Cloud Robotics: Revoluție prin fuziunea tehnologiilor

Szabolcs-Bruno Sebesi
Automation Consultant @ Accenture

PROGRAMARE

Revoluția industrială este procesul de schimbare de la o economie agrară și artizanală la una dominată de industrie și producția de mașini. Până în 2021 s-au desfășurat patru revoluții industriale [1] :

Industry 1.0 - A avut loc pe la sfârșitul secolului 18, având ca principal impact tehnic mecanizarea proceselor de producție. Inventarea motorului cu aburi a creat un nou tip de energie, care s-a extins rapid și la alte procese.

Industry 2.0 - S-a desfășurat la sfârșitul secolului 19 și a culminat cu apariția unei noi surse de energie : electricitatea. Au rezultat astfel primele motoare cu ardere internă, s-a dezvoltat industria de prelucrare a oțelului, au apărut noi metode de sinteză chimică care au dat naștere primelor fibre sintetice, au apărut vopselurile și substanțele de fertilizare a solului.

Industry 3.0- Debutând în cea de-a doua jumătate a secolului 20, are ca punct culminant apariția unei noi surse de energie și anume energia nucleară. Apoi și-au făcut apariția produsele electronice odată cu inventarea tranzistorilor și ulterior, a microprocesorului și, nu în ultimul rând, dezvoltarea industriei de telecomunicații și industria de computere.

Industry 4.0 - Își are originea la începuturile mileniului 3, fiind legată de apariția internetului. Este singura revoluție care nu își are rădăcinile în descoperirea unei noi forme de energie, ci are la bază cel mai nou fenomen tehnologic: digitalizarea.

În zilele noastre, a patra revoluție în industrie este condusă de automatizare, robotizare și de implementarea tehnologiilor cloud.

În momentul de față, robotica este unul dintre cele mai dinamice domenii ale tehnologiilor avansate fiind o știință interdisciplinară care necesită cunoștințe de inginerie: mecanică, electrică, electronica, informatică, automatizare și nu numai. Într-o lume digitală, tehnologia cloud este o schimbare majoră a modului în care utilizatorii au acces la resurse de calcul, stocare, aplicații sau alte servicii informatice.

Luând în considerare avantajele asigurate de tehnologii cloud, cum ar fi mai multă agilitate, scalabilitate, flexibilitate și revoluția adusă de robotică în industrie era inevitabil să ajungem la un moment dat la o fuziune între cele două tehnologii revoluționare: robotică și cloud.

Ceea ce este deja vizibil

Termenul robot industrial acoperă un domeniu destul de vast, care necesită structurarea în mai multe subcategorii, dintre care le enumerăm doar pe cele mai cunoscute: robot mobil autonom (Autonomous Mobile Robot -AMR), robot mobil ghidat (Automated Guided Vehicles-AGV), drone, braț robotic industrial, robot colaborativ (Cobot) etc. Dintre subcategoriile menționate mai sus, în momentul de față, cea mai dezvoltată ramură este relația roboților mobili autonomi/ghidați și cloud. Fiind cea mai dezvoltată ramură, am analizat mai în detaliu stadiul actual al fuziunii din această categorie.

Roboții mobili industriali (AMR/AGV) sunt proiectați să crească productivitatea în fabrici și în operațiunile logistice din depozite, să elimine și să diminueze erorile, să îmbunătățească trasabilitatea materialelor și să le permite angajaților să se concentreze pe sarcinile care necesită abilități umane complexe (și nu numai). Cheia către flexibilitate ridicată și posibilitatea de scalare ușoară a fabricilor sunt soluțiile inteligente de intra-logistică cum ar fi roboții mobili conectați-controlați-monitorizați prin cloud.

Tendința actuală spre interconectarea tehnologiilor de cloud- robot mobil a generat și va continua să genereze modificări fundamentale ale industriei. Afirmația se susține în special prin faptul că cei mai mari lideri de pe piață din industria IT (Amazon, Google, Microsoft etc.) au investit și în continuare investesc sume uriașe în dezvoltarea serviciilor bazate pe această fuziune.

Din perspectiva serviciilor prin interconectarea tehnologiilor (cloud - robot mobil) putem să vorbim despre:

Software ca serviciu (Software as a Service - SaaS);
Robot ca serviciu (Robot as a Service -RaaS).

Majoritatea serviciilor din categoriile de mai sus (exemple de furnizori: Fetch Robotics, Swisslog, Rocos Cloud, Noos Cloud, Google Cloud Robotics, Rapyuta Robotics etc.) sunt axați pe manipularea materialelor (depozitare și intra logistică), colectarea datelor pentru inventar și pentru soluții automatizate bazate pe date.

