Sulautettu järjestelmä, mitä se tarkoittaa?
Auton oven lukitus avautuu nykyään automaattisesti, kun viet kätesi oven kahvalle. Kätevää ja miellyttävää. Suihkussa käynnin jälkeen kodin ilmanvaihtokone nostaa tehon joksikin aikaa maksimiinsa, jotta suihkutila saadaan tehokkaasti kuivaksi. Säästää aikaa ja vaivaa, ja huolehtii automaattisesti kosteusvaurioiden ehkäisemisestä. Rannekellosi kertoo sinulle aamulla, miten levollisesti tai levottomasti yösi nukuit. Näin saat tärkeää tietoa vireystilaasi liittyvistä seikoista. Kun makaat sohvalla selälläsi ja asetat puhelimesi hetkeksi aikaa rintakehän päälle, saat selville, onko sydämessäsi eteisvärinä vai lyökö sydämesi puhtaan sinusrytmin mukaisesti.
Kun Wärtsilän kaasumoottoreilla varustetun laivan toisen päämoottorin viidenteen sylinteriin syntyy vikatila, tämä näkyy Vaasan Runsorissa olevan valvontahuoneen kuvaruudulla. Tästä lähtee tieto huoltoryhmälle ja laivan kapteenille. Satamaan saapuessaan huoltotiimi on valmiina ja ryhtyy saman tien huoltamaan vikaantunutta sylinteriä. Laivayhtiö säästää valtavasti rahaa ja Wärtsilä saa tyytyväisen after sales-asiakkaan lämpimät kiitokset.
Vastaavia esimerkkejä voisi luetella miten pitkään hyvänsä: digitaalinen mikroaaltouuni, astianpesukone, pyykinpesukone, kuivausrumpu, älykello, kaukosäädin, printteri, drooni (kauko-ohjattava miehittämätön ilma-alus), pysäköintimittari, elektroninen vaaka, tölkkien ja pullojen palautusautomaatti jne. Teollisuuden sulautettuja järjestelmiä ovat esim. sähkö- tai polttomoottorin ohjauselektroniikka, suojarele, elektroninen virtakatkaisin, taajuusmuuttaja tai teollisuuden IoT-laite (IoT = Internet of Things, eli esineiden internet).
Edellä mainituille järjestelmille on yhteistä, että ne sisältävät mikroprosessoreita erillisine oheispiireineen tai mikro-ohjaimia, jotka sisältävät mikroprosessorin ja tarvittavat muistiyksiköt integroituina yhteen mikropiiriin. Tällaiset järjestelmät ovat esimerkkejä tietotekniikan ja elektroniikan pitkälle kehittyneestä yhteistoiminnasta. Tällaisessa yhteistoiminnassa tarvitaan ohjelmoinnin, elektroniikan ja tietoverkkotekniikan asiantuntemusta. Näiden yhdistelmästä syntyy järjestelmä, jossa fyysinen laite sulautetaan digitaalisen ohjelmistotekniikan maailmaan. Syntyy sulautettu järjestelmä.
Sulautettujen järjestelmien kehittyminen
1980–90-luvulla oli joitakin varhaisia standardointipyrkimyksiä, kuten käyttöjärjestelmien ja kehitysympäristöjen yleistymisen. 2000-luvulla tietokoneiden ja ohjelmistojen kehityksen vauhti kasvoi merkittävästi, mikä mahdollisti sulautettujen järjestelmien suunnittelun monimutkaisempien toimintojen ja sovellusten toteuttamiseksi. Myös ohjelmistotekniikat, kuten Agile-menetelmät, tulivat yhä suositummiksi, mikä vaikutti sulautettujen järjestelmien suunnitteluun.
Nykyään sulautettujen järjestelmien suunnitteluun ja kehitykseen vaikuttavat monimutkaiset vaatimukset, kuten reaaliaikaisuus, tehokkuus ja turvallisuus. Ketterät kehitysmenetelmät ovat yleistyneet, ja sulautettujen järjestelmien suunnitteluun ja testaukseen on kehitetty erityisiä menetelmiä ja työkaluja.
Keskiössä ohjelmointi ja elektroniikka
Sulautetun järjestelmän kehityksessä ohjelmointi ja elektroniikka muodostavat kaksi keskeistä osa-aluetta, joita tarvitaan tuotteen suunnittelussa ja toteutuksessa. Ohjelmointi kattaa sulautetun järjestelmän ohjelmiston suunnittelun, kehityksen ja toteutuksen sisältäen erilaisten ohjelmistojen kirjoittamisen ja testaamisen. Ohjelmoinnissa käytetään yleensä ohjelmointikieliä, kuten C, C++ tai VHDL ja työkaluja, kuten integroituja kehitysympäristöjä (IDE), kääntäjiä ja debuggereita.
Elektroniikka kattaa sulautetun järjestelmän laitteiston suunnittelun, kehityksen ja toteutuksen sekä sisältää erilaisten elektronisten komponenttien, kuten mikro-ohjaimien, anturien, integroitujen piirien ja diskreettien komponenttien sisällyttämisen sulautetun järjestelmän rakenteeseen. Elektroniikassa tarvitaan osaamista piirilevyjen suunnittelusta, analogisista ja digitaalisista piireistä sekä teholähteistä.
