Porocase

Älyboksilla turvatut ja toimintavarmat yhteydet poroerotukseen 

Porotaloudessa on toimittu pitkälti perinteisin keinoin hyödyntäen esimerkiksi muistivihkoja, joihin on kerätty tärkeitä tietoja poroista ja niiden omistajista. Uusien sukupolvien tultua mukaan toimintaan, paliskunnissa on noussut esille selkeä tarve ja tahtotila porotalouden digitalisoimiseen. Digitalisoitumisasteen lisääminen helpottaa toimintaa ja tiedonkulkua koko toimitusketjussa. Paliskuntain yhdistyksessä oli pohdittu ongelmaa, miten voitaisiin helpottaa työtä ja turvata yhteydet sekä erotuksessa käytettävien tablettien toimintavarmuus Lapin vaikeissa olosuhteissa poroerotuksen aikana. Tämän haasteen ratkaisemisen myötä täytyisi syntyä selkeitä hyötyjä kuten ajansäästö, tuottavuuden lisääntyminen sekä keskeistä on myös työturvallisuuteen liittyvät asiat. Tapaturmien sattuessa toimivat nettiyhteydet ovat kullan arvoisia. Näiden reunaehtojen mukaisesti prototyypin arvolupaukseksi kiteytettiin: ”Älyboksi on digitaalinen laite, joka mahdollistaa sujuvat yhteydet ja on toimintakunnossa luotettavasti sääolosuhteista huolimatta.” Tästä haasteesta syntyi TEQUn monialaisen tiimin toteuttama Porocase -älyboksin prototyyppi.

Ensisijainen kohderyhmä oli paliskunnat, joita Suomessa on 52 kappaletta ja erityisesti poroerotukseen osallistuvat henkilöt, joiden työtä tämän kaltainen tuote edistää. Myös Pohjois-Ruotsissa ja Pohjois-Norjassa on vaativien olosuhteiden myötä havaittu porotaloudessa samankaltaisia haasteita laitteistojen toimivuudelle, joten nämä voidaan myös nähdä potentiaalisena markkinana. Suunnittelussa tavoitteena olivat kestävyys käytössä, toimivuus sääoloista riippumatta sekä helppokäyttöisyys. Kaupallinen näkökulma on myös oleellinen osa prototyypin suunnittelua. Markkinoiden tarkastelun tuloksena nousivat esille seuraavanlaiset potentiaalista jatkokehitystä tukevat johtopäätökset;

·  markkinat ovat suhteellisen pienet jos ajatellaan pelkästään porotaloutta, mutta samankaltaisia tarpeita on muillakin sektoreilla, joissa mobiiliverkot eivät ole saatavilla

·    erikoistumisella ja erityisellä kohderyhmä tuntemuksella voidaan saavuttaa kannattavaa liiketoimintaa myös kapealla sektorilla

·   tiedonkeruu vaikeissa olosuhteissa on haastavaa – laitteistoihin asetetut vaatimukset ovat korkeat, jolla voi olla merkittävä vaikutus hinnoitteluun

·     teknologian nopea kehittyminen tuo kuitenkin mukanaan kohtuuhintaisia ratkaisuja

Tekniikan kokonaisarkkitehtuuri

Prototyyppi on suunniteltu tarjoamaan lisävirtaa, lämmittämään poroerotuksessa käytettävää tablet-laitetta sekä luomaan datayhteys hankalissa olosuhteissa tavallisen mobiilidataverkon kuuluvuuden rajoilla ja näin mahdollistamaan poroerotustapahtuman digitalisointi. Prototyypin tekniikka ei sovellu tavalliseen nettiselailuun eikä isojen datamäärien siirtoon. 

Järjestelmän toiminta-aika on riippuvainen mm. ympäristön olosuhteista sekä ladattavien laitteiden määrästä ja niiden lataustehoista. Laboratoriotestauksessa toiminta-aika asettui datayhteyden sekä lämmityksen ollessa päällä ~27 tuntiin. Testauksessa ei ollut USB-laitteita kytkettynä lataukseen.

