JANUS, P. Digitální dvojče výrobní buňky vkontextu Průmyslu 4.0 [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2023.

Posudek vedoucího

Lang, Stanislav

Předmětem zadání předložení diplomové práce je tvorba digitálního dvojčete plně automatizované (fiktivní) výrobní buňky, a to v kontextu průmyslu 4.0. Zadání vzniklo ve spolupráci Ústavu automatizace a informatiky se společností Intemac Solutions s.r.o. s hlavním cílem vytvořit ukázkovou aplikaci, která by mohla posloužit jako tutoriál pro tvorbu reálných projektů. Předpokládá se využití jak na akademické půdě, tak v průmyslové praxi. Důraz byl tedy kladen zejména na edukační přínos, a dle toho byla práce koncipována. Úvodem nutno zmínit, že ač se jedná o poměrně jednoduchou výrobní buňku z pohledu průmyslu, rozsah zadání silně převyšuje standardní rozsah diplomové práce, byl by vhodný spíše pro tým diplomantů, nicméně pan Janus se úkolů zhostil sám a všechny bezezbytku naplnil, a to především díky své píli a také odborné praxi, kterou získal právě u firmy Intemac. Studentovo řešení je lehce inspirováno prvním prototypem výrobní buňky od společnosti Intemac, přesto je zcela vlastním dílem. Student svůj projekt uvolnil jako open source, využil též několik knihoven třetích stran za dodržení všech licenčních podmínek. Práce studenta zahrnovala několik poměrně rozsáhlých skupin úkolů. Zaprvé student musel navrhnout samotnou (fiktivní) výrobní buňku, pro niž vytvořil digitální dvojče, a také mudel vybrat několik příkladů vyráběných produktů. Výrobní buňka ve výsledku obsahuje vstupní a výstupní dopravník, kamerový systém, CNC obráběcí centrum, měřící stanici a v neposlední řadě stacionární šestiosý robot od společnosti ABB. Modely všech zařízení a komponent musely být převzaty a adaptovány, případně nově vymodelovány a následně naimportovány do prostředí ABB Robot Studio. Dále pro komponenty muselo být definováno základní chování z pohledu fyziky. Model buňky obsahuje několik stovek tzv. Smart Component, které je nutno parametrovat, některé komponenty dokonce student sám vytvořil s využitím programovacího jazyku C#. Vybrané komponenty pak komunikují s řídicím systémem prostřednictvím protokolu OPC UA, bylo tedy nutno vytvořit/nakonfigurovat několik OPC UA klientů. Samotné vytvoření digitálního dvojčete v tomto rozsahu je kvalitním inženýrským dílem. Druhou částí byla realizace řídicího systému pro automatickou výrobní buňku (resp. její digitální dvojče) s využitím řídicích prostředků od společnosti B&R Industrial Automation. Student vytvořil kompletní hardwarovou konfiguraci pro PLC, včetně vstupních a výstupních karet, frekvenčních měničů a vizualizačních prvků. Řídicí programy napsal v jazyku ANSI C, který je na zvoleném zařízení podporován nad rámec standardních jazyků pro PLC definovaných normou. Pro každé zařízení – vstupní dopravník, kamerový systém, CNC, měřicí stanici a výstupní dopravník – napsal zcela autonomní jednoduchý řídicí program. Zároveň však každý z programů využívá totožnou komunikační strukturu, takže každé zařízení komunikuje pouze se svým fyzickým či virtuálním předchůdcem. Celý systém je tak snadno rekonfigurovatelný a dobře rozšiřitelný. Řetězcem zařízení prochází požadavky (odzadu dopředu), s tím že je možné přepnout mezi strategií lazy evaluation (kdy řetězcem prochází jediný požadavek potažmo produkt) a eager evaluation (kdy je výrobní řetězec vytížen naplno). Transport materiálu mezi stanicemi zajišťuje šestiosý robot od společnosti ABB, který je řízen přímo z PLC prostřednictvím integrované knihovny ROBOTempate. Robot pracuje s frontou požadavků, do které zapisují jednotlivá zařízení zcela nezávisle. Celý projekt pro PLC čítá přes 3000 řádků dobře upraveného a okomentovaného kódu v jazyku C, a dále desítky konfiguračních souborů. Třetí částí práce je tvorba uživatelsky přívětivé vizualizace nejen pro HMI panel, pro tvorbu byla nasazena knihovna mappView založená na moderních webových technologiích. Vizualizace byla propojena s řídicím systémem, který je jejím prostřednictvím konfigurovatelný a plně ovladatelný. Celý projekt je velmi rozsáhlým a kvalitním inženýrským dílem hodným patřičného ocenění. Práce má vysoký edukační potenciál, a může být využita v rámci výuky předmětů VRM (programování robotů a manipulátorů) a VPL (programovatelné řídicí systémy) a dalších, přičemž studenti by v rámci cvičení mohli řešit pouze dílčí část projektu. Písemná část práce se v devíti kapitolách postupně zabývá úvodem do problematiky, řešením výše uvedených úkolů i celkovým zhodnocením. Má výbornou úpravu a přes značný objem informací práce zůstává věcnou, přehlednou a poutavě psanou. Rád bych připojil čistě subjektivní hodnocení. Prací studenta jsem naprosto nadšen, jedná se o jednu z nejlepších prací, s kterými jsem se setkal. Student své práci věnoval opravdu velké úsilí, byl samostatný, kreativní a otevřený návrhům na vylepšení, navíc jeho znalosti v oboru jsou opravdu na profesionální úrovni. Nakonec, práce by nevznikla bez přispění společnosti Intemac Solutions s.r.o., které bych touto cestou rád poděkoval za podporu při vzniku tohoto výjimečného a edukačně přínosného materiálu. Podotknu, že firma Intemac Solutions je jednou z předních společností zabývajících se výzkumem a osvětou v oblasti Průmyslu 4.0, proto bych ke svému posudku rád připojil vyjádření pana Luďka Konečného, manažera vývoje a testbedu ve firmě Intemac Solutions: „Pan Peter Janus vytvořil v rámci své práce plně funkční projekt řízení digitálního dvojčete fiktivní výrobní buňky. Ačkoli se jedná o model poměrně jednoduchého výrobního řetězce, samotná realizace je náročným inženýrským dílem, které předpokládá pokročilé vědomosti v oblasti modelování, programování… a v neposlední řadě značný objem času. Pan Peter Janus ve své práci zúročil pracovní zkušenosti a vědomosti nabyté v naší firmě, některé komponenty jeho fiktivní buňky jsou lehce inspirované skutečnými zařízeními, s nimiž pracuje a průběžně se seznamuje, přesto je jeho řešení zcela originální a vlastní, což je prezentováno zcela vlastním designem a vlastnostmi digitálního dvojčete projektované fiktivní výrobní buňky. Naše společnost Intemac Solutions působí v oblasti výzkumu a vývoje, také cílíme na podporu, edukaci a propagaci moderních flexibilních postupů a technologií v kontextu průmyslu 4.0, s cílem zvýšit konkurenceschopnost českých firem na tuzemských, ale i mezinárodních trzích. K čemuž bezpochyby může přispět i tato práce.“

