Nykyaikaiset laboratoriot tekniikan opetuksen perustana
Insinöörin ammatti on tekemistä ja teknologioiden kehittämistä. Insinöörien koulutus onkin perustunut suurelta osin tekniikan käytännön harjoitteluun erilaisissa laboratorioissa. Laboratorio-opetus ei ole aina ollut niin muodikasta, mutta onneksi tämän päivän opiskelijat ovat aina vain innokkaampia käytännön tekniikan harjoitteluun. Samaan aikaan erilaiset simulointiympäristöt tuovat uusia mahdollisuuksia käytännön opiskelun toteuttamiseen. (Feisel ja Rosa, 2005)
Nykyaikaiset laboratoriot tarjoavat opetukseen erittäin paljon mielenkiintoisia mahdollisuuksia. Monipuoliset opetusmenetelmät ja niiden tarjoama vaihtelu mahdollistavat erilaisten oppijoiden ja opiskelijoiden yksilöllisten ominaisuuksien huomioimisen. Samaan aikaan laboratorio-opetus valmistaa opiskelijoita kohtaamaan työelämän vaatimuksia jo opiskeluaikana. Yritykset odottavat, että valmistuvat insinöörit ovat välittömästi valmiita ottamaan vastuulleen laajojakin teknologiakehittämistehtäviä. Vain tutustumalla käytännössä erilaisiin kehittämistehtäviin sekä teknologian asettamiin vaatimuksiin ja mahdollisuuksiin jo opiskeluaikana, valmistuva insinööri voi vastata työnantajan odotuksiin.
Demonstraatioilla konkretiaa teknologiaopiskeluun
SAMK ja SeAMK ovat viimeisten reilun viiden vuoden ajan panostanut erityisesti automaatioteknologioiden demonstrointiin ja pilotointiin. Demonstroimalla ja pilotoimalla varmistetaan teknologiatiedon ja -osaamisen siirtyminen opiskelijoille mahdollisimman mieleenpainuvasti. Teknologioita demonstroidaan monin tavoin. Yleisen tason demonstraatioilla havainnollistetaan eri teknologioiden perusteita ja sitä, mitä teknologia vaatii ja miten se on hyödynnettävissä. Hyvinkin yksityiskohtaisia demonstraatioita taas voidaan tehdä vaikka yritysten tarpeisiin ja havainnollistaa teknologian soveltumista määrätyn ongelman ratkaisuun.
Demonstraatioita esitellään opiskelijoille teoriaopetuksen ja laboratorio-opetuksen rajapinnalla. Niitä on myös videoitu, jotta esittely onnistuisi muuallakin kuin laboratorio-olosuhteissa. Demonstraatiot antavat havainnollisesti ja konkreettisesti tietoa määrätyn teknologian hyödyntämismahdollisuuksista. Samaan aikaan ne myös tuovat esiin teknologian hyödyntämisessä eteen tulevat haasteet tai sulkevat pois ratkaisuja, jotka eivät toimi. Sekä SAMKissa että SeAMKissa demonstraatioista on saatu erittäin hyvää palautetta opiskelijoilta. Samoja demonstraatioita on esitelty myös yrityksille, joiden kanssa tehdään TKI-yhteistyötä.
Yhdistämällä opiskelijoiden oppimisprosesseja yritysten kehittämisprosessien kanssa, päästään laboratorio-opetuksessa vielä lähemmäs todellista teollisuuden teknologiakehittämistä. Opiskelijat pääsevät osallistumaan esim. erilaisiin teknologiatestauksiin. Demonstraatiot ovat herättäneet myös yritysten mielenkiinnon ja niiden perusteella on tehty useita pilottisovelluksia, joilla määrättyä teknologiaa on pilotoitu tiettyyn teollisuuden kohteeseen. Opiskelijat pääsevät osallistumaan näiden pilottisovellusten tekemiseen yhdessä projekti-insinöörien kanssa. Pilottisovellusten erityislaatuisuus piilee siinä, että ne tehdään pääsääntöisesti olemassa olevilla laitteilla ja tarvikkeilla. Tällöin sovellusta päästään testaamaan ja säätämään todellisessa kohteessa ilman, että yrityksen pitää ostaa tarvittavia osia ja laitteita. Näin lopulliset hankinnat tehdään vasta, kun sovelluksen toimivuus on pystytty varmistamaan.
Demonstraatiot auttavat opiskelijoita sisäistämään teknologian toimintaperiaatteita ja hyödyntämismahdollisuuksia. Pilotit taas tarjoavat opiskelijoille mahdollisuuden osallistua todellisten sovellusten kehittämistyöhön teollisuusympäristössä jo opiskeluaikana. Näillä kokemuksilla varmistetaan osaltaan valmistuvien insinöörien mahdollisimman ajantasainen osaaminen.
