Sisteme de producție cu simțuri umane

Internetul de mâine va integra tehnologii care imită capacitățile cognitive umane, cum sunt aptitudinile de a planifica, de a învăța și de a percepe mediul nostru înconjurător. Cluster-ul Fraunhofer de tehnologii cognitive de excelență utilizând Internetul (CCIT) lucrează la realizarea unei viziuni a Internetului Lucrurilor  (IoT) Cognitiv.

Digitalizarea confirmă un potențial enorm pentru industrie, permițând companiilor să automatizeze procesele de fabricație, să le facă mai eficiente, să adopte noi modele de activitate și să ofere produse personalizate. „Această cerere de procese de fabricație de înaltă productivitate, eficiente privind costurile, flexibile se bazează pe tehnologii sigure privind IoT, infrastructuri de date de încredere și metode de învățare automată fiabile. Avem întreaga experiență necesară pentru a face acest lucru la Fraunhofer CCIT și cercetăm scenarii de aplicații specifice,” declară prof. Claudia Eckert, purtătoare de cuvânt a Consiliului de Administrație.

Mașini-unelte inteligente, interactive

Fraunhofer CCIT dezvoltă o componentă pentru o mașină-unealtă, care îmbunătățește calitatea și productivitatea proceselor de așchiere. Prin integrarea unor componente care funcționează fără fir (wireless) și tehnologia de comunicare cu bandă largă pentru a măsura frecvențele de rezonanță ale sculelor, analizarea lor în timp real și detectarea anomaliilor, devine posibilă achiziționarea datelor procesului în punctul de acțiune. „Acest fapt ne indică imediat dacă există vreo problemă privitoare la procesul de prelucrare – de exemplu o sculă deteriorată,” declară Hendrik Rentzsch de la Institutul Fraunhofer pentru Mașini Unelte și Tehnologii de Formare – IWU. 

Protocoalele de securitate asigură integritatea, confidențialitatea, disponibilitatea și autencititatea originii datelor achiziționate. Componenta IoT funcționează atât ca un senzor, cât și ca un actuator. Eliminând oscilațiile ultrasonice, aceasta produce rezonanța sculei. Semnalele de rezonanță sunt amplificate și pot fi utilizate pentru a comanda scula. 

Rentzsch declară: „Astfel este posibil să se mențină un nivel continuu al calității și productivității, chiar atunci când procesul de prelucrare funcționează la volumul maxim. Soluția dezvoltată de către Fraunhofer CCIT poate fi integrată la un cost mic în orice sculă, de exemplu la scule de găurit în metal.”

Date securizate schimbate în interiorul unui grup de utilizatori controlat

Pentru a ilustra conceptul comun de replică digitală (digital twin), Fraunhofer CCIT își va prezenta soluția pentru un panou de operare conectat , care permite companiilor să împărtășească date sensibile provenite din procesele  de fabricație cu  – și doar cu – parteneri și beneficiari autorizați. Aceste soluții IT constau din trei componente: arhitectura IoT, replica digitală și International Data Spaces IDS (câmpuri de date internaționale). 

Arhitectura RIOTAN® (Real-time IoT Analitics – analiza în timp real a Internetului Lucrurilor) accesează datele brute din procesele în desfășurare – cum sunt vibrațiile, temperatura sau frecarea – și le utilizează pentru a genera indicatori semnificativi în timp real. Aceste informații sunt stocate, apoi, într-o replică digitală din serverele companiei. Aici, compania poate defini pe care date dorește să le schimbe, cu ce utilizatori și în ce condiții. Conectorii IDS oferă o transmitere securizată a datelor și controlul asupra prelucrării ulterioare a acestora de către un recipient (primitor/destinatar). De notat că acest schimb de date este bidirecțional. Primitorii pot adăuga informații replicii digitale.

„Tehnologia noastră crează o punte între arhitectura IoT și soluțiile existente pentru un schimb securizat de date de proces, așa cum sunt cele privind administrarea descrierii electronice a  bunurilor patrimoniale (Asset Administration Shell AAS –  concept în cadrul Industry 4.0), sau arhitectura IDS. Poate adapta orice tip de bază de date sau aplicație. De exemplu, permite producătorului și utilizatorului mașinii-unelte să facă schimb de date privind procesul de fabricație, pentru a îmbunătăți monitorizarea stării sculei,” declară Hendrik Haβe de la Institutul Fraunhofer pentru Software și Tehnologia Sistemelor (Systems Engineering) ISST.

Rezultate mai rapide datorate AI (inteligență artificială)

Însă valoarea adăugată a unei astfel de tehnologii pentru industrie se extinde mai presus de abilitatea de a schimba date cu parteneri externi. Tehnologii de tipul învățarea automată și inteligența artificială pot fi aplicate datelor obținute din procesele de fabricație în desfășurare.

Pentru a fi sigur că mașinile-unelte produc rezultate sigure, reproductibile, trebuie detectate semne ale uzurii la momentul oportun. Până acum, acest fapt depindea de experiența și de cunoștințele operatorilor mașinilor – și s-a bazat, în principal, pe capacitatea de observație a acestora. Astfel, existau puține disponibilități în sprijinul tehnicii. Cercetătorii de la Institutul Fraunhofer pentru Tehnologia de Fabricație – IPT și pentru Algoritmi și Calcule Stiințifice – SCAI au dezvoltat un algoritm în acest sens, cu care au exersat folosind metode special adaptate de învățare automată. 

AI este capabilă să determine starea unei scule prin analizarea spectrului sonor, care, în schimb, permite identificarea chiar a celor mai slabe semnale de uzură. „Și oamenii pot face acest lucru,” declară Sebastian Mayer, un cercetător la Fraunhofer SCAI, „dar AI o poate face mai rapid și poate analiza mai multe spectre sonore simultan, și să învețe modul în care să facă distincție între semnalele de uzură la o scară mai fină. Algoritmul ajută operatorul uman să decidă, de exemplu, dacă o sculă trebuie să fie schimbată sau nu. AI este acordată la frecvențe diferite față de urechea umană și poate sfătui operatorul cărei frecvențe trebuie acordată o atenție specială,” declară cercetătorul Arno Schmetz de la Fraunhofer IPT.

Source: Fraunhofer

Photo/video source: Fraunhofer