tiistai 12. syyskuuta 2023

Paransimme omaa maailmanennätystämme

Vuonna 2021 teimme Nicon kanssa matemaattisen optimoinnin maailmanennätyksen. SMPTSP-ongelman ratkaisemisessa. Optimoinnin kohteena olivat 277 erilaista ongelman testi-instanssia, joihin alan huippututkijat ovat yrittäneet löytää yhä parempia ratkaisuja. Ongelma on julkaistu vuonna 2001.

SMPTSP (Shift Minimization Personnel Task Scheduling Problem) on käytännön ongelma, jossa työntekijät käyvät asiakkaiden luona suorittamassa aikaikkunaan sidottuja työtehtäviä, joissa tulee huomioida mm. työntekijöiden osaamiset ja valmiudet. Tavoitteena on muodostaa samaan aikaan sekä kustannustehokkaat että työntekijöiden ja asiakkaiden kannalta sopivat työvuororakenteet.

Testi-instanssit ovat tämän käytännön ongelman tieteellisiä erikoistapauksia, joissa jopa tuhansia työtehtäviä pitää sijoittaa sadoille työntekijöille siten, että käytettävien työntekijöiden määrä tulee minimoida. Esimerkkejä tällaisesta työstä ovat kotihoitopalvelut, siivouspalvelut, vartiointipalvelut, asennuspalvelut, sanomalehtien jakelu ja jätehuolto.

Uusi maailmanennätys tehtiin Nicon väitöskirjassaan kehittämällä uudella laskennallisen älykkyyden (*) GFA-algoritmilla. Algoritmin kolme keskeistä osaa ovat elitistinen ratkaisupooli, tehokas paikallishakuoperaattori ja vahvistusoppimiseen perustuva painotusmekaniikka.

GFA-algoritmi kykeni löytämään parhaat ja optimaaliset ratkaisut kaikkiin 277 testi-instanssiin. Kolmeen instanssiin löydettiin uudet parhaat ratkaisut. Tutkimuksen tulokset julkaistaan Ateenassa lokakuussa konferenssissa International Conference on Mathematics and Computers in Sciences and Industry.

GFA:n suoritusaika on erittäin nopea. Lähes kaikkiin instansseihin löydettiin optimiratkaisu alle kymmenessä sekunnissa. Vain neljän testi-instanssin kohdalla optimaalisen arvon löytäminen kesti yli minuutin. Hyvistä tuloksista huolimatta mysteeriksi jäi, miksi jotkin testi-instanssit ovat erittäin haastavia ratkaista. Tämän tutkiminen onkin jo käynnissä yhdessä intialaisen matemaatikon kanssa.

Nico Kyngäs väitteli tohtoriksi Turun yliopistossa keväällä 2023. Väitöskirjan otsikko on An Algorithmic approach to shift structure optimization. Kyngäs työskentelee nykyään USA:ssa toimivassa yrityksessä väitöskirjan sisältöä vastaavissa tehtävissä.

**********

(*) Laskennallinen älykkyys on tekoälyn muoto, jossa käytetään luonnosta inspiraationsa saaneita laskennallisia menetelmiä kuten evoluutioalgoritmeja, parvietsintää ja oppivia heuristiikkoja. Tällaisella tekoälyllä pyritään ratkaisemaan ihmisjärjen ulottumattomissa olevia erittäin monimutkaisia ongelmia, jotka vaativat tietokoneeltakin massiivista laskentatehoa, esimerkkeinä lentoliikenteen ja julkisen liikenteen optimointi, työvuorolistojen optimointi ja ammattilaisliigojen sarjaohjelmien optimointi. Todettakoon, että neuroverkkoihin perustuvat ja esimerkiksi ChatGPT-tyyppiset tekoälyt eivät sovellu näiden ongelmien ratkaisemiseen.

sunnuntai 5. helmikuuta 2023

Kahdellakymmenellä miljoonalla eurolla yritysten kasvun tukemista

Satakunnan ammattikorkeakoulu panostaa teollisuuskorkeakouluna teknologiateollisuutta ja yritystoimintaa tukevaan käytännönläheiseen tutkimustoimintaan. SAMKin tutkimuskeskukset tukevat yrityksiä liiketoiminnan kasvussa ja uudistamisessa sekä kilpailukyvyn, tehokkuuden ja työhyvinvoinnin parantamisessa.

