Shutterstock

Индустрията ще разчита все повече на роботите и изкуствения интелект

Все още е рано за реално приложение на 5G, но AIoT вече е стратегически подход

от Владимир Владков

7 март 2022 09:04 1008 прочитания

Глобалната икономика започна да се възстановява през 2021 г., като редица индустриални компании се опитаха да достигнат до предпандемичните нива на производство. Нарушените вериги за доставки и неравномерно работещите производствени мощности повлияха особено силно върху електрониката, като фабриките не успяват да се справят със засилените поръчки на електронни компоненти. Стартираха и редица правителствени инициативи, например NextGenerationEU, а инвестициите в 5G инфраструктура станаха по-мащабни. Всичко това стимулира засиления интерес към перспективни технологични области като индустриална роботика, интернет на нещата с изкуствен интелект, разгръщане на корпоративни частни 5G мрежи и др. Но дали всички те се развиват с еднаква скорост?

Статията е част от рипорта "Пътят към умната фабрика" на Digitalk от 02/2022 г. Цялото издание можете да намерите в дигиталната библиотека.

5G все още търси мястото си в индустрията

Последствията от мерките за превенция на COVID-19, процесът на преминаване от пандемия към ендемична болест и глобалното политическо напрежение натежават върху развитието през тази 2022 г. Проблемите с веригите за доставки ще продължат, 5G ще продължи да се затруднява да навлезе в предприятията и все още няма да има "присъствие" на производствените линии, пишат в прогнозите си за 2022 г. анализаторите от ABI Research. Същевременно радиотехнологията за свръхшироколентовата лента (UWB) ще започне да извежда точното определяне на местоположението на преден план, а китайските доставчици ще запазят властта си върху пазара на IoT модули.

Анализаторите смятат, че корпоративните 5G мрежи няма да достигнат до желаните индустриални потребители през 2022 г. Предприятията се ориентират към 5G по две основни причини. На първо място, мрежите, чувствителни към времезакъснението (TSN), трябва да осигурят закъснения в рамките на милисекунди и отказоустойчивост "5 деветки", както и надеждно мрежово покритие. На второ място, детерминираните комуникации защитават корпоративната мрежа от неоторизиран достъп или зловредна намеса. Всички тези възможности са стандартизирани в рамките на проекта 3GPP, версия 16, което предприятията очакваха с нетърпение, коментират от ABI Research.

Но 3GPP замрази Release 16 в средата на 2020 г., така че устройства, покриващи изискванията на R16, все още не навлизат на пазара и вероятно ще видим съществена промяна чак през 2023 г.

5G все още е далеч от производствените цехове. Към юли 2021 г. в света е имало 84 места с публично обявени разгръщания на частна клетъчна мрежа (както 4G, така и 5G) според данните на ABI Research. Всички те са в големи компании и съоръжения, като сред тях са ABB, Airbus, BASF, Daimler AG, Ford, Haier, Konecranes и Nippon Steel. "Макар и важни, текущите внедрявания се използват най-вече като кампус мрежи, в лабораторни условия или в посреднически производствен център за неиндустриални производствени приложения", добавят анализаторите. Стандартите, разработвани от 3GPP и 5G-ACIA, продължават да ускоряват възприемането на технологията, но изостава екосистемата за устройствата.

В допълнение, телеком индустрията все още има да извърви дълъг път за проектиране на привлекателни корпоративни 5G предложения, които да отчитат специфичните за дадена индустрия изисквания. "Следователно телекомуникационната индустрия трябва да разбере, че прозорецът от възможности за корпоративни 5G се затваря, тъй като предприятията обмислят алтернативи с неклетъчни технологии", предупреждават от ABI Research.

5G свързаността навлиза при роботите и дроновете. Разгръщането на 5G мрежите в световен мащаб напредва все по-бързо. Очаква се през следващите няколко години да бъдат пуснати още 5G устройства. След като Qualcomm пусна процесора си RB5, ориентиран именно към роботи и дронове, все повече такива модели ще разполагат с 5G свързаност. Очаква се 5G мрежите да играят критична роля за задействане на машинното обучение в самите устройства. "Това ще им позволи да разполагат с високопрецизно засичане на обекти, автономна навигация, разпознаване на лица и оценка на позата на човека", добавят от ABI Research. Освен това тези роботи и дронове могат да сa постоянно свързани с облака, така че да използват базирани на облак анализи и съхранение за ресурсоемки задачи. Очаква се повече от 30% от мобилните роботи да разполагат с клетъчна свързаност до 2025 г.

