Imec na Smart Industries

Tento se nazývá: Inteligentní průmysly.

Člověk a stroj spolupracující na výrobní hale: noční můra nebo zápas v nebi? Jak budou naše továrny vypadat v roce 2035? ptá se Pieter Simoens z University of Ghent, pobočky Imec.

Nemusíte být velkým vizionářem, abyste si mohli představit nejmodernější výrobní zařízení plné robotů a umělé inteligence (AI).

„Vzestup nočního můru strojů“? Ne nutně, protože lidé budou také hrát důležitou roli v zítřejších továrnách.

Pokud se nám podaří optimálně spojit silné stránky člověka a stroje, můžeme dokonce položit základ snu, který - do roku 2035 - může signalizovat začátek páté průmyslové revoluce.

Představují inteligentní továrny, ve kterých se nejedná o automatizaci, digitalizaci a masovou výrobu, ale o přizpůsobení a personalizaci - řízené lidskou kreativitou.

Průmysl 5.0: kde inteligentní robotika splňuje lidskou kreativitu

Průmysl se za posledních 300 let vyvíjel rychlou rychlostí. Všechno to začalo v 18. století, kdy venkovské společnosti v Evropě a v Americe prošly procesem urbanizace a železný a textilní průmysl začal kvést, částečně díky vynálezu parního stroje.

Těsně před první světovou válkou se objevily nové průmysly (např. Ocelářský a ropný průmysl), zatímco vynález elektřiny nám umožnil začít s výrobou masové výroby. To znamenalo začátek Industry 2.0.

Od té doby se tempo vývoje stalo rychlejším. V sedmdesátých letech jsme byli svědky startu Industry 3.0 - představující digitální technologie, automatizaci průmyslových procesů a zavedení robotů.

A dnes jsme na úsvitu Průmyslu 4.0, který do značné míry vychází z revoluce Internet věcí (Internet of Things - IoT): zařízení všech druhů - včetně robotů - jsou připojena k internetu a produkují nepřetržitý proud dat; dat, které mohou být využity k vytvoření většího přehledu o průmyslových procesech ak další optimalizaci těchto procesů

Obr. 1: Od parního stroje k internetu věcí: průmysl se za posledních 300 let vyvíjel rychlou rychlostí.

Působivé, že? Samozřejmě musíme k tomuto vývoji dodat upozornění. Jelikož automatizace a optimalizace se v průběhu let staly důležitějšími, lidská angažovanost je stále více ohrožena…

„Je to právě tato hrozba, která bude ukončena příchodem Industry 5.0. Ve světě, v němž se každý jednotlivec chce plně vyjádřit, se bude zvyšovat poptávka po unikátních, přizpůsobených a personalizovaných produktech. V takové éře už nebude svatým grálem robotická masová produkce, ale lidská tvořivost. “

V inteligentních továrnách z roku 2035 bude tedy třeba zavést nový model spolupráce. Manželství, můžete říci, mezi člověkem a strojem - s roboty, kteří dělají těžkou mechanickou práci, as jejich lidskými spolupracovníky, kteří jsou „kreativními architekty“ (vynalézají nové, zakázkové výrobky a dohlížejí na jejich výrobu v zítřejších továrnách).

Otázkou je: jak můžete podpořit partnerství mezi člověkem a strojem v takovém prostředí? Jak vytvoříte optimální párování, takže 1 + 1 se stane účinným 3? To vše se sníží na efektivní komunikaci mezi různými stranami!

Digitální dvojčata pro naše chytré továrny?

Aby se průmyslu 5.0 podařilo každou šanci na úspěch, bude zásadní, aby byla komunikace mezi různými aktéry (člověkem a stroji) urychlena.

Samozřejmě, stroje už dnes komunikují. Například ve velkých automobilkách zajišťují integrátoři za pomoci standardizovaných protokolů, že stroje (někdy od různých poskytovatelů) mají dostatek informací o sobě, aby splnily výrobní cíle. Buďme však upřímní: v dnešních továrnách má každý stroj v podstatě svou vlastní práci (montážní linka) a je zapotřebí jen málo skutečné komunikace.

V budoucnu, kdy se stroje stanou autonomnějšími a potřebují se navzájem předvídat, bude komunikace obtížnější.

„Například: představte si, že se dva roboti v továrně přibližují. V této situaci, jak může jeden robot předvídat, jak se ten druhý bude pohybovat („půjde doleva nebo doprava? A co mám dělat…“)? A to je před zohledněním postojů, akcí a reakcí jiných robotů v okolí… “

Chcete-li zvládnout tento typ situací, můžete vytvořit digitální kopii (nebo dvojče) továrny v oblaku. Jako takový vytvoříte digitální model fyzické výrobní haly; model, který se neustále aktualizuje na základě dat senzoru v reálném čase; model, ve kterém jsou všechna rozhodnutí (a jejich výsledky) simulována v reálném čase.

V tomto scénáři je veškeré oprávnění hostováno na centrálním místě, ze kterého jsou všechny pokyny odstraněny. A roboti a stroje ve výrobě jsou fyzickým výsledkem toho, co se děje v tomto virtuálním světě.

Na první pohled se tento „diktátorský model“ jeví jako ideální řešení pro řešení složitých situací na výrobní hale a zároveň zajištění splnění výrobních cílů. Technicky je takový scénář již dokonale proveditelný: jediné, co potřebujete, je rychlé datové spojení mezi fyzickými stroji ve výrobní oblasti a „virtuálním mozkem“ a velkým výkonem zpracování.

