kiertotalousamk.f
Kiertotalous ja digitalisaatio
Oppimistavoitteet
Opiskelija ymmärtää digitalisaation tuomien
uusien teknologioiden antamat mahdollisuudet
kiertotalouden kehittämisessä ja tehostamisessa
tulevaisuudessa.
kiertotalousamk.f
kiertotalousamk.f
kiertotalousamk.f
Neljännelle teolliselle vallankumoukselle on ominaista
teknologioiden yhteensulautuminen, joka hämärtää rajaa fyysisen, digitaalisen ja biologisen maailman välillä,
ja muuttaa peruuttamattomasti tapaamme elää ja työskennellä.
Olemme lähestymässä aikaa, joka oli aiemmin tieteiskirjallisuutta, kuten Star Trek –seikkailut.
Nopeasti kasvava teknologinen suorituskyky määrittelee, mikä on mahdollista. Eksponentiaalisesti laskevat kustannukset
määrittelevät, mikä on toteutettavissa olevaa.
Keinoälyn kokeilujen määrä kasvaa räjähdysmäisesti.
Mooren lain nopeudella - ja vuoteen 2020 mennessä -
esineiden internet-anturi maksaa alle 30% siitä, mitä se oli vuonna 2004. (https://fi.wikipedia.org/wiki/Mooren_laki)
Materiaalikierto
Circular value chain
kiertotalousamk.f
Neljäs teollinen vallankumous on jo muuttanut toimia-aloja, kuten terveydenhuoltoa, liikennettä, teollisuutta ja rahoitusta, ja tarjoaa jännittävän tilaisuuden muuttaa ajatteluamme,
sekä miten arvostamme ja hyödynnämme resurssejamme.
Sen erilaiset ja yhdistetyt teknologiat voivat auttaa meitä siirtymään enemmän kierrättäviin järjestelmiin - joissa
materiaalit virtaavat talouteemme ”sisälle” ennemmin kuin virtaisivat taloutemme ”lävitse”.
Data seuraa tuotetta kaikissa tuotteen elinkaaren vaiheissa
Materiaalikierron viisi keskeistä haastetta:
Läpinäkymättömät arvoketjut – läpinäkyvyyden puute materiaalin alkuperästä, sisällöstä, kunnosta ja päämäärästä.
Lineaarinen tuotesuunnittelu – materiaalin kierron vaihtoehtoja ei usein ymmärretä, harkita tai ymmärretä sen kokonaisuutta suunnitteluvaiheessa.
Lineaariseen liiketoimintamalliin lukkiutuminen - vaikeuksia kehittää toimivia kiertotalouden liiketoimintamalleja vielä lineaarisissa järjestelmissä, koska tuotteen käytön jälkeistä
hyödyntämistä ei ole mietitty.
Tehoton keräys ja paluulogistiikka – materiaalin vuotaminen ja pirstoutuminen haittaavat mittakaavaetuja.
Riittämätön lajittelu- ja esikäsittelyinfrastruktuuri - puutteelliset laitteet, jotka toimittavat korkealaatuiseen kierrätykseen tarvittavat jaevirrat.
Kiertotalouden tehostamiseksi näiden viiden haasteen ratkaisemiseksi voidaan soveltaa erilaisia menetelmiä:
* Digitaaliset tietoaineistot, jotka on linkitetty fyysisiin tuotteisiin käyttämällä tunnisteita ja materiaalien Internetiä,
* tekoälypohjaiset suunnittelutyökalut ja
* blockchain-pohjaiset seurantajärjestelmät erittäin älykkääseen lajitteluun ja purkamiseen
* konenäön ja
* robotiikan tukemana.
kiertotalousamk.f
Näiden innovaatioiden vapauttamiseksi täyteen potentiaaliinsa tarvitaan viisi mahdollistavaa ehtoa:
Standardeja ja määräyksiä tarvitaan materiaaleissa ja prosesseissa, jotta ratkaisut olisivat laaja- alaisia tuotteiden, teollisuuden ja eri maiden välillä.
Muutostekijöitä, kuten poliittisia päätöksiä, verotusta, palkkioita ja yhteiskunnallista sitoutumista, olisi hyödynnettävä saamaan kaikki talousjärjestelmän toimijat antamaan panoksensa
muutokseen.
Data-infrastruktuuri, joka on yhteensopiva eri toimijoiden kanssa, mutta räätälöity paikalliseen kontekstiin.
Investointeja infrastruktuurin rakentamiseksi ja teknologian kehittämiseksi tarvitaan voittoa tavoittelevilta sijoittajilta, julkisilta sijoittajilta ja yhteiskunnallisilta sidosryhmiltä.
Innovaatio ja yrittäjyys ovat välttämättömiä, kun edistetään sidosryhmien välistä yhteistyötä.
Läpinäkymättömät arvoketjut vaikuttavat tuotteen tai
materiaalin jokaiseen vaiheeseen tuotteen elinkaaressa.
Loput neljä on kytketty yksittäisiin arvoketjun vaiheisiin ja niihin sisältyy:
- Lineaarinen tuotesuunnittelu
- Lineaariseen liiketoimintamalliin lukkiutuminen - Tehoton keräys ja paluulogistiikka
- Riittämätön lajittelu- ja esikäsittelyinfrastruktuuri
Läpinäkymättömät arvoketjut
Materiaalin läpinäkyvyys on välttämätöntä kolmella alueella:
* materiaalien alkuperä eettisen hankinnan varmistamiseksi,
* materiaalin koostumus ja tuotteen tila elinkaaren vaiheissa ja
* materiaalivirtojen ymmärtäminen kokonaisuudessaan.
Lineaarinen tuotesuunnittelu
Yli 80% tuotteen ympäristövaikutuksista määritellään suunnitteluprosessin aikana.
Nykyaikainen tuotesuunnittelu on kompleksista ja integroitu edullisen ja korkean suorituskyvyn saavuttamiseksi.
Suunnittelijoilta puuttuu usein ymmärrystä materiaalikiertojen vaihtoehdoista ja erilaisten suunnitteluvaihtoehtojen
vaikutuksista käytöstä poiston jälkeen ko.
markkinaolosuhteissa.
Lineaariseen liiketoimintamalliin lukkiutuminen
Kannattavien kierrätysmallien suunnittelu nykyisiin lineaarisiin järjestelmiin on haastavaa. Tämä johtuu
lineaarisen tuotesuunnittelun ongelmallisuudesta, sillä käytettyjen tuotteiden hyödynnettävyyttä ei pystytä
todentamaan.
Tehoton keräys ja paluulogistiikka
Keräysinfrastruktuurin sekä toteuttamiskelpoisten ja
skaalautuvien paluulogistiikka- ja palautusjärjestelmien liiketoimintatapa on haastavaa. Lisäksi käytettävissä
olevien jätevirtojen luotettavien tietojen puute estää
investointeja näille alueille.
Riittämätön lajittelu- ja esikäsittelyinfrastruktuuri
Jätevirtojen erottaminen homogeenisiksi materiaalivirroiksi on edellytys korkealaatuiselle materiaalin hyödyntämiselle.
Nykyään nämä virrat ovat usein vaikeasti eroteltavia materiaalien standardisoinnin puutteen ja erilaisten materiaalien tunnistamiseen ja erottamiseen liittyvien ongelmien vuoksi.
Ilman mittakaavaetuja prosessit ovat kalliita ja investoinnit
korkealaatuiseen infrastruktuuriin jäävät tekemättä.
