hirdetés
hirdetés

SmartFactory

Emberre mindig szükség lesz a gyártásban

A Magyar Tudományos Akadémia Számítástechnikai és Automatizálási Kutatóintézetének (MTA SZTAKI) Mérnöki és Üzleti Intelligencia Kutatólaboratóriumában többek között a legmodernebb termelésinformatikai és -menedzsment-módszerek kiberfizikai kísérletét végzik. Interjú dr. Váncza József laborvezetővel.

hirdetés

Az MTA SZTAKI lágymányosi épületében található SmartFactory laboratórium demonstrációs célokkal megvalósított mini gyártórendszere olyan megoldások tesztelésére biztosít innovatív környezetet a kutatók számára, amelyekkel valós gyárakban felmerülő problémákra keresik a választ. Ehhez autonóm járművek és robotok mellett a FlexLink éles gyártási környezetre tervezett, 0–24 órás működésre alkalmas, könnyen bővíthető, egyedi termékazonosítást lehetővé tévő, RFID-képes moduláris pályarendszere biztosítja a szükséges rugalmasságot. A laboratóriumban, ahol logisztikai és gyártásütemezési problémák megoldásával, szenzorintegrációval, robusztus kontroll megvalósításával, logisztikai és termelési rendszerek integrációjával, a technológiai és a szereléstervezés számítógépes támogatással, robotikával, az intelligens gyártásmenedzsment módszereivel, valamint intelligens alkatrészekkel foglalkoznak, lehetőség van a gyártás során felmerülő ember-robot interakció vizsgálatára is. Mindezekről Váncza Józseffel, a laboratórium vezetőjével beszélgettünk.

Miben tér el az eddigiektől egy kiberfizikai gyártórendszer?

Három tulajdonsággal jellemezhető: elemei már nemcsak intelligensek, hanem kifejezetten okosak, önálló döntési lehetőséggel rendelkező eszközei hálózatba kötöttek (IoT), továbbá szoftverei intenzív kapcsolatban állnak a környező fizikai világgal.

Váncza József laborvezető (fotó: Egry Tamás)
Váncza József laborvezető (fotó: Egry Tamás)

Büszkék vagyunk rá, hogy a modern, intelligens gyártórendszerek iránti igény hazánkban és azon belül is a SZTAKI-ban fogalmazódott meg elsőként Hatvany József, a számítógéppel segített tervezés és gyártás nemzetközi hatású szakértője, intézetünk egykori tudományos főosztályvezetője által. A smart jelző annyival jelent többet, hogy a rendszerek nemcsak önálló döntéssel, helyzetfelismeréssel rendelkeznek, hanem barátságosak a felhasználóval szemben, olyan interfészekkel vannak ellátva, amelyeket egy ember jól tud használni, mint akár a mobiltelefonját.

Az ipar 4.0-t sokszor a cloud manufacturinggel azonosítják. Valóban felköltözik a felhők közé a gyártás?

Ez téves, a felhő mindössze egyféle számítástechnikai háttér. Bár nagy előnyt jelenthet kis cégek számára, hiszen bizonyos szolgáltatásokat – például a nagyon drága szimulációs eszközök használatát – bérleti konstrukcióban is elérhetővé tesz számukra. A gyártórendszerek világában azonban a biztonság és a bizalom létfontosságú, így joggal merül fel a kérdés, hogy a vállalatok rá merik-e bízni egy külső szolgáltatóra a teljes gyáruk minden adatát vagy akár a gyártásmenedzsmentet, hiszen bármikor bekövetkezhet egy rendkívüli esemény, a rosszindulatú visszaélésekről nem is beszélve.

Innovatív fejlesztések
  • Az intézet egy, a GE Hungary által vezetett konzorcium tagjaként részt vett az E+grid intelligens energiapozitív közvilágítási rendszer kifejlesztésében. A központi vezérlő tervezésén és implementációján túl a rendszer a SZTAKI számítási felhőjében fut.
  • A japán Hitachi céggel közös, többéves együttműködés eredménye a nagyméretű gyártási adatokból statisztikai alapokon visszafejtett termelési adatok gyártásban és kihozatali előrejelzésben történő felhasználása, valamint az ezen adatokat felhasználó szimulációs rendszer.
  • A Hitachi Yokohama Research Laboratoryval együttműködve olyan általános célú módszereket dolgoztak ki, amelyek segítségével egy összetett, nagy méretű műszaki objektum jellegzetes komponensei és ezek topológiai kapcsolatai rekonstruálhatók az objektum felületéről mérésekkel felvett pontfelhő adataiból.
  • Európai k+f-projekt keretében lézeres robotos távhegesztő cellák automatizált konfigurációját és offline programozását támogató módszereiket egy tervező és szimulációs rendszerben implementálták, amelynek működését valós autóipari feladatokon fizikai hegesztési kísérletekben is verifikálták. Ez az olyan fejlesztések egyike, amikor a terméktervezők által elvárt formához tervezték a technológiát.

Melyek a jövő gyártásának legfőbb dilemmái?

A számítástechnika és a kommunikációs technikák mára elválaszthatatlanul összeforrtak a gyártástechnológiával, fejlődésüknek köszönhetően rendkívül gazdag eszközkészlet áll a rendelkezésünkre. Mivel az elmúlt harminc évben mindkét, párhuzamosan futó kutatásban részt vettünk, részesei voltunk ezeknek az innovációknak, és az ipar is látja az ebben rejlő lehetőségeket, de még nincsen teljesen tisztában azzal, hogy a sok új technológia milyen előnyöket és veszélyeket rejt. Jól mutatja ezt, hogy a hazai ipar számára szervezett nemzetközi műhelytalálkozónk a k+f-projektekben aktívan részt vevő innovatív vállalatok telt házas részvételével zajlott. Itt nemcsak az oktatás, a szabványosítás területén fogalmazódtak meg elvárások, hanem szükség van olyan képzett emberekre is, akik ezeket a technikákat be tudják vezetni.

Ehhez milyen jövőbeli terveik vannak?

2010-ben a termelési informatikában meghatározó Fraunhofer-társaság stuttgarti intézetével és a Fraunhofer Austriával együttesen hoztuk létre a Fraunhofer Termelésmenedzsment és -informatika Projektközpontot, amelynek célja, hogy az alapkutatási, illetve a fejlett k+f-eredményeket minél intenzívebben át tudjuk adni a hazai ipar számára. A Fraunhofer világszerte a legfejlettebb alkalmazott kutatásfejlesztési intézethálózat, a tudomány minden területét lefedi, nem csak a gyártást.

Az MTA SZTAKI Mérnöki és Üzleti Intelligencia Kutatólaboratóriumának munkatársai
Az MTA SZTAKI Mérnöki és Üzleti Intelligencia Kutatólaboratóriumának munkatársai

A SZTAKI-ban található projektközpont sikeresen működik, olyannyira, hogy megnyertük egy európai pályázat első fordulóját azzal a célkitűzéssel, hogy egy úgynevezett kiválósági központot hozhassunk létre ebben a témakörben. A Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal által koordinált tenderhez csatlakoztak a stuttgarti mellett a berlini és az aacheni Fraunhofer-kutatóközpontok is, továbbá a BME Közlekedésmérnöki és Járműmérnöki, valamint Gépészmérnöki Kara. Jelenleg azon dolgozunk, hogy a Monostori László akadémikus által koordinált kiválósági központ terveit újabb pályázatban fogalmazzuk meg az EU számára, és bízunk a kedvező döntésben.

Rendelkezésre áll kellő számú szakember?

Munkatársaink részt vesznek a BME-n, az ELTE-n, a Corvinus és a Széchenyi Egyetemen folyó oktatásban, PhD-hallgatókat foglalkoztatunk, szakdolgozatokat, TDK- és diplomamunkákat koordinálunk, a tehetséges egyetemi hallgatók pedig bekapcsolódhatnak a laboratórium k+f-tevékenységébe. A hozzánk érkező kollégák többsége hajdan diákunk volt, így tudtunk komoly laboratóriummá válni, és ezt az utat is szeretnénk folytatni.

