistaverkon kautta, minkä ansiosta julkisen verkon ruuhkaisuus ei vaikuta niihin. Drooneja voidaan tarvittaessa ohjata myös manuaalisesti.

Vaikka lentävien droonien ja drooniteknologian suosio kasvaa monilla teollisuuden aloilla, kuten maanviljelyssä, rakentamisessa, kaivoksissa, teleliikenteessä ja kunnallispalveluissa, Nokia Drone Networksin käyttöönotto yleisen turvallisuuden varmistamisessa on ymmärrettävästi saanut eniten suosionosoituksia.

Digitaalisen valmistuksen asiantuntija

Nokia pyysi Protolabsilta apua CE/CB-sertifioidun, 5G-yhteydellä varustetun miehittämättömän ilma-aluksen kehittämiseksi teollisuuden käyttöön. Droonia voidaan käyttää ensisijaisesti valvonta- ja turvallisuustehtävissä sekä humanitaarisen avun toimittamisessa.

Protolabsin sovellusinsinöörien ohjeiden avulla osat saatiin ruiskuvalettua nopeasti, minkä jälkeen ne puristettiin, pakattiin ja lähetettiin Nokialle kokoonpanoa varten.

On ehdottoman tärkeää, että miehittämättömät ilma-alukset täyttävät kaikki ilmailuviranomaisten ja asiakkaiden vaatimukset eri puolilla Eurooppaa. Ilmailualan tarkat vaatimukset ja Nokian edellyttämät 5G-verkon suuret nopeudet muodostivat merkittävän suunnitteluhaasteen sekä Protolabsin että Nokian tiimeille.

Ilmailualan vaatimusten täyttäminen

Ilmailualalla kaikkien osien on oltava mahdollisimman kevyitä mutta silti täytettävä erittäin tarkat turvallisuuskriteerit. Turvallisuusnäkökulmat voivat olla haastavia droonien kaltaisten miehittämättömien ilma-alusten suunnittelussa, sillä laite kantaa mukanaan valtavaa energialähdettä. Tämä energialähde voi olla ristiriidassa ilmailualan helposti syttyviä tuotteita koskevien säädösten kanssa.

Tämän vuoksi on tärkeää, että miehittämättömän ilma-aluksen materiaalit ovat kaikkien syttyvyyttä koskevien standardien mukaisia. Materiaalien on myös kestettävä vaativaa ulkokäyttöä. Testeissä on varmistettava, miten materiaalit reagoivat altistuessaan erilaisille olosuhteille, kuten lämpötilavaihteluille, sateelle ja ultraviolettisäteilylle – jotkin materiaalit voivat esimerkiksi haurastua auringonvalossa.

Nokia-projektissa materiaalien tarkka valinta osoittautui keskeisen tärkeäksi onnistumisen kannalta. Muutama viikko hankkeen alun jälkeen Nokia joutui vaihtamaan alun perin valitun materiaalin, vaikka Protolabs oli jo aloittanut työkalujen laatimisen, sillä materiaali ei täyttänyt sertifiointistandardien ja Nokian vaatimuksia.

Nokian ja Protolabsin tiimien oli palattava takaisin suunnittelupöydälle ja löydettävä uusi materiaali, joka täyttäisi kaikki vaatimukset. Pitkän etsinnän jälkeen tiimit löysivät viimein ratkaisun. Nokia Enterprise Solutionsin Embedded Wireless Solutions -jaoksen päällikkö Thomas Eder tarkentaa:

"Valintaprosessimme oli kaksivaiheinen. Ensimmäisessä vaiheessa meillä ei ollut miehittämättömän ilma-aluksen rakenteeseen sopivia materiaaleja, joten tutkimme autoteollisuudessa käytettyjä materiaaleja, jotka täyttivät myös ilmailualan standardit. Toisessa vaiheessa vertasimme materiaaleja Protolabsin koneistustarjontaan. Onneksi Protolabsin koneistustarjonta on kattava, joten löysimme lopulta helpotukseksemme erinomaisen materiaalin, joka täyttää kaikki tarpeemme."