kiertotalousamk.f
Lineaarinen tuotesuunnittelu
Läpinäkymättömät arvoketjut
Tehoton lajittelu ja
esikäsittely -infrastruktuuri
Lineaariseen
liiketoimintamalliin lukkiutuminen
Tehoton keräys ja paluulogistiikka
Overview of shared challenges along the value chain (Lähde: Accenture, 2018)
1. Läpinäkymättömät arvoketjut
• Rajoitettu mahdollisuus jäljittää materiaaleja tuotantoketjussa
• Rajoitettu näkyvyys tuotteen rakenteeseen, sisältöön ja kuntoon
• Rajoitettu näkyvyys materiaali- ja tuotevirtaan arvoketjussa myynnin jälkeen
2. Lineaarinen tuotesuunnittelu
• Lineaariset tuotesuunnitteluvalinnat keskittyvät kustannuksiin ja suorituskykyyn
• Rajoitettu ymmärrys suunnitteluvalintojen vaikutuksista tuotteen käytön jälkeiseen arvoon
• Rajoitettu ymmärrys käytettävissä olevista vaihtoehdoista ja niihin liittyvistä eduista
3. Lineaariseen liiketoimintamalliin lukkiutuminen
• Haasteet tunnistaa kannattavia liiketoimintamalleja vielä lineaarisissa järjestelmissä
• Infrastruktuurin ja kapasiteettien puute tuotteen eliniän pidentämiseksi (esim. esineiden internet mahdollistaa etädiagnostiikan)
• Tiedon puute käytettyjen tuotteiden kunnon ja arvon määrittelyyn
4. Tehoton lajittelu ja esikäsittely-infrastruktuuri
• Kuluttajien tietoisuuden ja kannustimien puute tuotteiden asianmukaisesta hävittämisestä tai palauttamisesta
• (Erityisen arvokkaan) materiaalin vuotaminen muodollisista keräysjärjestelmistä
• Puuttuva liiketoimintatapa keräysinfrastruktuurin investointeihin tiheään asutuilla ja syrjäisillä alueilla
• Vaikeudet perustaa taloudellisesti kannattavia paluulogistiikkajärjestelmiä ja palautusmalleja
5. Tehoton keräys ja paluulogistiikka
•Materiaalien hajanaisuus johtuen materiaalien ja keräysinfrastruktuurin standardisointien puutteesta
•Vaikeus tunnistaa ja erottaa eri materiaalivirtoja
•Korkeat kustannukset, mittakaavaetujen puute ja alhainen lajittelun taso rajoittaa investointeja korkealaatuiseen infrastruktuuriin
Läpinäkyvyys edellyttää digitaalisen tietovirran yhdistämistä fyysiseen materiaalivirtaan.
Tärkeää tiedon tuottamiselle ja saataville tuomiselle ovat:
* materiaalien ja komponenttien alkuperä,
* miten osat koottiin tuotteeksi,
* tuotteen kunto ja omistajuus käytön aikana, ja
* tuotteen elinkaaren matka.
Tunnistetiedot tarjoaa avoimuuden yksittäisen tuotteen tasolla.
Kaikkien markkinoille saatettujen, kerättyjen ja käsiteltyjen
materiaalien näkyvyyden vuoksi tuotteen tunnistetietojen tulisi olla materiaalien Internetissä (IoM); hajautetussa
tietojärjestelmässä, joka yhdistää eri tuotteiden ja materiaalien tiedot standardoitujen yhteyskäytäntöjen avulla.
Valmistajien olisi toimitettava tiedot tuotteita myytäessä ja lisättävä tuotteen alkuperä sekä tuotesuunnittelua koskevat tiedot.
Lisää: Tieto
markkinoilla olevista tuotteista
Nouda:
Korjausinformaatio Lisää: Tieto tuotteen kunnosta
Nouda: Tuotteen kunto arvon määrittelemiseksi Lisää: Päivitetty tieto elinkaarivaiheesta
Lisää: Tieto keräillyistä määristä
Nouda: Tietoja komponenteista ja kierrätettävyydestä
Lisää: Tiedot
käsittelypäätöksestä Lisää: Tiedot
lajitelluista määristä Nouda: Tiedot
materiaalivirtojen kokonaismääristä
Lisää: Tieto alkuperästä
Lisää: Tiedot tuotteen
materiaalikoostumuksesta / ohjeet korjaamiseksi / kierrättämiseksi
Tuotepassiin lisätty tai sieltä haettu tieto
Materiaalien internetiin lisätty tai sieltä haettu tieto
Tuotepassi Kryptoankkuri (=digitaalinen sormenjälki, aitouden todentaminen)
Fyysinen materiaalivirta
Tuotetason tiedot
The internet of materials (Lähde: Accenture, 2018)
Materiaalien internet
IoM:ia (Internet of Materials) voi hyödyntää moniin tarkoituksiin.
