Imec na Smart Industries

Tento sa nazýva: Inteligentné priemyselné odvetvia.

Človek a stroj spolupracujúci v továrni: nočná mora alebo zápas v nebi? Ako budú naše továrne vyzerať v roku 2035? pýta sa Pieter Simoens z University of Ghent, pobočka spoločnosti Imec.

Nemusíte byť veľkým vizionárom, aby ste si predstavili najmodernejšie výrobné zariadenie naplnené robotmi a umelou inteligenciou (AI).

„Vzostup nočnej mory strojov“? Nie nevyhnutne, pretože ľudia budú hrať dôležitú úlohu aj v zajtrajších továrňach.

Ak sa nám podarí optimálne spojiť silné stránky človeka a stroja, môžeme dokonca položiť základ snového manželstva, ktoré by do roku 2035 mohlo signalizovať začiatok piatej priemyselnej revolúcie.

Predstavujú inteligentné továrne, v ktorých sa zameriava na automatizáciu, digitalizáciu a masovú výrobu, ale na prispôsobenie a personalizáciu - riadené ľudskou tvorivosťou.

Industry 5.0: kde inteligentná robotika spĺňa ľudskú kreativitu

Za posledných 300 rokov sa priemysel vyvíjal prudkou rýchlosťou. Všetko to začalo v 18. storočí, keď vidiecke spoločnosti v Európe a Amerike prešli procesom urbanizácie a železiarsky a textilný priemysel začal kvitnúť, čiastočne vďaka vynálezu parného stroja.

Tesne pred prvou svetovou vojnou sa objavili nové priemyselné odvetvia (ako napríklad oceliarsky a ropný priemysel), zatiaľ čo vynález elektriny nám umožnil začať s výrobou masovej výroby. To znamenalo začiatok priemyslu 2.0.

Odvtedy sa tempo rozvoja stalo ešte rýchlejším. V sedemdesiatych rokoch sme boli svedkami štartu Industry 3.0 - digitálnych technológií, automatizácie priemyselných procesov a zavádzania robotov.

A dnes sme na úsvite Industry 4.0, ktorý do značnej miery stavia na revolúcii Internet vecí (IoT): zariadenia všetkých druhov - vrátane robotov - sú pripojené na internet a produkujú nepretržitý tok dát; údaje, ktoré možno použiť na vytvorenie väčšieho prehľadu o priemyselných procesoch a na podporu ďalšej optimalizácie týchto procesov

Obr. 1: Od parného motora k internetu vecí: priemysel sa vyvinul v krutej rýchlosti za posledných 300 rokov.

Pôsobivé, že? Samozrejme, musíme k tomuto vývoju pridať upozornenie. Keďže automatizácia a optimalizácia sa v priebehu rokov stali dôležitejšími, ľudská angažovanosť je čoraz viac ohrozená ...

„Práve táto hrozba sa však skončí príchodom Industry 5.0. Vo svete, v ktorom sa chce každý jednotlivec naplno vyjadriť, sa zvýši dopyt po jedinečných, prispôsobených a personalizovaných produktoch. V takejto ére už nebude svätý grál robotickou masovou produkciou, ale ľudskou tvorivosťou.

V inteligentných továrňach v roku 2035 bude potrebné zaviesť nový model spolupráce. Manželstvo, môžete povedať, medzi mužom a strojom - s robotmi, ktorí robia ťažkú ​​mechanickú prácu, a so svojimi ľudskými spolupracovníkmi, ktorí sú „kreatívnymi architektmi“ (vymýšľaním nových, na mieru vyrobených produktov a dohliadaním na ich výrobu v zajtrajších továrňach).

Otázkou je: ako môžete podporiť partnerstvo medzi človekom a strojom v takomto prostredí? Ako vytvárate optimálne párovanie, takže 1 + 1 sa efektívne stane 3? To všetko sa zníži na efektívnu komunikáciu medzi rôznymi stranami!

Digitálne dvojčatá pre naše chytré továrne?

Na to, aby sa priemyslu 5.0 dala každá šanca na úspech, bude nevyhnutné, aby sa komunikácia medzi rôznymi aktérmi (ľuďmi a strojmi) urýchlila.