K tomu však existují dvě výhrady. První je čistě ekonomický. Nezapomínejme, že průmyslová prostředí jsou často komplikovaná a konkurenceschopná místa, kde mnoho aktérů spolupracuje (dodavatelé a partneři - a někdy i konkurenti). V takovém kontextu je ochrana údajů, soukromí a informací nesmírně důležitá - což neodpovídá scénáři „diktátorského modelu“, kdy centrální mozek musí mít přístup ke všem možným typům údajů (včetně citlivě citlivých údajů), aby mohl řádně vykonávat svou práci. . Pro mnoho obchodních lídrů by konečný noční můra znamenala sdílení těchto dat.

Obr. 2: Měli bychom v cloudu vytvořit digitální dvojčata továrny, abychom mohli realizovat spolehlivou komunikaci mezi lidmi a stroji? I když se tento „diktátorský model“ jeví jako ideální řešení pro řešení složitých situací na výrobní hale, existují dvě upozornění: konkurenti pracující ve stejné továrně nechtějí sdílet data a lidský zaměstnanec musí být schopen zasáhnout.

A druhá námitka? Lidská nepředvídatelnost! I když můžeme provozovat továrnu, ve které se jedná o obchodní zájmy pouze jedné strany, centrálně řízený scénář se rozpadne, jakmile jedna osoba projde továrnou; osoba s vlastní autonomií a autoritou. Představte si například, že lidský zaměstnanec („tvůrčí architekt“, jak jsme je označili dříve) si všimne, že robot dělá něco špatného a zapojuje se do nápravy chyby… V tu chvíli by se celý systém zastavil, virtuální mozek by ztratil veškerou kontrolu.

Tento model by tedy mohl být platný pouze pro průmyslová zařízení, která se zaměřují na výrobu volně loženého zboží a kde je role člověka minimální (nebo v dlouhodobém horizontu možná dokonce neexistující).

Nová forma umělé inteligence: komplexní uvažování

Jinými slovy: vždy, když člověk a stroj musí spolupracovat, budeme muset použít různé metody, abychom se postarali o lidskou nepředvídatelnost a zajistili, aby to roboty mohli předvídat.

„Zvláště slibným principem je princip„ komplexního uvažování “- nová forma umělé inteligence, která může být použita k učení strojů, jak rozumně uvažovat a předvídat akce něčeho (nebo někoho jiného). Je však stále ještě dlouhá cesta, než budeme moci zavést zásadu komplexního uvažování do praxe. “

Umělá inteligence, jak ji známe dnes, je založena na „hlubokém učení“ - výkonné technologii, která rozpoznává vzory v obrovském množství dat. Mezitím jsme tuto technologii zvládli, takže cílem je učinit další krok a požádat stroje o otázku: „Jak ovlivňují mé činy akce lidí kolem mě?“

Aby se věci ještě více zkomplikovaly, musíme tuto mimořádnou úvahu vložit do mixu: v průmyslovém prostředí je předním požadavkem transparentnost (aby se zajistilo splnění výrobních cílů).

Ale hluboké učení je vlastně opakem, a to „černá skříňka“: trénujete systém, aby rozpoznával vzory, ale ztratíte kontrolu nad tím, jak tento systém přijde k závěrům.

Mimořádným požadavkem komplexního uvažování je proto to, že musí být dostatečně transparentní (nebo „vysvětlitelné“), aby ho lidé mohli přijmout, což znamená, že v budoucnu budeme hovořit o „vysvětlitelné AI“.

Celoživotní vzdělávání: také pro roboty

V období do roku 2035 se komplexní uvažování stane novým strategickým výzkumným tématem, kdy týmy z celého světa studují, jak musí být základní algoritmy vyvíjeny, implementovány a optimalizovány.

Dále budeme konfrontováni s otázkou, jak mohou stroje neustále zlepšovat své reakce a způsoby předvídání akcí. To znamená, že musí být vyvinuty nové „systémy odměn“ založené na implicitních a explicitních zpětnovazebních signálech.

„Můžete se vsadit, že v budoucnu se koncept„ celoživotního učení “nebude vztahovat pouze na člověka, ale také na stroje…“

Jak přispívá imec k této budoucnosti?

Společnost Imec zaujímá vedoucí postavení na světě v několika technologických oblastech, které vedou k vytváření inteligentních průmyslových odvětví: od výzkumu přes inteligentní logistiku a internetu věcí až po interakci člověk-stroj, což dává smysl velkým datům, vytváření senzorových systémů pro průmyslové aplikace, zobrazovací technologie a tak dále.

Otázky, které se naši výzkumníci snaží zodpovědět, zahrnují:

• Jak můžeme pomoci společnostem snížit provozní náklady (např. Výrobní čas a spotřebu energie) - a pomoci jim vyřešit složité logistické hádanky, které využívají inteligentní algoritmy?

• Jak můžeme rozšířit výhody holografické 3D technologie nebo inteligentních systémů vidění na domény, jako je inteligentní zábava a inteligentní výroba?

• Jak můžeme optimálně - a bezpečně - přizpůsobit interakci člověk - stroj ve výrobním prostředí?

• Jak můžeme kombinovat senzory, akční členy a elektroniku do malých a ultra nízkých výkonových čipů, které neustále získávají data o výrobních procesech, skladování a řízení zásob?

• Jak lze integrovat čipy s nízkými náklady na identifikaci, sledování a snímání do plastové fólie, tenčí než papír?

• Jak můžeme obrátit obrovské množství nestrukturovaných dat, která jsou generována senzorovými sítěmi, na použitelné znalosti, díky nimž budou společnosti efektivnější?