Lisätyn todellisuuden käyttömahdollisuudet Loviisan voimalaitoksella

(1)

Lisätyn todellisuuden käyttömahdollisuudet Loviisan voimalaitoksella

Vera Bärlund

Pro gradu –tutkielma

Tietojenkäsittelytieteen laitos Tietojenkäsittelytiede

Helmikuu 2021

(2)

i

ITÄ-SUOMEN YLIOPISTO, Luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunta, Kuopio Tietojenkäsittelytieteen laitos

Tietojenkäsittelytiede

Opiskelija, Vera Bärlund: Lisätyn todellisuuden käyttömahdollisuudet Loviisan voimalaitoksella

Pro gradu –tutkielma, 72 s., 1 liite (1 s.)

Pro gradu –tutkielman ohjaaja: FT Tapani Toivonen Helmikuu 2021

Tiivistelmä

Tässä pro gradu -tutkielmassa selvitettiin lisätyn todellisuuden käyttömahdollisuuk- sia Fortum Power and Heat Oy:n Loviisan voimalaitoksella. Tutkielma toteutettiin suunnittelututkimuksen menetelmin kattaen yhden sovelluskehityksen iteraation.

Tutkielmassa haettiin vastauksia kysymyksiin siitä, mitä lisätty todellisuus on, miten tätä teknologiaa on hyödynnetty ja miten sitä tulisi hyödyntää teollisuudessa. Kirjal- lisuudesta löydettyjen tutkimustulosten pohjalta selvitettiin, miten lisättyä todellisuutta voitaisiin parhaiten hyödyntää Loviisan voimalaitoksella. Lisätty todellisuus määritellään virtuaalisten 3D-objektien sijoittamiseksi reaalimaailman näkymään reaaliajassa. Lisättyä todellisuutta voidaan kehittää esimerkiksi mobiililaitteille tai AR-laseille. Lisättyä todellisuutta on käytetty teollisuuden aloilla pääasiassa erilaisiin visualisointi- ja mallinnustarkoituksiin, ohjeistukseen ja opastukseen, koulutukseen, suunnitteluun, videovälitteisiin etäyhteyksiin ja yhteistyömahdollisuuksien lisäämi- seen. Tutkielman kokeellisessa osuudessa suunniteltiin ja kehitettiin ohjesovellus laippaliitosten kiristykseen. Sovellusprototyyppi kehitettiin Microsoft HoloLens 2 - laseille ja laitteella toteutettiin pienimuotoinen käytettävyystestaus. Käyttäjätestien tuloksia arvioitiin luotettavin ja laadullisin menetelmin muun muassa System Usabi- lity Scale -arviointia hyödyntäen. Teknologia ja sovellus saivat pääasiassa positiivis- ta palautetta ja sovelluksen käytettävyyden todettiin olevan hyvällä tasolla. Sovelluk- sen jatkokehitys voitaisiin toteuttaa Microsoft Dynamics 365 Guides -työkalulla, joka mahdollistaa monipuolisempien kokoonpano-ohjeiden luomisen. Vaihtoehtoi- sesti lisättyä todellisuutta voitaisiin hyödyntää ydinvoimalaitoksella muihin teolli- suudesta tuttuihin käyttötarkoituksiin. HoloLens 2 -lasien todettiin olevan soveltuvat kenttätyöskentelyyn yhdessä muiden tarpeellisten suojaimien kanssa.

Avainsanat: lisätty todellisuus, HoloLens 2, ydinvoimalaitos, Loviisan voimalaitos, Fortum Power and Heat Oy

ACM-luokat (ACM Computing Classification System, 2012 version): CCS → Hu- man-centered computing → Human computer interaction (HCI) → Interaction paradigms → Mixed / augmented reality

(3)

ii

UNIVERSITY OF EASTERN FINLAND, Faculty of Science and Forestry, Kuopio School of Computing

Computer Science

Opiskelija, Vera Bärlund: Possibilities of using augmented reality at the Loviisa Nu- clear Power Plant

Master’s Thesis, 72 p., 1 appendix (1 p.)

Supervisor of the Master’s Thesis: Dr. Tapani Toivonen February 2021

Abstract

The possibilities of using augmented reality at Fortum Power and Heat Oy's Loviisa Nuclear Power Plant were investigated in this Master's Thesis. The thesis was im- plemented with design research methods covering one iteration of application development. The thesis sought answers to questions about what augmented reality is, how this technology has been utilized and how it should be utilized in industry. Ba- sed on the research findings of the literature, it was resolved how augmented reality could best be utilized at the Loviisa power plant. Augmented reality was defined as placing virtual 3D objects in a real-world view in real time. Augmented reality can be developed for mobile devices or AR-glasses, for example. Augmented reality has been used in industries mainly for various visualization and modeling purposes, guidance and instruction, training, design, video-based remote connections and for increasing collaboration. In the experimental part of the study, an instructional application for tightening flange joints was designed and developed. An application proto- type was developed for Microsoft HoloLens 2 glasses and a small-scale usability test was performed on the device. The results of the user tests were evaluated using re- liable and qualitative methods, including the System Usability Scale. The technology and application received mainly positive feedback and the usability of the application was found to be at a good level. Further development of the application could be done with the Microsoft Dynamics 365 Guides tool, which allows for the creation of more comprehensive assembly instructions. Alternatively, augmented reality could be utilized at the nuclear power plant for other uses familiar from industry. HoloLens 2 glasses were found to be suitable for field work together with other necessary pro- tective equipment.

Keywords: augmented reality, HoloLens 2, nuclear power plant, Loviisa Nuclear Power Plant, Fortum Power and Heat Oy

CR Categories (ACM Computing Classification System, 2012 version): CCS → Human-centered computing → Human computer interaction (HCI) → Interaction paradigms → Mixed / augmented reality

(4)

iii

Esipuhe

Tämä tutkielma on tehty Itä-Suomen yliopiston Tietojenkäsittelytieteen laitokselle sekä Fortum Power and Heat Oy:n Loviisan voimalaitokselle keväällä 2021. Ennen tutkielman tekoa työskentelin voimalaitoksella kesäharjoittelijana tutustuen teknologioihin, joita tämä pro gradu käsittelee. Olen erittäin kiitollinen Loviisan voimalaitokselle tutkielmani mahdollistamisesta hienossa työympäristössä ja -ilmapiirissä.

Haluan kiittää koko Loviisan voimalaitoksen digitalisaatioryhmää mahdollisuudesta kirjoittaa itselleni mielenkiintoisesta aiheesta ja tutkielman tekoon saamastani va- paudesta. Kiitän Niklas Hurmerintaa ohjauksesta ja vinkeistä, joiden ansiosta työ saatiin vastaamaan voimalaitoksen tarpeita ja toiveita. Kiitos myös Ville Pitkäselle, joka tutustutti minut VR- ja AR-teknologioihin ja toimi apunani aina tarvittaessa.

Kiitokset kuuluvat myös tutkielmani ohjaajalle Tapani Toivoselle, jonka jatkuvan palautteen ansiosta tutkielmasta saatiin laadukas ja rakenteellisesti onnistunut. Halu- an myös kiittää esimiestäni Ruusaliisa Leinosta tutkielman mahdollistamisesta ja kannustuksesta työn edetessä.

Poikkeuksellisista olosuhteista huolimatta tutkielman toteutus sujui hienosti ko- ronaviruspandemian vallitessa ja rajoittaessa myös voimalaitoksella työskentelyä.

Tästä kiitos vielä perheelleni ja muille läheisilleni, jotka auttoivat minua jaksamaan etätyöarjessa.

(5)

iv

Lyhenneluettelo

ACM Association for Computing Machinery; maailmanlaajuinen tietotekniik- ka-alan tieteellinen yhdistys

AR Augmented Reality; lisätty todellisuus CAD Computer Aided Design

GPS Global Positioning System; maailmanlaajuinen paikannusjärjestelmä GSM Global System for Mobile Communications

HMD Head-Mounted Display; päähän asennettu näyttö, yleensä kypärä tai lasit

HWD Head-Worn Display; päähän puettu näyttö, synonyymi HMD:lle LiDAR Light Detection and Ranging; valotutka

MR Mixed Reality; yhdistetty todellisuus

MWB Must-Win-Battle; Fortum Oyj:n strateginen ohjelma POI Point of Interest; kohdepiste

QR-koodi Quick Response code; ruutukoodi RFID Radio Frequency Identificaton

SLAM Simultaneous Localization and Mapping SUS System Usability Scale

TUI Tangible User Interface; käsinkosketeltava käyttöliittymä

URL Uniform Resource Locator; verkkosivuston tai tiedoston sijainti inter- netissä

VR Virtual Reality; virtuaalitodellisuus

VR CR Virtual Reality Control Room; valvomotilan VR-simulaattori VVER Vodo-vodjanoi energetitšeski reaktor; neuvostoliittolais-venäläinen

ydinvoimaloissa käytettävä painevesireaktori WLAN Wireless Local Area Network

WPAN Wireless Personal Area Network WWAN Wireless Wide Area Network

XR Extended Reality; laajennettu todellisuus, kattotermi AR:lle, VR:lle ja MR:lle

(6)

v

Sisällysluettelo

1 Johdanto ... 1

1.1 Tutkielman rakenne ja taustaa ... 2

1.2 Tutkimusmenetelmät ... 5

2 Loviisan voimalaitos ja lisätty todellisuus ... 8

2.1 Fortum ja Loviisan voimalaitos ... 8

2.2 Lisätty todellisuus ... 9

2.2.1 Määritelmä ... 9

2.2.2 Käyttökohteet ... 12

2.2.3 Teknologia ... 15

2.2.4 Haasteet ... 17

2.3 Fortumin tämänhetkiset ratkaisut ja ongelmankartoitus ... 17

3 Lisätyn todellisuuden käyttö teollisuudessa ... 25

3.1 Käyttö ja mahdollisuudet teollisuudessa ... 25

3.2 AR-ratkaisun suunnittelu ... 33

3.2.1 Kehityskohde ... 33

3.2.2 HoloLens 2 ... 35

3.2.3 Pistepilvi, NavVis VLX ja eSiteview ... 39

4 Sovelluskehitys: Kunnossapidon AR-ohjeet ... 43

4.1 Työkalut ... 43

4.2 Prototyypin toteutus ... 44

5 Käytettävyystestaus ... 51

5.1 Käyttäjätestit ... 51

5.2 Evaluointimenetelmät ... 53

5.3 Käyttäjätestien tulokset ja analysointi ... 54

5.3.1 System Usability Scale (SUS) -tulokset ... 54

5.3.2 Havainnoinnin tulokset ... 56

5.3.3 Kirjallinen ja suullinen palaute ... 57

5.4 Jatkokehitys ... 58

5.5 Tutkimuksen rajoitteet ... 60

6 Johtopäätökset ... 61

Liite: System Usability Scale -arviointilomake ... 64

Viitteet ... 65 Liitteet

Liite: System Usability Scale -arviointilomake

(7)

1

1 Johdanto

Lisätty todellisuus eli AR (eng. Augmented Reality) on teknologia, jonka kautta käyt- täjä havainnoi virtuaalisilla objekteilla varusteltua reaalimaailmaa (Kts. Kuva 1) (Carmigniani, Furht, Anisetti, Ceravolo, Damiani & Ivkovic, 2011). Näiden virtuaalisten objektien ansiosta käyttäjä voi esimerkiksi toteuttaa ohjeita vaativia tehtäviä avustetusti. Yleisimmin AR-teknologiaa käytetään mainonnassa, viihteessä, koulutuksessa, lääketieteessä ja mobiilisovelluksissa (Carmigniani et al., 2011). Edellä mainittujen käyttökohteiden lisäksi teknologian käyttö teollisuudessa on Bottanin ja Vignalin (2019) mukaan lisääntynyt viime vuosina. Teollisuuden kasvavasta kiinnos- tuksesta huolimatta lisätyn todellisuuden hyödyntämistä ydinvoimalaitosympäristöis- sä ei ole vielä juurikaan tutkittu. (Bottani & Vignali, 2019.)