Sulautetut järjestelmät energiateknologia-alalla
On hyvin perusteltua sanoa, että sulautetut järjestelmät edustavat tietotekniikan pisimmälle kehittynyttä ja monipuolisinta osaamista. Tämän tekniikan osaajat ovat parhaita asiantuntijoita, joista teknologia-alan yritykset kilpailevat. Sulautettujen järjestelmien ekspertti saa arvostetun aseman ja kilpailukykyisen palkan yrityksessä, jossa sulautetut järjestelmät muodostavat ansaintalogiikan ytimen.
Pohjolan energiapääkaupungissa Vaasassa, sekä sen ympärillä, on suuri joukko yrityksiä, joille joille sulautetut järjestelmät muodostavat ansaintalogiikan ytimen. Vaasan seudulla on mm. taajuusmuuttajia, suojareleitä ja kytkimiä valmistavia yrityksiä, joiden tuotteista jopa yli 90 % menee vientimarkkinoille. Tällaisilla yrityksillä on valtavan suuri merkitys niin Pohjanmaalle kuin myös koko Suomelle. Vaikka alueellamme asuu vain n. 2 % koko maan väestöstä, alueemme vastaa n. 30 % Suomen energiateknologia-alan viennistä.
Vaasan alue on olennainen osa sulautettujen teollisuusjärjestelmien historiaa, sillä täällä suunniteltiin maailman ensimmäinen mikroprosessoripohjainen suojarele 1980-luvulla. Siitä lähtien Vaasassa on suunniteltu ja valmistettu miljoonia suojareleitä, joissa on mikroprosessoreita ja muuta elektroniikkaa. [2], [3]
Omat sulautettujen järjestelmien kokeilut ovat tärkeitä
Nykyään mikro-ohjaimen sisältävät kehitysalustat (kitit) ovat niin edullisia, että kaikilla alaa opiskelevilla on mahdollisuus suunnitella ja toteuttaa lähes millainen sulautetun järjestelmän laite tahansa. Vain mielikuvitus on rajana. Tilanne ei ollut näin hyvä vielä 1990-luvun alkupuolella, kun kehitysalustojen hinnat olivat monesti opiskelijoiden saavuttamattomissa. Jotta laitteen osaa suunnitella ja toteuttaa tarvitaan peruselektroniikan tietämystä ja ohjelmointiosaamista. Joskus innokas alaa harrastava opiskelija päätyy perustamaan oman yrityksen, joka suunnittelee ja valmistaa elektronisia sulautettuja järjestelmiä. [4]
Työelämäyhteistyön kautta on tullut selväksi, että sulautettuja järjestelmiä opiskelevan olisi hyvä harrastaa elektroniikkaa ja suunnitella omia sulautettuja järjestelmiä ja ohjelmoida niitä. Mikäli opiskelija voi työhaastattelussa esitellä itse tuottamassa sulautetun järjestelmän projektin, voidaan tämä katsoa jopa työkokemukseksi.
Oma projekti voi liittyä vaikkapa harrastukseen, jonka tietty ongelma ratkaistaan sulautetulla järjestelmällä. Esimerkiksi ralliautoilua harrastava opiskelija haluaa mitata pakosarjan korkeita lämpötiloja ja viedä ne näytölle. Tämän hän voi toteuttaa lämpötila-antureilla ja nykyajan mikro-ohjainkitillä, johon saa jopa osittain valmista elektroniikkaa.
Toinen käytännön esimerkki voisi olla yleisurheilua harrastava opiskelija, joka haluaa mitata juoksun lähtöpaikan ja maaliviivan välisen ajan tarkasti. Ajan tarkkaan mittaamiseen voitaisiin käyttää esimerkiksi tiettyjä antureita ja mikro-ohjainta.
Nykyään monet asiat voidaan hankkia valmiina, vaikka erilaisista verkkokaupoista. Tuotekehitystä ei kuitenkaan voi oppia muuten kuin itse suunnittelemalla ja tekemällä. Tätä osaamista juuri sulautettuja järjestelmiä suunnittelevat yritykset arvostavat.
Sulautettujen järjestelmien opiskeleminen VAMKissa
Sulautetut järjestelmät ovat tärkeitä esim. Danfossille, Arcteqille, Wärtsilälle, ABB:lle, Wapicelle, Wirvalle, jne. Yritykset toivovat VAMKilta tämän teollisuudellemme tärkeän osaamisen koulutusta, ja tähän suuntaan on VAMKin tietotekniikan opetussuunnitelmaa kehitettykin. Sulautettujen järjestelmien koulutus on tällä hetkellä vahvempaa kuin koskaan aikaisemmin.
Monessa suomalaisessa ammattikorkeakoulussa ohjelmistotekniikan insinöörikoulutus on yhdistetty tietojenkäsittelyn tradenomikoulutuksen kanssa. Tämä on usein tarkoittanut sitä, että sulautetut järjestelmät ja elektroniikka ovat poistuneet opetussuunnitelmista. Vaasassa tähän ei ole varaa. Sen verran voimakkaasti alueellamme toimivat elektroniikka-alan yritykset tällaista koulutusta meiltä vaativat.
