Роботы и четвертая промышленная революция
Говоря об эволюции роботов невозможно не остановиться на концепции 4-й промышленной революции, которая известна также как "Индустрия 4.0", и характеризуется объединением физических, цифровых и киберфизических систем, а также автоматизацией и взаимосвязью между ними. Можно сказать, что Индустрия 4.0 представляет собой некоторый сплав достижений в области робототехники, искусственного интеллекта, облачных технологий, интернета вещей, больших данных, и ряда других прорывных технологий. Поговорим чуть подробнее о таких составляющих 4-й промышленной революции как облачная робототехника и интернет роботизированных вещей.
Облачная робототехника
Интеграция облачных вычислений 1О сути облачных технологий можно прочитать в наших предыдущих изданиях "Цифровая трансформация. Анализ, тренды, мировой опыт" и "ЦОД. Анализ тренды, мировой опыт", доступные для скачивания по адресу https://digitalatom.ru/knowledge и робототехники является одним из направлений сетевой робототехники. Как известно облачные технологии предложили человечеству новые сервисы, по предоставлению по сети практически неограниченных вычислительных ресурсов и СХД, по требованию динамически и эластично.
Термин "облачная робототехника" появился в 2010 г. Суть концепции состояла в том, что роботы, имеющие доступ к облаку, могут переносить задания, требующие массивных вычислений на удаленные серверы, и соответственно иметь более компактные и менее энергоемкие бортовые компьютеры. Робот передает сенсорные данные и другую необходимую информацию в облако, где она обрабатывается, анализируется и на основании этих данных принимаются решения.
Новая технология позволила роботам расширить свою функциональность. Группы роботов получили возможность пользоваться централизованным "облачным мозгом", обеспечивая совместную работу, обмен информацией и согласованные действия. Благодаря облачной архитектуре роботы смогли получать доступ к общей базе знаний в облаке, получать информацию из разных источников, что расширило их возможности по принятию решений. Например, выработанная одним роботом карта окружающей среды, может быть передана другому роботу, что существенно ускорит его работу.
Сетевые технологии позволили реализовать самые разные сценарии взаимодействия роботов между собой, а также осуществлять взаимодействие робота и человека (возможность реализовать дистанционное телеуправление роботами, возможность роботам обмениваться информацией, возможность получения роботами информации из облака и из удаленных средств мониторинга окружающей среды, в том числе с беспилотных летающих рис. 5.1
Источник: [112]
Развитие все большего числа подключенных к интернету вещей, снабженных различными датчиками и возможностью общения по сети, подводит нас к еще одной важной технологии - интернет роботизированных вещей.
Интернет роботизированных вещей
Термин "Интернет вещей". Internet of Things (IoT) появился в самом конце прошлого века. Согласно определению Gartner, "Интернет вещей" - это сеть физических объектов, имеющих встроенную технологию для коммуникаций и сенсоры для восприятия внутреннего состояния этих объектов или состояния внешней среды. Связь между устройствами (вещами) осуществляется не обязательно, на базе интернета, а возможно на основе других сетевых технологий, однако в ряде определений интернет протоколы упоминаются явно. Например, определение IDC гласит, что IoT - это проводная или беспроводная сеть, соединяющая устройства, которые имеют автономное обеспечение, управляются интеллектуальными системами, снабженными высокоуровневой операционной системой, автономно подключены к интернету, могут исполнять собственные или облачные приложения и анализировать собираемые данные. Кроме того, они обладают способностью захватывать, анализировать и передавать (принимать) данные от других систем. Говоря о бытовых устройствах в концепции "интернета вещей" обычно упоминают элементы системы "умный дом", такие как холодильники и стиральные машины с доступом в интернет, или "вещи" для мониторинга здоровья (часы и браслеты для мониторинга сердечного ритма и других показателей физического состояния человека).