Se voisi esimerkiksi tarjota laajennetut tuottajan vastuullisuuden
järjestelmät yksityiskohtaisilla yritystiedoilla markkinoille saatetuista materiaaleista.
Se voisi myös auttaa viranomaisia ja jätehuollon toimijoita suunnittelemaan infrastruktuuri-investointeja ennustamalla kierrätystuotteiden saatavuutta tai antamaan tuottajille
mahdollisuuden saada tiedot tuotevirroista markkinoilta kiertotalouden liiketoimintamallien suunnitteluun.
Tavallisen Internetin tapaan myös IoM vaatii osapuolia sopimaan standardisoiduista tietoaineistoista ja viestintäprotokollista.
kiertotalousamk.f
Järjestelmää pitäisi ylläpitää puolueeton taho, joka
työskentelee alan toimijoiden kanssa määritelläkseen tietostandardit, yksityisyysvaatimukset ja niihin
liittyvät käyttöoikeudet.
Nimettömät aggregoidut tiedot voidaan toimittaa
avoimena datana materiaalivirtojen visualisoimiseksi
ja markkinoiden kehittämiseksi.
Käytön jälkeinen hyödyntäminen
kiertotalousamk.f
Suunnitellaan paras mahdollinen jälkikäyttö?
(käytön jälkeinen hyödyntäminen) (1)
Tuotesuunnittelijat tarvitsevat tietoja ymmärtääkseen
suunnitteluvaihtoehtojensa vaikutuksen tuotteen käytön
jälkeiseen potentiaaliin.
Suunnitellaan paras mahdollinen jälkikäyttö?
(käytön jälkeinen hyödyntäminen) (2)
On mahdollista hyödyntää digitaalisia suunnittelutyökaluja, jotka perustuvat olemassa oleviin integroituihin suunnittelutyökaluihin, mutta ovat avoimen lähdekoodin sovelluksia ja niitä voidaan
soveltaa laajemmin.
Tällainen työkalu tarjoaa tuotteen virtuaalisen esityksen (”digitaalisen kaksosen”) tuotteen suorituskyvyn ja käytön jälkeisten vaikutusten mallintamiseksi ja ennustamiseksi.
kiertotalousamk.f
kiertotalousamk.f
Suunnitellaan paras mahdollinen jälkikäyttö (käytön jälkeinen hyödyntäminen) (3)
Big data -analyysien avulla voidaan tunnistaa
sopivimmat materiaali- ja kokoonpanovaihtoehdot, ei vain yleisesti, vaan perustuen valituilla markkinoilla käytettävissä oleviin uudelleenkäyttö- tai
kierrätysjärjestelmiin ja ehdottaa vaihtoehtoja
vaarallisille tai vaikeasti kierrätettäville aineille.
Keinoälyä hyödyntämällä voi oppia jokaisesta
valinnasta ja sitä seuranneesta palautteesta ja siten parantaa jatkuvasti suosituksiaan.
Työkaluun voi olla integroitu markkinakohtainen
kierrätysindeksi (Key Performance Indicator, KPI),
joka ilmaisee tuotesuunnittelun kierrätettävyyden
tietyillä markkinoilla.
Kannusta tehokasta uudelleenkäyttöä
Tuotteen siirryttyä suunnitteluvaiheesta käyttöön, anturit ja esineiden internet (IoT) voivat auttaa tuotemerkkien
omistajia tarkkailemaan ja pidentämään tuotteen käyttöikää etähuollon, laitepäivitysten ja muiden kohdennettujen
palvelupohjaisten ratkaisujen avulla.
Kun anturit ja muut Internet-tekniikat paranevat ja
kustannukset laskevat, tulevat nämä ratkaisut laajalti saataville sähköisille laitteille.
