Sestavit výrobní linku na druhé straně zeměkoule nebo instruovat opraváře na dálku pomocí brýlí pro virtuální realitu už nemusí být výsadou nadnárodních koncernů. Přicházející 5G síť s sebou přináší především vysokou přenosovou rychlost, garantovanou konektivitu a rychlou odezvu. Umožňuje mimo jiné přesunout výpočetní výkon z koncového zařízení do cloudu, což například snižuje náklady na pořízení drahých průmyslových počítačů.
První samostatnou 5G síť (stand alone) pro průmyslové využití, která nespoléhá na starší 4G síť, spustil T‑Mobile loni v srpnu v Českém institutu informatiky, robotiky a kybernetiky (CIIRC) na ČVUT. Privátní 5G síť umožní vědcům, studentům i firmám testovat a rozšiřovat koncepty chytrých továren budoucnosti a digitalizované výroby. Díky zapojení Národního centra Průmyslu 4.0 se na případových studiích a praktických řešení aplikovatelných pro průmyslovou výrobu mohou podílet i malé a střední podniky, což podpoří transfer těchto technologií, digitalizaci českých firem a vytvoření kvalitní IT infrastruktury.
5G síť ve druhém čtvrtletí tohoto roku jako jedna z prvních průmyslových firem spustí Škoda Auto. „Přinese nám nejen odlehčení stávající infrastruktury, ale i výrazné posílení v oblasti datové komunikace. Zvyšuje flexibilitu celého systému,“ říká Jan Šeda, doménový architekt pro výrobní a logistické systémy ve Škodě Auto.
Virtuální či rozšířená realita není ve firmách nic nového, spojení s 5G sítí a cloudem jí však přináší nové možnosti. Jednou z nich je například odlehčení brýlí pro rozšířenou realitu, což umožňuje nosit je celý den. Společnost T‑Mobile ve spolupráci s Vysokou školou Báňskou v Ostravě testovala brýle, které váží pouhých 250 gramů. Jejich výhodou je, že využívají vysoké přenosové rychlosti 5G sítě, a jsou tak schopny zobrazovat informace ve fotorealistické kvalitě, aniž by obsahovaly výkonný hardware. „To samozřejmě přináší i příznivý vliv na jejich cenu. Pokud mají brýle fotorealistickou kvalitu a výpočetní výkon zabudovaný v sobě, stojí 15 až 20 tisíc. Zatím testujeme prototypové verze odlehčených brýlí, ale předpokládáme, že jejich cena se bude pohybovat kolem pěti tisíc korun. Tím se stávají dostupnějšími i pro malé firmy,“ říká Jan Hirš, manažer domény Industry 4.0. společnosti T‑Mobile.
Brýle pro rozšířenou realitu využívá například společnost Lego v Kladně. „Pracovník v Česku dokáže instruovat kolegu v zahraničí, ať už v továrně v Mexiku nebo v Číně, jak zapojit výrobní linku. Dotyčný přesně vidí, kam se díváte a na co ukazujete. Je to velmi užitečná věc, která nám pomohla obzvlášť v době covidu a nelehkého cestování,“ říká Jan Novák, ředitel výzkumu a vývoje pro oblast balení ze společnosti Lego.
Výpočetní technika „za plotem“
Největšími výhodami 5G sítě jsou vysoká přenosová rychlost, velmi nízká latence v řádech milisekund, tedy rychlost reakce na daný příkaz, vysoká kapacita, kdy může být připojeno až milion zařízení na jeden km², a garantovaná dostupnost. Všechny tyto pozitivní vlastnosti umožňují přenést i tu nejvýkonnější výpočetní techniku mimo hlavní průmyslové haly, tedy „za plot“ závodu. Není tak nutné budovat nové technologie uvnitř, ale je možné je získat jako službu.
Místo drahých průmyslových počítačů nebo systémů, jež se umisťují přímo k robotu či jinam do výroby a musí být odolné vůči prachu, otřesům nebo výkyvům teplot, stačí pořídit standardní hardware, který se umístí do IT místnosti a stroje s ním komunikují na dálku, protože jim to umožňuje právě nízká latence sítě. „Pro komunikaci robotů či mobilních vozítek je potřeba mít latenci pod 10 milisekund. Když si představím, že se pohybují rychlostí třeba 30 kilometrů za hodinu a měly by například odezvu 30 milisekund, tak za tu dobu už mohou přejet stanovené místo a náklad doručit úplně někam jinam,“ popisuje Jan Hirš.
Zajímavým projektem z pohledu využití 5G sítě je podle Hirše spolupráce s Vysokou školou Báňskou v Ostravě, kde pomocí strojového vidění a umělé inteligence řešili kontrolu svarů. Systém se naučí, jak rozpoznat špatný svar od dobrého podle tvaru, barvy a dalších parametrů. V Ostravě toto řešení právě díky 5G síti pozdvihli na vyšší úroveň pomocí kamery, která je připojená k robotu a snímá svar. Samotné vyhodnocení svarů tak neprobíhá přímo v robotické buňce, jako tomu bylo u předchozího řešení, ale v cloudu. Do robota se vrací informace, zda je svar kvalitní, či nikoliv. Hlavní výhodou je, že přemístění výpočetní kapacity mimo robotickou buňku přináší obrovské výhody především z hlediska nákladů celého řešení. Cena standardního hardwaru je třetinová oproti průmyslovým počítačům. Když se tento systém navíc rozšíří na několik robotických buněk, stačí pořídit pouze jednu výpočetní kapacitu. Toto řešení bude T‑Mobile po dokončení testů implementovat prvnímu zákazníkovi.