Myös vaihto-opiskelijat ovat pitäneet suomalaisen AMK-opetuksen käytännönläheisyydestä ja siitä, että opiskelijat pääsevät pelkän teorian lisäksi tekemään asioita itse ja soveltamaan oppimaansa käytäntöön. He ovat päässeet tekemään monenlaisia käytännön projekteja ja harjoituksia, joiden myötä mukana kotiin on matkannut paljon kokemusta. Esimerkiksi unkarilainen Bernát Gárdonyi on kevään aikana tehnyt innokkaasti jo toista projektiaan, jossa kaksi konenäköjärjestelmää ohjaavat robotin toimintaa kappaleiden käsittelyssä.
Konenäkölaboratoriot SAMKissa ja SeAMKissa
Etelä-Pohjanmaan Liiton rahoittama, vuonna 2013 käynnistyneen ”Future Machine Vision” –EAKR-hanke on mahdollistanut konenäön opetuksen kehittämisen SeAMKissa. Osana hanketta on rakennettu erilaisista kameroista, ohjelmistoista, valaisimista ja muista laitteista koostuva mahdollisimman monipuolinen konenäkölaboratorio. Kokonaisuus pyrittiin toteuttamaan siten, että laboratoriossa olisi mahdollista kehittää erilaisia konenäkösovelluksia aina perussovelluksista erikoisempiin tarpeisiin. Yksi SeAMKin konenäkölaboratorion kiinnostavimmista laitteista on 3D-kamera, jolla voidaan muodostaa kolmiulotteisia pintamalleja tarkasteltavista kohteista (kuva 2). Laitetta on hyödynnetty yrityslähtöisiin tarpeisiin muun muassa tutkittaessa teknologian soveltumista naarmujen ja muiden pintavikojen tunnistukseen.
SeAMKin uuteen konenäkölaboratorioon liittyy oleellisesti myös konenäön opintojakson suunnittelu ja pilotointi. Jotain aiheen kiinnostavuudesta opiskelijoiden keskuudessa kertoo se, että vapaavalintaisena järjestetylle pilottikurssille osallistui lähes 40 opiskelijaa. Koska kameran hankkiminen jokaiselle opiskelijalle ei ollut mahdollista, toteutettiin luentojen yhteydessä tehtävät harjoitukset suurelta osin oikeaa konenäkökameraa emuloivan ohjelmiston avulla. Tarkoitukseen valittu ohjelmisto mahdollistaa myös kotona tapahtuvan harjoittelun, jolloin opiskelija voi harjoitella konenäkösovellusten kehittämistä silloin, kun se hänelle parhaiten sopii. Opiskelua ei tältä osin ole siis sidottu tiettyyn paikkaan tai aikaan, mikä tuo lisää joustavuutta opiskeluun.
Vastaavasti SAMKissa konenäön laboratorio on ollut osa TKI-laboratoriota lähes kymmenen vuoden ajan. Opiskelijoiden käytössä on erittäin monipuoliset laitteet aina perinteisten konenäköjärjestelmien kehittämisestä, älykamerajärjestelmistä ja 3D-kuvaustekniikoista erikoiskuvaustekniikoihin kuten lämpökuvaamiseen ja spektraalikuvaamiseen. Laboratoriossa on koko ajan käytössä useita konenäön demonstraatioita, mutta laitteita uudelleen järjestelemällä saadaan niitä tehtyä vielä lisää.
Itsenäisen opiskelun mahdollisuudet ja laboratorioiden hyödyntäminen opinnäytetöissä
Tämän päivän opiskelijat tulevat hyvin erilaisista lähtökohdista. Osalla opiskelijoista on jo perhettä ja suuri osa käy opiskelun lisäksi työssä. Tilanne korostuu erityisesti aikuisopiskelijaryhmissä. AMK-opetuksessa onkin tärkeää hyödyntää sellaisia menetelmiä, jotka tekevät opiskelusta mahdollisimman tehokasta. Samalla tuodaan opiskeluun myös joustavuutta ja tukea itsenäiseen tekemiseen. Tämä asettaa tiettyjä vaatimuksia opetusmateriaalille, mutta myös teknologioiden käytännön harjoittelulle. Selkeä ja laadukas, verkon kautta saatavilla oleva opetusmateriaali on oleellinen osa itsenäistä opiskelua.
Sekä SeAMKin että SAMKin eri laboratorioista löytyviä laitteita hyödynnetään laajasti perusopetuksen lisäksi myös opinnäyte- ja projektitöissä. Konenäkölaboratoriot eivät ole tämän suhteen poikkeus, vaan ympäristöjä suunniteltaessa lähtökohtana on ollut se, että laitteita ei pidetä lukkojen takana piilossa, vaan ne ovat opiskelijoiden käytettävissä myös opinnäyte- ja projektitöissä konenäön opintojakson suorittamisen ja lyhyen perehdytyksen jälkeen.