Согласно трактовке ABI Research IoRT подразумевает, что интеллектуальные устройства могут отслеживать события, объединять данные датчиков из различных источников, использовать локальный и распределенный интеллект для определения наилучшего сценария действий, а затем действовать для управления или манипулирования объектами физического мира, в том числе во время физического перемещения в этом мире.
IoT-устройства генерируют огромные массивы данных, быстро передать которые для обработки в центральный ЦОД проблематично. Задачу решает так называемая технология периферийных вычислений (Edge computing). Периферийные вычисления позволяют обработать информацию там, где она создана. Edge computing отвечает за первичную обработку данных и передачу агрегированной информации в облако, где происходит накопление, хранение и аналитическая обработка информации. Технология позволяет обеспечить баланс между тем, что должно быть обработано в облаке, и тем, что лучше всего держать на периферии. Применение периферийных вычислений актуально при использовании автономных роботов, когда задержка передачи информации критична для управления.
Описанные выше сетевые технологии позволяют реализовать самые разные сценарии построения решений на базе подключенных роботов ( рис. 5.2).
В частности робот может быть подключен к конструкторским и производственным системам (ERP/CAD) и другим производственным машинам (рис. 5.2 а), робот может передавать данные, которые анализируются для оптимизации производительности производственного процесса (рис. 5.2 б ); робот может иметь цифровую копию, в которую он постоянно передает данные о своем внутреннем состоянии для уточнения этой цифровой модели 2Более подробно прочитать о концепции цифровых двойников можно в книге серии "Цифровой двойник. Анализ, тренды, мировой опыт" (рис. 5.2 в ) и робот может предоставляться как сервис в этом случае робот, подключенный к облачным ресурсам, предлагается в аренду на условиях оплаты по мере использования3Для обозначения услуги "робот как сервис" часто используется аббревиатура (RaaS) от англ. Robots-as-a-Service.
[113 ]
С одной стороны, робототехника является частью индустрии 4.0 и должна встраиваться в современную производственную среду, которая основывается на технологиях индустрии 4.0. С другой стороны, сами робототехнические решения все больше интегрируют в себя элементы индустрии 4.0 - роботы используют технологию интернета вещей, реализовывается концепция IoRT, которую мы уже упоминали, развивается облачная робототехника (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Робототехника, вписываясь в новую производственную среду, интегрирует в себя технологии "индустрии 4.0".
Концепция "завод будущего"
Совместное использование технологий 4-й промышленной революции формирует концепцию "завод будущего" рис. 5.4. Это концепция высокотехнологичного интегрированного производства, сочетающего автоматизацию, робототехнику, цифровизацию и аналитику больших данных для создания более эффективной и гибкой производственной среды.
Роботы используются на всех этапах производственного процесса: как непосредственно на стадии производства, так и на стадии логистики. Интегрированная автоматизация представляет собой комплексную систему, которая обеспечивает автономную работу всего производственного процесса с помощью компьютерного управления.
CAD4Computer Aided Design - автоматизированное проектирование - компьютерная технология, которая служит для проектирования продукта и документирования этого процесса -системы позволяют инженерам создавать подробные цифровые модели изделий, компонентов и систем, обеспечивая виртуальное представление конечного продукта. Программное обеспечение CAM5Computer Aided Manufacturing - автоматизированное производство - компьютерная технология, подразумевающая использование программного обеспечения для управления станками при изготовлении деталей использует цифровые модели, созданные в CAD, и преобразует их в инструкции для автоматизированного производственного оборудования, что помогает оптимизировать производственный процесс, генерируя траектории движения инструментов, управляя операциями обработки и оптимизируя расход материалов. Интегрируя системы CAD и CAM, производители могут обеспечить точное воплощение проектного замысла в производственном процессе, обеспечивая эффективное и точное производство. Машины, процессы и данные работают под управлением единой системы управления (MES6MES (от Manufacturing Execution System) - система управления производством ), которые управляют производственными операциями в режиме реального времени, собирая данные из различных производственных процессов, обеспечивая видимость состояния производства, распределение ресурсов и контроль качества.