Kuva 1. AR-käyttöliittymä sisätiloissa navigoimiseen näyttää yleiskuvan ja reittiohjeita rakennuksesta. (Höllerer & Feiner, 2004).

Teollisuudessa yksi viime aikojen suosituimpia lisätyn todellisuuden käyttökohteita on ollut virtuaaliohjeiden hyödyntäminen huolto- ja kokoonpanotehtävissä (Aromaa, Aaltonen, Kaasinen, Elo & Parkkinen, 2016; Campbell, Kelly, Jung & Lang, 2017;

Radkowski, Herrema & Oliver, 2015; Softability Oy, 2020). Ohjeet voidaan esittää

(8)

2

virtuaalisesti 2D- tai 3D-malleina, symboleina tai kuvina ja videoina (Aromaa et al., 2016). Lisättyä todellisuutta voidaan käyttää myös paikannusratkaisuihin (Eursch, 2007; Ishii, Bian, Fujino, Sekiyama, Nakai, Okamoto, Shimoda, Izumi, Kanehira &

Morishita, 2007; Palmarini, Erkoyuncu, Roy & Torabmostaedi, 2018) esimerkiksi kuvan 1 mukaisten reittiohjeiden näyttämiseen. Näiden lisäksi lisättyä todellisuutta voidaan käyttää muun muassa tehdasalueen havainnollistamiseen ja työprosessien visualisoimiseen virtuaalisten objektien avulla (Eursch, 2007; Sorensen, 2014), koulutukseen (Softability Oy, 2020; Sorensen, 2014) ja etätukeen (Chen, Lee, Swift &

Tang, 2015; Softability Oy, 2020).

Tämä pro gradu -tutkielma on toteutettu Fortum Power and Heat Oy:n Loviisan voimalaitokselle syksyn 2020 ja alkuvuoden 2021 aikana. Tutkielman tarkoitus on tutkia AR-teknologian tämänhetkisen käytön laajuutta teollisuudessa ja ydinvoimalaitos- ympäristöissä ja selvittää, millä keinoin teknologiaa voidaan hyödyntää Loviisan voimalaitoksella. Johdannossa käsitellään aluksi tutkielman rakennetta ja taustaa ja lopuksi esitellään käytetyt tutkimusmenetelmät.

Tutkielmassa haetaan vastauksia seuraaviin kysymyksiin:

1. Mitä on lisätty todellisuus ja miksi sitä tulisi hyödyntää teollisuudessa? (Lu- vut 2 & 3)

2. Miten lisättyä todellisuutta on hyödynnetty teollisuudessa ja ydinvoimalaitoksilla? (Luku 3)

3. Miten lisättyä todellisuutta kannattaa hyödyntää Loviisan voimalaitoksella?

(Luku 3, 4 & 5)

1.1 Tutkielman rakenne ja taustaa

Energiayhtiö Fortum Oyj:n tavoitteena on viedä maailmaa kohti puhtaampaa tulevai- suutta muokkaamalla energiajärjestelmää, tarjoamalla älykkäitä ratkaisuja ja kehit- tämällä resurssitehokkuutta. Vuonna 2016 Fortum otti digitalisaation globaaliksi stra- tegiseksi tavoitteekseen. "Digitalize our business to maximum scalability" -projekti otettiin osaksi Fortumin Must-Win-Battle (MWB) -ohjelmaa tarkoituksena saavuttaa

(9)

3

johtava asema digitalisaatiossa energia-alalla. Projektin tavoitteena on onnistua luomaan vähintään yksi disruptiivinen bisnesmalli sekä energinen ja emotionaalisesti kiinnostava asiakaskokemus. Tavoitteisiin kuuluu myös luoda edistynyttä liiketoi- mintaa, voimalaitoksia ja kaupankäyntiä sekä kilpailukykyinen ja houkutteleva työ- ympäristö. Osana asiakaskokemuksen kehittämistä on hyödyntää virtuaalitodellisuutta (VR) ja lisättyä todellisuutta käytön ja koulutuksen saralla. (Söderholm, 2016.) Must-Win-Battle -ohjelman tavoitteiden saavuttamiseksi haluttiin hyödyntää 3D- malleja ja virtuaalitodellisuutta esimerkiksi valvomotilojen kehittämisessä ja testauk- sessa sekä koulutuksessa (Söderholm, 2016). Sittemmin Fortumin alaisuudessa toimiva eSite on kehittänyt VR-simulaattorin Loviisan voimalaitoksen valvomosta, jolla nähdään olevan suurta potentiaalia valvomotilan validointi- ja evaluointitehtävissä (Kts. Kuva 2) (Bergroth, Koskinen & Laarni, 2018). Muita virtuaalitodellisuuden kehityskohteita olivat 360°-videoiden käyttö koulutustarkoitukseen, VR- teknologialla toteutettu prosessisimulaatio, digitalisoidut käyttöohjeet ja mahdollisuus useiden käyttäjien yhtäaikaiseen kommunikaatioon virtuaalitodellisuuden väli- tyksellä. Lisätyn todellisuuden osalta tavoitteet eivät olleet vielä vuonna 2016 kunni- anhimoisia, mutta tällöin tunnistettiin mahdollisuus helpottaa kenttäoperaatioiden toteuttamista AR-kypärän tai -lasien avulla. Lisäksi esitettiin, että lisättyä todellisuutta voitaisiin myös hyödyntää ohjeiden saatavuuteen ja kommunikaatioon kenttätyön- tekijöiden ja valvomohenkilöstön välillä. Myös 3D-mallien nähtiin olevan käytettä- vissä lisätyssä todellisuudessa. (Söderholm, 2016.)

(10)

4

Kuva 2. Vasemmalla Loviisan voimalaitoksen valvomotilan VR-simulaattorin työasema ja oike- alla ensimmäisen persoonan näkymä VR-simulaattorissa. (Bergroth et al., 2018).

Toisin kuin lisättyä todellisuutta, virtuaalitodellisuuden käyttöä Loviisan voimalaitoksella on tuoreelleen tutkittu. Virtuaalitodellisuutta on käytetty pääasiassa koulu- tustarkoituksiin ja vuonna 2020 suunnitteilla oli useita VR-projekteja. Virtuaalitodel- lisuuden hyödyllisyyttä, vastaanottoa ja soveltuvia käyttökohteita on tutkittu tulok- sin, jotka puoltavat VR-simulaattorien kustannustehokkuutta, lisääntynyttä ydintur- vallisuutta ja pääasiassa miellyttävää käyttökokemusta. (Pitkänen, 2020.) Edellä mainittujen turvallisuus- ja kustannusparannusten lisäksi virtuaalitodellisuuden ansiosta pystytään tehostamaan energiantuotantoa ja lyhentämään voimalaitoksen vuosi- huoltoseisokkeja (Söderholm, 2017).

Vaikka lisätyn todellisuuden käyttöönotto on ollut strateginen tavoite vuodesta 2016 yhdessä virtuaalitodellisuuden kanssa, on se jäänyt vähemmälle kehitykselle jälkim- mäisen teknologian rinnalla. Pääasiassa tämä johtunee VR-teknologian paremmasta saatavuudesta, sillä esimerkiksi Microsoft HoloLens 2 -lasit saatiin Loviisan voimalaitoksella käyttöön vasta kesällä 2020. Ennen HoloLens 2 -laseja Fortum Power and Heat Oy:lla oli käytössä vain ensimmäisen sukupolven HoloLens-lasit ja DAQRI- kypärä. Tämän vuoksi tässä tutkielmassa pyritään kartoittamaan AR-teknologian mahdollisuuksia ydinvoimalaitosympäristössä ja huomioimaan muutkin kuin koulu- tuskäyttötarkoitukset. Koska virtuaalitodellisuutta hyödynnetään Loviisassa paljolti koulutussimulaattoreina, voisi AR-teknologialla puolestaan olla potentiaalia kenttä-

(11)

5

työskentelyssä. Tutkielman tavoitteena on selvittää, millaisia AR-ratkaisuja maail- malla on kehitetty ydinvoimalaitoskäyttöön, ja suunnitella sekä toteuttaa tutkimustulosten pohjalta lisätyn todellisuuden sovellus AR-laseille.

Tämä pro gradu -tutkielma koostuu kuudesta osasta, joista jokainen keskittyy omaan aihealueeseensa. Ensimmäisessä osassa käsitellään johdantoa, tutkimuskysymyksiä ja -menetelmiä. Toisessa osassa esitellään lyhyesti Fortum Power and Heat Oy:ta yrityksenä sekä erityisesti Loviisan voimalaitosta, jotta lukijalle muodostuu käsitys ympäristöstä, jota varten AR-sovellusta tutkielmassa kehitetään. Tämän lisäksi osiossa käydään läpi lisättyä todellisuutta yleisesti, jotta lukijalle syntyy riittävän kattava kuva kehitettävästä teknologiasta. Osiossa myös selvitetään Fortum Power and Heat Oy:n tarpeita teknologian käyttöönoton suhteen ja kartoitetaan jo olemassa olevia ratkaisuja, jotta teknologian käytön nykytilanne on ymmärretty ja seuraavat mahdol- liset askeleet kartoitettu. Kolmannessa osassa käsitellään AR:n käyttöä ydinvoimalai- tosympäristöissä ja teollisuudessa maailmanlaajuisesti, jotta voidaan mahdollisesti hyödyntää jo hyväksi havaittuja ratkaisuja tai jo aikaisemmin tunnistettuja tarpeita.