Индустриалната роботизация

Допреди десетина години роботите в индустрията бяха доста скъпи устройства с ограничена функционалност. Съвременните индустриални роботи са много по-гъвкави, намират приложение в различни задачи. Някои вече извършва невероятни доскоро действия, а освен това предлагат висока възвръщаемост на инвестициите.

Още през февруари 2013 г. Международната федерация по роботика (IFR) обяви, че за периода 2000 до 2008 г. роботизираната индустрия е създала около 8 до 10 милиона нови работни места, или около 1 милион нови служители на година. Същевременно икономическото възстановяване спря растежа на работните места на всички фронтове, но прогнозите сочеха, че до 2020 г. ще бъдат създадени още 4 милиона работни места в екосистемата на индустриалната роботика.

Пазарът на индустриална роботика расте след срива през 2019 г. Доставките на роботи спаднаха от 422 хиляди през 2018 до 382 хиляди през 2019 г., като причината бе предпандемичният спад на производството според IFR.

"Две основни индустрии бяха засегнати през 2019 г., заяви д-р Сузане Билер, генерален секретар на IFR. В автомобилостроенето се създаваха по-малко нови коли, електронната индустрия също отчете по-ниско търсене, затова отложи инсталациите." Тя отбелязва още, че "политическите противоречия" между САЩ и Китай също са забавили инвестициите в роботиката.

"Не очакваме дългосрочен спад, добавя д-р Кристофър Мюлер, директор на статистическия отдел на IFR. Автомобилните производители вече имат висока степен на автоматизация. В процес сме на преминаване към електрически превозни средства. Автомобилите, задвижвани от батерии, може да имат по-малко компоненти, но основните задачи на роботите все още са заваряване на шасита и преместване на тежки части. Имаме и производство на батерии, при роботите също са от решаващо значение", добавя той.

Мюлер обяснява, че паркът от работещите роботи се е увеличил с 10% от 2019 г. насам, като средногодишният темп на растеж за периода 2015 - 2020 г. е 9%.

Същевременно от ABI Researh очакват оптимизиране на операционните системи за роботи. Доставчиците на процесори за роботи ще предлагат все повече решения, базирани на операционна система за роботи (ROS), които ще предоставят хардуерно ускорение за цялата гама от продукти за роботика. Това трябва да помогне за справяне с проблема със системната интеграция и да накара разработчиците да внедряват все повече готови процесори и хардуерни системи, а не да ги разработват "от нулата". Освен това хардуерно-софтуерната оптимизация ще осигури набор от показатели и стандарти за тази специфична област на индустриализацията, която в момента е доста фрагментирана. Това ще намали времето за пускане на нови решения на пазара. "През 2022 г. се очаква да бъдат доставени общо 45 000 кобота и 452 000 мобилни робота, което представлява ръст от съответно 65% и 51% на годишна база. Очаква се крайните потребители да се възползват от по-тясната интеграция на тези системи", обясняват от ABI Research.

Сигурно е, че роботите ще бъдат неразделна част от бъдещето, навлизайки в икономически сектори, за които преди няколко години не можехме дори да си представим, коментира Ник Чеймбърс от KUKA Robotics. Той определя 6 нововъзникващи тенденции в света на индустриалните роботи, които вероятно ще окажат сериозен ефект върху разнообразни промишлени сектори. Сред тях са:

1. По-лесна употреба, внедряване и поддръжка. "Трябва да намерим начини да направим роботите по-лесни за използване, така че да не изискват толкова висококвалифицирана работна сила за внедряване, опериране и поддръжка. Всъщност този въпрос е едно от най-големите технически предизвикателства, с които индустрията се бори в момента", смята той.

Едно от основните средства за справяне с това е интерфейсът за програмиране "Това, което виждате, е онова, което получавате" (WYSIWYG). Софтуерът за визуално офлайн програмиране опростява както проектирането, така и въвеждането в експлоатация. "Най-модерният софтуер осигурява WYSIWYG програмиране с почти перфектна точност при инсталиране на виртуално творение в реалния свят", твърди Чеймбърс.

Скоро ще има и роботи, които могат сами да програмират. Днес повечето роботизирани системи трябва да бъдат обучени и програмирани по уникален начин за всяка инсталация. В бъдеще сензорните технологии ще подпомагат роботите да правят това. Това важи особено за нови индустриални сегменти, в които ще са нужни различни способности като висока точност, малко тегло, голяма скорост, цената също е важен фактор.