A jövő gyárában repkednek majd drónok is?

Van elképzelés a gyáron belül, levegőben történő szállításra, de a biztonsági kockázat nagy, hiszen egy gyárban erősen szabályozott a munkakörnyezet, és komolyak a munkavédelmi előírások. A biztonság után másik alapkövetelmény a hatékonyság, egy-egy dolgot még talán lehetne drónokkal szállíttatni, de üzemszerűen működtetni ezt a metódust nem igazán. Itt a laboratóriumunkban sem tervezünk drónokat reptetni, a stabilan működő és bármikor bővíthető FlexLink szállítószalag-rendszer maximálisan megfelel a jövő gyára követelményeinek.

Kutatási irányok

Az 1964-ben alapított SZTAKI az Akadémia számítástudománnyal és automatizálással foglalkozó kutatóintézete, az egyetlen és a legnagyobb számítástudománnyal foglalkozó kutatóintézet. Négy fő alapiránya van:

  • számítástudomány,
  • rendszer- és irányításelmélet,
  • mérnöki és üzleti intelligencia,
  • gépi érzékelés, szenzorintegráció, ember-gép kapcsolat.

 Az itt született kutatási eredményeket öt alkalmazott kutatás-fejlesztési területen alkalmazzák:

  • járműipar és közlekedés,
  • termelésinformatika és logisztika,
  • energia és fenntartható rendszerek,
  • biztonság és felügyelet,
  • a jövő internetje és felhőszolgáltatások.

Mennyire fontos, hogy nyílt rendszerek legyenek a jövő gyárában?

Nagyon, főleg az összekötöttség miatt vált alapkövetelménnyé mára az interoperabilitás. Ami az egyiknek lyuk, a másiknak furat, szükséges egy közös értelmezési halmazzal rendelkező sztenderd a gép-gép kommunikációtól kezdve a beszállítói hálózatok menedzsmentjéig. A jövő gyárának már ma működő eleme a távdiagnosztika, amelynek során a monitorozó-rendszer folyamatosan gyűjti az adatokat az adott gépről, a diagnosztikai rendszer pedig előre jelzi, ha probléma, zavar vagy netán szerszámtörés állna elő. Így ha egy japán szerszámgép egy német cégnél működik, és adatcserére kerül sor, nem elég a telefonhálózaton létrejött fizikai kapcsolat, a szenzorok által érzékelt adatokat valóban értelmezni kell.

A jövőben ember nem is lesz a gyárakban?

Az ember nélküli gyár régi koncepció, kezdő kutatóként találkoztam vele. Az elmúlt harminc évben azonban kiderült, hogy zsákutca, mert beavatkozást igénylő esemény esetén akár azonnal megbénulhat. Az emberre mindig szükség lesz egy gyárban, hogy továbblendítse a termelést az egyes hibahelyzeteken. Kutatás-fejlesztési tevékenységünknek sem az a célja, hogy helyettesítsük az embert, hanem az, hogy minél jobban támogassuk. Fejlesztéseink középpontjában az ember általi könnyű használhatóság áll, legyen szó technológiáról vagy akár felhasználói interfészről.

A moduláris száltítópálya-megoldás nyújtja a szükséges rugalmasságot
A moduláris száltítópálya-megoldás nyújtja a szükséges rugalmasságot

Magában a mérnöki folyamatban sem nélkülözhetjük, mert azt a bonyolult döntési utat, amelyet egy technológiai tervezési feladatnál be kell járni, gép nem tudná végrehajtani. Az ember által létrehozott legbonyolultabb rendszerek egyike sem ember nélkül fog működni. Mindössze meg kell találni a megfelelő munkamegosztást ember és robot között. Az elvégzendő feladatot – az adatbányászati eszközökön át a vizualizációs megoldásokig – számos módszer támogathatja, de a döntést végül csakis az ember fogja meghozni.