Tämän jälkeen osiossa suunnitellaan soveltuvaa AR-ratkaisua Loviisan voimalaitoksen käyttöön ja tarkastellaan myös muita teknologioita, joita ratkaisussa on mahdollista hyödyntää. Neljäs osa sisältää tutkielman kokeellisen osuuden ja käsittelee AR- sovelluksen kehitystä, teknistä toteutusta ja oleellisia työkaluja. Viidennessä osassa toteutetaan pienimuotoinen käytettävyystestaus AR-sovelluksen prototyypille Lovii- san voimalaitoksen henkilöstön avulla ja arvioidaan sovelluksen käytettävyyttä. Täs- sä osiossa kerrotaan myös jatkokehitysmahdollisuuksista ja tutkimuksen rajoitteista.

Kuudennessa eli viimeisessä osassa esitellään johtopäätökset.

1.2 Tutkimusmenetelmät

Tämä tutkielma on toteutettu suunnittelututkimuksen (eng. design research) iteratii- visten suunnittelumetodien ja -käytäntöjen mukaan. Iteratiivisessa suunnitteluprosessissa tuote suunnitellaan, testataan ja analysoidaan, minkä jälkeen tätä sykliä toiste- taan uudestaan niin kauan, kunnes tuote on valmis (Kts. Kuva 3) (Laurel, 2003).

Edelsonin (2002) mukaan suunnittelu muodostuu ketjusta valintoja, joilla pyritään

(12)

6

löytämään tasapaino suunnitteluprosessin rajoitusten ja päämäärien välille. Tällaiset valinnat koskevat suunnitteluprosessin etenemistä, tarpeiden ja mahdollisuuksien huomioimista prosessissa ja prosessin tuloksen muotoa. Tehtyjen suunnitteluvalinto- jen seurauksena tapahtuu oppimista, ja suunnittelun painotetaankin olevan nimen- omaan oppimismahdollisuus. (Edelson, 2002.)

Kuva 3. Iteratiivinen suunnitteluprosessi. Mukaillen Laurelia (2003).

Suunnitteluprosessissa tehdyt valinnat kuvastavat prosessia itseään ja näin ollen prosessia voidaan luonnehtia siinä tehtyjen valintojen perusteella. Valinnat voidaan jakaa kolmeen kategoriaan, jotka muodostavat kokonaisuudet ja määrittävät suunnittelun lopputuloksen: prosessimenettely (eng. design procedure), ongelma-analyysi (eng. problem analysis) ja suunnitteluratkaisu (eng. design solution). Prosessimenet- tely määrittää suunnitteluun osallistuvat henkilöt ja tehtävät prosessit. Ongelma- analyysi kartoittaa tutkimuksen tarpeet ja huomioi sen rajoitukset ja mahdollisuudet.

Suunnitteluratkaisu nimensä mukaisesti kuvaa suunnittelun lopputulosta. Nämä kokonaisuudet ovat todennäköisesti epäsuorasti olemassa suunnitteluprosesseissa eikä niitä ole aina tarve tarkasti määritellä. (Edelson, 2002.)

Tämän tutkielman prosessimenettelyn ensimmäinen vaihe on AR-teknologian ja For- tum Power and Heat Oy:n Loviisan voimalaitoksen esittely. Tämän jälkeen kartoitetaan Loviisan voimalaitoksen toiveet, tarpeet ja nykyiset ratkaisut kyseisen teknologian suhteen eli toteutetaan ongelma-analyysi. Tätä seuraa kvalitatiivinen tutkimus

(13)

7

koskien lisätyn todellisuuden käyttöä teollisuudessa, minkä tuloksena saadaan käsitys AR-teknologian mahdollisuuksista ydinvoimalaitosympäristössä. Tutkimustulosten ja toiveiden perusteella suunnitellaan yksi AR-sovellus Loviisan voimalaitokselle ja toteutetaan tekninen kehitystyö, jonka tuloksena saadaan prototyyppitasoinen suunnitteluratkaisu. Tämän jälkeen sovellukselle ja valitulle AR-laitteelle tehdään käyttä- jätestit ja analysoidaan niiden käytettävyyttä ja onnistuneisuutta. Tätä seuraa sovelluksen seuraavan version suunnittelu, joka perustuu käyttäjätestien tuloksiin.

Aiheeseen liittyviä hakutermejä ovat muun muassa AR, augmented reality, lisätty todellisuus, augmented reality and nuclear*, point cloud, HoloLens, design research, usability evaluation. Edellä mainitut termit tuottivat parhaiten hakutuloksia, jotka vastasivat tutkimuskysymyksiin. Pääasiallisena tiedonhakukoneena on käytetty Google Scholaria, jonka kautta on saatu artikkeleita muun muassa IEEE Xplore -, ACM-, Taylor & Francis - ja Springer-tietokannoista.

(14)

8

2 Loviisan voimalaitos ja lisätty todellisuus

Tässä luvussa käsittelemme Fortum Oyj:tä ja Loviisan voimalaitosta sekä lisättyä todellisuutta yleisellä tasolla. Aliluvussa 2.1 esitellään Fortum Power and Heat Oy:n Loviisan voimalaitosta, jolle pro gradu -tutkielma tehdään. Aliluvussa 2.2 käsitellään lisättyä todellisuutta, jotta seuraavat luvut ovat helpommin ymmärrettävissä ja tutkielman juoni seurattavissa. Aliluvussa 2.3 kartoitetaan Fortum Power and Heat Oy:n tämänhetkisiä VR- ja AR-ratkaisuja sekä tarpeita ja syitä AR:n kehittämiselle tulevaisuudessa.

2.1 Fortum ja Loviisan voimalaitos

Fortum on puhtaan energian johtava yhtiö, jonka tuotteisiin ja palveluihin kuuluvat sähkö, lämpö, jäähdytys ja resurssitehokkuuden parantaminen. Fortumin jatkuva tavoite on vähentää hiilidioksidipäästöjä ja 96 % yhtiön sähköntuotannosta EU:ssa onkin hiilidioksidipäästötöntä. Fortumin tavoitteena on edistää muutosta kohti puhtaampaa maailmaa ja päästötöntä energiantuotantoa yhdessä asiakkaidensa ja yhteis- kunnan kanssa. Tähän "For a cleaner world" -tavoitteeseen pyritään energiajärjestel- mää uudistamalla, älykkäillä ratkaisuilla ja resurssitehokkuutta parantamalla. Vuonna 2019 Fortumin liikevaihto oli 5447 miljoonaa euroa, josta vertailukelpoista liikevoit- toa oli 1191 miljoonaa euroa. (Fortum, 2020.)

Fortum Oyj:n tytäryhtiö Fortum Power and Heat Oy vastaa Hästholmenin saarella toimivasta Loviisan voimalaitoksesta (Kts. Kuva 4), joka on kahdesta laitosyksiköstä koostuva voimalaitos. Loviisa 1 (LO1) ja Loviisa 2 (LO2) on otettu käyttöön vuosina 1977 ja 1980 ja niiden käyttöluvat jatkuvat vuosiin 2027 ja 2030. Ydinvoimalaitok- sen polttoaineena toimii uraani. Molemmissa laitosyksiköissä on VVER (Vodo- vodjanoi energetitšeski reaktor) -tyyppinen painevesireaktori, joista molempien lai- tosyksiköiden kapasiteetti on 507 MW. Näin ollen voimalaitoksen sähköntuotanto on vuosittain yhteensä noin 8 TWh. (Fortum, 2020.) Voimalaitoksen energiantuotanto

(15)

9

vuonna 2020 oli 7,8 TWh, joka on yli 10 % koko Suomen tuotannosta (Fortum, 2021).

Kuva 4. Loviisan voimalaitos Hästholmenin saarella (Fortum, 2020).

2.2 Lisätty todellisuus

Tässä kohdassa esitellään tutkielman kulun seuraamisen kannalta tarpeellista tietoa lisätystä todellisuudesta (AR). Alikohdassa 2.2.1 käsitellään lisätyn todellisuuden määritelmää, laitteita ja suhdetta läheisiin teknologioihin. Alikohdassa 2.2.2 kartoitetaan joitakin lisätyn todellisuuden yleisimpiä käyttökohteita. Lisätyn todellisuuden tarkan toimintatavan kuvaus on tämän tutkielman laajuuden ulkopuolella, mutta ali- kohta 2.2.3 tarjoaa matalan tason katsauksen AR-teknologioihin. Alikohdassa 2.2.4 käsitellään lisätyn todellisuuden haasteita.

2.2.1 Määritelmä

Azuma (1997) määrittää lisätyn todellisuuden olevan virtuaalitodellisuuden muoto, joka sisällyttää 3D-objekteja reaalinäkymään reaaliajassa. Virtuaalitodellisuus (VR) luo täydellisen immersion eli henkilön virtuaalimaailmaan uppoutumisen, kun taas AR-teknologia lisää todelliseen näkymään virtuaalisia objekteja. Toisin sanoen VR korvaa reaalimaailman kokonaan eikä virtuaalitodellisuudessa toimiva henkilö pysty havaitsemaan ulkopuolelle jäävää todellisuutta. AR puolestaan täydentää todellisuutta 3D-objekteilla ja aistipalautteilla, jotka parhaimmillaan vaikuttavat todellisilta

(16)

10

esineiltä tai asioilta. (Azuma, 1997.) Milgram ja Kishino (1994) määrittivät todellisuus-virtuaalisuus -jatkumon (eng. reality-virtuality continuum), jossa AR on osa yhdistettyä todellisuutta (eng. Mixed Reality eli MR) (Kts. Kuva 5). Jatkumo on so- pivampi tapa kuvaamaan reaalimaailman ja virtuaalimaailman suhdetta kuin niiden vastakkainasettelu (Milgram, Takemura, Utsumi & Kishino, 1995). Nimensä vastai- sesti lisätyssä todellisuudessa voidaan myös poistaa reaalimaailman objekteja näky- mästä esimerkiksi rakennusten purkamisen demonstroimiseksi. Tällöin voidaan pu- hua kuvaavammin himmennetystä todellisuudesta (eng. diminished reality) tai AR:n osajoukosta. (Azuma, Baillot, Behringer, Feiner, Julier & MacIntyre, 2001.)