2. Сътрудничество между човек и робот. Хората и роботите и днес работят съвместно във фабриките, но границата между направено от човек и създаденото от робот става все по-неясна. Според специалистите роботите все още не са в състояние да възпроизвеждат перфектно човешката сръчност, но са достатъчно сръчни да работят с деликатни предмети, като пример е сглобяването на малки части за електрониката.

На пазара навлизат все повече модели с две "ръце", които работят на производствените линии в електронната индустрия заедно с хората. "Тези роботи са проектирани да бъдат безопасни, което означава, че не могат да наранят колега. Те използват сензори за сила, за да открият промени в силата, приложена към тях; оста е проектирана да елиминира всички точки на прищипване, обяснява Чеймбърс. Освен това двигателите им са с ограничена скорост и разчитат на софтуер, който управлява безопасността." Подобни роботи ще подобрят гъвкавостта и бързото адаптиране на производствените процеси. Тези модели ще са компактни, преносими и проектирани да заемат същото работно пространство, колкото човек. Роботите могат лесно да бъдат обучени на някои процеси да заменят хората при монотонни и еднообразни действия на производствена линия. Същевременно производителят ще може бързо да се адаптира към промените в производствените графици.

3. По-сигурна работа с роботите. В бъдеще компаниите, които зависят от роботи, ще могат да ги управляват от всяко устройство, което разполага с интернет свързаност. Това опростява всички етапи от взаимодействието на робота: проектиране, продажби, монтаж, въвеждане в експлоатация, експлоатация, надзор и обслужване.

"Бъдещето на роботиката е тясно свързано с два аспекта на свързаността. Първият се отнася до приложението на свързаността на роботите с дистанционно наблюдение", обяснява Чеймбърс. Например Kuka Robotics вече наблюдава дистанционно роботи в реално време. "Това ни помага да идентифицираме потенциални проблеми, така че те да не нарушават нормалните производствени операции. Това помага и на потребителите да оптимизират своите процеси", допълва специалистът.

4. Подобрена сензори на роботите. Ключова част от "пъзела" с техническите предизвикателства включва инструментите, които позволяват на роботите да взаимодействат със света около тях, включително усъвършенствано наблюдение и захващане на предмети. Роботите трябва да развият повече "човешки" способности за откриване, идентифициране и манипулиране с обекти.

Комбинацията от мощни способности за обработка, инструменти като контрол на силата и усъвършенствана 2D и 3D визия ще създаде т.нар. роботизирана "независимост" и ще позволи на робота да взема "решения" какво да прави, когато срещне неизбежните затруднения, които възникват при ежедневна работа. Ново поколение интегриран контрол на силата и интегрирана визия, налични днес, правят тези модерни технологии достъпни за все повече и повече крайни потребители.

Роботите със сигурност са способни на много прецизни и повтарящи се движения. Въпреки това, когато става въпрос за неща като сглобяване на малки части, цялата тази прецизност е безполезна, без способността те да се справят сръчно с малки предмети.

5. Подобрена възвръщаемост. Днешните индустриални роботи предлагат бърза възвръщаемост на инвестициите. Роботите намалиха нараняванията във фабриките, повишиха конкурентоспособността на компаниите на глобалния пазар и повишиха качеството на достъпните продукти. Същевременно те създадоха цяла екосистема от високоплатени работни места.

Затова е ясно, че компаниите, които внедряват роботи, реализират огромни финансови ползи. Повече от всички други действия, които бизнесът може да предприеме, интегрирането на роботи може да увеличи производителността, да намали режийните разходи, да осигури гъвкавост, да намали отпадъците и да повиши качеството. В някои случаи тези показатели са подобрени с няколко порядъка.

6. Обучение на роботизирани служители от бъдещето. Проектирането, изграждането, маркетингът, продажбата, инсталирането, експлоатацията и поддръжката на роботи създават работни места, които не са съществували преди роботите. Работните места, които екосистемата от роботи създава, обикновено са високоплатени. Роботите позволяват на компаниите да останат конкурентоспособни по отношение на разходите дори при поддържане на промишлено производство в страни с високи разходи, вместо операциите да бъдат измествани към региони с по-ниски заплати. Това помага за балансиране на заетостта по целия свят, както и за по-къси вериги за доставки.

Тенденции в индустриалната автоматизация според IFR

Локални и регионални вериги за доставки. Така те са:

По-близо до потребителя
По-устойчиви от логистична и политическа гледна точка
По-ниски разходи за притежание
Модел "робот като услуга" и плащане според степента на употреба
Нарастващи доставки на бюджетни роботи
Персонализирани вариации на все повече продукти
Напълно дигитализирано производство от вземане на поръчката до доставката.