Kuvassa on esitetty järjestelmän arkkitehtuuri kaaviokuvana. Prototyyppi luo paikallisen Wi-Fi-verkon, johon päätelaitteet voivat yhdistää. Prototyyppi sisältää sisäisen USB-latausliitännän sekä termostaattiohjatun lämmityksen. Lisäksi on mahdollisuus ladata laitteita ulkoisesta USB-liitännästä sekä 12 V -liitännästä (ns. tupakansytytinliitäntä).

Prototyyppiin on rakennettu mahdollisuus luoda paikallinen varmuuskopio poroerotustapahtuman digitalisointiin liittyvästä datasta. Data voidaan tallentaa USB-muistitikulle. Varmuuskopio-ohjelmisto voidaan toteuttaa Python-ohjelmointikielellä.

Datayhteys tietoverkkoon ja taustajärjestelmän palvelimeen muodostetaan mobiilidataverkon IoT-teknologioilla. Prototyyppi käyttää ensisijaisesti LTE-M-teknologiaa ja toissijaisesti NB-IoT-teknologiaa yhteyden muodostamiseen. Yhteyden muodostaminen edellyttää liittymäsopimusta ja SIM-korttia operaattorilta. Datayhteyden signaalin laatua on mahdollista parantaa käyttämällä soveltuvaa ulkoista antennia.

Prototyypin tekniikan pääkomponentit

Tekniikan pääkomponentit on listattu seuraavassa taulukossa. Näiden komponenttien lisäksi järjestelmän rakentamiseen on käytetty monenlaisia asennustarvikkeita: johtimia, kaapeleita, läpivientejä, riviliittimiä, sulakkeita ja liittimiä.

Komponentti	Tekniset tiedot	Malli
Akku	12 VDC 20 Ah 256 Wh	Topband litiumakku
Akkulaturi	12 V 1.1 A	Victron Energy Blue Power
USB-laturi	USB-A 5 VDC 3 A	DFR0884
4G-IoT -laite	LTE-M / NB-IoT	Teltonika TRB256
Wifi-tukiasema	2.4 / 5 GHz	Teltonika RUTM10
Lämmityskalvo	12 VDC 12 W	LK12V-12W
Termostaatti	+10…+15 °C	Cantherm MQT8K015XB
Liitinpaneeli	2 x N-type antenniliitin Päävirtakytkin Latauspaneeli	–
Latauspaneeli	USB-A ja USB-C 5V/3A, 9V/3A, 12V/3A	Scanstrut SC-MULTI-F2

Modulaarinen tekniikka mahdollistaa muunneltavuuden

Prototyyppi on esimerkkikokoonpano, johon on valittu soveltuvat komponentit prototyypille asetettujen tavoitteiden saavuttamiseksi. Tekniikan suunnittelussa on otettu huomioon, että salkun komponentteja on mahdollista lisätä tai vaihtaa käyttötapauksen ja käyttöpaikan mukaisesti äärimittojen sallimissa rajoissa.

Jos toimitaan tavallisen 4G-verkon hyvällä kuuluvuusalueella, 4G-IoT-laite voidaan korvata 4G-laitteella, jolloin järjestelmä voi toimia lisäksi paikallisena 4G-verkon reitittimenä ja mahdollistaa nettiselailun sekä video- ja kuvadatan siirron ja sosiaalisen median käyttämisen Wi-Fi-tukiaseman kautta.

Prototyypistä on mahdollista tehdä mobiili poropaikantimien sekä muiden LoRaWAN-verkossa toimivien laitteiden tukiasema. Tässä tapauksessa salkkuun vaihdetaan päätelaitteeksi LoRaWAN-tekniikkaa tukeva laite, jossa on lisäksi 4G- tai 4G-IoT-mobiilidatayhteys.

