Вольфганг Вальстер

Индустрия 4.0: производственные процессы будущего

Профессор Вольфганг Вальстер, один из ведущих в мире экспертов в области искусственного интеллекта, раскрывает некоторые представления о производственных процессах будущего. В мире «Индустрии 4.0» машины будут способны понимать свое окружение и общаться между собой по Интернет-протоколу. Предполагается, что первые предприятия новой промышленной революции начнут функционировать уже через пять лет.

– Профессор Вальстер, в экспертных обсуждениях и специализированных изданиях часто упоминается термин «Индустрия 4.0». В будущем машины смогут обмениваться между собой данными, что, соответственно, коренным образом изменит традиционное промышленное производство. Мы действительно идем к четвертой промышленной революции, как считают многие специалисты?

Да, киберфизические системы производства в корне изменят традиционную логику производства, поскольку каждый рабочий объект будет сам определять, какую работу необходимо выполнить для производства. Эта абсолютно новая архитектура промышленных систем может быть внедрена постепенно посредством цифровой модернизации существующих производственных мощностей. И это означает, что данную концепцию можно реализовать не только на абсолютно новых предприятиях, но и поэтапно разворачивать на существующих предприятиях в процессе эволюционного развития. В сегодняшней Индустрии 3.0 мы уже наблюдаем признаки неминуемого перехода от жесткого централизованного производственного контроля к децентрализованному устройству.

Большое количество датчиков регистрирует свое окружение с невероятной точностью, а встроенные процессоры самостоятельно принимают решения, независимо от центральной системы управления производством. Но на данный момент у нас нет комплексного беспроводного сетевого взаимодействия компонентов, постоянного обмена информацией, сведения воедино различных данных от датчиков для идентификации сложных событий и критических состояний и их интерпретации на основе сложившейся ситуации, а также планирования дальнейших действий, исходя из полученных результатов.

Зачем промышленному производству необходим такой высокий уровень сетевого взаимодействия интеллектуальных машин?

– На сегодняшних предприятиях огромные объемы данных выдаются точками измерения, количество которых постоянно растет. С этим процессом легко справляются машины, и человек уже не может обрабатывать эти данные с той же скоростью, что и машины. Соответственно, будет целесообразно, если машины получат возможность взаимодействовать между собой в определенных областях производства. Многие процессы можно сделать более эффективными, гибкими и рентабельными посредством создания среды, оснащенной измерительным оборудованием. Сверхмалые и недорогие радиодатчики будут фиксировать свое окружение и обмениваться данными между собой по радиосвязи. Датчики различного типа, как, например, датчики давления и температуры, электрооптические и инфракрасные датчики, будут функционировать совместно, создавая общую картину происходящего и определяя то, что происходит в их окружении.

В мире Индустрии 4.0 производственное оборудование и продукты станут активными системными компонентами, управляющими своими производственными и логистическими процессами. Они будут включать в себя киберфизические системы, связывающие виртуальное пространство Интернета с реальным физическим миром. При этом они будут отличаться от существующих мехатронных систем наличием способности взаимодействовать со своим окружением, планировать и адаптировать свое собственное поведение согласно окружающим условиям, учиться новым моделям и линиям поведения, и, соответственно, быть самооптимизирующимися. Они обеспечат эффективный выпуск даже минимальных партий при быстром внесении изменений в продукцию и большом количестве вариантов. Применение встроенных датчиков/исполнительных механизмов, обеспечение межмашинного обмена данными и использование активной семантической памяти приведет к появлению новых методов оптимизации, направленных на сохранение ресурсов в производственной среде. Это, в свою очередь, будет способствовать будущему созданию экологически безопасного и передового производства с приемлемыми расходами в Германии.

– Означает ли это абсолютно новые возможности для производства?

Да, появление у машин способности понимать определенную ситуацию приведет к абсолютно новому уровню качества в промышленном производстве. Взаимодействие между большим количеством отдельных компонентов позволит вырабатывать решения, которые ранее было невозможно запрограммировать на производственных установках. В физике и биологии мы называем это явление «проявлением». Наглядный пример этому – муравейник, где каждое насекомое по отдельности не является особо интеллектуальным, но когда одновременно взаимодействует большое количество муравьев, они могут вырабатывать удивительные решения по поиску пищи и защите от хищников. В сущности, целое всегда больше суммы его частей. Это явление также используется в «Индустрии 4.0». В случае повреждения компонента или полного выхода из строя детали оставшиеся рабочие компоненты совместно разрабатывают какой-то процесс самовосстановления, определяющий факт повреждения, оценивающий размер этого повреждения, находящий альтернативные решения для текущей производственной задачи и выдающий разрешение на проведение соответствующих работ по ремонту или техобслуживанию, которые, конечно же, будут проводиться квалифицированным персоналом, как и прежде.

– Для этого требуется высокоэффективный обмен информацией аналогично процессу в муравейнике. И как эта проблема решается в Индустрии 4.0?

Важным фактором успеха Индустрии 4.0 является интеллектуальная интерпретация информации об окружающей среде. Соответственно, здесь ключевую роль играет программное обеспечение. Оно должно не только регистрировать данные, получаемые от датчиков, и передавать их в виде двоичной последовательности, но также и иметь представление о содержании в конкретном контексте.

Для этой цели программное обеспечение на производстве будущего будет также наделено системой концепций, обеспечивающей четкое описание функций системных компонентов, производственных задач, состояний и событий. Таким образом, Индустрия 4.0 будет способствовать развитию высококачественного семантического взаимодействия, которое будет понятно не только сотрудникам предприятия, но также и заводскому оборудованию. Для того чтобы это заработало, нам нужны унифицированные описательные языки и Интернет в качестве коммуникационной платформы на предприятии. На смену сегодняшнему хаосу, создаваемому бесчисленными шинными системами, придет единый стандартный общемировой протокол – Интернет-протокол, реализуемый в реальном времени по сети WLAN или Ethernet.

То есть Индустрия 4.0 будет использовать Интернет для обмена данными между системными компонентами?

Совершенно верно. Именно поэтому в данном контексте мы говорим об «Интернете вещей». Для некоторых машин web-серверы уменьшены до размеров кусочка сахара, при этом они выполняют свои функции и могут обмениваться данными с заготовками во время проведения технологических процессов. В Индустрии 4.0 заготовку можно будет забирать с мобильного носителя и передавать производственному компоненту, который способен наиболее быстро провести следующий необходимый технологический этап при минимально возможных затратах, аналогично тому, как поставщики услуг делают свои предложения на реальном рынке. Технологическая цепочка, создаваемая таким образом для каждой заготовки, в некотором роде напоминает заданное перемещение по предприятию. Такая система обеспечивает высокий уровень гибкости, надежности и устойчивости Индустрии 4.0. В изменяемой производственной среде Индустрии 4.0 необработанная деталь будет сообщать системе о том, что нужно сделать с ней и изготовить из нее. Системный компонент должен, в свою очередь, передавать продукту информацию о выполняемых им функциях. После этого продукт принимает решение, нужна ли ему эта функция, и если нужна, то в каком виде он примет данную функцию и сохранит данные о ней в своей семантической памяти.

Это уже существует в промышленности?

Да, эта концепция уже реализуется в некоторых областях логистики. Например, продукт с заданной максимальной температурой в холодильной камере может во время транспортировки контролировать температуру окружающей среды с помощью киберфизических систем, установленных в упаковке. При превышении заданного предела упаковка генерирует сигнал и посылает его, например, в систему грузового автомобиля-рефрижератора. При получении сигнала система автомобиля может отреагировать и понизить температуру. Данная технология уже применяется при транспортировке пакетов с плазмой крови. В данном случае главное преимущество заключается в непосредственной связи объекта с системой управления климатом без вмешательства человека.

Сколько времени пройдет до того момента, когда первые промышленные предприятия Индустрии 4.0 начнут работать, и можно ли преобразовать или обновить также и существующие предприятия?

Большое преимущество Индустрии 4.0 состоит в том, что она может внедряться поэтапно. С киберфизическими системами можно преобразовать предприятие без остановки его производства. Это предполагает оснащение необходимыми датчиками, установку системных компонентов с миниатюрными серверами и замену шинной системы. То есть можно начать с отдельных машин, а затем уже преобразовать весь завод. То, что говорится о «четвертой промышленной революции», в действительности является эволюцией машин. Хотя Индустрия 4.0 еще и не реализована в промышленных масштабах, но партнеры из научно-исследовательских организаций и промышленных секторов усиленно работают для того, чтобы воплотить его в реальность.

В Немецком исследовательском центре искусственного интеллекта (DFKI) в Кайзерслаутерне, находящемся в юго-западной части Германии, мы уже несколько лет эксплуатируем первое в мире умное производство в качестве «живой» лаборатории. Данное производство – эталонная архитектура для Индустрии 4.0. Первые предприятия, полностью согласующиеся с принципами Индустрии 4.0, заработают самое раннее через пять лет. Дела идут быстрее с преобразованием и модернизацией существующих предприятий. Здесь можно предположить, что первые предприятия начнут функционировать на основе определенных киберфизических принципов производства через 2-3 года.

Будут ли люди все еще востребованы в промышленном производстве будущего?

Больше, чем когда-либо. Невозможно изготовить сложные штучные продукты высшего качества без труда квалифицированных рабочих. В Индустрии 4.0 технологические процессы будут выполняться со скоростью, задаваемой рабочими, и никак иначе, не так, как это происходит сейчас в случае централизованного управления. При этом некоторые выполняемые людьми задачи будут отличаться от современных задач. Новое поколение легких интеллектуальных роботов будет работать совместно с персоналом. В Индустрии 4.0 роботы будут активно взаимодействовать с людьми, поскольку благодаря своим интеллектуальным датчикам они будут наделены «избегающим» поведением, как у человека, и, соответственно, они больше не будут представлять опасность для людей. Понимая свое окружение, роботы смогут оценивать даже сложные ситуации и в качестве вспомогательных производственных систем оказывать поддержку сотрудникам в выполнении ручной работы. В этом отношении компания Festo является первопроходцем благодаря своим исследованиям в области бионики. Группа компании, занимающаяся бионными разработками, сделала большой шаг вперед, создав системы Bionic Handling Assistant и ExoHand.

В конце концов в выигрыше от Индустрии 4.0 будут исключительно люди.

 

Для справки

Профессор Вольфганг Вальстер

Доктор компьютерных наук, занимается исследовательской работой и выступает с лекциями по искусственному интеллекту в Саарландском университете. Вольфганг Вальстер является Главным исполнительным директором, а также Директором по технической и научной работе в Немецком исследовательском центре искусственного интеллекта (DFKI) в Кайзерслаутерне, Саарбрюккене, Бремене и Берлине. Являясь членом научно-исследовательского союза при Федеральном правительстве и Председателем Высшего консультативного органа в Евросоюзе в области Интернета будущего (программа FI-PPP), он консультирует европейских политиков.

www.dfki.de

Начать обсуждение


UP-PRO в сетях