Ruiskuvalun valmistelu

Protolabs päätti mukauttaa aiemmin hylättyä materiaalia varten luotuja työkaluja, mikä säästi Nokialta arvokasta aikaa ja rahaa. Protolabs auttoi myös varmistamaan, että uusi materiaali toimii hyvin puristimessa, mikä oli haastava tehtävä koko tiimille.

Protolabsin projektia johtanut sovellusinsinööri Dom Corpuz kuvailee yhteistyötä Nokian kanssa seuraavasti:

"Valmistuksen näkökulmasta alkuperäisen materiaalin puristettavuudessa ei ollut mitään erityisiä ongelmia. Sen sijaan Nokian lopulta valitseman materiaalin virtaussimulaatioissa havaittiin, että osien ruiskuvalussa saattaisi ilmetä täyttöongelmia.

"Selvitimme tämän haasteen tekemällä yhteistyötä Nokian tiimin kanssa. Keskustelimme osan rakenteen muutoksista, työkalujen kokoonpanosta ja riittävästä paineesta, joka varmistaa materiaalin virtauksen muotin pesään. Nokian vaatimukset olivat erittäin tarkkoja, ja olenkin tyytyväinen, että pystyimme täyttämään ne tällaisessa tärkeässä projektissa."

Click to enlarge

Neuvoja materiaalin valinnassa

Koneistuksen lisäksi Protolabsin sovellusinsinöörit Domin johdolla tukivat myös materiaalin valinnassa. Thomasin sanoin:

"Protolabs teki erinomaista työtä – he eivät ainoastaan huolehtineet koneistuksen määrittämisestä, osan suunnittelusta ja työkalun kokoonpanosta, vaan auttoivat meitä myös valitsemaan oikean materiaalin.

Kohtasimme ainutlaatuisen haasteen valmistuksen kannalta, sillä materiaalin oli täytettävä ilmailualan tarkat turvallisuuskriteerit ja ulkokäyttöä koskevat vaatimukset sekä lisäksi mahdollistettava droonin 5G-yhteys. Monet droonivalmistajat ja muut ilmailualalla toimivat valmistajat käyttävät laitteissa pieniä metalliosia, jotka edellyttävät luotettavaa yhteyttä. Kotelo ja muut rakenteelliset osat eivät siksi saa estää tai häiritä yhteyksiä.

"Jos käytetään sähkömagneettiselta säteilyltä suojattua materiaalia ja suojattuun koteloon integroitua antennia, se voi mahdollisesti estää yhteyden muodostamisen. Nämä droonit ovat käytännössä 5G-yhteydellä varustettuja robotteja, joten niiden materiaalit on valittava erittäin huolellisesti – sertifiointeja ja yhteyksiä koskevat vaatimukset ovat äärimmäisen tarkkoja."

Onnistunut lopputulos

Yhteistyössä Protolabsin kanssa tehtiin yhteensä 19 erilaista osaa laitteen koteloa ja rakennetta varten sekä lisäksi yksi tiiviste. Protolabsin valmistamat osat eivät ainoastaan suojanneet droonin sisäisiä elementtejä ja varmistaneet sen aerodynaamisia ominaisuuksia, vaan niillä oli myös keskeinen rooli droonin runkorakenteessa ja laitteen koossa pitämisessä.

Nokia tarkasti osanäytteet nopeasti ja teki tuotantotilauksen. Thomas toteaa lopuksi:

"Tämä oli ainutlaatuinen suunnitteluhaaste, johon Protolabs vastasi erinomaisella palvelulla. Arvostamme suuresti heidän tehokkuuttaan, osaamistaan ja yksityiskohtaan paneutumista, ja lisäksi yrityksen toiminta oli harvinaisen nopeaa. Kun materiaalit oli valittu, Protolabs sai osat ruiskuvalettua ja toimitettua meille äärimmäisen ripeästi."