Napjaink egyértelmű tendenciája, hogy az informatikai megoldások egyre inkább a mindennapi élet részévé válnak. Ezzel párhuzamosan intelligens, önálló egységeknek kell együttműködniük – legyen szó a gyártásról, a logisztikáról, a közlekedésről, az energiaellátásról, az egészségügyről vagy számos más területről, amelyek feladata, hogy feldolgozzák a rohamosan terjedő szenzorok adatait, döntéseket hozzanak, illetve beavatkozzanak a környezetükbe. E folyamat során egyre nagyobb szerephez jutnak az olyan korszerű technológiák, mint például a big data megoldások, az adatbányászat vagy a felhőalapú számítástechnika.

Az önálló döntéshozási képességgel rendelkező egyedekből felépülő nagy, bonyolult, úgynevezett kiberfizikai rendszerek terjedése számos új kutatási kérdést vet fel. Olyan nagy áttörés várható e területen, hogy az felér a negyedik ipari forradalommal. Nem véletlen tehát, hogy az MTA SZTAKI kutatási és fejlesztési tevékenységének egyik – gyártás-orientált – fókuszát az úgynevezett Industrie 4.0 vagy ipar 4.0 képezi. E rendszerek komponensei önmagukban okosak. Alaptulajdonságuk a hálózati összekötöttség, vagyis kapcsolatba tudnak lépni egymással, és fel tudják használni az interneten elérhető adatokat és szolgáltatásokat.  Fontos jellemzőjük a beágyazottság, az állandó kapcsolat a valós és a virtuális világ elemei között.

Folytatódhat a Fraunhofer-kapcsolat

Jóllehet a SZTAKI eredendően alapkutatási intézmény, vezetői már évekkel ezelőtt szükségesnek látták az iparközeli témák erősítését. Ennek érdekében vették fel a kapcsolatot a világ egyik vezető, alkalmazott kutatással foglalkozó szervezetével, a Fraunhofer Intézettel Társasággal, majd alakult meg 2010-ben a SZTAKI-ban a Fraunhofer Projektközpont.

A szerződés 3+2 éves együttműködési periódusra vonatkozott, és 2015-ben zárult. Öt év alatt a közös projektekkel foglalkozó kutatói létszám megháromszorozódott, az együttműködő ipari partnerek száma megközelítette az ötvenet. A csapat több európai uniós projektben vett részt, sőt létrejöttek tengerentúli kapcsolatok is.

„Reményeink szerint az együttműködés rövidesen újabb szintre lép. 2014-ben megjelent egy európai uniós pályázat, amelynek célja az innováció szempontjából magasan és kevésbé fejlett országok együttműködésének segítése. Korábbi sikereinkre alapozva ismét a Fraunhoferrel való indulás mellett döntöttünk. Miután megkaptuk a kormány támogatását, beadtuk a közös pályázatot, ahol az első fordulón sikerrel túljutottunk. A második fázisban üzleti tervet kell készíteni, vagy egy már meglévő, közös kiválósági központ megerősítésére, vagy egy új, szintén közös központ létrehozására.

A SZTAKI, speciális helyzetéből fakadóan, kettős célt fogalmazott meg. Egyrészt szeretnénk a meglévő kiválósági központot erősíteni, másrészt egy új, az Ipar 4.0-ra fókuszáló, alkalmazott kutatással foglalkozó szervezetet létrehozni. Ez utóbbit jelentős Fraunhofer intézetekkel együttműködve, a BME Gépészmérnöki, valamint a Közlekedésmérnöki és Járműmérnöki Karával közösen tervezzük. A pályázatot május végéig kell beadni, a nyerteseket várhatóan 2016 őszén hirdetik ki. A támogatás futamideje ezúttal mintegy hét év” – tájékoztat Monostori László akadémikus, egyetemi tanár, az MTA SZTAKI igazgatója, a Fraunhofer Projektközpont vezetője.

Japán vonal

A kutatóintézet több egysége, laboratóriuma már 30-40 éve kapcsolatban áll japán szervezetekkel. Az együttműködés keretében az utóbbi 8 évben komoly, kétoldalú, ipari kapcsolatok is kialakultak. A Hitachi yokohamai kutatóközpontjával például évről évre meghosszabbítják a kutatási együttműködési szerződést. A munkák szakembercserékhez is vezettek – hívja fel a figyelmet Váncza József a Mérnöki és Üzleti Intelligencia Kutatólaboratórium vezetője.

A hosszú távú, illetve jelenlegi kooperáció alapját az a projekt jelentette, amelynek során a Hitachi egyik félvezető gyárának kihozatalát kellett megbecsülni, a gyártás során keletkező információk alapján. Ehhez óriási mennyiségű adatot kellett fogadni, megtisztítani és feldolgozni. Klasszikus adatbányászati feladatról volt szó, akkoriban még senki nem beszélt ipar 4.0-ról. A feladatot nagy sikerrel oldották meg a labor munkatársai, ráadásul úgy, hogy a gyárat csak a projekt lezárása után látták.

Egy izgalmas ütemezési feladatot is kapott a SZTAKI a japán kooperáció keretében. A gyár problémáját az jelentette, hogy fejlett gépeinél hatalmas sorok alakultak ki, miközben a kevésbé fejlettek kihasználatlanul álltak. Az optimális ütemezésen kívül egy gyártástechnológiai feladatot is meg kellett oldani: olyan terveket kellett készíteni, hogy egy adott alkatrészt különböző utakon, tehát akár a fejlett, akár a kevésbé korszerű gépeken is elő lehessen állítani. Az eredmény nem maradt el: a terhelés egyenletes elosztásával, illetve az ütemezéssel sikerült az erőforrás-hatékonyságot igen jelentősen növelni.

Nemzetközi szinten érdeklődést váltott ki az a munka, amely arra keresett választ, miként lehet egy bonyolult mérnöki objektumot pusztán az objektum felületén felvett pontokból kinyert adatokból rekonstruálni. Első lépésben lézerszkennerek tapogatják le a felületet, majd az így nyert adatokból készítik el az objektum modelljét.

„A Hitachival folyamatos az együttműködésünk, minden évben új témát kapunk. Munkánkat a Hitachi finanszírozza, az eredményeket közösen szabadalmaztatjuk, majd publikáljuk, végül a készterméket a Hitachi bevezeti az iparban. Az objektumot rekonstruáló technológiát például sikerrel használják a liftiparban.” – mutat rá Monostori László.

Szenzoradatok a valós idejű döntéshozatalban

A szenzorok rohamos terjedésével párhuzamosan számos feladat vár megoldásra. Az egyik nagy kérdés, hogy a beáramló adatokat miként lehet egy valós idejű döntéshozatali folyamatban értelmesen felhasználni. Egy SZTAKI részvételű európai projekt például egy kamionflotta optimális működtetését tűzte ki célul. Ehhez – szenzorok adatai alapján – fel kellett dolgozni a járművek mozgásának, helyzetének, rakományának stb. adatait.

A logisztikán kívül a gyártás területén is felmerülnek hasonló igények, csak ott nem a járművek, hanem az alkatrészek, a munkadarabok, a gépek állapotáról kell folyamatosan valós idejű adatokat szerezni. Új tendencia, hogy a gyártók nem csak saját, hanem beszállítóik folyamatairól is szeretnének információt kapni, illetve ezen adatokat a döntéshozatalkor felhasználni. Mindez tovább bővíti a kutatóintézetek és az ipar, azaz a SZTAKI és partnerei közös lehetőségeit.

Robotok maguk közt és emberi társaságban

Számtalan érdekes kutatás-fejlesztési kérdést vet fel a robotika terjedése. Jelenleg az emberek ki vannak tiltva azokról a területekről, ahol robotok végzik a megmunkálást. Egyre inkább előtérbe kerül azonban, hogy egyrészt a robotok egymással, másrészt az emberekkel közösen, azonos munkaterületen dolgozhassanak. Ez utóbbiaknál, a hatékony kooperáció, illetve a balesetek elkerülése érdekében, rendkívül komoly szenzorikát kell alkalmazni.