Kuva 5. Todellisuus-virtuaalisuus -jatkumo mukaillen Milgramin ja Kishinon (1994) piirrosta.

Yleensä virtuaalitodellisuuden ja lisätyn todellisuuden ajatellaan vaativan jonkinlai- sen päähineen (eng. head-mounted display eli HMD, tai head-worn display eli HWD), kuten lasit tai kypärän (Kts. Kuva 6). Azuma (1997) toteaa, että useat tutkijat määrittelevät lisätyn todellisuuden päähineen kautta, mutta koska lisättyä todellisuutta voi hyödyntää muutenkin, ei käsitteen kuvausta kannata rajoittaa yksittäisiin teknologioihin. AR ei myöskään rajoitu näköaistiin vaan se voi hyödyntää muun muassa kuulo-, haju- ja tuntoaistia. Tämän vuoksi Azuma et al. (2001) määrittävät lisätyn todellisuuden muodostuvan kolmesta ominaisuudesta, joita ovat todellisen ja virtuaa- lisen yhdistäminen, reaaliaikainen interaktiivisuus ja 3D-objektien rekisteröinti todellisten objektien joukkoon. (Azuma et al., 2001.)

(17)

11

Kuva 6. Optista läpinäkyvyyttä hyödyntävät AR-lasit (Höllerer & Feiner, 2004).

Lisätyn todellisuuden ja reaalimaailman sekoituksen havaitsemiseen voidaan käyttää AR-lasien ja -kypärän lisäksi muunkinlaisia näyttöjä ja laitteita. Azuma et al. (2001) jakavat AR-näytöt kolmeen erilliseen kategoriaan: päähän puettaviin, käsin pideltä- viin ja projektiivisiin. Laitteiden näyttöoptiikka voi olla joko monokulaarista tai bi- nokulaarista (Carmigniani et al., 2011). Päähän puettavia näyttöjä on kahdenlaisia;

optisesti läpinäkyvässä teknologiassa AR-objektit voidaan sijoittaa läpinäkyvälle näytölle. Toisessa tekniikassa näyttöön on integroitu kamera, joka kuvaa reaaliajassa taustakuvaa AR-objekteille. (Azuma et al., 2001.) Molemmissa tekniikoissa on hyvät ja huonot puolensa. Jälkimmäinen tekniikka on haastavampi, koska se edellyttää kahden kameran käyttöä mahdollistaakseen samanaikaisen reaalimaailman kuvaami- sen ja virtuaaliobjektien heijastamisen näkymään. Optisesti läpinäkyvässä tekniikassa todellisuus ja virtuaaliobjektit näyttäytyvät luonnollisemmin, mutta reaaliaikaises- ta videokuvasta johtuen virtuaaliobjektit saattavat näkyä myöhästyneinä, tärisevinä tai leijuvina. Tätä ongelmaa ei ole videotallennetun taustan tekniikassa, sillä virtuaaliobjektit yhdistetään taustaan juuri ennen niiden esittämistä. (Carmigniani et al., 2011.)

Käsin pideltävät laitteet ovat tyypillisesti ohuita LCD- tai OLED-näyttöjä, joilta AR- objekteja voi katsella kameran kautta todelliseen videokuvaan lisättynä (Azuma et

(18)

12

al., 2001; Höllerer & Feiner, 2004). Käsikäyttöiset AR-laitteet hyödyntävät HMD- laitteiden yhteydessä esiteltyä optisen läpinäkyvyyden tekniikkaa. Yleisimpiä käsissä pideltäviä AR-laitteita ovat älypuhelimet, tablettitietokoneet ja näitä edeltäneet kämmentietokoneet. (Carmigniani et al., 2011.)

Projektiivisessa tai tilaan perustuvassa teknologiassa puolestaan heijastetaan AR- objekteja fyysiselle pinnalle, jolloin havaitsemiseen ei tarvita läpikatsottavaa näyttöä vaan lisätty todellisuus nähdään paljain silmin (Azuma et al., 2001; Carmigniani et al., 2011). Projektiivinen AR yhdistyy ympäristöön eikä käyttäjäänsä, minkä ansiosta useampi käyttäjä pystyy tarkastelemaan kohdetta samanaikaisesti. Projektiivinen AR voi hyödyntää optista läpinäkyvyyttä, video-läpinäkyvyyttä tai suoran lisäyksen tekniikkaa. (Carmigniani et al., 2011.)

2.2.2 Käyttökohteet

Mihin tarkoituksiin lisättyä todellisuutta sitten voidaan käyttää ja miksi sitä kannattaa hyödyntää? Azuma et al. (2001) mukaan AR parantaa ihmisen näkemystä ympäröi- västä maailmasta ja interaktiota reaalimaailman kanssa, koska virtuaaliset objektit antavat ympäristöstä lisätietoa, jota todellisuus ei pysty tarjoamaan. Carmigniani et al. (2011) mukaan lisätyn todellisuuden tarkoitus on yksinkertaistaa käyttäjänsä elä- mää. Lisättyjen objektien tuoman paikallisen avun lisäksi AR mahdollistaa myös epäsuoran näkymän muuhun reaalimaailmaan. Esimerkiksi AR-päähineellä voidaan ottaa reaaliaikainen videoyhteys toiseen henkilöön. Lisätyn todellisuuden mainitaan myös kykenevän korvaamaan aisteja, kuten kuuloa ja näköä. Esimerkiksi huo- nonäköisille käyttäjille voidaan AR-lasien kautta antaa ääniohjeita, ja huonokuuloi- sille tai kuuroille puolestaan voidaan näyttää visuaalisia vihjeitä. (Carmigniani et al., 2011.)

Lisätyt objektit voivat esittää esimerkiksi kirjallisia ohjeita, jotka auttavat työtehtä- vien toteutuksessa. Höllererin ja Feinerin (2004) mukaan tämä mahdollistaa ihmisen vuorovaikutuksen tietokoneperäisen tiedon kanssa häiritsemättä keskittymistä varsi- naiseen tehtävään. Käyttäjä voi siis saada tietoa näkökenttäänsä ja jatkaa käsin työs- kentelyä ilman tarvetta kontrolloida erillistä tietokonetta. Esimerkkitapauksena ra-

(19)

13

kennustyöntekijä voi AR-päähineen avulla nähdä ja kuulla, mihin seuraava raken- nuselementti tulee asentaa (Kts. Kuva 7). (Höllerer & Feiner, 2004.) Azuma et al.

(2001) mainitsevat potentiaalisina AR-applikaatioina muun muassa lääketieteellisen visualisoinnin, huolto- ja korjaustyön, muistiinpanot, robottien reitinsuunnittelun, viihteen ja armeijan lentoalusten navigaation ja kohdistamisen. Berryman (2012) lisää listaan pelaamisen, median ja muodin. Lääketieteessä on hiljattain tutkittu Mic- rosoft HoloLens -lasien käyttöä patologiassa, minkä tuloksena lasien on todettu olevan käyttökelpoiset useissa erilaisissa kliinisissä ja ei-kliinisissä käyttötapauksissa (Hanna, Ahmed, Nine, Prajapati & Pantanowitz, 2018). Carmigniani et al. (2011) mukaan lisättyä todellisuutta voidaan käyttää kulttuurilliseen ja opetukselliseen tarkoitukseen esimerkiksi nähtävyyksien katselussa AR-avustein. Seuraavalla sivulla nähtävän kuvan mukaisen applikaation avulla voidaan nähdä historiallisia rakennuk- sia uudelleenrakennettuina (Kts. Kuva 8).

Kuva 7. HMD-laite näyttää ja kertoo rakentajalle, mihin seuraava elementti kuuluu asentaa (Höllerer & Feiner, 2004).

(20)

14

Kuva 8. Lisätty näkymä historiallisesta rakennuksesta sen alkuperäisellä paikalla Columbian kampuksella (Höllerer & Feiner, 2004).

Lisätyn todellisuuden käyttökohteita on siis useilla eri aloilla, mutta miksi lisättyä todellisuutta tulisi kehittää virtuaalitodellisuuden rinnalla? Chandrasekera ja Yoon havaitsivat tutkimuksessaan vuonna 2018 käyttäjien mieltymysten vaikuttavan eri- laisten käyttöliittymien käyttöön. Tutkimustulokset osoittivat, että koehenkilöt kokivat lisätyn todellisuuden hyödyllisempänä ja helppokäyttöisempänä kuin virtuaalitodellisuuden. Tutkimukseen osallistuneet olivat myös taipuvaisempia käyttämään lisä- tyn todellisuuden applikaatioita tulevaisuudessa verrattuna vastaavaan VR- toteutukseen. Koska lisätyssä todellisuudessa interaktio käyttäjän ja virtuaaliobjektien välillä on käsinkosketeltavaa, voidaan AR-käyttöliittymiin viitata konkreettisina käyttöliittyminä (eng. Tangible User Interface eli TUI). (Chandrasekera & Yoon, 2018.) Kun käyttäjä on vuorovaikutuksessa ympäröivän maailman kanssa lisätyn todellisuuden kautta, tulee koko maailmasta äärimmäinen käyttöliittymä (Höllerer &

Feiner, 2004).

(21)

15 2.2.3 Teknologia

Vaikka lisätyn todellisuuden hyödyntämät erilaiset teknologiat eivät kuulukaan tä- män tutkielman piiriin, voidaan tässä kohtaa tarkastella lisätyn todellisuuden toimintaa melko yleisellä ja luettavalla tasolla. Berryman (2012) käyttää AR-teknologian havainnollistajana älypuhelinta, joka hyödyntää jotakin paikannukseen perustuvaa palvelua, kuten GPS:ää (Global Positioning System). Palvelu paikantaa puhelimen ja sen käyttäjän tiettyyn sijaintiin. Puhelimen kamera vertaa kamerakuvaa tietokannasta löytyvään paikkatietoiseen kuvadataan, jolloin puhelin tunnistaa, mitä kohteita kamera näkee. Kamera voi myös saada tietonsa fyysisistä merkeistä, kuten QR-koodeista, joita voidaan sijoittaa ympäristöön. (Berryman, 2012.)

