Чемпионы в области автоматизации борются с проблемой невозможности интеграции в США

Проекты направлены на обеспечение связи между роботами и другими фабричными компонентами

Подобно международным делегатам Организации Объединенных Наций, которые используют переводчиков, чтобы понимать друг друга, роботы, машины и другие промышленные компоненты от разных поставщиков говорят на разных компьютерных языках и нуждаются в переводчиках, чтобы помочь им общаться.

В значительной степени из-за экономических соображений компании, производящие станки, роботы, конвейеры и т.п., используют проприетарное программное обеспечение для своей работы и связи друг с другом и с такими компонентами, как датчики, драйверы и ПЛК. Производители оборудования хотят, чтобы отделы закупок фабрики придерживались их торговой марки комплексного решения, чтобы увеличить доход.

«Одно время преобладала мысль, что если я собираюсь инвестировать свои средства и предлагать решения, я хочу защитить свои продажи», — сказал Мэтью Робинсон, программный менеджер консорциума ROS-Industrial (ROS-I) Americas, Southwest Research. институт. «Если я поставляю станки, я хотел бы, чтобы клиенты использовали все мои продукты… мое программное обеспечение, мое оборудование и связанные с ними взаимосвязанные технологии».

Когда владелец завода решает перейти на другой бренд, возникают проблемы с коммуникацией, которые препятствуют интеграции, моделированию и анализу, которые могут повысить производительность и качество.

До сих пор задача обеспечения связи между всеми технологиями на заводе в основном ложилась на системных интеграторов, которые создают трансляторы компьютерного кода или мосты, скажем, от 3D-камеры к роботу или между двумя роботами, изготовленными разными поставщиками. . Это процесс, который занимает много времени и стоит больших денег — настолько, что стоимость инженерного подключения может превышать стоимость самой машины.

«Инжиниринг занимает так много времени и стоит так дорого, что многие компании не идут по пути автоматизации», — сказал Хуан Апарисио, глава исследовательской группы по передовой автоматизации производства в Siemens Technology. «Для них это не имеет смысла, потому что у них нет большого бюджета, который мог бы оправдать автоматизацию».

Движение к общему стандарту

Этот сценарий привел к масштабной проблеме:время и затраты, связанные с интеграцией, препятствуют внедрению автоматизации во многих магазинах и препятствуют прогрессу в американской промышленности.

То, что сейчас испытывают производители и их надеющиеся решить проблемы интеграции, такие как Robinson, Aparicio и другие, имеет прецедент в другой сфере производства.

Около 30 лет назад в полупроводниковой промышленности оборудование для обработки пластин, такое как машины для травления и литографии от разных поставщиков, также не могли взаимодействовать друг с другом. Чтобы бороться с надвигающейся атрофией в этом случае, производители полупроводников сформировали консорциум и сказали поставщикам, что они должны создать общий стандарт. Именно это и произошло.

«Вопрос в том, достаточно ли силен спрос со стороны клиентов, чтобы привести к созданию общего стандарта [сейчас]?» Это, по словам Джона Вена, главы отдела электротехники, компьютеров и систем в Политехническом институте Ренсселера. «Это еще предстоит выяснить, но, похоже, есть движение в этом направлении».

Вэнь также является одним из тех, кто работает над текущими усилиями по обеспечению унификации и созданию мостов, которые переводят машинные языки, чтобы устройства фабрики могли общаться друг с другом.

Их работа финансируется Институтом передовой робототехники для производства (ARM), входящим в состав Manufacturing USA. Проекты, финансируемые Институтом ARM, включают разработку специального промежуточного программного обеспечения — одного от академических кругов и другого от богатого предпринимателя Скотта Хассана — до более высокого уровня технической готовности, чтобы варианты промежуточного программного обеспечения были готовы к общепромышленному использованию и могли помочь заставить заводы работать с действенной коммуникацией. .

Одно готовое решение

Вэнь возглавляет проект под названием «Robot Raconteur (RR):совместимое промежуточное программное обеспечение для робототехники». RR также собирает данные и вызывает функции, такие как управление камерой.

«Robot Raconteur… — это усовершенствованная, дополненная, объектно-ориентированная технология промежуточного программного обеспечения, специально разработанная для обеспечения реальных возможностей взаимодействия по принципу plug-and-play для систем автоматизации и робототехники», — говорится в исследовательском предложении Вена.

RR уже универсален:он совместим с операционными системами Linux, Windows, OSX, iOS, Android, OpenBSD, QNX, Arduino и xPC Target. В нем есть библиотеки для C++, Python, C#, Java, MATLAB, LabView, браузерного JavaScript и xPC Target.

Промежуточное ПО Raconteur было разработано в лаборатории Wen's Rensselaer Джоном Уэйсоном. После того, как Уэйсон защитил докторскую диссертацию, он создал собственную компанию Wason Technology, специализирующуюся на промежуточном программном обеспечении. Уэйсон вместе с Rensselaer участвует в исследованиях, финансируемых Институтом ARM, а также Юго-Западным исследовательским институтом и United Technology Corp.

Тем временем пользователи промышленных роботов по-прежнему полагаются на процесс обучения и повторения, чтобы заставить их работать.

По словам Вэня, ключом к отказу от парадигмы «обучай и повторяй» является использование сенсоров для зрения, 3D, лазерного сканирования, приближения, осязания или силы.

Однако интеграция и программирование датчиков в роботе усложняет задачу:это дополнительные затраты. И датчики могут сломаться. Чем больше вещей может сломаться, тем выше вероятность того, что линия выйдет из строя, что будет стоить заводу денег.

Решение Вэня состоит в том, чтобы преобразовать RR в систему с открытым исходным кодом и системой plug-and-play, которая сделает программирование и интеграцию роботов, датчиков, периферийных устройств и программного обеспечения для моделирования от разных поставщиков и платформ простым, быстрым и безопасным.

По словам Вэня, это также откроет двери для использования более широкого набора датчиков, в том числе недорогих потребительских продуктов, таких как Azure Kinect и 3D-камеры Intel RealSense.

"Программа на выбранном вами языке"

Работа Робинсона в Юго-западном научно-исследовательском институте заключается в работе и продвижении ROS-I, еще одного промежуточного программного обеспечения с открытым исходным кодом, похожего на RR в том смысле, что вы можете подключать различные наборы устройств, но которое также облегчает визуализацию и моделирование.

Он знает, что разрозненная парадигма поставщика, продвигающего одно и только одно решение, в первую очередь создает проблемы для производства в области подключения.

Итак, Robinson взвесил все за и против и откровенно говорит об отрицательных сторонах своей основы, ROS (операционная система для роботов), в конкретной области Интернета вещей.

«Один из больших недостатков ROS заключается в том, что в нем много C++, который является быстро развивающимся и обновляемым языком программирования», — сказал он. «Для новичков это может быть пугающим и чреватым всевозможными проблемами. Таким образом, существует множество сущностей и инструментов, позволяющих оградить отраслевых специалистов, которые просто хотят, чтобы их системы работали, от необходимости выполнять все виды глубокого, жесткого написания программного обеспечения для компьютерных наук на C++.

«RR стремится снизить этот барьер для входа».

Апарисио — еще один сторонник разнообразия компьютерных языков.

«Я думаю, нереально говорить, что в производстве будет только один язык, но если их будет несколько — все со своими плюсами и минусами — тогда нам нужен шлюз» в виде программного обеспечения, которое действует как интерпретатор, — сказал он.

Апарисио является главным исследователем проекта, финансируемого Институтом ARM, по созданию программного обеспечения с открытым исходным кодом для обеспечения совместимости и связи между системами автоматизации, симуляторами, облачными платформами и роботом (который управляется ROS-I).

Шлюз будет работать с тремя широко используемыми в производстве стандартами и протоколами:OPC-UA, MTConnect и DDS.

К проекту Siemens и Southwest Research Institute присоединились компания-разработчик программного обеспечения Real Time Innovations и поставщики роботов Keba и Yaskawa.

«В конце концов, секретным соусом будет то, насколько легко вы позволяете всем этим машинам общаться друг с другом… взаимодействовать… абстрагировать все эти низкоуровневые коммуникации, чтобы вы могли программировать на выбранном вами языке», — сказал Апарисио.

Устаревшие машины тоже могут говорить?

Новые станки и заводские устройства уже готовы к подключению и взаимодействию, и их владельцы должны иметь возможность воспользоваться всеми преимуществами работы, которую выполняют Апарисио, Вен и Робинсон.

А как насчет устаревших машин?

"В целом, если у него есть сетевая карта, если он может поддерживать передачу информации через традиционный Интернет, все готово", – сказал Робинсон.

Даже некоторых устаревших роботов, которым около десяти лет, можно заставить работать, а не пылиться на фабричном складе.

«Если у вас есть 10-летний робот, то на тот момент он, по сути, является бесплатным активом, поэтому вы просто добавляете несколько датчиков, используя некоторые части программного обеспечения», — сказал Робинсон. «Возможно, вам придется работать с партнером по контракту, если у вас нет хорошей внутренней команды, но вы можете [затратить] гораздо меньше [затрат], чем покупать совершенно новую систему с нуля.

«Эта окупаемость инвестиций становится очень привлекательной».

Работа программиста никогда не заканчивается

Несмотря на весь опыт и тяжелую работу, вложенные в проекты, финансируемые Институтом ARM, а также их успешные результаты, предстоит еще много работы, чтобы помочь американскому производству полностью раскрыть свой потенциал взаимодействия и подключения.

Также есть место для большего количества участников.

«Это такой проект, что чем больше людей узнают о нем, тем лучше. Мы хотим, чтобы к нам присоединялось все больше и больше компаний», — сказал Апарисио. «Дело не в том, что мы полностью решаем проблему. Решаем небольшой блокпост. Для решения более крупной проблемы потребуются дополнительные проекты.

Как сказал Вэнь о результатах проектов:«Все этого хотят».

Что такое РОС?

В некоторых проектах по разработке технологий, финансируемых Институтом передовой робототехники для производства (ARM ), используется большая часть контента программного обеспечения ROS-Industrial для расширения его возможностей и идеальной защиты модулей, разработанных для общепромышленного использования.

История ROS, основного программного кода ROS-Industrial, уходит своими корнями в Силиконовую долину.

Код ROS был разработан командой Willow Garage во главе с основателем компании Скоттом Хасаном, миллиардером из Силиконовой долины, который был ключевым архитектором программного обеспечения для Google, согласно биографии, размещенной на веб-сайте его последующей компании, Подходящих технологий. ROS, а теперь и ROS2, в настоящее время разрабатывается и поддерживается некоммерческой организацией Open Robotics.

Широко используемое название ROS является аббревиатурой от «роботизированная операционная система», но оно не раскрывает ее возможностей.

«ROS — это не операционная система в традиционном смысле управления процессами и планирования; скорее, он обеспечивает структурированный коммуникационный уровень над операционными системами хоста… », согласно обзору ROS на веб-сайте Willow Garage.