A sikerre való tekintettel fél évvel meghosszabbították azt az európai uniós projektet, amelynek célja, hogy az autóiparban lézertechnológiával váltsák ki a hagyományos hegesztést. A robotkarra szerelt nagy teljesítményű lézerágyút a robot egymás után irányítja rá a hegesztési pontokra, és végezteti el a hegesztést. Mivel maga a gyártócella nagyon drága, kihasználtsága kulcskérdés. A lehető legrövidebb idő alatt kell tehát a hegesztéseket elvégezni, emiatt a robot pályáját is optimalizálni kell. A cél, hogy a berendezés gyakorlatilag folyamatosan hegesszen.

A projekten egy tizenkét tagú nemzetközi konzorcium dolgozott. A SZTAKI a hegesztési feladat magas szintű szakmai specifikációjából kiindulva, a munkadarab modelljének birtokában, a lézerhegesztőt vezérlő programot készítette el. Az eljárást autóajtók hegesztésénél alkalmazzák. Ennél a feladatnál az ember nem tartózkodhat a munkaterületen, de a teljes műveletet, a varratok minőségét, a lézersugár állását stb. folyamatosan figyelni kell.

Szintén egy autógyárral dolgozik a SZTAKI együtt abban a projektben, ahol viszont éppen az volt a követelmény, hogy a robot és az ember közösen szereljen autómotorokat. A kihívás óriási, hiszen nem csak a robot és az ember kétirányú kommunikációját kell megoldania a SZTAKI kutatóinak, hanem azt is garantálniuk kell, hogy a robot semmilyen helyzetben se tehessen kárt az emberben.

Energiamenedzsment a közvilágításban

Jóllehet az elektromos áram hazai tarifarendszere még nem tesz drasztikus különbséget a csúcsidejű és csúcsidőn kívüli fogyasztás között, a világ ebbe az irányba halad. A nemzetközi porondon egyre nagyobb igény várható tehát a korszerű energiamenedzsment iránt. Ez adta az ötletet ahhoz a projekthez, amelyben a SZTAKI a GE Lightinggal, a BME-vel és és az MTA MFA-val működött együtt. Egy közvilágítási rendszerhez olyan energiamenedzsmentet dolgoztak ki, hogy a rendszer az energiafelhasználás szempontjából önfenntartó legyen.

Megújuló energiaforrásokat, pontosabban napelemeket alkalmaztak, a lámpákat szenzorokkal (pl. mozgásérzékelőkkel, időjárásjelzőkkel stb.) és helyi intelligenciával látták el, így azok önállóan is tudják a világítási szintjüket szabályozni. Ha például nincs gyalogos vagy jármű a közelben, a lámpa gyengébben vagy egyáltalán nem világít stb. A SZTAKI a rendszer központi vezérlőjét dolgozta ki, ami szabályozza az energia áramlását – termelését, tárolását, felhasználását, a hálózatba való visszatáplálását – és megvalósította a rendszer egyes kommunikációs csatornáit és felhasználói felületét.

„Olyan vezérlőt terveztünk és implementáltunk, amely kihasználná a lépcsőzetes tarifát, és ezáltal hosszú távon gyakorlatilag minimalizálná a közvilágítási rendszer működésének költségeit. Előrejelzéseket teszünk mind a fogyasztás, mind a termelés oldaláról; ezeket a múltbéli adatokra alapozzunk. Ehhez egyrészt nagy tömegben mérjük a lámpák fogyasztását – ebből következtethetünk jövőbeli várható igényekre –, másrészt összegyűjtjük a napelemek áramtermelését mutató historikus adatokat, amiből az energiatermelés előrejelzése készül” – tájékoztat Váncza József.

Az energiamenedzsment szempontjából önfenntartó közvilágítási rendszer prototípusa Csillebércen működik. A teljes rendszer a SZTAKI felhő-infrastruktúráján fut. Noha ez a projekt lezárult, a SZTAKI és a GE folytatja az együttműködést. A közös munka arra irányul, hogy minél több szenzorjelet dolgozzanak fel, és a kapott eredményeket ne csak a világítási rendszerek vezérlésében, hanem szélesebb körben is hasznosítsák.