В технологично отношение се очакват подобрения на придружаващите технологии:

Облачни изчисления, 5G мрежи, ново машинно зрение и изкуствен интелект
Разширен набор от приложения
Подобрена производителност (като скорост и като качество)
Роботите са изключително важни за ценово ефективно производство на зелени технологии (например соларни панели)
Роботизираната продукция намалява дела на отказите, а това намалява въглеродния отпечатък
Модерните роботи използват по-малко енергия
Олекотена конструкция на движещите се компоненти на роботите
Интелигентно управление на енергията, например смарт паркинг позиции
Нови, енергийно оптимизирани крайчета на ръцете, например грайфери с почти никаква консумация на енергия.

Проблемът с кадрите

Старите производствени работни места изчезват, но необходимите производствени умения на бъдещето ще бъдат по-високотехнологични и ще изискват знания и умения за автоматизация, коментират и от IFR. В САЩ всеки ден се появяват повече работни места, но работодателите изпитват трудности при намирането на квалифицирани кандидати. В света на високите технологии (включително този на роботите) това често е така, защото трудно се организира обучение на персонала за необходимите работни умения. "Когато помагаме на децата си да избират какво да учат в училище и дори в какъв тип училище да ходят, нека им кажем какви ще бъдат работните места в бъдещето, за да могат да вземат мъдри решения", обясняват от IFR.

За демократизация на експертния опит в роботиката говорят и от ABI Research. "Появата на ROS и различни стартиращи компании за роботика ще предложи реален напредък в краткосрочен план. Но роботиката като цяло страда от значителен недостиг на експертен опит. В дългосрочен план това ще има неблагоприятен ефект върху развитието и комерсиализацията", предупреждават от ABI Research. Именно затова са нужни значителни инвестиции в ресурсоемки и времеемки области, които изискват експерти от различни области. Резултати обаче не могат да се очакват много бързо.

Дигиталната трансформация засяга и индустрията

Доставчиците на индустриални приложения като софтуер за симулация и управление на жизнения цикъл на продукта започват да преминават от предоставяне само на локални решения към решения, достъпни чрез облака, и предлагането им на базата "софтуер като услуга" (SaaS). Доставчиците ще наблегнат на способността за работа по проекти независимо от местоположението и възможността да се гарантира проследимост на промените в дизайна, за да се осигури "дигитална нишка" между екипите, коментират от ABI Research.

Индустриалните потребители ще могат да отворят решенията си и да си сътрудничат със своите технологични партньори за персонализирани промени в дизайна. На теория разширяването на "цифровите нишки" към външни лица ще ускори иновационния цикъл и по този начин проблемите ще бъдат идентифицирани по-рано. "За да защитят своята интелектуална собственост обаче, клиентите ще трябва да помислят внимателно за предпазните мерки по отношение на това кой получава достъп и да проследяват всички дейности", добавят анализаторите.

Очаква се възход и на дигиталните близнаци на пазарите. Производителите се нуждаят от набор възможности за внедряване на дигитални близнаци. Това включва огромно разнообразие от технологии, включително моделиране с CAD/CAM програми, свързаност, облачни изчисления, софтуерни платформи за индустриален интернет на нещата (IIoT), дистанционно наблюдение, хардуерни продукти за работниците в цеховете (като таблети и AR очила), базирана на физика симулация, машинно обучение и системна интеграция.

Това е така, защото дигиталните близнаци не са технология, а композиция от решения, насочени към свързване на физическия и цифровия свят, обясняват от ABI Research. Това обхваща от проектиране, през симулация до производство, сглобяване и следпродажбено обслужване и поддръжка. През последните няколко години цифровите близнаци се разраснаха от концепция до реални решения чрез IIoT табла за управление (dashboards) и отчитане в почти реално време.

Подобно ниво на зрялост е придружено от нови конструкции, като например използването и внедряването на изкуствен интелект в сериозен мащаб, променящи се изисквания като нуждата от библиотеки с модели. Скоро се очаква и появата на дигитални близнаци на пазари, които ще позволяват на независимите доставчици на софтуер да изграждат подходящи инструменти за екосистемата. Тези инструменти са от съществено значение за непрекъснатото създаване на добавена стойност и по-широката демократизация и внедряване на цифрови близнаци. Разходите за индустриални цифрови близнаци ще нараснат от $4,6 милиарда през 2022 г. до $33,9 милиарда през 2030 г., което означава 28% средногодишен темп на растеж.