Samozrejme, stroje už dnes navzájom komunikujú. Napríklad vo veľkých automobilových továrňach integrátori s pomocou štandardizovaných protokolov zabezpečia, aby stroje (niekedy od rôznych poskytovateľov) „vedeli“ dosť o sebe, aby splnili ciele výroby. Buďme však úprimní: v dnešných továrňach má každý stroj v podstate svoju vlastnú prácu (montážna linka) a je potrebná malá skutočná komunikácia.

V budúcnosti, keď sa stroje dostanú autonómnejšie a potrebujú sa navzájom predvídať, bude komunikácia zložitejšia.

„Napríklad: predstavte si, že sa dvaja roboti v továrni priblížia. V tejto situácii, ako môže jeden robot predvídať, ako sa ten druhý bude pohybovať („Bude ísť doľava alebo doprava? A čo mám robiť…“)? A to je pred zohľadnením pozícií, akcií a reakcií iných robotov v blízkosti… “

Ak chcete zvládnuť tento typ situácií, môžete vytvoriť digitálnu kópiu (alebo dvojicu) továrne v oblaku. Takto vytvoríte digitálny model fyzickej výrobnej haly; model, ktorý sa neustále aktualizuje na základe údajov senzora v reálnom čase; model, v ktorom sú všetky rozhodnutia (a ich výsledky) simulované v reálnom čase.

V tomto scenári je všetky oprávnenia hosťované na centrálnom mieste, z ktorého odchádzajú všetky pokyny. A roboty a stroje v továrni sú fyzickým výsledkom toho, čo sa deje v tomto virtuálnom svete.

Na prvý pohľad sa tento „diktátorský model“ javí ako ideálne riešenie na riešenie zložitých situácií v továrni a zároveň zabezpečenie splnenia výrobných cieľov. Technicky je takýto scenár už dokonale realizovateľný: jediné, čo potrebujete, je rýchle dátové spojenie medzi fyzickými strojmi vo výrobnej oblasti a „virtuálnym mozgom“ a veľkým výkonom spracovania.

K tomu však existujú dve výhrady. Prvý je čisto ekonomický. Nezabúdajme, že priemyselné prostredia sú často zložité a konkurencieschopné miesta, kde mnoho aktérov spolupracuje (dodávatelia a partneri - a niekedy aj konkurenti). V tomto kontexte je ochrana údajov, súkromia a informácií nesmierne dôležitá - čo nie je v súlade so scenárom „diktátorského modelu“, keď centrálny mozog musí mať prístup k všetkým možným typom údajov (vrátane citlivých citlivých údajov), aby mohol riadne vykonávať svoju prácu. , Pre mnohých podnikových lídrov by bolo zdieľanie týchto údajov konečnou nočnou morou.

Obr. 2: Mali by sme urobiť digitálne dvojčatá továrne v oblaku, aby sme mohli realizovať spoľahlivú komunikáciu medzi ľuďmi a strojmi? Aj keď sa tento „diktátorský model“ javí ako ideálne riešenie na riešenie zložitých situácií v továrni, existujú dve varovania: konkurenti pracujúci v tej istej továrni nechcú zdieľať údaje a ľudský zamestnanec musí byť schopný zasiahnuť.

A druhá námietka? Ľudská nepredvídateľnosť! Aj keď môžeme prevádzkovať továreň, v ktorej sú zapojené obchodné záujmy iba jednej strany, centrálne riadený scenár spadá na kúsky, keď jedna osoba chodí po továrni; osoba s vlastnou autonómiou a autoritou. Predstavte si napríklad, že ľudský zamestnanec („kreatívny architekt“, ako sme ich označili skôr) si všimol, že robot robí niečo nesprávne a zapája sa do nápravy chyby… V tom okamihu by sa celý systém zastavil, virtuálny mozog by stratil všetku kontrolu.

Tento model by preto mohol byť platný len pre priemyselné zariadenia, ktoré sa zameriavajú na výrobu sypkého tovaru, a kde je úloha ľudí minimálna (alebo - z dlhodobého hľadiska - možno vôbec neexistujúca).