GPS:ää voidaan käyttää ulkona laitteen sijainnin paikantamiseen yhdessä kiihty- vyysanturin ja kompassisensorin kanssa, mutta sisätiloissa se ei toimi satelliittisig- naalien estymisen vuoksi (Geiger, Schickler, Pryss, Schobel & Reichert, 2014; Huey, Sebastian & Drieberg, 2011). Huey et al. (2011) mukaan sisätiloihin soveltuvat langattomat teknologiat ovat Bluetooth, WLAN (Wireless Local Area Network), GSM (Global System for Mobile Communications), RFID (Radio Frequency Identification) ja infrapuna-teknologiat. Mikään näistä teknologioista ei heidän mukaansa ole opti- maalinen tai toistaan selkeästi parempi sisätilan paikantamiseen, koska langattomat yhteydet ovat aina riippuvaisia yhteyden vahvuudesta. Vahvan lisätyn todellisuuden kehittämiseen on kuitenkin kehitetty ARToolKit-työkalu, jolla voidaan esimerkiksi luoda AR-navigaattori sisätiloihin, kuten Huey et al. (2011) ovat tehneet. ARToolKit käyttää videonseurantaominaisuuksia, jotka laskevat kameran todellisen suunnan ja sijainnin verraten niitä ympäristöön sijoitettuihin neliönmuotoisiin fyysisiin merk- keihin tai luonnollisten merkkien ominaisuuksiin reaaliajassa. (ARToolKit, 2020.) Chatzopoulos, Bermejo, Huang ja Hui (2017) ovat listanneet erikseen mobiililaitteille soveltuvat verkkoyhteydet, joita voidaan käyttää AR-sovellusten kanssa. Näitä ovat WWAN (Wireless Wide Area Network), WLAN ja WPAN (Wireless Personal Area Network). WWAN sopii sovelluksille, jotka tarvitsevat laajan toiminta-alueen, kuten kokonaisen rakennuksen. WWAN-ratkaisuja on erilaisia, ja ne voivat käyttää esimerkiksi 3G UMTS - tai 4G LTE -teknologiaa. WLAN taas soveltuu pienemmille

(22)

16

käyttöalueille tarjoten suuremman kaistanleveyden ja lyhyemmän viiveen. WLAN on suosittu verkkoteknologia sisätiloissa, mutta sen kuuluvuus voi heiketä liikuttaessa kauas tukiasemasta. WPAN puolestaan on tarkoitettu lähekkäisten laitteiden yhdis- tämiseen toisiinsa. WPAN-teknologioita ovat esimerkiksi Bluetooth ja ZigBee, joita tyypillisesti käytetään tiedonsiirtoon ja sijainnin seurantaan. (Chatzopoulos et al., 2017.)

Lisätyn todellisuuden kuvan rekisteröinti perustuu tietokonenäköön, joka näkee virtuaaliset 3D-objektit samasta näkökulmasta kuin seurantakamerat näkevät todelliset objektit. Carmigniani et al. (2011) mukaan lisätyn todellisuuden kuvan rekisteröinti perustuu enimmäkseen videon seurantaan. Tietokonenäön metodien todetaan koostu- van kuvan seurannasta ja uudelleenrakentamisesta. Aluksi kamerakuvista tunniste- taan viitemerkkejä, optisia kuvia ja kiinnostavia kohtia, joiden pohjalta kuvanseuran- nassa voidaan hyödyntää muun muassa reunojen ja ominaisuuksien tunnistusta muiden kuvankäsittelymetodien lisäksi. Tietokonenäkö voi käyttää seurantatekniikkana joko ominaisuuspohjaista tai malliin pohjautuvaa seurantaa. Ominaisuuspohjaisessa tekniikassa etsitään yhteyttä 2D-kuvien ominaisuuksien ja 3D-taustan koordinaattien välillä. Mallipohjainen tekniikka taas hyödyntää mallin, kuten 2D- tai CAD-mallin (Computer Aided Design), ominaisuuksia. Kun 2D-kuvan ja kolmiulotteisen maailman välille on saatu muodostettua yhteys, voidaan kameran asento määrittää proji- soimalla ominaisuuden 3D-koordinaatit 2D-kuvan koordinaatteihin ja minimoimalla etäisyys vastaaviin 2D-kuvan omaisuuksiin. (Carmigniani et al., 2011.)

Kuten aikaisemmin on mainittu, AR-laitteita on erilaisia ja eri käyttötarkoituksiin.

Carmigniani et al. (2011) mukaan AR-ratkaisussa käytetty seurantatekniikka riippuu ympäristöstä, jossa AR-laitetta on tarkoitus käyttää, sekä itse järjestelmästä. Laitteita voidaan käyttää sisä- tai ulkotiloissa ja ne voivat olla siirrettäviä tai staattisia. Jos laite on kannettava ja ulkokäytössä, on kuvanseuranta vaikeampaa kuin paikallaan pysyvällä, sisäkäytössä olevalla laitteella. Tämän todetaan johtuvan tarpeesta muo- dostaa sekä kameran liike että kohtauksen rakenne uudelleen. (Carmigniani et al., 2011.)

(23)

17 2.2.4 Haasteet

AR:n käyttö on rajoittunut pitkälti tutkimuskäyttöön ja tutkimusprototyyppien raken- tamiseen, vaikka suurta potentiaalia lisätystä todellisuudesta löytyykin eikä rajoja sen mahdollisuuksille osata vielä asettaa (Carmigniani et al., 2011; Höllerer & Feiner, 2004). Berryman (2012) toteaa AR:n tulleen yhä laajemmalle levinneeksi valtavirran teknologiaksi älypuhelimien ja niiden sijaintiperustaisten palveluiden ansiosta. Lisä- tyllä todellisuudella on kuitenkin haasteensa, joista yksi on ulkokäyttö. Ulkoilmassa AR-laitteet kohtaavat erilaisia häiriötekijöitä, kuten kirkasta valoa tai pimeyttä ja epäsuotuisia sääolosuhteita. Näin ollen AR-laitteiden tulisikin kestää vaihtelevaa säätä mukaan lukien lunta, vettä, kosteutta, tuulta, pakkasta ja kuumuutta. (Höllerer

& Feiner, 2004.)

Toinen lisätyn todellisuuden haaste on Höllererin ja Feinerin (2004) mukaan mahdol- lisimman hyödyllisen ja oikeellisen tiedon esittäminen näytöllä realistisen oloisesti ja sulavasti. Kuvan prosessoinnin täytyy tapahtua reaaliajassa, mutta samalla näytettä- vän tiedon valinnan täytyy olla harkinnanvaraista. (Höllerer & Feiner, 2004.)

Berrymanin (2012) mukaan haasteita voi tuottaa myös mobiililaitteiden sijaintipalve- luiden epätarkkuus ja estyminen rakennusten sisällä. Lisättyyn todellisuuteen liittyy myös yksityisyyden ja eettisyyden kysymyksiä sekä käyttäjäkohtaisia haasteita. Yk- sityisyyden näkökulmasta voidaan tunnistaa ainakin kaksi ongelmaa: ketkä voivat nähdä näytöllä esitetyn tiedon ja millaista tietoa voidaan ylipäänsä näyttää. Käyttäjä- kohtaisia haasteita voivat olla AR-laitteiden ulkonäöllinen miellyttävyys ja käytön helppous, jotka vaikuttavat käyttökynnykseen. (Berryman, 2012.)

2.3 Fortumin tämänhetkiset ratkaisut ja ongelmankartoitus

Kuten aikaisemmin on mainittu, virtuaalitodellisuuden kehitys on edennyt Fortum Power and Heat Oy:lla lisättyä todellisuutta nopeammin. VR-tutkimus ja -kehitys aloitettiin vuonna 2015 tarkoituksena selvittää virtuaalitodellisuuden mahdollisuuksia teollisuudessa. Ensimmäisten VR-projektien joukossa oli Loviisan valvomotilan simulaattori (eng. Virtual Reality Control Room eli VR CR), jonka kehitys lähti tilan

(24)

18

evaluoinnin tehostamisen tarpeesta. Vaikka tilan suunnittelu tehdään nykyisin 3D- suunnittelutyökalulla, on tähän tarkoitukseen tehtyjä 3D-malleja hyödynnetty simulaattorissa. (Pitkänen, 2020.) Voimalaitoksen valvomosimulaattoria on kehitetty si- ten, että se sisältää kenttäpaneelien mallinnusta ja harjoittelua, operointiharjoittelua, valvomo-operaattoreiden ohjeiden käytön harjoittelua ja testausta, kenttätyöntekijöi- den työtehtävien harjoittelua ja evakuointiharjoituksia. (Bergroth et al., 2018; Olkko- nen, 2017.) Vaikka simulaattorin kehitys on vielä kesken, on arvioitu, että sillä pys- tytään onnistuneesti simuloimaan ja toteuttamaan onnettomuusharjoituksia (Laarni, Liinasuo, Pakarinen, Lukander, Passi, Pitkänen & Salo, 2020). Yhteistyössä ulkois- ten kehittäjien kanssa tuotettujen simulaattoreiden onnistuttua Fortum Power and Heat Oy siirtyi sisäiseen VR-kehitykseen. Tämän seurauksena VR-kehitys kiihtyi ja kasvoi nopeasti Fortum Power and Heat Oy:n sisäisillä projekteilla kuin myös ulkoi- silla asiakasprojekteille ja konsultaatioilla. (Pitkänen, 2020.)

AR-kehityksen osalta Fortum Power and Heat Oy:lla on ollut hiljaisempaa. Vuonna 2017 visioitiin AR-turvakypärän käyttöönottoa kenttätyöskentelyyn. Asiantuntija voi ottaa etäyhteyden DAQRI-kypärään (Kts. Kuva 9) ja kommunikoida kenttätyönteki- jöiden kanssa reaaliajassa nähden samalla kypärän käyttäjän näkymän. Kypärän näyttöön voidaan syöttää esimerkiksi ohjeita, dokumentteja, videoita ja muuta tuki- materiaalia. Tiedon heijastamisen lisäksi kypärän kameroilla ja sensoreilla voidaan kerätä tietoa työmaasta. DAQRI-kypärässä on myös lämpökamera, jonka avulla työntekijä voi tunnistaa esimerkiksi vuotavia venttiilejä ja viallisia sähkökytkentöjä.

Kypärän syvyyskameralla pystytään keräämään 3D-mittatietoa kentältä, ja sisätila- paikannuksella prosessi- ja paikkatietoa sekä evakuointireittejä. (Olkkonen, 2017.) DAQRI-kypärää käytettiin Fortum Power and Heat Oy:lla jonkin aikaa vuonna 2018, mutta sittemmin aktiivinen käyttö on päättynyt.

(25)

19

Kuva 9. DAQRI-turvakypärä.

