На цьогорічній спеціалізованій виставці Automatica Інститут Фраунгофера з виробничої техніки та автоматизації IPA представить численні рішення, які – завдяки штучному інтелекту (ШІ) – значно спростять і прискорять планування, програмування та навчання роботів. Побачити можна з 24 по 27 червня 2025 року в залі A4 на стенді 314.
Чи то в виробничому залі, в чистій кімнаті чи в лабораторії: скрізь тепер використовуються роботи та інші компоненти автоматизації, які переважно підтримують у повторюваних, фізично важких або небезпечних завданнях. Але поки їх встановлять, запрограмують і налаштують, часто проходить ще багато часу. Велика мета полягає в тому, щоб досягти «Автоматизації автоматизації». Це означає, що налаштування та введення в експлуатацію за допомогою відповідних інструментів відбувається значно автоматизованіше, ніж раніше, що економить час і кошти.
Fraunhofer IPA представить з 24 по 27 червня 2025 року на виставці Automatica в Мюнхені цілу низку рішень, які, використовуючи технології штучного інтелекту, значно спростять і прискорять планування, програмування та навчання роботів, автоматизуючи ці процеси (частково).
Програмний каркас для всіх машин і установок
Вчені на чолі з Девідом Бреунігом з дослідницької групи IT-архітектури для виробництва в Інституті Фраунгофера IPA розробили програмне забезпечення, яке дозволяє компаніям автоматизувати все своє виробництво. Програмовані контролери (SPS), які досі регулюють роботу машин і установок і встановлені у великій кількості на фабриках, можуть стати непотрібними.
«Той, хто сьогодні купує ПЛК від відомого виробника, стає залежним від його апаратного забезпечення, середовища розробки та мови програмування», говорить Брейуніг, «і саме це ми хочемо змінити за допомогою нашого програмного фреймворку».
Щоб продемонструвати, як працює ця програмно визначена автоматизація, Бреуніг та його команда створили демонстратор, який показує функціонування та використання фреймворку. Відвідувачі можуть на виставці Automatica на екрані ознайомитися з окремими модулями програмного фреймворку та самостійно створити або оптимізувати проект автоматизації.
Разом із колегою та двома колегами Breunig планує зайнятися підприємництвом у сфері програмного забезпечення. Їхній стартап, retavi GmbH, офіційно розпочне свою діяльність наприкінці року.
Гнучко використовувані інтелектуальні мобільні маніпулятори
Гуманоїдні роботи наразі отримують багато уваги в медіа і також відіграватимуть велику роль на виставці Automatica. Згідно з дослідженням Fraunhofer IPA в рамках Центру прогресу ШІ «Навчальні системи та когнітивна робототехніка», багато компаній мають лише незначний інтерес до того, щоб роботи могли рухатися, як люди. Натомість опитані фахівці бачать найбільший потенціал у тому, щоб гуманоїдні об'єкти могли захоплювати предмети так само гнучко, як люди. І саме тут пов'язана актуальна розробка Fraunhofer IPA. Адже через велику кількість ступенів свободи роботизованої руки неефективно програмувати роботи для цих захоплювальних процесів. Щоб вирішити цю проблему, Fraunhofer IPA досліджує підходи до швидкого та інтуїтивного навчання складних рухів захоплення та маніпуляцій.
Процеси захоплення можуть, наприклад, бути навчені в симуляції за допомогою глибокого підкріплювального навчання. У центрі уваги перебуває не лише керування роботизованими руками, а особливо інтуїтивне інструктування та навчання нових застосувань для повноцінних гнучких роботизованих систем – включаючи мобільні багатофункціональні платформи з кількома руками та захоплювачами. Для цього використовуються сучасні методи, такі як навчання через імітацію та так звані основні моделі. При цьому використовуються природні мовні інструкції, телеопераційні виконання, а також демонстрації процесів людьми для ефективного передачі роботизованих навичок.
Демонстратор на виставковому стенді надає практичний погляд на вибрані аспекти технології та показує, як центральні ідеї з поточних досліджень можуть бути застосовані на практиці. Крім того, є можливість дізнатися більше про виклики сучасних методів навчання через імітацію та основних моделей, а також про те, як гібридний підхід може цілеспрямовано закривати існуючі прогалини, поєднуючи перевірені, параметризовані можливості роботів з методами, заснованими на навчанні.
Гнучка робототехніка для обробки та дозування рідин
Переважаюча нестача кваліфікованих працівників не обминає також лабораторії та медичні заклади. Існуючий персонал витрачає значну частину свого робочого часу на монотонні рутинні завдання, які затримують виконання більш цінних, продуктивних діяльностей. Таким чином, автоматизаційні рішення в цьому середовищі користуються великим попитом. Однак система "з полиці" зазвичай є невідповідною, оскільки завдання та об'єкти, з якими потрібно працювати, є різноманітними.