Nová forma umelej inteligencie: komplexné uvažovanie

Inými slovami: vždy, keď človek a stroj musia spolupracovať, budeme musieť použiť rôzne metódy na zabezpečenie ľudskej nepredvídateľnosti a na zabezpečenie toho, aby to roboty mohli predvídať.

„Zvlášť sľubným princípom je„ komplexné uvažovanie “- nová forma umelej inteligencie, ktorá môže byť použitá na učenie strojov, ako rozumne uvažovať a predvídať činy niečoho (alebo niekoho iného). Je však ešte pred sebou ešte dlhá cesta, než môžeme do praxe zaviesť princíp komplexného uvažovania. “\ T

Umelá inteligencia, ako ju poznáme dnes, je založená na „hlbokom vzdelávaní“ - výkonnej technológii na rozpoznávanie vzorov v obrovskom množstve údajov. Medzičasom sme túto technológiu zvládli, takže cieľom je urobiť ďalší krok a mať stroje opýtať sa sami seba: „Ako moje činy ovplyvňujú činy ľudí okolo mňa?“

Aby sme veci ešte viac skomplikovali, musíme túto mimoriadnu úvahu zahrnúť do mixu: v priemyselnom prostredí je prvoradou požiadavkou transparentnosť (aby sa zabezpečilo splnenie výrobných cieľov).

Ale hlboké učenie je v skutočnosti opakom, a to „čiernou skrinkou“: vychovávate systém, aby rozpoznal vzory, ale stratíte kontrolu nad tým, ako tento systém príde na svoje závery.

Ďalšou požiadavkou komplexného uvažovania je preto to, že musí byť dostatočne transparentný (alebo „vysvetľiteľný“), aby ho ľudia mohli prijať, čo znamená, že v budúcnosti budeme hovoriť o „vysvetľovateľnej AI“.

Celoživotné vzdelávanie: aj pre roboty

V období do roku 2035 sa komplexné uvažovanie stane novou strategickou výskumnou témou, pričom tímy z celého sveta študujú, ako musia byť základné algoritmy vyvinuté, implementované a optimalizované.

Okrem toho budeme konfrontovaní s otázkou, ako môžu stroje neustále zlepšovať svoje reakcie a spôsoby predvídania činností. To znamená, že musia byť vyvinuté nové „systémy odmeňovania“ založené na implicitných a explicitných signáloch spätnej väzby.

„Môžete sa staviť, že v budúcnosti sa koncepcia„ celoživotného vzdelávania “nebude vzťahovať len na človeka, ale aj na stroje…“

Ako imec prispieva k tejto budúcnosti?

Imec má vedúce postavenie na svetovom trhu v niekoľkých technologických oblastiach, ktoré vedú k vytváraniu inteligentných priemyselných odvetví: od výskumu do inteligentnej logistiky a internetu vecí až po interakciu medzi človekom a strojom, zmysel pre veľké dáta, vytváranie senzorových systémov pre priemyselných aplikácií, zobrazovacích technológií a pod.

Otázky, ktoré sa naši výskumníci snažia zodpovedať, zahŕňajú:

• Ako môžeme pomôcť spoločnostiam znížiť prevádzkové náklady (ako napr. Čas výroby a spotreba energie) - a pomôcť im vyriešiť zložité logistické hádanky a využiť inteligentné algoritmy?

• Ako môžeme rozšíriť výhody holografickej 3D technológie alebo inteligentných systémov videnia na domény, ako je inteligentná zábava a inteligentná výroba?

• Ako môžeme optimálne a bezpečne prispôsobiť interakciu medzi človekom a strojom vo výrobných prostrediach?

• Ako môžeme kombinovať senzory, akčné členy a elektroniku v malých a ultranízkych výkonových čipoch, ktoré neustále získavajú údaje o výrobných procesoch, skladovaní a riadení zásob?

• Ako je možné do plastovej fólie integrovať nízko nákladové identifikačné, sledovacie a snímacie čipy, tenšie ako papier?

• Ako môžeme premeniť obrovské množstvo neštruktúrovaných dát, ktoré generujú senzorové siete, na použiteľné znalosti, vďaka ktorým budú spoločnosti efektívnejšie?