Loviisan voimalaitokselta kerättyä 360°-kuvaa hyödynnetään VR-tilassa kenttätoi- menpiteiden harjoitteluun, mutta samoja kuvia ja videoita voitaisiin käyttää myös AR-laitteilla (Olkkonen, 2017). Esimerkiksi AR-lasit päässä voitaisiin kulkea voimalaitoksen tiloissa, jolloin lasit heijastaisivat symboleita elementtien päälle, joita klik- kaamalla kohteesta saisi ohjeita tai tietoa (Kts. Kuva 10).

(26)

20

Kuva 10. 360°-kuva Loviisan voimalaitokselta varustettuna AR-objektilla (Olkkonen, 2017).

Edellä mainittujen ratkaisujen lisäksi Fortum Power and Heat Oy ei ole juurikaan kehittänyt lisättyä todellisuutta tai projektit ovat jääneet pilottivaiheeseen. Microsof- tin HoloLens-laseille on Fortumilla kehitetty säteilysovellus, joka visualisoi putkien säteilyä ja sen määrää lasien käyttäjille, mutta tästä ei ole saatavilla julkista dokumentaatiota. Fortumin alaisuudessa toimiva eSite on myös kehittänyt Varjo XR-1 - laseille koulutussimulaatioita muun muassa säiliötyöskentelyyn. Keväällä 2020 Lo- viisan voimalaitoksella järjestettiin asiakastestaus kyseiselle simulaatiolle tarkoituksena testata erilaisia teknisiä ratkaisuja (Kts. Kuva 11). Testaus toteutettiin teltan sisällä, jonne oli pystytetty reiällinen vaneriseinä ja chroma key -värikankaita, joille heijastettiin 360°-kuvaa tehtaasta ja säiliön sisäpinnasta. Asiakaspalautteesta nousi esille paljon positiivisia huomioita ja XR-koulutuksilla nähtiin olevan potentiaalia esimerkiksi alkukoulutuksissa, johtamis- ja pelastusharjoituksissa ja maalaustöissä.

(Suomalainen, 2020.)

(27)

21

Kuva 11. Asiakastestaus Varjo XR-1 -laseilla säiliötyösimulaatiolle. Vasemmalla malli käyttäjän näkymästä lasit päässä. Keskellä ja oikealla testaustilanne. (Suomalainen, 2020.)

Fortumin henkilöstöä on ollut mukana myös Tampereen yliopiston johtamassa VARPU-hankkeessa, jonka tarkoituksena on luoda VR- ja AR-ratkaisuja suomalai- sen teollisuuden käyttöön. Hankkeen yhteydessä on muun muassa pilotoitu Microsoft HoloLens -sovellusta, jossa tehdastyöntekijä pystyy siirtelemään varoitusmerkkejä halutuille paikoille (Kts. Kuva 12). Testaus tuotti onnistuneita käyttökokemuksia ja koehenkilöt kokivat HoloLens-lasit potentiaalisena työvälineenä tehdaskäyttöön.

Koehenkilöt ehdottivat laitteen käyttöä ohjeiden saatavuuteen tehtävien yhteydessä.

Laseja voisi heidän mielestään käyttää myös malliobjektin heijastamiseen työkohteen vierelle. (Väyrynen, Suoheimo, Colley & Häkkilä, 2018.)

Kuva 12. Käyttäjä pystyy siirtämään varoitusmerkkiä ottamalla siitä nipistäen kiinni ja raa- haamalla paikalleen. Sormet avatessa merkkii kiinnityy paikkaan. (Väyrynen, et al., 2018.)

VARPU-projektin yhteydessä on myös testattu HoloLens-lasien käyttöä 360°-kuvien ja -videoiden kanssa klikattavien symbolien heijastamiseen käyttäjän näkymään.

Nämä sovellukset ovat kuitenkin jääneet pilottivaiheeseen eikä niitä ole sittemmin otettu käyttöön, minkä vuoksi tästä ei ole saatavilla julkista dokumentaatiota. Syitä käyttöönoton estymiselle ovat olleet liian kunnianhimoiset tavoitteet saatavilla ole-

(28)

22

van tekniikan kustannuksella, vaikeudet työprosesseissa ja hankaluudet yhteistyössä eri osapuolten kanssa.

AR- ja VR-ratkaisuja kehitettäessä ydinvoimalaitoshenkilöstölle tulee muistaa, että käyttäjillä on hyvin eroavaiset taustat ja tekniset taidot, eikä moni ole todennäköisesti aiemmin käyttänyt puettavia AR- tai VR-laseja. Pitkänen tutki vuonna 2019 VR- koulutusten hyödyntämistä Loviisan voimalaitoksella ja keräsi palautetta henkilöstön kertauskoulutuksesta yli 400:lta testihenkilöltä. Testatut VR-simulaattorit olivat eva- kuointi tulipalon sattuessa, venttiilin operointi oikeassa työkohteessa ja säiliötyö.

Tuloksista selvisi muun muassa, että 38 %:lla osallistujista oli aiempaa kokemusta VR-laseista ja nämä henkilöt suoriutuivatkin koulutustehtävistä helpommin. Suu- rimmalla osalla ei kuitenkaan ollut kokemusta VR-laitteista, joten aikaa kului laitteis- ton käytön opetteluun. Koehenkilöistä 98 % koki oppineensa tarpeellisia VR-taitoja koulutuksen aikana ja suurin osa myös koki koulutussimulaattorit miellyttävinä ja potentiaalisina välineinä. (Pitkänen, 2020.)

Gavish, Gutiérrez, Webel, Rodriguez, Peveri, Bockholt ja Tecchia (2015) tutkivat VR- ja AR-koulutusalustojen tehokkuutta teollisuuden huolto- ja kunnossapitotehtä- vissä verrattuna perinteiseen koulutukseen. Tutkimustuloksena he totesivat AR- koulutuksissa tapahtuvan vähemmän virheitä kuin VR-koulutuksissa. Koehenkilöt myös kokivat lisätyn todellisuuden miellyttävämmäksi käyttää, koulutus oli heistä mielekkäämpi ja se vei myös vähemmän aikaa verrattuna VR-koulutukseen. Tämän vuoksi AR-koulutusalustan käyttöön teollisuustehtävien koulutuksessa pitäisi kan- nustaa, kun taas VR-alustan käyttöä pitäisi vielä evaluoida enemmän. (Gavish et al., 2015.) Näistä tutkimustuloksista voidaan päätellä, että AR-koulutussimulaattorien kehittäminen Loviisan voimalaitoksen VR-ratkaisujen rinnalle olisi kannattavaa.

Myös Boud, Haniff, Baber ja Steiner (1999) tutkivat VR- ja AR-koulutusten käyttöä manuaalisten taitojen, kuten kunnossapitotaitojen, harjoitteluun. He perustivat tutki- mustulostensa arvioinnin taitojen hankinnan teorialle, jonka mukaan taidon hankinnan ensimmäinen vaihe on kognitiivinen objektin ominaisuuksien ja toimintojen oppiminen. Toisessa eli assosiatiivisessa vaiheessa opitaan muodostamaan näistä toimintojen ja ominaisuuksien kokonaisuuksista toimintojen ketju. Viimeisessä vai-

(29)

23

heessa toimintojen ketjut yhdistyvät sulavaksi toimintojen malliksi. Tutkimuksen AR-koulutuksessa henkilö pystyi tekemään todellista tehtävää, vesipumpun kokoa- mista, saaden samalla virtuaalisia ohjeita ja haptista palautetta. AR-koulutuksen aikana henkilö pystyi muodostamaan käsityksen todellisten objektien toiminnasta, luomaan mielessään kokonaisuuksien ketjuja ja harjoittamaan motorista toimintaa, kun taas VR-koulutus ei mahdollistanut todellisiin objekteihin tutustumista. Näin ollen AR-koulutuksen jälkeen henkilöllä oli jo taitoa käsitellä todellisia osia, kun taas VR-koulutuksen käyneillä oli yksityiskohtaista tietoa osista, mutta ei tehtäväkohtai- sia motorisia taitoja. (Boud et al., 1999.) Toisaalta Softability Oy:n mukaan heidän VR-koulutuksissaan käytettävät ohjaimet jäljittelevät pitkälti oikeita liikeratoja, jotka jäävät lihasmuistiin (Softability Oy, 2020). Luultavasti VR-koulutukset ja laitteet ovatkin kehittyneet vuosien myötä vastaamaan paremmin todellisuutta, mutta täysin todellista vastaavia sormiliikkeitä ei ohjain kädessä ymmärrettävästi voi tehdä. VR- koulutukset myös mahdollistavat sellaisten tapahtumien harjoittelun, joita varten ei vielä ole olemassa fyysisiä prototyyppejä (Boud et al., 1999).

Lisätyn todellisuuden ja virtuaalitodellisuuden ratkaisuilla on molemmilla hyvät ja huonot puolensa. Boud et al. (1999) mukaan AR mahdollistaa ajallisesti lyhyemmän ja näin ollen kenties tehokkaamman koulutuksen, sillä harjoittelun aikana operoidaan todellisia objekteja ja motoriset taidot kehittyvät harjoituksen aikana. AR-koulutus kuitenkin vaatii fyysisen prototyypin olemassaolon. Jos tuote on siis vasta kehityk- sessä ja sitä varten tulisi toteuttaa koulutus, voi olla kustannuksellisesti kannattavam- paa toteuttaa VR-koulutus. (Boud et al., 1999.) Aina ei myöskään ole mahdollista järjestää koulutusta todellisessa ympäristössä, minkä vuoksi VR-koulutus on hyvä vaihtoehto esimerkiksi kriittisille ydinvoimalaitostoiminnoille. Nämä tutkimustulokset osoittavat, että molempia teknologioita tarvitaan koulutuskäyttöön.

Jotta Fortum voisi saavuttaa Must-Win-Battle -tavoitteensa ja 'Digital Winner'- tittelin, on tärkeää ottaa huomioon ja kehitykseen näin potentiaalinen tulevaisuuden teknologia. VR-ratkaisujen kehittämisen rinnalla Fortum Power and Heat Oy harkit- seekin AR-kehityksen jatkamista ja suunnitelmana on aloittaa ainakin yksi uusi AR- projekti vuonna 2021. Tämän pro gradu -tutkielman yhtenä tavoitteena onkin selvit-

(30)

24

tää, millaista lisätyn todellisuuden kehitystä teollisuudessa ja etenkin ydinvoimalai- toksissa on maailmanlaajuisesti tehty ja voitaisiinko joitain näistä ratkaisuista toteuttaa myös Loviisan voimalaitoksella. Aiemmin mainitut AR-koulutusalustat ovat yksi potentiaalinen kehityskohde, mutta lisättyä todellisuutta voidaan hyödyntää moneen muuhunkin tarkoitukseen. Seuraavassa luvussa tutustutaan lisätyn todellisuuden käyttöön teollisuudessa ja tarkastellaan kehitysmahdollisuuksia.

