Digitaaliset kaksoset insinööriopetuksen prosessioppimisympäristössä

Digital twins are growing more popular in the manufacturing industry and across disciplines. The term typically refers to a digital up-to-date representation of a physical system or entity. The use of real time data provided by sensors in the processes enables the user of processing equipment to react fast and accurately to issues that arise and to otherwise make well-informed decisions relevant to the process. The development in machine-to-operator communications is one of the key enablers of Digital Twins and is considered a core feature. This thesis focuses on establishing what a Digital Twin can be in a process related practical learning environment. Since Covid-19 pandemic has had an effect on working methods not only in industrial working environments but also in education and academia, the use of simulation and remote working practices are discussed. Different subcategories of Digital twins are discussed as well as their applicability to the chosen case of a Process Engineering Educational Environment of Arcada University of Applied Sciences. A user research is conducted as lead user interviews as well as surveys for two sets of stakeholders, the teaching staff and students. Based on these, the needs for the development case are identified and presented. Possible applications of digital twin technologies in the predetermined space are presented and their applicability is discussed. The actual implementation of the solutions is left outside the scope of this thesis.Digitaaliset kaksoset ovat enenevässä määrin yleistyvä termi sekä valmistavassa tuotannossa että monialaisesti. Termillä yleisesti viitataan fyysisen systeemin tai kokonaisuuden digitaaliseen ajantasaiseen kuvaukseen. Tuotantoprosessien systeemissä käytettävien sensorien tuottama reaaliajassa päivittyvä tieto mahdollistaa käyttäjänsä reagoimaan nopeasti mahdollisiin ongelmatilanteisiin ja tekemään muita prosessille olennaisia päätöksiä asiantuntevasti. Koneen ja käyttäjänsä välisen kommunikaation kehitys on yksi digitaalisten kaksosten mahdollistava tekijä – sekä yksi sen keskeisimmistä ominaispiirteistä. Tämä opinnäytetyö selvittää mitä digitaalisen kaksosen käyttökohteita on fyysisessä käytännön prosessioppimisympäristössä. Sillä Covid-19 pandemian myötä lisääntyneen etätyöskentelyn vaatimusten vaikutukset näkyvät paitsi työelämässä, myös tutkimuksessa ja koulutussektorilla, simulaation ja etätyöskentelyn käyttöä opetussektorilla käsitellään. Digitaalisten kaksosten eri alakategoriat esitellään, ja niiden käytettävyys valittuun tapaustutkimukseen, Ammattikorkeakoulu Arcadan insinööriopetuksen prosessioppimisympäristöön arvioidaan. Käyttäjätutkimus valitun ympäristön osalta toteutetaan pääkäyttäjähaastatteluina sekä kyselylomakkeina kahdelle suurimmalle sidosryhmälle, tilaa käyttävälle opetushenkilökunnalle sekä insinööriopiskelijoille. Näiden pohjalta tilaan liittyvät kehityskohteet tunnistetaan ja esitellään. Mahdolliset digitaalisiin kaksosiin verrattavat ratkaisut ja niiden käyttäminen tunnistettujen tarpeiden tyydyttämiseen valitussa tilassa esitellään, sekä niiden sovellettavuutta arvioidaan teoreettisella tasolla. Ratkaisujen käyttöönotto jää tämän opinnäytetyön rajauksen ulkopuolelle