Jedním z hlavních rysů tzv. chytré výroby je přítomnost autonomních automatizačních řešení vybavených umělou inteligencí (AI). Pro vývoj kvalitního AI systému je nezbytné mít dostatečné množství kvalitních dat a také odpovídající výpočetní kapacitu. Výrobní data jsou ale současně velmi choulostivá a je potřeba s nimi nakládat s nejvyšší opatrností. Na všechny tyto požadavky odpovídá platforma Siemens Industrial Edge ve spolupráci s otevřeným systémem pro průmyslový internet věcí (IIoT).
Data se stala v 21. století tím, čím byla ropa ve století devatenáctém – surovinou nedozírné hodnoty. Od roku 1854, kdy vznikla v Polsku nedaleko Jasła první evropská rafinerie, rostl rok od roku nejen objem její těžby, ale také počet zcela nových průmyslových odvětví, která by bez ní pravděpodobně nikdy nevznikla. S daty je tomu podobně. V současné době se nalézáme ve fázi, kdy je již umíme poměrně dobře „těžit“ a intenzivně pracujeme na tom, jak je co nejlépe využívat.
Průmyslová výroba se na data spoléhá čím dál více a výroba budoucnosti je bez nich již zcela nepředstavitelná. Stejně ale jako každá jiná „surovina“, data sama o sobě příliš vysokou hodnotu nemají. Jejich přidaná hodnota je vytvářena následnou analýzou a zpracováním. Je nepřeberné množství možností zpracování sbíraných dat. Jednou z nejpokročilejších metod je využití umělé inteligence (AI).
Na úrovni výroby dochází ke vzniku obrovského množství dat, která jsou generovaná snímači, kamerami, řídicími systémy apod. Tam, kde je to vhodné, Siemens využívá ke zpracování a strukturování dat vlastní řešení Industrial Edge. Jeho účelem je přeměna surových dat v tzv. chytrá (smart) data.
Industrial Edge od Siemens stojí mezi klasickým edge computingem a cloud computingem a uživateli dovoluje využívat a podle vlastních potřeb si nakombinovat to nejlepší z obou těchto přístupů. Stejně jako běžný cloud computing, Industrial Edge umožňuje zpracovávat veškerá data přímo na místě, kde vznikají – například u konkrétního stroje. Lokální zpracování dat je většinou bezpečnější, rychlejší a také méně nákladné než práce s daty v cloudu. Na rozdíl od konvenčních edge řešení Industrial Edge s cloudem také počítá. Odesílá se do něj ale méně dat, která jsou již upravená a optimalizovaná. Díky tomu se neprojeví slabé stránky cloudových řešení, jako je typicky dlouhá odezva a poměrně vysoké ceny za pronájem. Naproti tomu obrovskou výpočetní kapacitu cloudu a možnost okamžitého přístupu k datům odkudkoliv a kdykoliv lze využít naplno.
Vysoce automatizovaná výroba, která funguje v zásadě bez potřeby intervence člověka na základě předem naprogramovaných algoritmů, se dnes posouvá do nové fáze, kterou představuje tzv. chytrá výroba. Jejím základem jsou intuitivnější a autonomní systémy, které již nesledují pouze předem naprogramované procesní kroky, ale dokážou se samy rozhodovat, reagovat na nastalé situace a také se z nových situací učit, a tím se průběžně zdokonalovat. Jsou to systémy vybavené prvky AI.
Umělá inteligence se uplatňuje napříč celým podnikem – od úrovně konkrétního produktu a výrobního postupu přes automatizaci nevýrobních procesů až po řízení celého závodu, včetně obchodu, marketingu a služeb zákazníkům. To, jak dobře bude AI v tom kterém oboru pomáhat, záleží na kvalitě její přípravy, čili tréninku. Dnes máme situaci mnohem jednodušší než kdykoliv před tím. Díky IIoT máme totiž k dispozici enormní množství dat, která jsme dříve pracně sháněli. AI tedy vstupuje do nové éry, která slibuje její obrovský rozmach.
De facto hybridní řešení Siemens Industrial Edge poskytuje pro vytváření vysoce kvalitních AI modelů ideální podmínky. Umělou inteligenci je lepší trénovat v cloudu, do kterého lze uložit mnohem více dat než do jakékoliv lokální počítačové stanice. Cloud také disponuje mnohonásobně větší výpočetní kapacitou. Pokud jsou v cloudu uložena již dobře předpřipravená data, potom jsou podmínky pro trénování AI v podstatě dokonalé.
Vlastní trénink AI v cloudu probíhá prostřednictvím algoritmů strojového učení (machine learning, ML). Konkrétně s pomocí binární klasifikace, která, zjednodušeně řečeno, „učí“ umělou inteligenci, co je správné (žádoucí) a co ne. Jakmile je AI model vytrénovaný do té míry, aby mohl začít plnit požadované úkoly, nahraje se do Edge aplikace. AI Edge aplikace je podobná aplikaci v chytrém telefonu a v rámci systému ji lze umístit na libovolný počet edge zařízení, kde je jejím úkolem vytvářet předpovědi v reálném čase.
To, co se AI „naučila“ v cloudu, nyní uplatňuje na lokálních výpočetních stanicích a s cloudem už dál nemusí udržovat žádné spojení. Všechna choulostivá výrobní data tak mohou zůstat pouze ve výrobě. Do cloudu se později odesílají pouze výsledky, které jsou relevantní pro vytvoření nové, „chytřejší“ verze AI Edge aplikace.
Ve výrobním závodě Siemens v Amberku, kde se vyrábějí řídicí systémy SIMATIC, se dříve kvalita výroby hlídala pomocí rentgenové diagnostiky, kterou musel podstoupit každý jeden tištěný spoj (PCB). Tyto testy ale jsou nejen zdlouhavé, ale také poměrně drahé. Siemens proto vyvinul speciální AI algoritmus, který umí předpovídat kvalitu jednotlivých PCB na základě dat z výroby. Pokud je vše v pořádku, není důvod, aby se kontrolovaly všechny tištěné spoje. Pod rentgen se posílají jen ty, kde je podezření na nějaký defekt.
S pomocí AI aplikace nahrané v edge stanici umístěné na konci výrobní linky, která předpovídá kvalitu vyráběných tištěných spojů, se podařilo snížit počet výstupních testů kontroly kvality o 30 procent a současně kvalitu produktů udržet na 100 procentech, což je výsledek, kterým se výrobní závod Siemens v Amberku pyšní již řadu let.
Strategií Siemens je integrace veškerých procesů na nejvyšší úrovni, což se týká také AI systémů a otevřených IoT systémů. Zde, v tomto konkrétním případě, se výrobní data generovaná IoT systémy využívají k vytvoření lokální umělé inteligence, která optimalizuje konkrétní procesy v reálném čase bez toho, že by k tomu potřebovala cloud. Tomuto řešení se říká optimalizace procesu s uzavřenou smyčkou.
Pokud byste měli zájem o integraci AI do vaší výroby, neváhejte společnost Siemens kontaktovat. Její odborníci jsou vám k dispozici a ochotně vám pomohou najít to nejlepší řešení na míru.
Více informací naleznete na siemens.cz/industrial-edge
Vypravte se s námi do historie české energetiky, společně ale nahlédneme i do její budoucnosti. Hostem podcastu je Tomáš Hüner, ředitel divize chytré infrastruktury v českém Siemensu, který se oblasti energetiky věnuje již více než 30 let.
Průmyslové metaverzum – nový svět, který zrcadlí a simuluje skutečné stroje, továrny, města, dopravní sítě a ostatní i velmi složité systémy – nabídne svým aktérům interaktivní reprezentace a simulace skutečného světa v reálném čase. V dějinách průmyslu představuje zcela novou kapitolu, kterou začínáme společně psát.
Reprezentativní budova Opery v Dubaji, hlavním městě stejnojmenného emirátu, v sobě skrývá špičková zařízení Siemens, která symbolizují pronikání moderních technologií této společnosti nejenom do exkluzivních koncertních sálů. Jsou také příkladem pro budování inteligentních měst.
Budoucím trendem zemědělství je udržitelné pěstování plodin s méně zdroji a bez použití chemických přípravků. Aby zemědělci mohli vyhovět těmto novým nárokům a požadavkům, musejí úzce spolupracovat s průmyslem, který jim dokáže poskytnout potřebné nástroje. Jak dobře může taková spolupráce fungovat, názorně předvádí FRAVEBOT – robot, který na brněnské rodinné farmě Ráječek monitoruje a sklízí jahody.