(31)

25

3 Lisätyn todellisuuden käyttö teollisuudessa

Tässä luvussa käymme läpi kvalitatiivisen tutkimuksen löydöksiä koskien lisätyn todellisuuden käyttöä teollisuudessa. Osiossa keskitytään pääasiassa ydinvoimatuo- tantoon ja -laitoksiin, mutta johtuen lisätyn todellisuuden vähäisestä hyödyntämisestä kyseisellä alalla, on tähän kerätty tuloksia myös muilta teollisuuden käyttö- ja kun- nossapitotoimijoilta. Aliluvussa 3.1 kerrotaan lisätyn todellisuuden käytöstä teollisuudessa. Aliluvussa 3.2 suunnitellaan edellisen kohdan löydösten perusteella AR- ratkaisua toteutettavaksi Loviisan voimalaitokselle. Tässä kohdassa esitellään myös ratkaisun kehittämiseen soveltuvia työkaluja ja teknologioita.

3.1 Käyttö ja mahdollisuudet teollisuudessa

Lisätyn todellisuuden käyttö on vuosi vuodelta levinnyt laajempaan käyttöön ja käyt- töpotentiaalia löytyy muun muassa teollisuuden huolto- ja kokoonpanotehtävistä, koulutuksesta ja tuotesuunnittelusta (Bottani & Vignali, 2019). Tämän on mahdollistanut lisättyä todellisuutta tukevien laitteiden yleistyminen, digitaalisen datan kasvu ja yhdistyminen sekä näiden seurauksena AR-sovellusten kehittämisen helpottumi- nen (Campbell et al., 2017). Campbell et al. (2017) mukaan AR:n käyttöönottoa teollisuudessa johtavat teollisuustuotteiden valmistajat, auto- ja ilmailuteollisuus sekä huipputekniikka. He toteavat yhteistä johtaville aloille olevan monimutkaiset valmis- tusprosessit, joita lisätyn todellisuuden hyödyntäminen auttaa tarjoamalla reaaliai- kaista ohjeistusta. Vaikka lisätyn todellisuuden käyttö teollisuudessa onkin nousussa, on vielä vaikea sanoa, millä spesifillä sektorilla siitä parhaiten hyödyttäisiin. (Bottani

& Vignali, 2019.)

Yksi lisätyn todellisuuden potentiaalisista käyttökohteista teollisuudessa on nykytut- kimuksen mukaan huolto- ja kokoonpano. Radkowski et al. (2015) ovat tutkineet lisätyn todellisuuden käyttöä manuaalisten kokoonpanotehtävien ohjeissa. Heidän mukaansa AR-avustus kokoonpanotehtävissä voi olla virtuaaliobjektien, tyypillisesti 3D-mallien, sijoittamista päällekkäin fyysisen koneen kanssa. Esimerkiksi ydinvoi-

(32)

26

malaitoksella laitteita voidaan 3D-mallien ansiosta tarkastella useasta suunnasta, malleja voidaan leikata läpi ja zoomata niiden yksityiskohtiin. Microsoft HoloLens- lasit mahdollistavat näiden mallien samanaikaisen tarkastelun usean henkilön toimes- ta. (Zhang, Li, Wang & Yang, 2019.) Virtuaaliset symbolit, kuten nuolet, voivat näyttää mikä osa tulee asentaa seuraavaksi ja mihin sijaintiin. Aromaa et al. (2016) tutkivat AR:n hyödyllisyyttä meriteollisuuden huoltotyöntekijöiden todellisessa teh- dasympäristössä. He testasivat tabletin käyttöä lisätyn todellisuuden ohjeiden näyt- tämiseen. Ohjeet olivat saatavilla 2D-piirroksina, 3D-malleina ja suuntaa näyttävinä nuolisymboleina alla olevan kuvan mukaisesti (Kts. Kuva 13). Huoltohenkilöt kokivat AR-ohjeiden saatavuuden tabletilla pääasiassa positiivisena asiana. Eniten teknologiasta voisivat tutkimuksen mukaan hyötyä aloittelevat työntekijät, mutta myös kokeneemmat henkilöt voisivat saada apua teknologiasta uusia tehtäviä opetelles- saan. Tabletin käytön huonoksi puoleksi todettiin tarve laskea laite alas työkalujen käytön ajaksi (Aromaa et al., 2016).

Kuva 13. Tehtäväohjeet on mahdollista esittää kolmella eri tavalla: 2D-piirroksina, 3D-malleina ja symboleina (Aromaa et al., 2016).

Lisätyn todellisuuden käyttöä teollisuuden kokoonpanotehtävissä ovat tutkineet myös Ong, Yuan ja Nee (2008). He huomauttavat, että kokoonpanotehtävissä ohjeet, piir- rokset ja kaaviot eivät tyypillisesti tule työkalujen mukana, minkä vuoksi kunnossa- pitäjän tarvitsee välillä keskeyttää työ selatakseen paperisia ohjeita tai käydäkseen tarkistamassa digitaalisia ohjeita tietokoneelta. Heidän mukaansa huomion irtautu- minen työkohteesta tuhlaa työaikaa, minkä seurauksena tuottavuus voi laskea ja ko- koonpanoaika, virheiden määrä ja fyysinen rasitus kasvavat. AR-avusteisella ratkai- sulla työntekijälle voidaan näyttää askel askeleelta työtehtävän vaiheita suoraan nä-

(33)

27

kökenttään, mikä auttaa keskittymään työhön paremmin. Heidän mukaansa HMD- laitteilla käytetyt AR-kokoonpano-ohjeet on todettu tehokkaimmaksi tavaksi esittää työohjeita. (Ong et al., 2008.)

AR-avusteiden käyttö kokoonpano- ja huoltotöissä vaikuttaa tutkimusten mukaan olevan merkittävä kiinnostuksen kohde teollisuudessa verrattuna muihin AR- sovelluksiin. Radkowski et al. (2015) toteavat AR-ohjeiden tutkimusten mukaan vä- hentävän tehtyjen virheiden määrää, osien tunnistamiseen kuluvaa aikaa ja kokoon- panoaikaa kokonaisuudessaan verrattuna paperisiin ohjeisiin ja erilliseltä näytöltä luettaviin ohjeisiin. Campbell et al. (2017) mukaan AR-avusteet myös parantavat tuotteiden laatua. Lisäksi AR-avusteiset tehtävät voivat vähentää psyykkistä työ- kuormaa ja vähentää tarvetta silmä-käsikoordinaatiolle. Lisättyä todellisuutta hyö- dynnettäessä henkilö kykenee itsenäiseen työskentelyyn ilman riippuvuutta koulutta- jista, mikä taas voi lisätä itseluottamusta (Radkowski et al., 2015; Vovk, Wild, Guest

& Kuula, 2018).

Suomalainen ohjelmistofirma Softability Oy kehittää lisätyn todellisuuden ratkaisuja teollisuuden, rakennusalan ja lääketieteen tarpeisiin (Softability Oy, 2020). Softabili- tyn laajennetun todellisuuden eli XR:n (eng. Extended Reality) ratkaisuja kehitetään mobiililaitteille, VR-laseille, älylaseille ja Microsoft HoloLens 2 -laseille. Pääasialli- sia kehityskohteita ovat myynti ja markkinointi, etätuki, koulutus ja huolto- ja kokoonpano. He kertovat verkkoseminaarissaan esimerkkitapauksen HoloLens-lasien käytöstä Boeingin sähköjohtojen kokoonpanossa, jossa työnkesto väheni 20-25 % ja virheiden määrä puolestaan 60-70 % AR-ohjeistuksen ansiosta. Airbusin AR- avusteisissa kokoonpanotehtävissä virheiden määrän kerrotaan laskeneen lähelle nol- laa. (Softability Oy, 2020.) Virheiden määrän laskeminen ja työajan lyheneminen ovat tutkimuksissa toistuva ilmiö (Jetter, Eimecke & Rese, 2018). Yimin ja Seongin (2010) mukaan Korean ydinvoimalaitoksella 45 % kaikista laitoksen inhimillisistä virheistä liittyi huoltotehtäviin.

Lisätyllä todellisuudella on siis paljon potentiaalia teollisuuden kunnossapidossa työnteon tehostamiseksi, eikä teknologian käytön tarvitse tällä sektorilla rajoittua ainoastaan virtuaaliohjeisiin. Palmarini et al. (2018) mukaan teollisuuslaitosten pit-

(34)

28

käikäisimpiä toimintoja ovat käyttö- ja huoltotehtävät, sillä laitosten on tarkoitus kestää ja pysyä useita vuosia toiminnassa. Ydinvoimatuotannon huolto- ja käyttöteh- tävien todetaan olevan yksi kiinnostava lisätyn todellisuuden käyttökohde, sillä ydin- voimalaitokset eroavat turvallisuusvaatimusten osalta suuresti muista teollisuuden aloista. Lisäksi ydinvoimalaitosten huoltaminen on turvallisuuskriittistä, kallista ja voimalaitosten huoltoseisokit täytyy hoitaa nopeasti, mutta samalla turvallisesti ja tehokkaasti. (Palmarini et al., 2018.) Sorensenin (2014) mukaan lisätyllä todellisuudella on potentiaalia parantaa ydinvoimalaitosten turvallisuutta, lyhentää laitosten huoltoseisokkien kestoa ja vähentää kokonaiskustannuksia. Tällaisia tuloksia voitaisiin hänen mukaansa saavuttaa hyödyntämällä lisättyä todellisuutta esimerkiksi huol- totoiminnoissa.

Sorensen (2014) tutki lisätyn todellisuuden hyötyjä ydinvoimalaitosympäristöissä suunnittelun, huollon ja rakentamisen näkökulmista. Hänen tutkimustuloksensa osoittivat muun muassa, että lisättyä todellisuutta voidaan käyttää ydinvoimalaitosten rakennusprojektien visualisoinnissa viranomaisille luoden arvokasta lisätietoa, joka auttaa kaikkia osapuolia ymmärtämään rakennussuunnitelmia paremmin ja nopeut- tamaan suunnitelmien etenemistä. Lisätyn todellisuuden virtuaalimalleilla voidaan luoda ymmärrettävämpiä kuvauksia ydinvoimalaitoksesta kuin esimerkiksi piirustuk- silla tai muilla perinteisillä menetelmillä. Lisättyä todellisuutta voidaan hyödyntää läpi rakennusprojektin ensimmäisistä suunnitteluvaiheista alkaen visualisoimaan lopulta rakennuskomponenttien tarkkaa sijaintia. (Sorensen, 2014.)