Cele mai importante avantaje ale serviciilor implementate pe piață, identificate pe parcursul cercetării realizate de echipa Accenture, sunt :

Suport îmbunătățit : prin monitorizare pro activă 24/7, cu posibilitate de asistență de la distanță;
Flexibilitate crescută: prin alocarea sarcinilor direct din software în mod dinamic pe baza nevoilor variate;
Eficiență crescută: prin hartă partajată (map sharing), astfel se pot determina căi și fluxuri de lucru optimizate;
Procese optimizate: prin adaptarea ușoară și rapidă pentru schimbarea mediului de fabricație;

Când vine vorba despre fuziunea între cloud și roboți majoritatea studiilor vorbesc despre avantajele și soluțiile aduse de big data, care ne permit să stocăm și să avem acces deodată la volume enorme de date si să tragem concluzii logice bazate pe date. Pe de altă parte, simplificarea hardware-ului ajută la diminuarea costurilor de achiziție, cu un ROI (revenirea investiției) mai rapid. Dacă aplicăm aceste soluții producției industriale, roboții vor fi în măsură să adune o gamă largă de date și să le utilizeze împreună cu alte componente ale sistemelor de producție inteligente și ale sistemelor informatice. Aceasta conferă sistemelor capacitatea de a învăța extrem de rapid, ceea ce va duce la procese de producție mai eficiente și la abilitatea sistemelor de a răspunde rapid cerințelor individuale sau solicitărilor speciale ale clienților. Pe lângă flexibilitate, studiile și cercetările mai vorbesc despre monitorizarea fiecărui component în sistem la nivel central (cu procesare și stocare în cloud) care aduce ca rezultat o posibilitate de întreținere predictivă (predictive maintenance) precum și planificarea producției eficiente cu utilaje ce dețin capacitatea de auto-optimizare.

Spre ce direcție mergem?

Conexiunea între roboți și cloud a deschis ușile pentru cercetări de fuziune și cu alte tehnologii cum ar fi inteligența artificială (Artificial Intelligence - AI) și învățare automată (Machine Learning - ML). Se preconizează trei procese unde această nouă fuziune între tehnologii va avea un impact major:

Verificare vizuală (Vision): ajută robotul atât în detectarea cât și în recunoașterea obiectelor;
Prinderea obiectelor (Grasping): ajută robotul să determine cea mai bună poziție și orientare de prindere a unui obiect (ajustare automată);
Controlul mișcării (motion control): ajută în optimizarea mișcării (accelerări, decelerări- pentru o durată de viață mai lungă), și în identificarea traiectoriilor optime cu evitarea obstacolelor.

Pe lângă deschiderea ușilor către alte tehnologii, fuziunea între roboți și cloud a consolidat conexiunile deja existente între robotică- simulare-producție.

Informațiile și concluziile prezentate în acest articol sunt bazate pe cercetarea realizată de echipa Accenture (analize, studii, articole din domeniu, discuții cu furnizori de roboți, analize statistici etc.). Pe parcursul cercetării realizat de echipa Accenture, pe lângă analiza stadiului actual și previziunilor s-a simulat (în Visual Components) o fabrică virtuală cu următoarele procese: prelucrare, asamblare, verificarea calității, depozitarea materialelor prime-prelucrate-asamblate. Transferul materialelor (prime, prelucrate, și asamblate) între departamente este realizat de către o flotă de AMR. Printre beneficiile identificate pe parcursul simulării aduse de fuziunea roboți-cloud- simulare aș dori să le subliniez pe următoarele:

identificarea proceselor optime prin simulare și implementare rapidă prin cloud control (orchestrarea mișcării roboților autonomi simulați, iar de acolo procesul poate transferat în cloud apoi, în producție);
identificarea blocajelor de producție și simularea soluțiilor propuse cu costuri și riscuri diminuate;
simulare și implementare rapidă pentru perioade de vârf sau cerințe neașteptate. (ex.: În fabrica virtuală simulată prin adăugarea unui agent de AMR pentru perioadă de vârf sau cerințe extra, am reușit să creștem productivitatea cu 38% prin orchestrarea mișcării și controlul sarcinii prin cloud.)

Potențialul impact al fuziunii (robotică și cloud) este subliniat și de către cercetările realizate de CONVEYCO unde se preconizează [2]:

90% dintre companii indică planuri de a încorpora într-un fel roboți de servicii în organizația lor.
Aproximativ 70% dintre companii care au soluții implementate bazate pe AMR-uri (în zona de depozite/onoarea comenzilor) au observat o îmbunătățire de două cifre ale KPI-urilor (timp de ciclu, productivitate, eficiența stocurilor etc.).
Piața roboților industriali așteaptă o creștere de 33,8 miliarde de dolari în următorii zece ani.
Folosirea roboților mobili în zone de manipulare și logistică o să fie o piață de 75 miliarde de dolari până în 2027.

Concluzie

Deși sectorul productiv nu a fost întotdeauna cel mai rapid sector în adoptarea schimbărilor tehnologice, în special în ceea ce privește echipamentele, cu siguranță putem afirma că suntem într-o perioada de transformare majoră a industriei.

Fuziunea între Robotică și Cloud va conduce treptat la o transformare completă a industriilor productive și va genera schimbări majore la nivelul fiecărei întreprinderi din sector și nu numai.

Robotica în cloud are potențialul de a transforma industriile cu roboți mai inteligenți și mai capabili. Revoluția industrială este în plină desfășurare. Totodată, la fel ca în multe alte lucruri din tehnologie în zilele noastre, putem afirma cu certitudine că viitorul roboticii stă în cloud.