Tuotteen kuntoa ja käyttöä voidaan seurata reaaliajassa antureilla, jotka kommunikoivat suoraan takaisin valmistajalle ja / tai
tallentamalla tuotteen korjaus- ja
huoltotoimenpiteet tuotetunnisteisiin.
Lajittelu ja käsittely
kiertotalousamk.f
Optimoi lajittelu ja esikäsittely (1)
Parantamalla radikaalisti lajittelua,
virtaviivaistamalla prosesseja ja tuottamalla tietoa
kerätyistä materiaaleista, konenäkö ja robotiikka
mahdollistavat erittäin älykkään lajittelun.
Optimoi lajittelu ja esikäsittely (2)
Yhdistämällä kamera, joka tunnistaa kuvatut esineet, AI (keinoäly) -algoritmeihin, sekä robotti, jätteet pystytään lajittelemaan niiden ominaisuuksien mukaisesti
esimerkiksi metalli- ja muovimateriaalit.
kiertotalousamk.f
Konenäköä hyödyntävä lajittelu tarjoaa merkittävän
mittakaavan potentiaalin, koska sen suorituskyky
paranee eksponentiaalisesti, kun pilvipalveluihin
tallennettuun kuvansiirtotietokantaan syötetään
enemmän dataa ja jaetaan asennusten välillä.
kiertotalousamk.f
Laitteiden purkamisessa voidaan hyödyntää robotiikkaa jatkossa myös enemmän.
Roboteille voidaan syöttää mallipohjaisia purkamistietoja, jotka on talletettu tuotteen tunnistetietoihin.
Avoimissa kierrätysjärjestelmissä robotit voisivat oppia
purkamaan uusia tuotteita ihmiskollegoiden opettamana.
Tuotteen seurantatietoihin tallennetut tuotteiden
kokoonpano- ja komponenttitiedot tekevät purkamisesta tulevaisuudessa huomattavasti helpompaa. Samoin
kierrätysystävällisempien suunnitteluperiaatteiden ja tiedonsiirtostandardien käyttöönotto tuotteiden
purkamista varten helpottuu.
Tietojen standardointi ja yhdenmukaistaminen markkinoiden ja järjestelmien välillä auttavat
parantamaan ja hyödyntämään järjestelmään syötettyä tietoa.
Kierrättäjien lisäksi muut arvoketjun toimijat, kuten
keräyspaikat ja lajittelulaitokset, voivat syöttää tietoja
IoM:iin materiaalivirtojen läpinäkyvyyden lisäämiseksi.
Lue myös:
”Harnessing the Fourth Industrial Revolution for the Circular Economy”, World Economic Forum 2019 sivut 9-20
https://www.weforum.org/whitepapers/harnessing-the-fourth-industrial-revolution-for-the- circular-economy-consumer-electronics-and-plastics-packaging
kiertotalousamk.f
kiertotalousamk.f
Kysymyksiä. Vastaa kyllä tai ei.
Digitalisaatio auttaa
• tehostamaan kiertotalouden toimitusketjuja
Kyllä / Ei
• antaa mahdollisuuksia uusien palveluiden kehittämiselle
Kyllä / Ei
• vähentää raaka-aineenkulutusta parantamalla suunnittelua
Kyllä / Ei
kiertotalousamk.f
Tuotteen ympäristövaikutuksista määritellään suunnitteluprosessin aikana yli:
a. 60%
b. 70%
c. 80%
d. 90%
Tehtävä
Tutustu
Zen Robotics
-
jätteenkäsittelyratkaisuun, jossa konenäöllä lajitellaan jätteitä.kiertotalousamk.f
https://pixelache.ac/posts/15-3-waste-management-expedition-led-by-zen-robotics
Tehtävä
Tutustu
Enevo -jätteenkeräilyratkaisuun, jossa data-analytiikalla optimoidaan reittejä.
https://www.uusiouutiset.fi/jatelaitosten-digiloikka-yltaa-jo-pitkalle/
https://www.uusiouutiset.fi/digitalisaatio-ja-kiertotalous-toisiaan-vahvist avat-megatrendit/
kiertotalousamk.f
