Nokia

Nokia Enterprise Solutions har skapat ett plattformsbaserat, trådlöst obemannat luftfartyg (UAV) med fokus på överlägsen 5G-anslutning för industriella tillämpningar.

Nokia Drone Networks (NDN) – som drivs av Nokia Digital Automation Cloud – är en helhetslösning som omfattar privata och säkra mobila bredbandsmolnanslutningar.

Lösningen gör det möjligt för en flotta av drönare att flyga på automatiserade individuella uppdrag som styrs från NDN:s markstyrningsstation. För maximal mångsidighet kan drönarens nyttolast ändras och Nokias drönare kan utrustas eller förbättras på många olika sätt. Nokias kardanupphängning för dubbla kameror har monterade HD-videokameror och termiska videokameror, och UAV:n kan även bära utrustning som högtalare, sökarljus och anpassningsbara sensorer för rök, rörelse och strålning.

På så sätt kan drönarna uppfylla en rad olika affärstillämpningar och industriella tillämpningar från insamling av data för exempelvis områdessäkerhet till att underlätta den offentliga säkerhetsverksamheten i kritiska situationer. Drönarna är anslutna via ett privat mobilt bredbandsnät med hög kapacitet, vilket gör att de inte påverkas av överbelastning i det offentliga nätet och kan manövreras manuellt vid behov.

Användningen av drönare och drönarteknik ökar inom branscher som jordbruk, byggnation, gruvdrift, telekommunikation och allmännyttiga tjänster, men det är förståeligt nog Nokia Drone Networks som har fått mest beröm för sin användning inom den offentliga säkerheten.

Expertis inom digital tillverkning

Nokia bad Protolabs stödja dem i utvecklingen av en CE/CB-certifierad 5G-lösning för UAV för industriell användning. Drönaren kan i första hand användas för övervakning och säkerhet samt för humanitära ändamål.

Framgångsrik tillverkning uppnåddes genom råd från Protolabs expertteam av applikationsingenjörer och snabb formsprutning av delar som tillverkades, packades och skickades till Nokia för sammansättning.

Det är absolut nödvändigt att obemannade luftfartsprodukter uppfyller alla certifieringskrav som ställs av de relevanta luftfartsmyndigheterna samt de krav som ställs av kunderna på den europeiska marknaden. De stränga kraven för flygcertifiering, i kombination med behovet av den högsta specifikationen för 5G-anslutningsprestanda som är synonymt med Nokia, utgjorde en betydande teknisk utmaning för både Protolabs och Nokias team.

Uppfylla luftfartskraven

Inom luftfarten måste alla komponenter vara så lätta som möjligt och samtidigt uppfylla de strängaste säkerhetsnormerna. Säkerhetsaspekten kan dock vara problematiska när man utformar obemannade flygprodukter som drönare på grund av den enorma energikälla som finns inuti enheten. Den här energikällan kan motverka de strikta flygbestämmelserna för brandfarliga produkter.

Det är därför viktigt att material som används i en UAV uppfyller alla standarder för brandfarlighet. En annan viktig faktor är att materialen klarar de robusta kraven för utomhusbruk. Det måste kontrolleras hur materialet klarar sig när det utsätts för faktorer som fluktuerande temperaturer, nederbörd och ultraviolett strålning – blir materialet till exempel sprött i solljus?

Det exakta valet av material för Nokia-projektet skulle visa sig vara nyckeln till framgång. Några veckor efter starten, trots att bearbetningen redan hade påbörjats på Protolabs, var Nokia tvungna att överge sitt första val av material eftersom det inte uppfyllde både certifieringsstandarderna och deras exakta behov.

Nokias och Protolabs team var tvungna att gå tillbaka till ritbordet för att hitta ett exceptionellt material som kunde uppfylla alla krav. Efter ett intensivt sökande hittade de till slut en lösning, vilket förklaras av Thomas Eder, chef för inbyggda trådlösa lösningar på Nokia Enterprise Solutions:

”Vår urvalsprocess bestod av två faser; i den första fasen, eftersom det saknades kvalificerade material inom UAV-design, tittade vi på material som vanligtvis används inom bilindustrin och som också uppfyllde luftfartsstandarderna. I den andra fasen matchade vi materialet mot Protolabs bearbetningskapacitet.

Lyckligtvis är Protolabs bearbetningskapacitet mycket bred, så våra alternativ förblev oförhindrade och vi var lättade när vi till slut hittade ett bra material som tillgodosåg alla våra behov.”

Förberedelse för formbarhet

Protolabs anpassade verktygen som skapats för det tidigare övergivna materialet, vilket sparade värdefull tid och kostnader för Nokia. Deras insatser bidrog till att säkerställa att det nya materialet skulle fungera bra i tillverkningsmiljön – ett unikt utmanande scenario för teamet.

Dom Corpuz, Protolabs applikationsingenjör som ledde projektet, beskrev samarbetet med Nokia:

”Ur tillverkningssynpunkt innebar det ursprungliga materialet ingen särskild utmaning när det gäller presskapacitet. Men det material som Nokia slutligen valde, efter att ha genomfört flödessimuleringar, visade att det eventuellt skulle få problem med fyllningen när delarna gjöts.

”Den här utmaningen löstes genom samarbete mellan oss och teamet på Nokia, där vi diskuterade ändringar i komponentdesignen, verktygskonfiguration och det tryck som krävs för att säkerställa ett effektivt flöde av material i formkaviteten. Nokias behov var mycket exakta och jag är glad att vi kunde stödja dem fullt ut i ett så viktigt projekt.”

Klicka för att förstora

Rådgivning om material

 

Förutom Protolabs maskinerikapacitet kunde Dom Corpuz och applikationsingenjörsteamet även ge stöd i form av rådgivning om material. Thomas fortsatte:

”Protolabs gjorde ett enastående arbete, inte bara med maskinspecifikationskraven, delkonstruktionen och verktygskonfigurationen utan även genom att hjälpa oss med valet av material.

Vi stod inför en unik tillverkningsutmaning eftersom materialet inte bara behövde uppfylla stränga krav på flygsäkerhet och certifiering för användning utomhus, utan även göra det möjligt för drönaren att fungera som en 5G-enhet med uppkoppling. Många drönartillverkare och andra liknande tillverkare inom luftfartssektorn har små metalldelar inuti enheten som kräver anslutning, så höljet och de strukturella delarna får inte hindra denna del av funktionaliteten.

”Om du använder ett material som har en EMC-avskärmning, men sedan har en integrerad antenn i det avskärmade höljet, kan detta eventuellt hindra anslutningen. Dessa drönare är i princip 5G-anslutna robotar, så de material som används måste väljas mycket noggrant för att fungera inom otroligt snäva certifierings- och anslutningsparametrar.”

Ett lyckat slutresultat

Samarbetet med Protolabs krävde hela 19 olika delutföranden, för både höljet och de strukturella aspekterna av enheten, samt en packning. Protolabs komponenter skyddade inte bara elementen inuti drönaren och gav den aerodynamik som krävs för en högpresterande UAV, utan de var också en del av drönarens ramverk och höll i slutändan ihop enheten.

Nokia tog snabbt stickprov på delarna för att verifiera dem och sedan lades tillverkningsordern. Thomas sade:

”Det var en utomordentlig teknisk utmaning som Protolabs klarade med en utomordentlig tjänst. Vi inser att deras effektivitet och expertis och noggrannheten i detaljerna och hur snabbt de utförde arbetet inte var något som många andra tillverkare hade kunnat uppnå. När vi väl hade fått materialet fastställt kunde Protolabs tillverka delarna och få dem skickade till oss mycket snabbt."