Sorensenin (2014) mukaan lisättyä todellisuutta voidaan myös hyödyntää VR- koulutusten jatkona työntekijöiden kouluttamiseen todellisessa ympäristössä. Esi- merkkinä hän mainitsee säteilyn määrän kolmiulotteisen havainnollistamisen. For- tum on myös demonstroinut säteilyn mallinnusta HoloLens-laseilla, mutta tästä ei ole saatavilla virallista dokumentaatiota. Ranskalainen ydinreaktorikomponenttien val- mistaja Framatome (2019) käyttää vastaavaa HoloLens-ratkaisua kontaminaation havaitsemiseen. Softability Oy (2020) mainitsee koulutuskäytön esimerkkinä Lock- heed Martinin, joka on HoloLens-laseja käyttämällä saanut laskettua koulutukseen kuluvaa aikaa 85 %. Vaikka AR-koulutukset ovat yleistyneet VR-koulutusten rinnal-

(35)

29

la, Yimin ja Seongin (2010) mukaan AR-koulutusten kehittämistä varten ei ole olemassa mitään valmiita ohjenuoria. Tämän vuoksi he esittävät kognitiivisen kuorman teoriaan perustuvien heurististen ohjeiden käyttöä kehityksessä. Tällaisen ohjenuoran mukaan AR-koulutuksessa käyttäjälle tulee tarjota yhtäaikaisesti 4-5 tiedon palasta parhaan oppimistuloksen saavuttamiseksi. (Yim & Seong, 2010.) Voitaisiin väittää, että samaa ohjenuoraa kannattaa käyttää useimmissa AR-ratkaisuissa, sillä liiallinen virtuaaliobjektien määrä näkökentässä luultavasti vaikeuttaa keskittymistä reaalimaailmaan.

Eurschin (2007) mukaan ydinvoimalaitosten radioaktiivisissa ympäristöissä tehtävät manuaaliset työt ovat ideaaleja lisätyn todellisuuden käyttökohteita. AR:n avulla voidaan muun muassa visualisoida säteilyä, tukea päätöksentekoa ja tarjota tehtävä- kohtaisia ohjeita ja näin lisätä mukavuutta vähentäen samalla stressiä ja terveysuhkia.

Framatome (2019) esimerkiksi käyttää HoloLens-ratkaisua visualisoimaan konttien sijoituspaikkaa ydinvoimalaitoksella ennen todellista siirtoa. Näin he voivat voittaa aikaa ja lisätä työskentelyn turvallisuutta (Framatome, 2019).

Eursch (2007) mainitsee lisätyn todellisuuden olevan potentiaalinen teknologia työn- tekijöiden opastamiseen uusissa ja harvoin tapahtuvissa tehtävissä. Ishii et al. (2007) lisäävät käyttökohteiden listaan työkohteeseen opastamisen ja vaarallisten alueiden merkitsemisen. Myös Palmarini et al. (2018) toteavat laitoshuollon tehtävissä oleel- liseksi huollettavan kohteen paikantamisen. Ydinvoimalaitoksilla monet huoltotehtä- vät tapahtuvat vain kerran vuodessa, joten työkohteen sijainti voi olla vaikea muistaa tai se voi olla vuoden aikana siirtynyt pois tutusta paikasta (Ishii et al., 2007). Radio- aktiivisen säteilyn läheisyydessä työskenteleminen edellyttää työajan minimointia, fyysistä suojautumista ja etäisyyttä säteilevään kohteeseen. Palmarini et al. (2018) mukaan AR-paikannusratkaisuilla on pystytty lyhentämään kohteen löytämiseen kuluvaa aikaa jopa 51 %:lla. Eurschin (2007) mukaan lisättyä todellisuutta voidaan hyödyntää radioaktiivisessa työssä esimerkiksi alla olevan kuvan tapaan, jossa AR- laite näyttää etäisyyden käden ja vaarallisen kohteen välillä valmiina hälyttämään (Kts. Kuva 14).

(36)

30

Kuva 14. Lisätty todellisuus näyttää käden etäisyyden säteilevään kohteeseen ja varoittaa käden mennessä liian lähelle (Eursch, 2007).

Varoitusten lisäksi lisättyä todellisuutta voidaan hyödyntää elementtien lajitteluun huoltotehtävissä. Esimerkiksi laitteen osat voidaan lajitella värien mukaan, jolloin työntekijä näkee erilliset osat omina kokonaisuuksinaan. (Neumann & Majoros, 1998.) Tätä voitaisiin hyödyntää esimerkiksi sähköjohtojen tunnistamisessa. Neu- mannin ja Majoroksen (1998) mukaan AR myös mahdollistaa uusien työntekijöiden kyvyn haasteellisempiin tehtäviin kuin mitä oma kokemus ja muisti sallii, jolloin tehtävien toteuttamisessa voidaan yltää lähes asiantuntijan osaamistasolle. He jatka- vat AR-avusteilla pystyttävän palauttamaan mieleen enemmän asioita ja tiedon olevan helposti saatavilla, jolloin sitä ei tarvitse etsiä.

Myös etätuen eli esimerkiksi videoyhteyden ottaminen asiantuntijaan HoloLens- lasien kautta on todettu vähentävän työhön kuluvaa aikaa merkittävästi useissa yri- tyksissä (Softability Oy, 2020). Asiantuntija voi etäyhteydellä nähdä kenttätyönteki- jän näkymän AR-laitteesta ja neuvoa askeleittain tehtävät toiminnot (Campbell et al., 2017) tai jakaa esimerkiksi kirjalliset ohjeet näytölle. Chen et al. (2015) ovat esitel- leet etäyhteysmallin, joka mahdollistaa usean henkilön osallistumisen HoloLens- näkymään, jolloin vain laitteen käyttäjän tarvitsee mennä paikan päälle muiden seu- ratessa 3D-näkymää tietokoneiltaan. Tässä Skype-alustaan perustuvassa mallissa

(37)

31

videokuvan voi joko asettaa leijumaan HoloLens-käyttäjän näkymään tai kuvan voi kiinnittää pinnalle (Kts. Kuva 15).

Kuva 15. Esimerkki HoloLens-käyttäjän (vas.) ja etäkäyttäjän (oik.) näkymistä (Chen et al., 2015).

Käyttäjät voivat myös jakaa lisätyn todellisuuden näkymän, kuten Framatome (2019) on HoloLens-ratkaisullaan mahdollistanut. Kun kaikilla henkilöillä on HoloLens- lasit käytettävissä, he voivat katsella samoja lisätyn todellisuuden hologrammeja, jakaa mielipiteitään ja keskustella esimerkiksi visualisoitujen toimintojen riskeistä.

Tämän lisäksi myös Framatome on hyödyntänyt etäyhteystoimintoja ydinvoimalaitoksella. (Framatome, 2019.)

Projektiivisen lisätyn todellisuuden ansiosta tekniikan alalla voidaan myös helpommin tehdä yhteistyötä esimerkiksi tuotteiden suunnitteluvaiheessa. Autoteollisuudes- sa projektiivista AR:ää voidaan käyttää heijastamaan auton osia prototyypin päälle, jolloin kehittäjät saavat selkeän kuvan suunnittelun visiosta ja kehityssyklit voivat lyhentyä helpomman yhteistyön seurauksena. (Campbell et al., 2017.) Loviisan voimalaitoksella vastaavaa projektiivista lisättyä todellisuutta voitaisiin käyttää moneen tarkoitukseen, kuten laitteiden toiminnan havainnollistamiseen tai sähköjohtojen ve- tämiseen.

Bottanin ja Vignalin (2019) mukaan teollisuuden AR-applikaatioita käytetään enim- mäkseen mobiililaitteilla, eli älypuhelimella tai tabletilla, tai HMD-laitteilla. Mobiili- laitteiden todetaan hankaloittavan kokoonpanotehtäviä, joissa tulisi käyttää työkaluja yhtä aikaa AR-ohjeita seurattaessa (Bottani & Vignali, 2019). Tämän vuoksi AR- laseja suositellaan käytettäväksi huoltotöihin, jotka vaativat käsin työskentelyä. Sen

(38)

32

sijaan markkinointi- ja myyntitehtävät hyötyvät enemmän mobiililaitteiden käytöstä.

(Campbell et al., 2017.)

Lisättyä todellisuutta ei juurikaan käytetä ydinvoimatekniikassa, vaikka käyttö teollisuudessa on jatkuvasti lisääntynyt (Zhang et al., 2019). Palmarini et al. (2018) mukaan lisätty todellisuus ei ole vielä tarpeeksi kehittynyttä noudattaakseen teollisuuden vaatimuksia luotettavuudesta ja kestävyydestä. Saavuttaakseen teollisuuden vaati- mukset HMD-laitteista tulee kehittää mukavampia ja tehokkaampia, kuvanseurannan täytyy olla kestävämpää ja AR-työkalujen kehittyneempiä (Palmarini et al., 2018).

Vuonna 2018 saatavilla olleet HMD-laitteet eivät olleet soveltuvia jatkuvaan käyt- töön tehdasolosuhteissa (Jetter et al., 2018). AR-laitteiden suunnittelussa tehdaskäyt- töön tulisikin huomioida olosuhteet, sillä tehtaassa voi olla likaista, pimeää, kuumaa ja meluisaa, jolloin esimerkiksi kosketusnäytön käsitteleminen voi olla hankalaa (Aromaa et al., 2016). AR-avusteiden laajempaa käyttöä on pääasiassa hankaloittanut tekniikan rajoitukset (Radkowski et al., 2015) ja kypsyys sekä kohtuuttomat hinnat (Campbell et al., 2017). Alla olevassa listassa on esitetty edellä mainitut teknologian haasteet teollisuuskäytössä (Kts. Lista 1).

Lista 1. Lisätyn todellisuuden viimeaikaisimmat haasteet teollisuuskäytössä.

Vaikka tekniikassa on vielä kehittämisen varaa, alkaa lisätty todellisuus olemaan kriittinen osa monen teollisuusyrityksen digitalisaatiota. Jo tänä päivänä AR mahdollistaa yrityksille kehittyneempää ja parempaa asiakaspalvelua, tehokkaampia työtoi- mintoja ja laadukkaampia tekniikoita ja tuotteita. Tämän seurauksena nykyiset AR- pilotit siirtyvät tuotantoon, jolloin muidenkin yritysten täytyy siirtyä lisätyn todelli-