5G je novou filozofií
„Obzvlášť v současnosti, kdy se každá společnost potýká se skokovým navýšením energií, nedostatkem materiálu a kvalifikované pracovní síly, je téma digitalizace a automatizace velmi aktuální. Vše se primárně točí kolem dat, jak je sbírat, vyhodnocovat a zpětně využívat při řízení výroby. Virtualizované podnikové sítě mohou výrobu posunout na úplně jinou úroveň. 5G mobilní síť přináší výborné připojení, ale i nový přístup a filozofii, která se do průmyslového odvětví tímto dostává. Najednou máme síť s garantovanou konektivitou. To znamená, že je zabezpečená z hlediska dostupnosti i bezpečnosti. Nestane se, že přijde údržbář, zapne si wi‑fi na stejném kanále a naruší celou komunikaci,“ dodává Jan Hirš.
Nový telekomunikační standard mobilní sítě přináší přibližně desetinásobné zvýšení přenosové rychlosti oproti standardu 4G. Umožňuje teoretickou přenosovou rychlost až 20 Gbit/s a dobu odezvy snižuje řádově na jednotky milisekund.
Firmy i odborníci se však shodují, že aby moderní technologie dobře fungovaly, je nezbytné vytvořit kvalitní infrastrukturu nad výrobními linkami, tedy soustavu prvků, které zajišťují přenos dat ze strojů či zařízení do datové sítě a následně do serverů, případně aplikací, a mít integrátory těchto technologií. A to může být pro mnohé problém.
„Od začátku je nutné používat technologie, jež jsou škálovatelné, které zvládnou rostoucí objem práce. Tato podpora ve firmách chybí. Když vyvíjíme aplikaci, řešíme velmi základní věci, například kam umístit počítač, na kterém běží algoritmus. Vytváříme základní infrastrukturní kroky. Zabýváme se něčím, co je na pomezí operačních technologií, jež mají na starosti řídicí systémy, a IT světem, který byl původně zaměřen na podporu kancelářských počítačů a jejich provozu, ne pro zajištění výroby. Dostáváme se do sporu, komu nové výpočetní prostředky patří, což hodně komplikuje reálné nasazení,“ říká Petr Kadera z CIIRC, který má na starosti integraci systémů do průmyslu.
Infrastruktura jako služba
Tento problém směřuje k vytvoření nového oboru, který vědecký ředitel CIIRC Vladimír Mařík společně se svým kolegou a duchovním otcem myšlenek průmyslu 4.0 profesorem Wolfgangem Wahlsterem z Německého výzkumného střediska pro umělou inteligenci nazývají System Integration Industry. Tento nový obor staví na konceptech průmyslu 4.0 a jako hlavní cíl si klade vytvořit infrastrukturu a nad ní služby, které pomohou s transferem technologií z univerzit a výzkumných organizací do průmyslové praxe.
„Infrastruktura je velké téma pro telekomunikační firmy, kdy jim 5G sítě nabízejí nové obchodní možnosti. Když pomineme větší firmy jako Škoda Auto, které mají vlastní centra, menší společnosti nemají kompetence, zkušenosti a lidi. Infrastrukturu, která jim pomůže dělat složitější výpočetní úlohy, si budou pronajímat a nakupovat jako hotové řešení,“ dodává Kadera s tím, že úskalím jsou chybějící integrátoři.
CIIRC tak například úzce spolupracuje se společností Lego a takového integrátora jim poskytuje. „Kdybychom ale takové firmy měli tři, už to časově nezvládneme. Řešením může být jeden odborník ve firmě, což určitě budou i naši absolventi, ale zatím je těchto lidí málo. Samozřejmě existují systémoví integrátoři, ale to jsou ti, kteří sestavují výrobní linky. Pak jsou softwarové IT firmy, jež se pohybují v IT vrstvě. Chybí však firmy, které by tyto dva světy uměly propojit. A to právě přinese úsporu a efekt,“ říká Kadera.
Stáhněte si přílohu v PDF
Digitalizace mezi mlýnskými kameny
Za zpomalení digitalizace ve firmách mohou mnohdy také zastaralé stroje. „Digitalizace u starších firem je poměrně nákladná. Pokud se od začátku nepočítá s tím, že bude celý systém fungovat digitálně, je velmi drahé do stávajících struktur digitalizaci integrovat. Firmám se to často vůbec nevyplatí. Častěji se tak objevují projekty vzniklé na zelené louce. Další pravidlo v průmyslu je bohužel takové, že se nemění, co dokonale funguje,“ popisuje Jaroslav Zvonař ze společnosti Pocket Virtuality, start‑upu, který pomáhá průmyslovým firmám zavádět systémy využívající virtuální realitu.
Vyšší věk strojů považuje za technický problém také společnost Škoda Auto. Zatímco v automatizaci se stroje plánují na 15 až 20 let, IT se vyvíjí dynamicky. „IT a OT (operational technology, technologie pro ovládání řídicích systémů výrobních linek, pozn. red.) jsou dva rozdílné světy, které spolu musí spolupracovat a ne vždy je to jednoduché. Patnáct až 20 let staré stroje jsou stále funkční a spolehlivé. Je to pokaždé velká výzva. Dostáváte se totiž mezi dva mlýnské kameny. Na jednu stranu potřebujete stroj, který bude vyrábět jako doposud, a na druhou stranu na něj chcete implementovat něco, na co nebyl nikdy připraven. Je to vždy velmi náročné jednání mezi IT security, IT infrastrukturou a výrobními útvary, potažmo dodavatelem,“ popisuje Jan Šeda, doménový architekt pro výrobní a logistické systémy ve Škodě Auto.
Článek byl publikován ve speciální příloze HN Budoucnost strojírenství.