Posudek oponenta

Parák, Roman

Student Janus Peter ve své diplomové práci řeší problém zaměřený na návrh a implementaci digitálního dvojčete výrobní buňky v kontextu Průmyslu 4.0. V teoretické části práce se student stručně zabývá představením problematiky Průmyslu 4.0, která je rozšířena o popis nejdůležitějších komunikačních protokolů, zejména OPC UA, který byl použit pro tvorbu praktické implementace. Rešeršní část se dále zaměřuje na digitální dvojčata v obecním pojetí, kde autor práce vysvětluje definici, funkcionalitu, kategorizaci, a v neposlední řadě oblasti využití digitálních dvojčat se zaměřením na průmysl s doplněním o praktické příklady implementované v reálném prostředí. Vzhledem k tématu práce, která je zaměřena na výrobní buňku, student provedl rešerši v oblasti nejvýznamnějších robotických buněk, resp. Testbedů v České republice a na Slovensku. Teoretická část je v neposlední řadě věnována prostředkům pro tvorbu digitálních dvojčat doplněná o podrobný popis vybraných nástrojů použitých k realizaci diplomové práce. Teoretická část práce je psána přehledně a srozumitelně, vyzdvihuji schopnost autora velmi dobře vysvětlit pojem digitální dvojče, vzhledem ke skutečnosti, že je v praxi často nesprávně vyložen. Drobná výhrada z mé strany směřuje k rešerši o robotických buňkách, kde autor opomněl přidat robotickou buňku Ústavu Automatizace a Informatiky, která zapadá do konceptu Průmyslu 4.0. V praktické části práce student řeší realizaci problému zaměřeného na návrh a implementaci digitálního dvojčete výrobní buňky s využitím řídících prostředků ABB RobotStudio a B&R Automation Studio. Student v praktické části popisuje návrh a realizaci koncepce robotického pracoviště, které obsahovalo různé typy zařízení jako jsou průmyslové robotické rameno osazené koncovým efektorem, dopravníkový pás, kamerový systém, CNC obráběcí stroj, a v neposlední řadě měřící zařízení. U některých přídavných zařízení student vytvořil doplňkovou konfiguraci kinematických vazeb, vzhledem k tomu, že nebyly součástí standardních mechanismů ABB RobotStudia. Praktická část dále pojednává o pokročilé systémové integraci jednotlivých zařízení, která jsou řízena s programovatelného logického automatu (PLC) prostřednictvím OPC UA komunikace. Pro přehlednost, ale i větší komplexitu vyvinul autor práce vlastní doplňkové moduly, tzv. Smart Components (SC) v jazyce C# jako rozšíření stávajících funkcí nástroje ABB RobotStudio. Závěrečná část praktické realizace diplomové práce je věnována návrhu uživatelského rozhraní člověk-stroj s využitím pokročilé technologie mapp View. Funkčnost výsledného řešení digitálního dvojčete výrobní buňku je doložena videozáznamem spolu s řídicími programy realizovanými v individuálních nástrojích použitých pro tvorbu diplomové práce. Z diplomové práce je zřejmé, že student věnoval velký objem času při návrhu a implementaci samotného řešení. Vyzdvihuji studentovu komplexnost při tvorbě diplomové práce, která vyžadovala znalost různých vědních oborů jako jsou elektrotechnika, robotika a programování. Chválím praktickou část práce, která je na vysoké úrovni, a také vyzdvihuji komplexnost řešení i její praktický potenciál, vzhledem k tomu, že vývoj digitálních dvojčat je v dnešní době nepostradatelnou součástí průmyslu. Rovněž chválím studentovu programátorskou dovednost a schopnost psát řídicí programy v různých jazycích přehledně, strukturovaně a srozumitelně. Výsledky práce, ať už praktické nebo teoretické mohou být použity k rozšíření materiálů výuky předmětu Programování robotů a manipulátorů (VRM). Písemná část práce, stejně jako praktická je na vysoké úrovni a nad rámec přesahuje kritéria pro tvorbu diplomové práce. Předloženou práci jednoznačně doporučuji k obhajobě a hodnotím ji známkou A / výborně.

eVSKP id 149371