Tekniikka avattuna

Prototyypin muotoilu

Pohjoisen olosuhteisiin kehitettyjen off-grid-ratkaisujen muotoilussa korostuu usein ratkaisun kestävyys ja käytettävyys eri sääoloissa. Tässä poroerotuksen tueksi tehdyssä esimerkkiratkaisussa huomioitiin lisäksi poronhoitoon liittyviä turvallisuusasioita, helppo erottuvuus maastossa, sekä eristys tekniikan suojausta ja lämmönhallintaa varten. Kokoluokan puolesta päädyttiin yhden henkilön kannettavissa olevaan, kompaktiin pakettiin, joka voitaisiin nostaa mönkijän tai moottorikelkan kyytiin etäisemmillekin kohteille. Jotta ratkaisun jatkokehittäminen ja soveltaminen eri käyttötarkoituksiin olisi mahdollisimman helppoa, rakenneosien ja rakenteen suunnittelussa otettiin vahvasti huomioon kustannustehokkuus ja valmistettavuus. 

Ideoiduista konsepteista päädyimme toteuttamaan prototyypiksi ratkaisun, joka rakennettaisiin valmiin ostosalkun sisälle kustomoiden ja tekniikan vaatimuksen huomioon ottaen. Prototyypissä käytettiin Nanuk 930-mallia, joka on vesitiivis ja rakenteeltaan vaativatkin olosuhteet kestävä. Salkussa on valmiiksi ilmanpaineen tasausventtiili, luotettava sulkumekanismi, kantokahva, sekä kannen aukipitävä mekanismi. Tarvittava läpivienti liitinpaneelia varten tehtiin heilurimaisella monitoimityökalulla sahaten. 

Salkun sisälle suunniteltiin sisusmuovit, joiden tehtävä oli suojata ja tukea tekniikkaa sekä eristää salkku lämmitysominaisuuksia varten. Salkun suojamuoveista tehtiin kaksi eri versiota. Ensimmäiset muovit valmistettiin 28kg/m3 tiheästä PE-muovista lämpöhitsaamalla ja toiset muovit tiheämmästä 45kg/m3 PE-solumuovista teippilaminoimalla. Molemmat tekniikat soveltuivat käyttötarkoitukseen hyvin. Ensimmäiset muovit olivat edullisemmat, toiset taas mittatarkemmat. Koska sisusmuovit valmistetaan usein kiinnittämällä kerroksittain leikattuja osia yhteen, niiden suunnittelussa tulee huomioida valmistajan tarjoamat eri levypaksuudet ja suhteuttaa ne salkun sisämittoihin ja tekniikan tilavarauksiin. 

Jotta salkkuratkaisua olisi mahdollista soveltaa eri tekniikoita sisältäviin off-grid -bokseihin, salkkuun tehtiin isompi läpivienti, johon voitaisiin kiinnittää tarvitunlainen liitinpaneeli. Porocasessa kustomoitu liitinpaneeli tehtiin alumiinista vesileikkaamalla. Myös välitaso tehtiin samasta materiaalista vesileikkaamalla. Välitason ajatuksena oli erottaa tekniikan puoli käyttäjän tavanomaisesti tarvitsemista toiminnoista. Salkun päällypuolella näkyisivät tavallisessa käytössä tarvittavat virtajohto latausta varten, tabletin laturi, sekä lämmitettävä kohta tabletin latausta varten. Akkuun ja muuhun tekniikkaan tuli päästä käsiksi yleensä pelkästään huollon yhteydessä, jolloin välitaso oli mahdollista ruuvata auki. Lisäksi alumiininen välitaso on lämpöä johtava, eli kiinnittämällä alla oleva lämmityselementti siihen lämpö voidaan johtaa salkun yläosaan tablettia vasten. 

---

Making of Porocase

---

Porocase -prototyyppi toteutettiin osana Lapin ammattikorkeakoulun TEQU Hub-hanketta. TEQU Hub on julkinen kehityshanke, jonka tavoitteena on inspiroida lappilaisia yrityksiä kehittämään toimintaansa digitaalisuuden ja kestävän kehityksen teemoissa. Hanke toteutetaan Lapin liiton myöntämällä EAKR- ja valtion rahoituksella.