Modellezett gyár

Egy gyárban egyáltalán nem könnyű megoldani úgy az autonóm rendszerek interakcióját, hogy idő- és költséghatékony, valamint fenntartható legyen a gyártás. Annak érdekében, hogy a laboratóriumban modellezhetővé váljanak a valós kihívások, a három évvel ezelőtt üzembe helyezett, eredetileg Festo Didactic-eszközkészleten alapuló, az Universal Robots robotjaival felszerelt SmartFactory folyamatos fejlesztés alatt áll. Mindazonáltal, a rendelkezésre álló alapterületet és egyéb környezeti adottságokat figyelembe véve mind árban, mind értékben és minőségben a FlexLink szállítópálya-megoldása tudta csak azt a rugalmasságot nyújtani, amellyel bármilyen új, akár több okosgyárfejlesztés is rövid időn belül beépíthető a rendszerbe. A szállítópálya ugyanis könnyen bővíthető a FlexLink standard elemeivel még az extrém tesztelést igénylő fejlesztésekhez is. A kedvező szállítási határidőnek és költségeknek köszönhetően így mindig a legkorszerűbb szállítópálya-rendszer áll az újabb és újabb innovációk szolgálatában.

A Kemény Zsolt tudományos főmunkatárs által továbbfejlesztett okos munkadarabban található RFID-tag nemcsak azonosításra alkalmas, hanem kisebb programot, információt is tud tárolni. Ez azért fontos, mert ha a termelést érintő valamilyen zavar vagy előre nem látott változás – például munkadarabcsere – történik, akkor a rendszer a különböző RFID-olvasóin keresztül mindezt szinte azonnal érzékeli. Nacsa János tudományos munkatárs lapunknak bemutatta a SmartFactoryt kiegészítő multimédiás környezetet, amely másodlagos monitorozást is lehetővé tesz a vizuális azonosítás segítségével, így ilyen módon is nyomon követhetők a munkadarabok. Noha a teljes nyomonkövethetőség már számos iparágban alapkövetelmény, a jövő gyárának egyik aspektusa, hogy nemcsak a vezérlés okos, hanem maguk a munkadarabok is, azaz el tudják dönteni, hogy milyen megmunkálást igényelnek még, hova szeretnének jutni, illetve mikor és hogyan. Az ehhez szükséges új kontrollelveket szintén itt tesztelik.

A SmartFactoryban az ember is a modell részét képezi, ám nem várható el tőle, hogy mindig az előírásoknak megfelelően cselekedjen. A váratlan helyzetek miatt folyamatosan felügyelni kell az emberi tevékenységet különféle érzékelőkkel. Ezért a rendszerbe egy olyan eszköz is került, amely képes minden egyes embert azonosítani, valós időben szolgáltatva adatot ember és robot kollaborációja során a résztvevők pozíciójáról. Gesztusokat is fel tud ismerni, ennek köszönhetően bizonyos munkafázisokban elég lehet akár egy kézjelzés is a közvetlen kommunikáció helyett. Egy felhelyezett projektor segítségével pedig olyan információs térképet lehet a dolgozók számára kivetíteni, amely például a szerelésnél jelenthet segítséget azáltal, hogy az a munkadarab kerül megvilágításra, amelyik a munkafázisban éppen következik. Szintén SZTAKI-fejlesztés az úgynevezett tolmácskesztyű, amely nem más, mint szenzorokkal ellátott kézre húzható eszköz, amely többek között azt is érzékeli, hogy az ember keze éppen hol helyezkedik el, és mit csinál, sőt a gesztusok finoman értelmezhetők, így akár utasítások is adhatók például egy robotnak. A jövőben a SZTAKI 3D-s megjelenítést támogató „barlangját” is összekapcsolhatják ezzel a fizikai rendszerrel.

Sós Éva
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés