Aktuální vydání

celé číslo

01

2018

Průmyslové a servisní roboty

Snímače síly a momentu, průmyslová vážicí technika

celé číslo
Otevřená architektura NAMUR jako brána k využití přínosů průmyslu 4.0 v procesní výrobě

Článek popisuje otevřenou architekturu NAMUR, jež byla představena loni na podzim na valném zasedání německého sdružení uživatelů automatizační techniky v procesní výrobě NAMUR. Tato architektura představuje možnost, jak racionálně a efektivně využít principy průmyslu 4.0 v tak konzervativních oborech, jakými jsou chemická, farmaceutická a potravinářská výroba.Klasická automatizační pyramida: osvědčená i svazujícíV automatizaci procesní výroby se již mnoho let používá architektura řídicího systému ve tvaru pyramidy. Na nejnižší úrovni je provozní přístrojová technika (snímače, akční členy), nad ní je základní vrstva řídicí techniky (PLC, DCS), ještě výše je úroveň operativního řízení výroby (MES) a zcela nahoře vrst­va podnikového řízení, tj. systémů ERP. Jde o architekturu osvědčenou a široce akceptovanou, umožňující realizovat vysoce spolehlivé automatizované řízení výroby a zaručující dlouhodobou provozuschopnost výrobního závodu. Přijít o tyto výhody je pro provozovatele výrobních podniků s procesním charakterem výroby nepřijatelné, a proto klasická pyramida překonává všechny převratné tlaky průmyslu 4.0.Je však pravda, že automatizační pyramida má i své nevýhody. Jde o architekturu, která je uzavřená stěnami pyramidy, nepočítá s rozhraními s okolním světem, a především umožňuje jen velmi omezenou modernizaci: nové systémy se instalují paralelně se starými, aby nebyla narušena kontinuita výroby, a možnosti využití nové techniky v současném systému jsou omezené. V procesní automatizaci je zpravidla nepřípustná metoda pokus-omyl, vše musí už od počátku pracovat zcela bezchybně. Prostor pro fyzické testování novinek je tím velmi úzký. Nové trendy v procesní techniceZnamená to, že procesní technika ztrácí kontakt s moderním vývojem? To není pravda. Připomínám trendy v oblasti multifunkčních senzorů, stále rostoucí schopnosti komunikace s provozními přístroji prostřednictvím ethernetových sítí, rozšiřování bezdrátové komunikace, využívání tabletů a jiných mobilních terminálů nebo možnost přenášet velké objemy dat (big data) z provozů do cloudu, kde jsou takto získaná data zpracovávána metodami umělé inteligence. To již není v procesní výrobě budoucnost, ale přítomnost. Provozní technik nemusí chodit po provozu a zrakem, sluchem a čichem sledovat průběh výrobních procesů – jeho zkušenosti jsou doplňovány množstvím různých diagnostických nástrojů, dostupných na počítači v jeho kanceláři, popř. i kdekoliv jinde, kde se dokáže prostřednictvím internetu přihlásit ke svému systému.Tomuto vývoji se říká digitalizace výroby. Ukazuje se však, že pyramidová architektura řízení výroby se stává jeho brzdou.NOA zachovává to osvědčené a otevírá cestu novémuCílem vývoje architektury NAMUR Open Architecture (NOA), otevřené architektury NAMUR, bylo umožnit rozvoj digitalizace výroby a nepřijít přitom o výhody osvědčené pyramidové architektury. Nová architektura tedy nerozbíjí osvědčenou pyramidu, ale přidává se k ní jako nová vrstva na boční stěnu původní struktury. Tak zůstanou v platnosti staré, osvědčené standardy, nenaruší se dostupnost a bezpečnost původního systému, a přitom lze využít od provozní úrovně řízení až po úroveň řízení podniku nové metody komunikace, moderní typy rozhraní a metody zpracování dat a otevřít tak procesní výrobu průmyslovému internetu věcí (IIoT) a průmyslu 4.0 (obr. 1).Na obr. 2 je schéma ukazující uplatnění architektury NOA ve struktuře průmyslového podniku.Šedivý obdélník vpravo dole (koresponduje s šedou barvou v obr. 1) znázorňuje základní řízení technologických procesů. Zde se uskutečňují všechny regulační úlohy ve zpětnovazebních smyčkách, realizují se sekvenční a dávkové řídicí funkce a sbírají se informace z provozních snímačů. Operátorům výroby jsou k dispozici vysoce agregovaná rozhraní (HMI). Typickými požadavky v tomto bloku řízení jsou komunikace v reálném čase a zajištění funkční bezpečnosti. Komunikační kanály, jež sem prorůstají z vrstvy NOA, nesmějí splnění těchto požadavků nijak ovlivnit.Ve spojitosti se zaváděním principů I40 se počítá, že se budou i zde rozvíjet komunikační sítě využívající IP adresy (tj. komunikační systémy průmyslového Ethernetu), že zde budou vytvořena otevřená rozhraní pro získávání informací z DCS nebo PLC (např. OPC UA), ale současně že budou vyvinuty verifikační nástroje, které budou ověřovat oprávněnost požadavků ze strany nástrojů pro monitorování a optimalizaci.Růžové bloky v obr. 2, které odpovídají růžovému čtyřúhelníku v obr. 1, jsou bloky monitorování a optimalizace (M+O). Procesní výroba byla už i dříve monitorována a optimalizována, ale tyto funkce nebyly tak výrazně integrovány s provozním řízením – fungovaly více méně samostatně. Oblast M+O je podle NOA nedůležitější oblastí pro uplatňování inovací souvisejících s koncepcí I40.Co z oblasti M+O bylo využíváno již dříve? Například dispečerské řízení výroby s nástroji pro operativní rozvrhování podle momentálních výrobních kapacit, dostupnosti surovin a vývoje cen energie. Údaje do něj však byly často zadávány manuálně z různých zdrojů – to bylo náročné na čas i soustředění.Jiný příklad: ukazatele KPI byly dříve považovány za manažerský nástroj, a jestliže byly zpřístupněny i operátorům výroby, mělo to spíše psychologickou a „dekorativní“ funkci. Nyní má vyhodnocování spotřeby energie a surovin nebo sledování kvality a produktivity přímý a bezprostřední vliv na řízení technologických procesů – operátor může v reálném čase sledovat dosažení stanovených cílů a svou činností je ovlivňovat.Stejně tak se v mnoha závodech pro optimalizaci provozu využívalo už kdysi pokročilé řízení procesů APC – Advanced Process Control, ale mnohdy jen jako doplněk pro následné korekce řídicích zásahů. V současné době je APC začleňováno do řízení výroby přímo a bezprostředně.V bloku M+O jsou také diagnostické nástroje a funkce řízení údržby. V této oblasti jsou zdokonalovány používané nástroje zvláště ve spojitosti s rozvojem senzorové techniky – miniaturizací senzorů, vývojem senzorů typu MEMS a jednočipových snímačů, a s tím spojeným výrazným zlevňováním měřicí techniky. Je tak možné sledovat i takové parametry, jejichž měření by dříve bylo ne­efektivní, ne-li přímo nemožné. Takto získané informace lze používat nejen k řízení údržby, ale také k optimalizaci výrobních procesů.Simulace výroby je zvláště v procesní výrobě, kde jsou fyzické experimenty drahé nebo i nemožné, často používanou metodou. Samozřejmostí je to, že s rostoucím výpočetním výkonem je možné realizovat stále složitější a přesnější simulace. Nově se začínají používat simulace výroby včetně propočtu ekonomických ukazatelů v jednom virtuálním modelu.Tedy žádné revoluce, ale postupný vývoj. V dalším období lze očekávat, že v oblasti M+O poroste úloha dílčích aplikací, z nichž bude celý systém poskládaný jako mozaika podle potřeb (a finančních možností) jednotlivých zákazníků. Méně se budou používat rozsáhlé, komplexní a drahé softwarové systémy. K tomu je třeba zajistit potřebnou aplikační platformu (v obr. 2 je znázorněna obláčky), jež zajistí propojení a spolupráci jednotlivých aplikací. Aplikace bude možné si koupit nebo předplatit a nebo je využívat v cloudu jako službu.Dále bude nutné pracovat především na rozhraních pro spolehlivou komunikaci mezi M+O a deterministickým základním řízením procesů. Zde se jako perspektivní jeví standard OPC UA.Rozdílné požadavky základního řízení a optimalizaceNa systémy pro základní řízení procesů jsou kladeny velké požadavky z hlediska funkčnosti a spolehlivosti, protože jde o část řízení, která má rozhodující úlohu v zajišťování provozu závodu a jeho bezpečnosti. V oblasti M+O naproti tomu nejsou tak přísné požadavky na dostupnost a lze tolerovat určité výpadky. Jejich míra závisí na tom, o jaký modul M+O jde. V případě kritických součástí M+O, jako je např. správa alarmů, je odůvodnitelné přesunout je do oblasti základního řízení a spravovat společně s ním. Například u diagnostiky tloušťky usazenin vodního kamene ve výměníku tepla nejsou žádné požadavky na determinističnost nebo funkční bezpečnost měření. Usazeniny z fyzikálního principu nevznikají náhle a na reakci je dost času. Přesto takové měření může vést k nemalým úsporám a přispět ke snížení energetické náročnosti i nákladů na servis.Pro všechny součásti NOA je důležité, že u nich musí být uplatňovány principy „security by design“, tzn. že už při jejich navrhování je třeba pamatovat na jejich zabezpečení s ohledem na normu IEC 62443 Industrial communication networks – Network and system security a doporučení NAMUR NE 153 Automation Security 2020 – Design, Implementation and Operation of Industrial Automation Systems. Proč to všechno?Průmysl 4.0, průmyslový internet věcí nebo chytrá výroba jsou módní termíny. Ovšem v podnikání nejde o sledování módních trendů, ale o zvyšování výnosů a snižování nákladů. Průmyslové inovace nejsou jen dobré nápady – jejich nedílnou součástí je propočet jejich ekonomické návratnosti.NOA je klíčem, který umožňuje využít potenciál průmyslu 4.0 v procesní výrobě. Základní principy NOA lze shrnout do těchto bodů:v oblasti bezpečnosti a spolehlivosti nejsou dovoleny žádné kompromisy,předpokladem pro uplatnění NOA jsou otevřená rozhraní mezi základním řízením procesů a oblastí monitorování a optimalizace (M+O),NOA je architektura vhodná pro provozy budované na zelené louce, ale i pro modernizaci dosavadních provozů,implementace NOA je založena na současných i budoucích standardech,integrální součástí NOA je zabezpečení řídicích systémů – Automation Security.Dalšímu rozvoji NOA se věnuje pracovní skupina 2.8 NAMUR pod vedením Christiana Klettnera z firmy BASF SE.(Podle vlastního záznamu z přednášky Thomase Tauchnitze (Sanofi-Aventis) a Christiana Klettnera (BASF) na valném zasedání NAMUR, Bad Neuenahr, Německo, listopad 2016. Podklady pro obrázky: NAMUR.)Petr BartošíkObr. 1. NOA – Namur Open ArchitectureObr. 2. Rozšiřeni struktury řizeni vyrobniho zavodu o prvky architektury NOAValné zasedání NAMUR 2016: řešení pro optimalizaci v globální procesní výroběValné zasedání NAMUR 2016 se konalo v Bad Neuenahru v Německu 10. a 11. listopadu. Je to každoroční setkání uživatelů automatizační techniky ze všech oborů procesní výroby sdružených v NAMUR s pozvanými experty z jiných asociací, univerzit, konzultantských společností a s odbornými novináři. Loni byla sponzorem setkání japonská firma Yokogawa.Jednání otevřel dr. Wilhelm Otten (Evonik), přivítal účastníky v rekordním počtu 650 osob a seznámil je s vývojem asociace, zvláště v oblasti internacionalizace a snah přivést k aktivní činnosti v asociaci nové, mladé členy.Následovala přednáška hlavního sponzora, firmy Yokogawa. Postupně vystoupili prezident a výkonný ředitel společnosti Yokogawa Takashi Nishijima, generální ředitel německého zastoupení Andreas Helget a viceprezident Satoru Kurosu. Popsali problémy, kterým čelí současný svět a průmyslová výroba. Cestu k jejich řešení vidí ve společném technickém vývoji a inovacích ve spolupráci se zákazníky i akademickými institucemi (viz článek Yokogawa: společně inovujeme zítřek, Automa, 2016, č. 10, str. 61).Dr. Udo Enste (Leikon) v další plenární přednášce zdůraznil klíčové aspekty pro krátkodobé, střednědobé a dlouhodobé zvyšování produktivity výroby prostřednictvím vhodně volených KPI. Dr. Michael Krauss (BASF) se věnoval problematice řízení technologických provozů na dálku (podle doporučení NAMUR NE 161). Jak to funguje v praxi, popsal John Hofland (Shell) na příkladu těžby zemního plynu v ložisku Groningen v Nizozemí.Následovala přednáška Dr. Thomase Tauchnitze (Sanofi) a Christiana Klettnera (BASF) o NOA – z jejího záznamu vznikl tento článek.V odpolední části probíhalo jednání v paralelních sekcích.Tématy přednášek druhého dne byly základní požadavky na provozní přístrojovou techniku a typové zkoušky (Thomas Grein, IGR), modularizace (panelová diskuse moderovaná Michaelem Pelzem z firmy Clariant), představení střediska BASF Reliability Centre pro centralizovanou diagnostiku a plánování údržby (Joachim Thiel, BASF) a význam digitalizace provozu technologických celků pro jeho optimalizaci (Thorsten Pötter, Bayer). Poslední přednáška byla zároveň pozvánkou na příští rok, kdy bude hlavním tématem digitalizace procesní výroby a sponzorem setkání bude firma GE Digital.         (Bk)

Využití cloud computingu při optimalizaci strojů

Článek popisuje možnosti využití cloud computingu v průmyslové automatizaci a zabývá se zejména implementací cloudových služeb v řídicích systémech. Ten, kdo vážně uvažuje o zavedení principů chytré výroby, najde v tomto způsobu zpracování dat mnoho výhod.  Společným cílem výrobců i uživatelů strojů je neustálé zlepšování jejich vlastností. Základním motivem je zvyšování produktivity a kvality výroby a snižování energetické náročnosti, celkových pořizovacích nákladů a požadavků na údržbu (v současné době často zmiňovaná prediktivní údržba). S postupujícím prorůstáním informačních systémů do výroby se naskýtá možnost využít pokročilé algoritmy, které se původně využívaly výhradně ve světě informatiky, neboť řídicí systémy v minulosti neměly dostatečný výpočetní výkon. Představme si např. využití neuronových sítí včetně algoritmů typu deep learning při optimalizaci trajektorie obráběcího nástroje, využití pokročilých statistických a stochastických metod při hledání závislostí poruch na různých vzorcích chování obsluhy apod. Jak se projeví např. odlehčení rámu stroje na dlouhodobé přesnosti a opakovatelnosti výroby? Jaké rychlosti pohonů ještě nezpůsobí nadměrné opotřebování pohyblivých částí? Za jak dlouho se sníží přesnost opakovatelného polohování na hranici stanovených parametrů stroje? Bude-li se uživatel vývojem a optimalizací stroje zabývat skutečně vážně, bude nutné kontinuálně měřit velké množství parametrů přímo na stroji, získaná data v reálném čase vyhodnocovat a nastavení stroje neustále přizpůsobovat aktuální situaci. Má-li možnost takto naměřené hodnoty vyhodnocovat, může např. zvýšit přesnost obrábění teplotní kompenzací měření polohy u vysoce přesných obráběcích strojů, usuzovat na stav ložisek vyhodnocováním chvění statoru v motorech, přizpůsobit rychlost práce kooperativního robotu tempu obsluhy či kontinuálně upravovat technologický postup nebo recepturu na základě výsledků chemické analýzy použité suroviny. Soudobé technické prostředky mnohonásobně překračují požadavky zažitých principů, kdy připojené senzory pouze ukládaly data, která nebyla v horším případě využívána vůbec, v lepším případě mohl technolog malou část naměřených hodnot vynést do grafu a diskutovat s kolegy o dalším postupu a dopadech změny některého z parametrů stroje. S využitím obrovských výpočetních výkonů moderních počítačů lze k tomuto problému přistoupit zcela odlišně. Naměřené hodnoty lze přímo v řídicím systému stroje předzpracovat a následně je poskytnout výpočetní aplikaci umístěné na serveru, která tato data detailně analyzuje. Výsledek této analýzy server poskytne nejen zpět stroji, ale i všem zainteresovaným stranám, které mají o tyto informace zájem (tj. např. údržbě, systému plánování výroby, pracovníkům kvality, managementu atd.). V tomto kontextu představuje cloud computing způsob poskytování výpočetních zdrojů (např. hardwaru nebo analytických a komunikačních služeb) prostřednictvím internetu či intranetu. Uživatel zmíněných služeb se tak nemusí starat o jejich implementaci či údržbu a kromě toho je možné pomocí standardizovaných komunikačních protokolů jednoduše komunikovat s různými druhy zařízení. Tento přístup navíc umožňuje oddělit vývoj průmyslové aplikace od vývoje cloudové služby.  Není cloud jako cloud Před detailním popisem přenosových protokolů a konkrétního řešení cloud computingu, věnujme pozornost cloudům jako takovým. Značná část lidí v průmyslu je totiž aktuálně ke cloudovým službám skeptická. Nejčastěji uváděným důvodem bývá bezpečnost dat. Mnozí se domnívají, že použití cloudové služby automaticky znamená ukládání citlivých výrobních dat na veřejně dostupná úložiště, kde jsou data snadno zneužitelná. Ve skutečnosti však existuje více možností: cloudové služby lze provozovat nejen ve veřejných cloudech (zde jsou výpočetní zdroje a datová úložiště sdíleny různými uživateli), ale i v tzv. privátních cloudech (zde jsou naopak tyto zdroje dostupné výlučně předem stanovenému okruhu uživatelů – typicky to bývá jedna konkrétní společnost). V tomto případě je služba provozována uvnitř podnikové sítě, kde platí identická bezpečnostní opatření jako kdekoliv jinde v podnikové síti. Tato síť většinou bývá zcela oddělena od internetu a často je vyhrazena jen pro účely komunikace výrobních zařízení (komunikace M2M – machine-to-machine communication). Je-li tedy podniková síť dostatečně zabezpečena, může být privátní cloud vhodným řešením. V jiných případech je naopak namístě zvážit, zda podnikový bezpečnostní technik opravdu může zabezpečit síť tak, jak to dokáže skupina expertů pracující pro některého z poskytovatelů veřejných cloudů. Pro úplnost uveďme příklady aktuálně největších cloudových služeb a jejich poskytovatelů, kteří jsou připraveni pro spolupráci s průmyslovými podniky a nabízejí podporu příslušných průmyslových komunikačních protokolů. Jsou jimi Microsoft Azure, Amazon Web Services a SAP HANA. Nejpoužívanější cloudové protokoly jsou tyto: –   MQTT (Message Queue Telemetry Transport): velmi jednoduchý a rychle implementovatelný protokol s malými požadavky na výpočetní výkon, vhodný i pro použití v sítích s nižší propustností. Specifikace neobsahuje bezpečnostní model, což lze brát jako výhodu, neboť je na něj možné použít vždy nejaktuálnější verzi šifrovacích protokolů (aktuálně např. TLS 1.2). Protokol umožňuje implementaci autentizace uživatelů a autorizaci na úrovni objektů topics (dat). –   AMQP (Advanced Message Queuing Protocol): oproti MQTT nabízí větší variabilitu a širší možnosti, avšak výměnou za složitější implementaci. Protokol je vhodný zejména do podnikových aplikací. Lze implementovat autentizaci uživatelů a autorizaci na úrovni objektů topics (dat). –   OPC UA (OPC Unified Architecture): tradiční protokol typu client/server pro průmyslovou automatizaci, který je rozšířen o koncept publisher/subscriber, a vyhovuje tedy i koncepci cloudů. Lze implementovat autentizaci uživatelů. Podpora ze strany poskytovatelů veřejných cloudů se rychle rozšiřuje. Každý ze zmíněných protokolů pracuje na principu publisher/subscriber. Účastník komunikace může data buď ostatním účastníkům poskytovat (publisher), nebo je od ostatních přijímat (subscriber), má-li však pro příjem těchto dat příslušné oprávnění. Krása této myšlenky spočívá v tom, že je možné velmi dobře oddělit jednotlivé části aplikace a logicky je pospojovat datovými toky. Jednotliví účastníci přitom o sobě vůbec nemusí vědět, mají pouze přidělena oprávnění pro jednotlivé datové toky. Tato koncepce mj. umožňuje jednoduše přidávat i odebírat účastníky komunikace. Jestliže tedy např. teploměr změří aktuální teplotu motoru, bude tento údaj zařízením typu publisher automaticky zaslán všem účastníkům s rolí subscriber, kteří o tuto informaci mají zájem. O automatické zasílání těchto dat se stará služba nazvaná Message broker (obr. 1).  V čem spočívají služby pro cloud computing? Představme si popsaný princip komunikace na jednoduchém příkladu vyhodnocování kondice motoru. Naměřené hodnoty ze snímačů teploty a vibrací motoru lze jednoduše posílat do cloudové služby, která je bude v reál­ném čase zpracovávat a vyhodnocovat časovou závislost frekvenčního spektra vibrací na průběhu oteplování motoru – jde tedy o výpočetně poměrně náročnou operaci nad velkým množstvím dat, neboť v podniku může být takových motorů mnoho. Objeví-li cloudová služba problematické chování typické např. pro opotřebovaná ložiska, vyšle patřičnou alarmovou informaci všem relevantním uživatelům (stroji, operátorovi, údržbě, archivační databázi alarmů atd.). Tuto cloudovou službu lze přitom vyvíjet nezávisle na tom, kolik dat bude třeba analyzovat (na kolika procesorech bude služba provozována) nebo na jaké hardwarové platformě pracuje řídicí systém stroje. Její vývoj i provozování je tedy možné zcela oddělit od výrobních zařízení. Bude-li uživatel ještě kreativnější, může přemýšlet o mnohem netradičnějších korelacích, které však mohou být pro řízení výroby velmi užitečné. Uživatel může např. vyhodnocovat závislost kvality výroby na třech veličinách, jež jsou na první pohled zcela nesourodé: počasí v dané lokalitě (teplota či vlhkost v hale), aktuální kurzu dolaru (kvalita suroviny od dodavatele) a výsledek hokejového zápasu ze včerejšího dne (únava obsluhy). Tyto závislosti nelze jednoduše předpokládat, avšak vyhodnocení možných následků a prediktivní opatření mohou mít rozhodující vliv na kvalitu výroby a produktivitu. Řešením takového komplexního zadání může být použití kognitivních metod a dalších principů umělé inteligence. V současnosti vzniká již poměrně velké množství komerčně dostupných služeb pro cloud computing – za všechny jmenujme např. Watson společnosti IBM, která dokáže rozpoznat nečekané souvislosti v datech, vizualizovat „velká data“, umí porozumět významu a kontextu mluveného slova atd. Vývoj podobných pokročilých analytických metod se vymyká možnostem výrobců strojů. V budoucnu bude proto podobných služeb pro cloud computing přibývat, současně s rostoucí mírou akceptace ze strany průmyslových podniků.  TwinCAT Analytics Dobrým příkladem služby pro cloud computing ve strojích je systém TwinCAT Analytics (obr. 2) od společnosti Beckhoff, německého výrobce řídicích systémů. Celá platforma řízení Beckhoff je koncipována jako průmyslové PC, které řídí stroj pomocí softwarového PLC. Vzhledem k tomu, že současná PC mají dostatečný výkon, lze data s naměřenými hodnotami nejdříve předzpracovat přímo ve stroji a do cloudu již zasílat menší množství dat. Zmenší se tak celkové vytížení komunikační sítě. Pro komunikaci s cloudem lze použít kterýkoliv z již jmenovaných cloudových protokolů, nejčastěji však uživatelé volí OPC UA. Software TwinCAT Analytics může běžet nejen na stroji, ale i na cloudovém serveru, kde bude vyhodnocovat přijatá data od jednotlivých strojů. Výhodou tohoto přístupu je, že programátor může pro vytvoření potřebných analytických algoritmů použít stejné programovací prostředí, které používá při programování PLC. Alternativou k uživatelskému vývoji vlastních algoritmů je možnost použít již připravené knihovny analytických funkcí TwinCAT Analytics Library či Condition Monitoring Library, jež nabízejí pokročilé analytické funkce (Fourierova spektrální analýza, obálková analýza), statistické funkce (momentové charakteristiky, kvantily), klasifikátory (diskrétní, bayesovské) a další. Kdyby uživatelům nestačily ani tyto pokročilé knihovny, je možné naprogramovat vlastní funkce, ať už s použitím běžných jazyků pro PLC, nebo pomocí C++. Podstatná je přitom skutečnost, že TwinCAT je systém tzv. tvrdého reálného času (hard real time system). Je tedy vhodný pro online analýzu většího množství dat při zaručené době odezvy. Kdyby se uživatel nespokojil ani s těmito možnostmi, lze do TwinCAT importovat analytický model vytvořený v prostředí Matlab Simulink nebo vizualizovat data pomocí Scope View Professional. Beckhoff nedávno představil zajímavé zařízení EK9160 (obr. 3). Pomocí tohoto komunikačního modulu pro internet věcí (IoT Coupler) lze bez nutnosti jakéhokoliv programování okamžitě posílat naměřené hodnoty do cloudu. K zařízení se připojují běžné terminály se vstupy či výstupy a veškerá komunikace je realizována automaticky. Zařízení se konfiguruje jednoduchým webovým rozhraním. EK9160 navíc disponuje vestavěnou pamětí, která funguje jako dočasné úložiště pro případ výpadku komunikace. V okamžiku obnovení spojení se tato data automaticky odešlou do cloudu.  Závěr Kdo vážně uvažuje o implementaci principů Industry 4.0, najde v cloud computingu mnoho výhod, ať už jsou to nové možnosti optimalizace parametrů stroje, okamžitá reakce na změny ve výrobě či v okolním prostředí, nebo předcházení poruchovým stavům. Předpokládá se, že v budoucnu budou pomocí cloudových služeb komunikovat stroje běžně. K největším výhodám patří nezávislost na použité platformě, možnost decentralizace vývoje průmyslových aplikací a také možnost flexibilní implementace cloudových služeb podle potřeb a aktuálního počtu současně pracujících výrobních zařízení.  Tomáš Halva, Beckhoff Automation Obr. 1. Čtyři způsoby komunikace s cloudem Obr. 2. Bloková struktura TwinCAT AnalyticsObr. 3. IoTCoupler Beckhoff EK916 

Bezpečnostní asistenční systém varuje před špinavými bombami

Nebezpečí teroristických útoků v Evropě v uplynulých letech výrazně vzrostlo. Velký strach mají odborníci i politici z možného použití tzv. špinavých bomb. Nový asistenční systém vyvinutý ve Fraunhoferově společnosti by měl v budoucnu identifikovat potenciální nositele radioaktivních látek i v prostředí, kde se současně pohybuje velké množství lidí. Nový systém je jako jedno z mnoha ochranných opatření použit v německo-francouzském projektu Rehstrain (REsilience of the Franco-German High Speed TRAIn Network). V popředí projektu je potřeba zajistit bezpečnost německo-francouzských rychlovlaků ICE a TGV.  Technika proti radiologickým zbraním Experti již dlouho varují před teroristickými útoky použitím tzv. špinavých bomb, způsobujících radioaktivní zamoření rozmetáním radioaktivních látek klasickou výbušninou. Obávají se, že teroristé by mohli snadno k běžné trhavině přimíchat radioaktivní materiál, který se účinkem exploze rozptýlí do širokého okolí. Nebezpečí je reálné, protože např. představitelé tzv. Islámského státu oznámili, že radioaktivní látky mají k dispozici. Bezpečnostní úřady jsou tudíž na pozoru: letos v červnu byl americký logistický terminál v Charlestonu po varování před špinavou bombou na palubě jedné z lodí evakuován a několik hodin uzavřen. Po odvolání poplachu bezpečnostní orgány oznámily, že je nezbytné být přehnaně opatrný a odpovídajícím způsobem také jednat. Radioizotopy potřebné na stavbu špinavých bomb, jako např. cesium 137, kobalt 60, americium 241 nebo iridium 192, lze opatřit snáze než štěpný materiál pro jaderné zbraně – špinavé bomby nejsou jaderné bomby, při jejich odpálení neprobíhá žádná jaderná řetězová reakce. Radioizotopy se běžně používají na mnoha nukleárních lékařských pracovištích ve větších nemocnicích nebo výzkumných centrech, uplatňují se však také při kontrole konstrukčních materiálů v průmyslu. „Pět gramů izotopu cesia – rozmísených v několika kilogramech trhaviny – stačí k tomu, aby vznikly materiálové škody v miliardové výši, nehledě na obrovské psychosociální a zdravotní důsledky. Potenciální zhotovitelé špinavých bomb sice riskují smrt vlivem ozáření, to však teroristy neodstraší,“ říká prof. Dr. Wolfgang Koch, vedoucí oddělení Senzorové údaje a slučování informací (Sensordaten- und Informationsfusion) ve Fraunhoferově ústavu pro komunikaci, zpracování informací a ergonomii FKIE (Fraunhofer Institut für Kommunikation, Informations­verarbeitung und Ergonomie) ve Wachtbergu. Asistenční systém, který identifikuje osobu nesoucí u sebe radiologickou zbraň i v davu lidí a upozorní bezpečnostní personál, je příspěvkem pracovníků ústavu FKIE k německo-francouzskému projektu Rehstrain, jenž se zabývá zranitelností vysokorychlostních vlaků ICE a TGV. Ústav FKIE vyvíjí systém ve spolupráci s vysokou školou BonnRhein-Sieg.  Prioritou je ochrana osobních údajů Daný asistenční systém se skládá z většího počtu komponent: ze sítě snímačů, v obchodě běžných kamer Kinect a softwaru pro sloučení údajů. Síť snímačů sestává z gamaspektrometrů, které zjišťují a klasifikují záření gama. „Většina látek přicházejících v úvahu k výrobě špinavých bomb vysílá gama záření, které nelze odstínit. Proto používáme tento typ snímačů,“ vysvětluje dr. Koch. V dalším vývojovém stupni systém rozpozná, o jakou substanci jde, a navíc rozliší, zda je substance nesena na těle, nebo zda se v těle nachází – třeba když určitá osoba musí ze zdravotních důvodů používat speciální medikamenty, jako např. radioaktivní jód. Ačkoliv jednotlivé snímače poskytují údaje o druhu a intenzitě záření radioaktivní látky, nejsou samy schopny zdroj záření lokalizovat. K tomu je nutná rozprostřená síť gamaspektrometrů, které jsou propojeny s běžnými kamerami Kinect, používanými v herním průmyslu. Velkou předností je, že kamery dodávají vedle obrazů také informace o vzdálenosti. Při upevnění na stropě vnímají množství lidí jako pahorkové pohoří, a proto lze podezřelou osobu přesně sledovat i v hustém davu osob. „V každém okamžiku víme, kde se osoba XYZ nachází. Její identitu neznáme – to je důležité z hlediska ochrany osobních údajů,“ zdůrazňuje matematik a fyzik dr. Koch. Ke snímání biometrických údajů potenciálně nebezpečných osob by se mělo přistoupit jen při dostatečně silném podezření.  Systém jednoznačně identifikuje nositele nebezpečné látky Uvedeným způsobem propojené přístroje snímají v čase a prostoru skupinu (dav) lidí a získané údaje patřičně slučují. Z obrovských souborů údajů jsou pomocí důmyslného vyhodnocovacího algoritmu vyfiltrovány požadované informace. „Používáme s výhodou umělou inteligenci, s jejímiž algoritmy vypočítáme (trasu) pohyb osoby, která se sama přiřazuje údajům gamaspektrometrů. Tím je potenciální atentátník identifikován,“ vysvětluje dr. Koch. Jsou-li umístěny na neuralgických bodech, tedy v nádražních halách a na nástupištích při příjezdu a odjezdu vlaků, v metru, v letištních terminálech, na sportovních stadionech nebo v jiných veřejných budovách, mohly by takové asistenční systémy v budoucnu předávat informace o nositelích radiologického nebezpečí monitorovacímu systému např. dopravního podniku. Otázka zásahu pak podléhá rozhodnutí bezpečnostního personálu a policie. V laboratoři byl systém navržený výzkumnými pracovníky z Wachtbergu (obr. 1) již úspěšně ověřen pod dohledem komisaře z instituce zabývající se ochranou před radioaktivním zářením. Ústav FKIE má povolení experimentovat se slabě radioaktivními substancemi. Oficiálně byl projekt Rehstrain představen již během pracovní konference v ústavu FKIE, které se vedle partnerů spolupracujících na vývoji systému z Německa a Francie zúčastnili také potenciální koncoví uživatelé.  Stručně o projektu Rehstrain Teroristické útoky na metro v Bruselu v březnu 2016 ukázaly, jak napadnutelná teroristickými hrozbami může být kolejová doprava a že je nezbytné rozpracovávat bezpečnostní koncepce a strategické bezpečnostní analýzy, které před možnými útoky chrání. Vysokorychlostní vlaky ICE a TGV při své otevřené a velkoplošně rozprostřené síti kladou na správu bezpečnostních hledisek mimořádné požadavky. Aby zaručili bezpečnost cestujících i v přeshraničním železničním provozu, vyšetřují partneři v projektu Rehstrain míru zranitelnosti německo-francouzského systému rychlovlaků s ohledem na možnou teroristickou hrozbu. Četná opatření k odvrácení nebezpečí mají lépe chránit kritickou infrastrukturu železnice a požadavky v oboru bezpečnosti přizpůsobovat měnícím se hrozbám teroristů. Získané poznatky se předávají do tzv. manažerského kokpitu, který mimo jiné zobrazuje kompletní síť tratí. Software pro komplexní soubor snímačů využívající metody umělé inteligence má předcházet teroristickým útokům, popř. následky teroristického útoku rychle a s minimálními dalšími ztrátami bezpečně zvládnout – třeba určením alternativní jízdní trasy. Další podrobnosti lze nalézt na webové stránce http://www.sifo.de/files/Projektumriss_REHSTRAIN.PDF. Spolkové ministerstvo pro vzdělání a výzkum BMBF podporuje projekt Rehstrain, řešený od října 2015 do ledna 2018, celkovou částkou 1,5 milionu eur. Řízením projektu je pověřen prof. Dr. Stefan Pickl z univerzity německých ozbrojených sil (Universität der Bundeswehr) v Mnichově. [Sicherheitsassistenzsystem warnt vor schmutzi­gen Bomben. Fraunhofer Forschung Kompakt, září 2017.] Ing. Karel Kabeš Obr. 1. Bezpečnostní asistenční systém musí nositele špinavé bomby jednoznačně identifikovat a nesmí vyvolat falešné poplachy (zdroj: FKIE)  

Generovanie trajektórií pre robotický manipulátor na báze vektorovej grafiky

Článok je zameraný na generovanie trajektórií priemyselných robotov. Trajektórie sú generované z kriviek uložených vo vektorom formáte, ktoré sa importujú do softvéru Rhinoceros 3D, kde sa za pomoci modulov (plugins) RobotsIO a Grasshopper generujú požadované pohybové trajektórie pre špecifický robot. Vygenerované trajektórie môžu byť použité na robotizované kreslenie alebo na iné technologické operácie. This article is focused on generation of trajectories for industrial robot. These trajectories are generated from curves stored in format of vector graphics. Afterwards these curves are imported to software Rhinoceros 3D which, in cooperation of its plugins RobotsIO and Grasshopper, can generate the desired movement trajectories for particular robot. Finally, the generated trajectories can be used for robotized drawing or for other technological operations. 1. Úvod Off-line spôsobov programovania robotických manipulátorov existuje veľa, ale len málo z nich umožňuje vygenerovať nové zložité trasy pre výrobu v priebehu niekoľkých minút. Krivky vektorovej grafiky sú popísané matematicky, a preto slúžia ako dobrý zdroj na generovanie pohybových trajektórií. Na výrobu vektorových kriviek môžu byť použité profesionálne nástroje, ako sú Adobe Illustrator, Correl Draw alebo open-source editor Inkspace. Veľa dostupných editorov obsahuje nástroj na vektorizáciu bitmáp, čo rozširuje možnosti tohto riešenia. Jednoduchosť týchto editorov zjednodušuje výrobu podkladov, pričom plne nahradia ťažkopádne API od renomovaných výrobcov robotov. Existuje veľa príkladov využitia generovania pohybových trajektórií týmto spôsobom v praxi. Robot je schopný vykonávať akýkoľvek pohyb na dvojrozmernej ploche, kde sú umiestnené krivky. Po výbere správneho nástroja a implementácii špecifických funkcií pre dané použitie je robot schopný rezať laserom alebo iným rezacím nástrojom, gravírovať, aplikovať lepiaci náter a pod. V tomto článku bude opísaná akademická aplikácia robotizovaného kreslenia. Po príprave podkladov vo vektorovom formáte sa tieto krivky importujú do softvéru Rhinoceros 3D. Rhinoceros vytvára trojrozmerné virtuálne prostredie (obr. 1), kde sa za pomoci modulov (plugins) Grasshoper a Robots.IO namodeluje robot a jeho pracovný priestor. Na vyskúšanie programu je dostupná 90dňová skúšobná licencia. Plugin Grasshoper (obr. 2) do Rhinoceros vytvára API vlastného grafického programovacieho jazyka s možnosťou vytvoriť si funkčné bloky v jazyku Visual Basic alebo C#. Funkčné bloky sa spájajú v želanom poradí tak, aby sa naplnili špecifikácie danej aplikácie. Grasshopper podporuje pluginy, ktoré rozširujú jeho schopnosti. Niekoľko z nich je zameraných na robotiku: –   Robots.IO, –   Kuka PRC, –   HAL. Plugin Robots.IO do Grasshoperu obsahuje funkčné bloky, ktoré sú schopné namodelovať a generovať trajektórie pre robot. Tak ako pri softvéri Rhinoceros, je aj pre Grasshoper k dispozícii 90dňová skúšobná licencia. Plugin Robots.IO podporuje roboty od spoločností ABB (obr. 3), Kuka a Staubli. Do hlavného funkčného bloku (Timeline) sú vstupnými dátami poradia bodov, medzi ktorými koncový bod nástroja prejde lineárnym pohybom (viď manuál pluginu Robots.IO). Na obr. 4 predstavuje blok Timeline časovú os, kde je farebným kódom zobrazený stav robota v aktuálnej časti jeho programu. 2. Vývoj aplikácie pre robotizované kreslenie Vektorová grafika umiestnená v trojrozmernom virtuálnom prostredí pozostáva z viacerých kriviek. Aby robot mohol nakresliť ďalšiu krivku, musí zdvihnúť pero a presunúť ho na začiatočný bod nasledujúcej krivky. Z tohto dôvodu sa pridávajú ku každej trajektórii na jej začiatok a koniec body, ktoré sú posunuté v osi z o 1 cm. Následne sa tieto trajektórie môžu náhodne pospájať a po spustení programu sa všetky nakreslia. Ak sú však trajektórie pospájané náhodne, výsledný pohyb robota nebude dostatočne efektívny a čas potrebný na nakreslenie grafiky sa predĺži. Tento problém je jednou z najznámejších optimalizačných úloh – problém obchodného cestujúceho. Problém obchodného cestujúceho má množstvo možností využitia v praxi. Využíva sa pri plánovaní dopravy, v prevádzkach, pri umiestňovaní zariadení, plánovaní výroby a riadení dodávateľského reťazca. Napríklad môže pomôcť znížiť výrobné náklady, ak sa stanoví najefektívnejší model pre dierovanie otvorov do dosky plošných spojov alebo iných predmetov. Otvory, ktoré je potrebné vyvŕtať, predstavujú počet miest, a čas potrebný k posunu vŕtacej hlavy od jednej diery k nasledujúcej predstavuje cestovné náklady [1]. Nakoľko sa každá grafika skladá zo stoviek kriviek, nájsť optimálne riešenie je otázka výpočtového výkonu, ktorého je nedostatok, pretože v prostredí Grasshopper nie je možné výpočtové úlohy paralelizovať. Preto riešenie spočíva v nájdení suboptimálneho výsledku s rýchlym riešením tak, aby nástroj robota vždy prišiel k najbližšej možnej novej krivke z aktuálnej pozície. Toto riešenie sa volá „heuristika najbližšieho suseda“ [1]. 3. Generovanie trajektórií Všetky trajektórie sú vytvorené pospájaním pripravených bodov lineárnym pohybom robota. Každá krivka sa rozdelí na pomyselné úsečky, ktoré aproximujú nakreslenú krivku vo vektorovom editore. Hlavným parametrom kvality kreslenia je množstvo vygenerovaných bodov na importovanej krivke. Na obr. 5 je vidieť, že sa body vytvoria iba tam, kde sú potrebné. Na rovných úsekoch sa vytvoria iba dva body – na konci a na začiatku. Pri zakrivených úsekoch sa množstvo bodov určuje premenlivosťou krivky a zadanou želanou presnosťou. Hlavnými parametrami presnosti sú minimálna dĺžka úsečky a uhol, ktorý zvierajú tri po sebe idúce body. Tieto parametre sú nastaviteľné vo vytvorenom programe v prostredí Grasshopper. Ak je treba zlepšiť presnosť kreslenia, môže sa zmenšiť minimálny dielik úsečky alebo zmenšiť uhol odklonu nasledujúceho bodu. Na obr. 6 možno vidieť porovnanie nastavení presnosti (zľava): 1.  max. uhol odklonu 15°, min. rozstup bodov 2 mm, 2.  max. uhol odklonu 15°, min. rozstup bodov 1 mm, 3.  max. uhol odklonu 5°, min. rozstup bodov 1 mm, 4.  max. uhol odklonu 5°, min. rozstup bodov 0 mm. 4. Záver Po naprogramovaní aplikácie je systém v závislosti od výkonu a množstva importovaných kriviek schopný generovať nové trajektórie pre robotické rameno v priebehu 5 až 15 min, čo zaručuje vysokú flexibilitu celého systému. Táto vlastnosť je výhodná pre výroby, kde sa často prechádza na nový druh výrobku. Ďalšou výhodou je jednoduchosť obsluhy. Vygenerovať potrebné trajektórie zvládne aj operátor bez znalostí programovacích jazykov. Nevýhodou je veľká výpočtová náročnosť, vzhľadom na to, že plugin Grasshopper vie pracovať iba s jedným jadrom počítača. Súčasné programovacie prostredia od renomovaných výrobcov robotov tento spôsob programovania nepodporujú. Ak by sa ich funkcie rozšírili o tuto možnosť, zrýchlil by sa proces programovania špecifických aplikácií. Zároveň by vektorová grafika mohla byť aproximovaná lepšie, s použitím splajnov, a nie interpolačných úsečiek.  Literatúra: [1] VALENT, Tibor. Problém obchodného cestujú­ceho [online]. Bratislava, 2002 [cit. 2017-02-17]. Diplomová práca. Univerzita Komenského, Fakulta matematiky, fyziky a informatiky. Dostupné z: www.iam.fmph.uniba.sk/studium/efm/diplomovky/2002/valent/index.html  Ing. Michal Adamík, Siprin, s. r. o.,Ing. Andrej Babinec, PhD., FEI STU v Bratislave Lektoroval: Ing. Martin Švejda, katedra kybernetiky, Západočeská univerzita v Plzni  Autori: Ing. Michal Adamík: vyštudoval robotiku na Fakulte elektrotechniky a informatiky STU v Bratislave. Pracuje ako technik-programátor v spoločnosti Siprin, s. r. o., ktorá je 100% dcérskou spoločnosťou koncernu Siemens na Slovensku. Ing. Andrej Babinec, PhD.: pracuje ako odborný asistent v Ústave robotiky a kybernetiky na Fakulte elektrotechniky a informatiky STU v Bratislave. Je členom Národného centra robotiky, o. z. Obr. 1. GUI Rhinoceros 3D Obr. 2. GUI Grasshopper Obr. 3. Robot ABB IRB120 Obr. 4. Funkčný blok Timeline Obr. 5. Generovanie trajektorie Obr. 6. Porovnanie nastavenia kvality kreslenia Obr. 7. Kreslenie obrázku 

Jak jsou německá města připravena na digitální mobilitu

V současnosti se města po celém světě vlivem zejména digitalizace, síťových propojení, všeobecné dostupnosti internetu a očekávaného nástupu elektromobilů a autonomních vozidel všeho druhu chystají na zavedení mnoha nových druhů mobility. Mají-li být splněna očekávání jejích poskytovatelů i uživatelů, je třeba přechod mobility ve městech do digitální éry s rozvahou a pečlivě předem připravit. Nejinak je tomu i v Německu.  V současnosti žije již více než polovina všech lidí na Zemi ve městech a městských aglomeracích a v roce 2050 jich bude, podle prognóz OSN, dokonce asi 75 %. Význam města jako životního, kulturního a hospodářského prostoru nepřetržitě roste. Život ve městech ovlivňují ve velké míře urbanizace, nedostatek fosilních zdrojů, měnící se způsoby života a práce a zejména neustálý vývoj nové techniky. Člověk v současnosti klade změněné požadavky na prostor, ve kterém žije, pracuje a potřebuje být mobilní. V důsledku toho v současnosti vzniká ve městech mnoho nových typů mobility ovlivněných zejména digitalizací, síťovým propojením, internetem a očekávaným nástupem elektromobilů a autonomních vozidel všeho druhu provozovaných bez řidiče. Vesměs jde o změny vyvolané rychlým rozvojem elektroniky a automatizační, komunikační a informační techniky, které razantně formují představy o dopravních technikách budoucnosti.  Mobilita ve městě se mění Sdílené používání aut a motocyklů, široce rozvětvené cyklostezky, dobíjecí stojany pro elektromobily, dopravní aplikace pro chytré mobilní telefony – mobilita, se ve městech během nemnoha uplynulých let hodně změnily. Odborníci Ústavu pro výzkum dopravy (Institut für Verkehrsforschung) Německého střediska pro letectví a kosmonautiku (Deutsche Zentrum für Luft- und Raum­fahrt – DLR) vypracovali společně s experty mezinárodní poradenské společnosti Price­waterhouseCoopers (PwC) podrobnou studii, v níž analyzují, v jaké míře a s jakou invencí se na digitalizaci, elektromobilitu a autonomní dopravní prostředky bez řidiče, tedy na očekávané a zčásti již probíhající změny v dopravě budoucnosti, připravuje 25 největších měst v Německu. Sledovány přitom byly zejména následující obory: digitalizace městské dopravní infrastruktury, sdílené používání automobilů a motocyklů a elektromobilita ve veřejné místní dopravě osob (Öffentlicher Personen Nahverkehr – ÖPNV, obdoba naší městské hromadné dopravy). Odborníci zjišťovali např., zda města sbírají data o růstu objemu dopravy a dávají je k dispozici, jaké nabízejí podmínky pro sdílené používání dopravních prostředků nebo jaký mají počet stojanů pro dobíjení elektromobilů.  Autonomní jízda bez řidiče je výzva pro města Vozidla vybavená automatickými funkcemi, jak je poskytuje např. systém pro automatické brzdění nebo parkovací asistent, jsou jenom mezistupeň. Zcela samostatně jezdící osobní i nákladní automobily bez řidiče již nejsou žádná utopie, ale časově blízká budoucnost (obr. 1). Odborníci počítají s jejich nástupem do reálného provozu počínaje přibližně rokem 2025. Při sběru podkladů k uvedené studii odborníci z DLR a PwC vyšetřovali, jak se německá města na tento vývoj připravují. Ačkoliv si města význam autonomních vozidel pro budoucí rozvoj města uvědomují, nejsou dosud v přípravách na jejich příchod dostatečně aktivní. Hnací silou v tomto ohledu jsou aktuálně automobilové koncerny, výrobci informační, telekomunikační a automatizační techniky nebo noví poskytovatelé služeb mobility, kteří v oboru mobility očekávají tučné zisky. „Autonomní vozidla bez řidiče mohou být důležitým přínosem v podnicích městské hromadné dopravy nebo podnicích zajišťujících svoz komunálního odpadu, které by měly převzít vedoucí úlohu v jejich zavádění. Sektor městské hromadné dopravy osob (ÖPNV) již rozpoznal velký význam, který má digitalizace pro jejich podnikání, a nejméně 45 % dotázaných podniků městské hromadné dopravy již má vypracovanou podrobnou digitální strategii,“ zdůrazňuje Felix Hasse, expert v oboru digitalizace ze společnosti PwC. „Města se nyní musí chopit iniciativy a v modelovém záměru prověřit různé možnosti, zejména proto, aby mohla lépe předvídat působení a přijetí chystaných změn v řadách obyvatelstva,“ říká prof. Dirk Heinrichs, který v Ústavu pro výzkum dopravy DLR řídí oddělení výzkumu v oboru městské mobility (Mobilität und urbane Entwicklung). Velmi dobrý příklad z praxe objevili odborníci ústavu v Singapuru, kde od roku 2016 na jedné státem vyhrazené ověřovací lince úspěšně jezdí vozy taxislužby bez řidiče. Dále v Nizozemsku, kde se autobusy bez řidiče již používají pro provoz v podnikových areálech nebo univerzitních kampusech. „Města nyní musí koncepty a harmonogramy pro postupnou výstavbu počítačových, komunikačních a fyzických infrastruktur zakotvit ve svých plánech, protože jen tak budou připravena na uvedení autonomních vozidel na trh v širším měřítku,“ doporučuje prof. Heinrichs.  Moderně řeší mobilitu především velké metropole Důležitou součástí dané studie je žebříček německých měst sestavený podle jejich současného přístupu k inovačnímu řešení mobility. Jako první v pořadí se umístil Hamburk, který ze 100 možných získal 76,7 bodu, před Stuttgartem se 71,9 bodu a Berlínem se 67,1 bodu (obr. 2). Město Hamburk získalo body především v kategorii Digitalizace infrastruktury a také za svou strategii rozvoje inteligentních dopravních systémů. Mimo jiné za účelem předpovídat rizika vzniku dopravních kolon celoplošně sleduje a analyzuje dopravní provoz v okolí přístavu. Stuttgart bodoval především v kategorii Elektromobilita, protože má v Německu největší hustotu městské sítě dobíjecích stojanů pro elektromobily. Studie ukázala, že velikost města je důležitý faktor pro digitalizaci mobility, ale nikoliv nezbytně nutný. Lipsko přesvědčilo experty např. zajímavou aplikací ÖPNV-App pro chytré telefony, která uživateli nabízí v reálném čase údaje o aktuální situaci ve veřejné dopravě a dobře fungující systém mobilního placení. „Mezi městy na předních a zadních místech v pořadí zeje velká mezera,“ konstatuje prof. Heinrichs a pokračuje: „Zde vidíme nebezpečí, že města na dolním konci žebříčku při razantním nástupu digitální éry ztratí krok s ostatními a zůstanou pozadu.“ Jedním z možných důvodů, proč jsou větší města pokrokovější, je skutečnost, že důležité inovace v dopravě vycházejí od koncernů a začínajících podniků (startups), které působí především ve větších metropolích. Závěr V mezinárodním porovnání ale německá města zůstávají v přípravě na přechod na digitální mobilitu pozadu. V Evropě kraluje na prvním místě s velkým odstupem Amsterdam. Nizozemské hlavní město s téměř 750 000 obyvatel nabízí velmi dobré podmínky pro sdílené používání automobilů i jiných dopravních prostředků a může se pochlubit více než 5 000 registrovaných elektromobilů, pro něž je k dispozici více než 3 000 veřejně přístupných dobíjecích stojanů. Aktivně se na vypracování studie uvedené v článku podíleli odborníci renomované společnosti PricewaterhouseCoopers (PwC), mezinárodní sítě poradenských společností poskytující auditorské, daňové a poradenské služby v oboru špičkové techniky. Společnost má v současnosti více než 223 000 pracovníků a působí ve 157 zemích světa včetně České republiky. Další podrobnosti lze nalézt na www.pwc.com/structure. [Digitale Mobilität: Wie gut sind deutsche Städte vorbereitet? Presseinformation DLR, 12. 6. 2017.]  Ing. Karel Kabeš Obr. 1. Automatizovaná silniční vozidla bez řidičů komunikující s inteligentní dopravní infrastrukturou již nejsou čirou utopií, ale očekávanou blízkou budoucností (zdroj: DLR) Obr. 2. Pořadí německých měst podle přístupu k inovačnímu řešení mobility v éře digitalizace (zdroj: PwC) 

Nový napájecí kabel Ölflex Chain šetří čas i náklady

Na podzim 2017 na veletrhu SPS IPC Drives v Norimberku představila skupina Lapp nový přírůstek do skupiny ÖLFLEX® kabel ÖLFLEX® CHAIN TM. Kabel vyhovuje normám UL a c(UL) pro USA a Kanadu, jako např. MTW (kabely pro obráběcí stroje), TC-ER (kabely pro použití v průmyslovém prostředí v otevřeném uložení), WTTC (kabely pro větrné elektrárny) a CIC (kabely pro přístrojovou a řídicí techniku), a dále požadavkům NEC (National Electrical Code) a NFPA (americké sdružení National Fire Protection Association). Je tedy možné jej použít v mnoha úlohách a oblastech techniky bez zdlouhavých schvalovacích procesů. Široké možnosti použití kabelu Ölflex Chain TM navíc šetří náklady a usnadňují správu zásob. Kabel patří do výkonnostní třídy Core Line a je vhodný pro použití ve vlečných řetězech. Další využití najde např. v pohyblivých částech strojů, v robotech a ve větrných turbínách. Kabel Ölflex Chain TM a jeho stíněná varianta Ölflex Chain TM CY jsou přizpůsobené pro severoamerická provozní napětí 600 nebo 1 000 V. Vodič je vyroben z měděných drátů třídy 6 a jeho vnější plášť je z termoplastu. Kabel je odolný proti mazivům na bázi oleje a dalším chemickým látkám. Kromě toho je ohnivzdorný (podle CSA FT4). Rozsah teplot u pevných instalací kabelu je od –40 do +90 °C, což znamená, že kabel je vhodný i pro venkovní prostředí. LAPP KABEL s. r. o., tel.: +420 573 501 011, info@lappgroup.cz, https://lappczech.lappgroup.com

Pět trendů v oblasti spojovací techniky

Industry 4.0, stejnosměrný proud místo střídavého i vysoce spolehlivé konektory. Nejen to jsou aktuální trendy ze světa současné spojovací techniky. Jak k nim přistupuje výrobce kabelů a kabelového příslušenství, skupina Lapp ze Stuttgartu? V čem vidí největší potenciál a jaké jsou podle ní další aktuální trendy?  Intenzivnější síťové propojení a miniaturizace Obr. 1. ETHERLINE® Torsion Cat. 7 je určen pro sítě průmyslového Ethernetu s přenosovými rychlostmi do 10 Gb/s a odolává namáhání v ohybu i zkrutu Digitalizace mění prostředí spojovací techniky tak, že stále více výrobků, a dokonce i jednotlivé komponenty mohou a chtějí komunikovat samy. Znamená to, že je nutné přenášet ještě více dat stále vyššími rychlostmi – co je už delší dobu známo z kanceláří, vstupuje nyní i do výrobních hal. Neustálý růst výkonu mikročipů urychluje nejen digitalizaci, nýbrž, spolu s úsilím dosáhnout vyšší efektivity využití zdrojů, také přechod na stále menší a kompaktnější produkty a přístroje. Chytrý telefon má v současné době výpočetní výkon superpočítače z 90. let minulého století, a to při zlomku velikosti, spotřeby energie i ceny. To se rovněž projevuje v průmyslové spojovací technice. Speciální konstrukce kabelů a technické novinky, např. u izolace, pomáhají šetřit místo. Stále častěji se proto používají hybridní vedení, která spojují pod společným pláštěm výkonové kabely, datové kabely, a dokonce i hadice pro pneumatický nebo hydraulický systém. Tam, kde se přenášejí velká množství dat, nahrazuje rychlý kabel Cat. 7 Industrial Ethernet (obr. 1) pomalejší varianty, optické kabely nahrazují ještě kabely s měděnými vodiči.  Konektory místo přímého propojení Obr. 2. Konfekcionovaný kabel osazený konektorem EPIC® Data pro Profibus, se zakončovacím rezistorem a diagnostickými LED, je profesionálním řešením pro výrobce modulárních strojů Dnes televizní přijímače, zítra vysavače – na stejné výrobní lince: s konceptem Industry 4.0 je výroba modulárnější a flexibilnější. Jednotlivé výrobní moduly se vymění „obratem ruky“ nebo se jen nově uspořádají. To má důsledky i ve spojovací technice. Dříve byly elektrické kabely pevně propojeny, spájeny a potom zůstaly často mnoho let již nedotčeny. Flexibilita však vyžaduje konektory, které lze více než tisíckrát rozpojit a vždy znovu vytvořit spolehlivý kontakt (obr. 2). Takže také konektory se stávají modulárnějšími. Sdružují kontakty pro velké proudy, např. pro pohony, s datovými kabely pro gigabitové přenosy, někdy dokonce s pneumatickým nebo hydraulickým systémem – všechno lze snadno konfigurovat a vždy znovu sestavit, např. když se stroj modernizuje.  Trend systémových řešení Obr. 3. Výrobu vlečných řetězů pro rozvod energie i přenos signálů a dat mohou výrobci strojů nechat na profesionálních firmách Koncept Industry 4.0, internet věcí, otevřené inovační procesy – úkoly konstruktérů strojů neustále narůstají. O to důležitější je, aby se podniky koncentrovaly na své klíčové kompetence. Takzvané konfekcionování kabelů, tj. jejich zkrácení a osazení konektory, jakož i výroba kompletních energetických řetězů (obr. 3) k tomu většinou nepatří. Konstruktéři strojů proto v rostoucí míře vyžadují hotové konfekční kabely, ale přitom „šité na míru“, které mohou jednoduše použít do svých strojů. Hotové konfekční kabely mají kromě toho delší životnost, protože zaručují kvalitu celého systému, aby si uživatelé nemuseli dělat starosti s montážními chybami, jako jsou zapomenuté koncovky nebo porušení izolace. U konfekčních kabelů přímo od výrobce mohou zákazníci mimo jiné využívat výhody jejich jedinečného know-how. Navíc jsou technologicky vždy na nejvyšší úrovni.  Stejnosměrný proud nahrazuje proud střídavý Obr. 4. Bezdrátový přenos energie prostřednictvím vysokofrekvenčních střídavých polí, s nímž experimentoval Nikola Tesla, zatím není v praxi využitelný Dny střídavého proudu jsou sečteny. Zaprvé solární technika produkuje stejnosměrný proud, který se se ztrátami převádí pro napájení do sítě na proud střídavý. Zadruhé stále více elektronických přístrojů (televizní přijímače, chytré telefony, osvětlovací LED atd.) vyžaduje stejnosměrný proud, který je nutné ze sítě střídavého proudu nejdříve znovu usměrňovat, opět se ztrátami – nabízí se tedy otázka, zda má střídavý proud ještě smysl. Ztráty energie při převádění jsou obrovské – mnoho elektráren by se mohlo odpojit, když by se do průmyslu a domácností přivedly sítě stejnosměrného napětí. Tato změna paradigmatu ale není jednoduchá. Dostupné spínače a konektory nejsou pro stejnosměrné napětí vhodné, protože se polarita jeho napětí nemění a elektrický oblouk se při vypínání neodtrhává – tady se ukrývá nebezpečí. Zde jsou žádoucí nové konektory a automatiky odpojování. Uvedené problémy jsou však již zvládnutelné. Také výrobci kabelů čelí problému: existují silné indicie, že plasty na izolace a pláště kabelů vlivem polí vytvořených stejnosměrným proudem stárnou jinak. Vývojové projekty se však těmito tématy už zabývají.  Koexistence kabelu a radiokomunikace Obr. 5. Programování, ovládání a servis výrobních zařízení se v současné době sice často obejdou bez kabelů, ale to neznamená konec kabelové spojovací techniky  V domácnosti je WLAN už téměř všudypřítomná a také ve výrobních halách získávají techniky bezdrátového přenosu dat příznivce (obr. 5). Bezdrátová technika je většinou nákladově přijatelná a flexibilní, je-li např. třeba vyměnit zařízení. Konec kabelu, jak někteří předpovídají, se ale nepředpokládá – naopak. Díky postupující elektrifikaci a síťovému propojování v závodních halách bude spíše zapotřebí ještě více kabelů, aby se zaručily velké přenosové rychlosti. Kabely jsou navíc výhodné, co se týče spolehlivosti přenosu dat a latence. Průmyslová výroba probíhá v taktu, přičemž informace je nutné spolehlivě přenášet v intervalech řádu milisekund. Bezdrátovým přenosem to lze zvládnout jen velmi obtížně nebo za neúměrně vysokých nákladů. Velký počet bezdrátových spojení se totiž lehce překrývá a spojení může být vzájemně rušeno nebo přerušováno pohybujícími se předměty, jako např. vysokozdvižnými vozíky. Kromě toho kabely odolávají lépe než rádiová technika záměrnému rušení nebo útokům hackerů. Proto bezdrátová technika nevytlačí ani v budoucnosti systémy založené na kabelech a obě techniky se budou vzájemně stále více doplňovat. (LAPP KABEL s. r. o.)

MAN zkvalitňuje výrobu prostřednictvím řešení ATS Inspect

MAN Steyr patří do početné skupiny výrobců kamionů, kteří dlouhodobě důvěřují řešení ATS Inspect – systému pro kompletní vizuální kontrolu kvality. A jaké jsou důvody jeho oblíbenosti?  Chytrá kontrola vizuálních vad Inspektoři kvality mají na kontrolních stanovištích k dispozici tablety se skenerem kódu VIN, s automatickým výběrem digitálních snímků a kontrolními seznamy. Postup jejich práce je systémem určen zcela automaticky, přímo pro dané vozidlo v požadované výbavě. Stačí tak jen pár kliknutí a přesné umístění, typ a závažnost neshody jsou ihned zaznamenány. Zaškolení nových zaměstnanců je extrémně rychlé a jednoduché.  Rodné listy vozů pro prvotřídní kvalitu V případě problému s kvalitou mohou inspektoři zkontrolovat všechny dosud provedené úkony podle místa, času a operátora v „rodném listu“ vozu. Jakmile odhalí příčinu problému, mohou dohledat všechna vozidla, která prošla problematickým úsekem před tím i poté, co situace nastala.  Snižování nákladů K dispozici je mnoho reportů, které umožňují prohlédnout si všechny aspekty kvality výroby. ATS Inspect pomáhá díky funkcím, jako jsou sběr, analýza a reporting vlastností, snižovat náklady spojené se zmetkovitostí, opravami a reklamacemi. Brány závodu tak opouštějí vozidla zcela bez závady.  Osvědčené know-how pro řízení operací kvality Na vývoji řešení se podílejí také inženýři z novojičínské pobočky společnosti ATS. Nejde tedy jen o pouhý software, ale také o promyšlené a vyzkoušené know-how na řízení výrobních operací, které mimo MAN využívají také firmy Navistar, Kenworth, Paccar a mnoho dalších výrobců nákladních automobilů. (ed)

Nový modul umělé inteligence od Rockwell Automation pro diagnostiku průmyslových provozů

Blake Moret ze společnosti Rockwell Automation, představil v americkém Houstonu diagnostický modul umělé inteligence s názvem Project Sherlock. Algoritmus vytváří modely průmyslových na bázi fyzikálních veličin zjištěných při monitorování provozu. Podle vytvořených modelů pak vyhledává a hlásí odchylky.

Řízení DC motorů

Sortiment kontrolérů OEM Automatic (kontrolér je výkonová a řídicí část pohonu v jednom) pro DC motory zahrnuje jak jednoduché produkty jen pro řízení rychlosti a krouticího momentu, tak programovatelné kontroléry pro precizní polohování rotačního nebo lineárního pohybu. Kontroléry OEM Automatic se vyznačují kompaktním provedením, modularitou a cenovou dostupností. Jsou navržené tak, aby všechny nezbytné požadavky na ovládání motoru a řízení pohybu byly pokryty samotným modulem. Nicméně lze nabídnout i produkty s integrovanou sběrnicí (např. EtherCAT, CANopen apod.) pro distribuované řízení a možnost supervize z nadřazeného systému. Kromě DC motorů jsou rovněž v nabídce moduly vhodné i pro bezkartáčové (brushless), krokové a lineární motory. Lze je využít pro jednoosé a několikaosé pohony s motory do 20 A a 1,6 kW. K dispozici jsou digitální a analogové IO pro ovládání motoru, zavedení zpětné vazby ze snímače polohy atd. Jako alternativu je možné zvolit kompaktní provedení, kde je motor, driver a kontrolér v jednom. OEM Automatic, spol. s r. o., tel.: +420 734 674 807, e-mail: tomas.hynek@oem-automatic.cz, www.oemautomatic.cz