Jo rakennusvaiheessa SeAMKin konenäkölaboratorion laitteita ja ohjelmistoja on hyödynnetty kolmessa opinnäytteessä. Näissä aiheina ovat olleet älykameran hyödyntäminen liikkeenohjauksessa, 3D-kameralla kerätyn pistepilven analysointi Halcon-konenäköohjelmistolla ja robotisoidun kappaleenpoimintasovelluksen toteuttaminen. Opinnäytteiden lisäksi konenäkölaboratoriota on hyödynnetty myös useissa laajuudeltaan pienemmissä opiskelijaprojekteissa. SAMKissa konenäön teoria- ja demonstraatiopohjaisen opetuksen lisäksi opiskelijat tekevät laboratoriossa vuosittain useita kymmeniä harjoitustöitä, 10–20 opiskelijaprojektia sekä useita opinnäytetöiden testausjärjestelmiä. SAMKin konenäön laboratoriot ovatkin toimineet yhtenä esimerkkinä SeAMKin laboratoriolle.
Osaamisen kehittymisen taustalla aktiiviset teknologiatiedonsiirron toiminnot
Uusimpien teknologioiden tuominen osaksi laboratorio-opetusta vaatii ammattikorkeakoulujen asiantuntijoilta näiden teknologioiden hallintaa. Tässä hyvänä apuna on ollut yritysten kanssa tehdyt teknologiatiedonsiirron projektit, joilla uusinta teknologiatietoa on haettu, tulkattu ja suodatettu yritysten tarpeisiin. SAMK ja SeAMK ovat toimineet näissäkin projekteissa yhteistyössä. Projekteissa asiantuntijaopettajien hankkima teknologiaosaaminen hyödynnetään nyt yhdessä laboratorio-opetuksen kehittämisessä.
SeAMKissa ja SAMKissa TKI-toiminta ja opetus on integroitu tiiviisti yhteen. Kummassakin oppilaitoksessa suuri osa päätoimenaan TKI-projekteja tekevästä henkilöstöstä myös opettaa ja ohjaa opiskelijoiden tekemää käytännön työtä. Vastaavasti opetushenkilöstö osallistuu TKI-projektien toteutukseen omalla asiantuntijuudellaan. Jatkuvasti kehittyvällä tekniikan alalla uusia teknologioita otetaan ensin käyttöön tutkimus- ja kehitysprojektien puitteissa. Kun valmiudet ja osaaminen on rakennettu riittävälle tasolle, asiat viedään opetukseen.
Kuluneiden kahden vuoden aikana SAMK on osaamisellaan ja kokemuksellaan ollut suurena apuna SeAMKin panostuksissa konenäkölaboratorioon. SAMKilta saatu konsultaatio on osaltaan nopeuttanut SeAMKille ennestään melko tuntemattoman teknologian käyttöönottoa ja vientiä opetukseen. Tämän lisäksi SAMKin kokemuksen avulla on osattu tehdä oikeita valintoja laitteiden ja ohjelmistojen suhteen.
Nyt SAMK on panostamassa voimakkaasti tuotannon simulointiin liittyvään osaamiseen ja opetukseen, jolloin ammattikorkeakoulujen aiemmat roolit vaihtuvat päinvastaisiksi. SeAMKilla on kokemusta ja monipuolista osaamista tuotannon simuloinnista 20 vuoden ajalta ja tätä tietoa ja kokemuksia hyödynnetään SAMKin simulointipanostuksissa. SAMKin ja SeAMKin välinen yhteistyö on osoittautunut erittäin sujuvaksi ja antoisaksi, ja sitä tullaan jatkamaan konenäön ja simuloinnin lisäksi myös muiden yhteisten projektin osalta.
Kirjoittajat
Hannu Hirvelä, projekti-insinööri, Seinäjoen ammattikorkeakoulu, hannu.hirvela@seamk.fi
Mirka Leino, tutkijaopettaja, FM, Satakunnan ammattikorkeakoulu, mirka.leino@samk.fi
[vc_tta_accordion active_section=”0″ no_fill=”true” el_class=”lahteet”][vc_tta_section title=”Lähteet” tab_id=”1458134585005-b3f22396-5506″]
Feisel, L. D. & Rosa, A. J. 2005. The Role of the Laboratory in Undergraduate Engineering Education. Journal of Engineering Education. January 2005. pp. 121–130.
[/vc_tta_section][/vc_tta_accordion]