SAMK menestyi viime vuoden loppupuolella erinomaisesti tutkimusrahoituksen hankinnassa. SAMKille on tulossa kansallista ja kansainvälistä tutkimusrahoitusta molempia kolme miljoonaa euroa yhteensä kahteenkymmeneen maakuntaa palvelevaan tutkimushankkeeseen. Näiden hankkeiden toimenpiteiden kohteena tulee jo nyt olemaan lähes 200 satakuntalaista yritystä ja yhteisöä. Viimeisen kolmen vuoden aikana SAMK on onnistunut saamaan tutkimusrahoitusta yhteensä 20 miljoonaa euroa.

Mitä konkreettista näillä rahoilla tehdään maakuntamme hyväksi? Merilogistiikan tutkimuskeskuksen tutkimuslaboratoriossa tutkitaan toimitusketjujen materiaali-, tieto- ja rahavirtojen hallintaa niin merellä, satamissa kuin maalla. Yrityksiä autetaan saavuttamaan EU:n hiilineutraalisuustavoitteita.

RoboAI tutkimuskeskuksessa modernisoidaan teknologiayrityksiä robotiikan ja tekoälyn avulla yhdessä Tampereen yliopiston kanssa. Keskus tukee vahvasti myös maakunnan akkuklusterin kehittymistä yhdessä Prizztechin kanssa. Rahoitusta on saatu mm. ainutlaatuiseen akkumateriaalien kierrätystutkimukseen spektroskopiaa ja tekoälyä hyödyntämällä. Tutkimus liittyy olennaisesti SAMKin ja Vaasan yliopiston professuuri- ja maisteriohjelma-yhteistyöhön. Professuurin tutkimusalaa ja maisteriohjelman sisältöä suunnitellaan parhaillaan.

Tiedolla johtamisen keskukselle myönnetyllä rahoituksella valmennetaan yrityksiä ymmärtämään yrityksen tuottamaa dataa ja sen jalostamista liiketoiminnaksi. Keskus tekee yrityksille datapilotteja sekä järjestää täsmäseminaareja tiedolla johtamisesta ja asiantuntijoiden ajattelun kehittämisestä. Matkailun kehittämiskeskuksen saamalla rahoituksella tuetaan pieniä matkailuyrityksiä digitaalisessa kehityksessä ja kestävässä ja vastuullisessa matkailussa.

Yritysten työntekijöiden tehokkuutta, työhyvinvointia ja elämänlaatua parannetaan työaikaista ravitsemusta parantamalla. Tutkimusnäyttöön perustuvat tulokset tulevat toivottavasti ensimmäistä kertaa osoittamaan työaikaisen ravitsemuksen vaikutuksen työntekijöiden työkykyyn, tehollisen työajan lisääntymiseen ja sairauspoissaolojen vähenemiseen. Satakuntaan tavoitellaan syntyvän ravitsemustieteen tutkimusyksikkö.

Kansainvälisissä tutkimushankkeissa on kovia tavoitteita ja kohteita: vientiverkoston rakennus Azerbaidzaniin, kiertotalous ravintola-alalla, sadevesien käsittely kaupungeissa, kestävä tavaravirta ja hiilidioksidipäästöjen väheneminen, nuoret työvoimana puutaloteollisuudelle, vanhemman ikäluokan pitäminen työvoimana sekä nuorten työllistyminen matkailualalle.

Yli 500 yritystä tekee vuosittain konkreettista yhteistyötä SAMKin kanssa. Yli puolet näistä yrityksistä on samoja kuin edellisenä vuonna. Vaihtuvuuttakin siis on. Satakunnasta löytyy kuitenkin useita yrityksiä, joiden kanssa SAMK ei ole yhteistyötä tehnyt soveltavassa tutkimuksessa tai tuote- ja palvelukehityksessä. Toivottavasti yllä kerrotut esimerkit kannustavat sekä nykyisiä että uusia yrityskumppaneita ottamaan yhteyttä, jotta SAMK voi omalta osaltaan tukea yrityksiä niiden kasvussa ja uusien liiketoimintamahdollisuuksien löytämisessä.