Fraunhofer IPA розробляє адаптований програмний комплект для автономних лабораторних роботів, який дозволяє ефективно автоматизувати такі рутинні роботи. Наприклад, роботи повинні мати можливість збирати процесуально важливі витратні матеріали, самостійно дозувати хімікати або зразки, отримувати чутливі зразки "вчасно" з холодильників або теплових шаф, або, в перспективі, повністю самостійно проводити експерименти. Для цього робот повинен вміти виконувати завдання, такі як локалізація та захоплення різноманітних контейнерів, точне зважування різних рідин і твердих речовин, відкриття шаф і дверей та автономна навігація.
На виставці Automatica Fraunhofer IPA демонструє поточний етап розробки за допомогою демонстратора, який може автоматизовано дозувати рідини різної в'язкості та розподіляти їх у визначені цільові контейнери.
Безпечна співпраця людини та робота з частковою автоматизацією.
Сучасні рішення автоматизації повинні бути максимально гнучкими через малі серії виробництв. Це також означає, що заходи безпеки повинні постійно коригуватися. Основою для цього є оцінка ризиків та сертифікація CE – два процеси, які наразі ще є дуже тривалими і вимагають великого експертного знання. Тому Fraunhofer IPA розробив інструменти як для етапу планування, так і для етапу експлуатації, які спрощують і прискорюють проектування безпеки.
Виставковий експонат «CARA» є інструментом для етапу планування, який всебічно підтримує в розробці безпеки. Він допомагає фахівцям за допомогою 3D-симуляції спланувати та реалізувати всі необхідні заходи безпеки ще до введення в експлуатацію установки в шести кроках. CARA враховує такі параметри, як потенційні загрози, безпечні відстані та можливу взаємодію між людиною та машиною. Загрози зіткнення та затискання автоматично ідентифікуються. Після цього інструмент пропонує заходи для зменшення ризиків.
Також на етапі планування допомагають моделі зіткнень, які визначаються на автоматизованій випробувальній установці, розробленій Fraunhofer IPA. Вони вирішують проблему, що максимальні допустимі сили та тиски під час можливих зіткнень обмежують швидкості та тактові часи робота, тим самим знижуючи продуктивність установки. Однак сили, що виникають під час експлуатації, важко математично розрахувати. Після створення моделі зіткнень дозволяють точно оцінити продуктивність вже на етапі планування. CARA може використовувати ці моделі.
Інтуїтивне програмування роботів за допомогою нового інтерфейсу користувача
Досі програмування роботів часто є вузьким місцем, коли йдеться про ефективну налаштування або переобладнання застосування. Як можна зменшити необхідні знання та програмувати роботів ефективно за часом навіть при великій різноманітності, демонструє новий інтерфейс на прикладі симульованого демонтажного застосування на виставковому стенді. Інтерфейс дозволяє об'єднувати окремі навички, тобто можливості роботів, в повне завдання.
Для цього використовуються модулі навичок з програмного забезпечення «pitasc» Fraunhofer IPA, які можуть бути специфічно зібрані та комбіновані без знання програмування.
Автоматизація в надчистому середовищі: 2ndSCIN та Tested Device
2ndSCIN - це запатентована захисна оболонка, яка готує роботи та інші рухомі компоненти автоматизації для ультра чистого виробництва. Оболонка складається з проникаючої, рухомої та багатошарової тканини, яка за своєю функцією нагадує людську шкіру. Тканинний шар обладнаний датчиками, які постійно вимірюють параметри, такі як концентрація часток, хімічне забруднення, тиск або вологість.
Алгоритми на основі ШІ аналізують ці дані з датчиків і, наприклад, дозволяють здійснювати прогнозне обслуговування. Залежно від застосування, два або більше шарів тканини можуть накладатися один на одного, розділені дистанційними елементами.
У проміжках, наприклад, може всмоктуватися або відводитися повітря. Таким чином, можна видалити частки, які походять з навколишнього середовища або з компонента автоматизації. Подавання спеціальних газів у проміжки системи, наприклад, дозволяє її стерилізацію. Оболонка може бути замінена приблизно за годину і може бути повторно використана після деконтамінації. «2ndSCIN є надзвичайно варіативним у конструкції, тому ми можемо реалізувати індивідуальні потреби. Таким чином, ми вирішуємо багато вимог до захисних оболонок, придатних для чистих приміщень, які не відповідають попереднім продуктам», - пояснює Удо Гоммель, керівник бізнес-відділу критичного до забруднення виробництва в Fraunhofer IPA. Він та його команда представляють 2ndSCIN на виставці Automatica.
Протягом багатьох років Fraunhofer IPA також пропонує методи для викидів часток, дегазації, ESD та інших вимог. Для досліджуваних продуктів видається знак випробування Tested Device, про який також можуть дізнатися відвідувачі стенду. Компанії отримують з продуктом та специфічним для клієнта звітом про випробування підтвердження чистоти та придатності їх установок, пристроїв або витратних матеріалів. Дослідження охоплюють виробничі середовища атмосферних чистих приміщень, сухих чистих приміщень та вакуумних умов.
Контакт:
