VS Automatiseringsleiders Staan Voor Integratie-uitdagingen: Communicatie Bruggen Bouwen Tussen Fabriekssystemen

Projecten streven naar bruggen slaan in communicatie tussen robots, andere fabriekscomponenten

Net als de VN's internationale delegaten die tolken gebruiken om elkaar te begrijpen, spreken robots, machines en andere industriële componenten van diverse leveranciers verschillende computertalen en hebben ze vertalers nodig om hen te helpen communiceren.

Vooral door economische redenen gebruiken bedrijven die machine-tools, robots, banden en dergelijke produceren, proprietaire software voor hun operatie en communicatie met elkaar en met componenten zoals sensoren, drivers en PLC's. Machinebouwers willen dat fabriekaankoopafdelingen bij hun merk van een totale oplossing blijven om meer omzet te creëren.

“ De heersende gedachte op een gegeven moment was dat als ik mijn fondsen ga investeren en oplossingen ga leveren, ik mijn verkoop wil beschermen,” zei Matthew Robinson, program manager, ROS-Industrial (ROS-I) Consortium Americas, Southwest Research Institute. “Als ik machine-tools lever, zou ik graag dat klanten al mijn producten gebruiken … mijn software, mijn hardware en geïntegreerde technologieën die erbij horen.”

Wanneer een fabriekeigenaar besluit over te schakelen op een ander merk, ontstaan communicatieproblemen die integratie, simulatie en analyse belemmeren die productie en kwaliteit kunnen verhogen.

Tot nu toe is de taak om communicatie tussen alle technologie in een fabriek te mogelijk maken grotendeels gevallen op systeemintegrators die de computer-code vertalers, of bruggen, creëren, van, zeg, een 3D-camera naar een robot of tussen twee robots gemaakt door verschillende leveranciers. Het is een proces dat lang duurt en veel geld kost—zoveel dat de prijs van engineering connectiviteit die van een machine zelf kan overschrijden.

“De engineering duurt zo lang en is zo duur dat veel bedrijven de automatiseringsroute niet opgaan,” zei Juan Aparicio, hoofd van de onderzoepsgroep voor Advanced Manufacturing Automation bij Siemens Technology. “Het heeft geen zin voor ze omdat ze geen groot budget hebben dat automatisering kan rechtvaardigen.”

Beweging Naar Een Gemeenschappelijke Standaard

Dit scenario heeft geleid tot een grootschalig probleem: De tijd en kosten geassocieerd met integratie belemmeren de adoptie van automatisering in veel winkels—en remmen de vooruitgang in de Amerikaanse industrie.

Wat fabrikanten, en hun hoopvolle integratieprobleemoplossers als Robinson, Aparicio en anderen, nu ervaren, heeft een precedent in een ander productievakgebied.

Ongeveer 30 jaar geleden in de halfgeleiderindustrie, konden wafer-verwerkingsapparatuur zoals ets-lithografie machines van verschillende leveranciers ook niet met elkaar praten. Om dreigende atrofie in dat geval te bestrijden, vormden de halfgeleiderfabrikanten een consortium en zeiden ze tegen de leveranciers dat ze een gemeenschappelijke standaard moesten creëren. Dat is precies wat er gebeurde.

“De vraag is, ‘Is de vraag van klanten krachtig genoeg om de creatie van een gemeenschappelijke standaard [nu] te drijven?’ Dat is volgens John Wen, hoofd van elektrische, computer- en systeemengineering aan het Rensselaer Polytechnic Institute. “Het blijft abwachten maar er lijkt beweging in die richting te zijn.”

Wen is ook onder hen die werken aan huidige inspanningen naar gemeenschappelijkheid en het creëren van bruggen die machinetaal vertalen zodat een fabrieksapparaten met elkaar kunnen praten.

Hun werk wordt gefinancierd door het Advanced Robotics for Manufacturing (ARM) Institute, dat onderdeel is van Manufacturing USA. De ARM Institute-gefinancierde projecten omvatten het ontwikkelen van specifieke middleware—één vanuit de academie en een andere van de diepzakke entrepreneur Scott Hassan—tot een hogere technische gereedheidsgraad zodat de middleware-opties klaar zijn voor algemeen industriëel gebruik en fabrieken kunnen helpen brullen met actieerbare communicatie.

Eén Plug-and-Play Oplossing

Wen leidt een project getiteld “Robot Raconteur (RR): Een interoperabele middleware voor robotica.” RR verzamelt data en roept functies aan, zoals een camera bedienen, eveneens.

“Robot Raconteur … is een geavanceerde, versterkte, object-georiënteerde middleware-technologie specifiek ontworpen om echte plug-and-play interoperabiliteitsmogelijkheden te bieden voor automatiserings/robotica-systemen,” volgens Wen's onderzoeksvoorstel.

RR is al veelzijdig: Het is compatibel met Linux, Windows, OSX, iOS, Android, OpenBSD, QNX, Arduino en xPC Target besturingssystemen. Het heeft bibliotheken voor C++, Python, C#, Java, MATLAB, LabView, browser JavaScript en xPC Target.

De Raconteur middleware is ontwikkeld in Wen's Rensselaer lab door John Wason. Na Wason zijn PhD behaalde, richtte hij zijn eigen bedrijf op, Wason Technology, gericht op de middleware. Wason deelt mee aan het ARM Institute-gefinancierde onderzoek met Rensselaer, evenals het Southwest Research Institute en United Technology Corp.

Ondertussen zijn industriële robotgebruikers nog steeds afhankelijk van een teach-and-repeat proces om ze aan het werk te zetten.

De sleutel om weg te komen van het teach-and-repeat paradigma is het gebruik van sensoren, of het nu voor visie, 3D, laserscanning, nabijheid, tastbaarheid of kracht is, zei Wen.

Echter, het integreren en programmeren van sensoren in een robot voegt complexiteit toe: Ze zijn een additionele kosten. En sensoren kunnen kapotgaan. Hoe meer dingen kapot kunnen gaan, hoe hoger de kans dat een lijn stilvalt, wat een fabriek geld kost.

Wen's oplossing is RR te ontwikkelen tot een open-source, plug-and-play systeem dat programmering en integratie van robots, sensoren, randapparatuur en simulatie-software van meerdere leveranciers en platforms makkelijk, snel en veilig zou maken.

Het zou ook de deur openen voor het gebruik van een breder scala aan sensoren, inclusief lagere kosten consumentenproducten, zoals Azure Kinect en Intel RealSense 3D camera's, zei Wen.

‘Programmeer In Je Taal Van Keuze’

Inherent in Robinson's baan bij het Southwest Research Institute is om met ROS-I te werken en te promoten, een andere open-source middleware vergelijkbaar met RR in de zin dat u diverse sets apparaten kunt verbinden, maar die ook visualisatie en simulatie faciliteert.

Hij weet dat het gesiloëerde paradigma van een leverancier die één en alleen één promotie is wat productie in de problemen in de connectiviteitarena heeft gebracht.

Dus, Robinson heeft de voor- en nadelen afgewogen en is eerlijk over de negatieve kant van zijn fundament, ROS (Robot Operating System), in het specifieke domein van het IoT.

“Een van de grote nadelen van ROS is dat het veel C++ is, wat een snel evoluerende en geüpdatete computertaal is,” zei hij. “Het kan, voor nieuwkomers, intimiderend zijn en vol met allerhande problemen. Dus, er zijn veel entiteiten en tools om industrie-mensen die gewoon hun systemen willen laten werken te isoleren van het hoeven te doen van allerhande diepe, hardcore C++ computerwetenschap software schrijven.

“RR probeert die drempel te verlagen.”

Aparicio is een andere voorvechter van computertaal diversiteit.

“Ik denk dat het onrealistisch is om te zeggen dat er maar één taal in productie zal zijn, maar als er er meerdere zijn—allemaal met voor- en nadelen—dan hebben we een gateway” in de vorm van software die als een tolk fungeert, zei hij.

Aparicio is principal investigator voor een ARM Institute-gefinancierd project om een plug-and-play, open-source software te creëren voor interoperabiliteit en communicatie tussen automatiseringssystemen, simulatoren, cloud-platforms en een robot (die wordt bestuurd door ROS-I).

De gateway zal werken met drie wijd gebruikte standaarden en protocollen in productie: OPC-UA, MTConnect en DDS.

Samen met Siemens en het Southwest Research Institute op het project zijn het softwarebedrijf Real Time Innovations en de robotleveranciers Keba en Yaskawa.

“Aan het einde is de geheime saus hoe makkelijk u al deze machines met elkaar laat praten … interopereren … al die low-level communicatie abstracteren zodat u in uw taal van keuze kunt programmeren,” zei Aparicio.

Kunnen Legacy Machines Ook Praten?

Nieuwe machine-tools en fabrieksapparaten zijn uit de doos uitgerust voor connectiviteit en interoperabiliteit, en hun eigenaren zouden in staat moeten zijn robuust voordeel te halen uit het werk dat Aparicio, Wen en Robinson doen.

Maar wat met legacy machines?

“In het algemeen, als het een netwerkkaart heeft, als het informatie kan verplaatsen over het traditionele internet, zijn we goed,” zei Robinson.

Zelfs enkele legacy robots die een decennium of zo oud zijn, kunnen mogelijk aan het werk gezet worden in plaats van stof te vangen in een fabrieksberging.

“Als je een 10-jaar-oude robot hebt, is het eigenlijk een gratis activum op dat moment, dus je voegt gewoon wat sensoren toe, benut wat stukjes software,” zei Robinson. “Je moet misschien met een contractpartner werken tenzij je een goed intern team hebt, maar je kunt op en draaien [met een] veel lagere [kost] dan een heel nieuw systeem vanaf nul kopen.

“Die return on investment wordt heel overtuigend.”

Een Coder's Werk Is Nooit Gedaan

Zelfs met al de expertise en harde werk in de ARM Institute-gefinancierde projecten, samen met hun succesvolle uitkomsten, is er nog genoeg werk te doen om VS productie te helpen zijn volledige interoperabiliteits- en connectiviteitspotentieel te bereiken.

Er is ook ruimte voor meer deelnemers.

“Dit is het soort project dat hoe meer ervan weten, hoe beter. We willen meer en meer bedrijven aan boord krijgen,” zei Aparicio. “Het is niet dat we het probleem totally oplossen. We lossen een kleine obstakel op. Er zullen nog enkele verdere projecten” nodig zijn om het grotere probleem op te lossen.

Zoals Wen zei over de projectresultaten: “Iedereen wil dit.”

Wat Is ROS?

Sommige van de technologie-ontwikkelingsprojecten gefinancierd door het Advanced Robotics for Manufacturing (ARM ) Institute benutten veel van de inhoud binnen ROS-Industrial software om de capaciteiten ervan verder uit te breiden en idealiter de modules die ontwikkeld zijn voor algemeen industriëel gebruik te verharden.

De geschiedenis van ROS, de fundamentele softwarecode van ROS-Industrial, is geworteld in Silicon Valley.

De ROS-code is ontwikkeld door een team dat werkte bij Willow Garage geleid door bedrijfsoprichter Scott Hassan, een Silicon Valley miljardair die de sleutel softwarearchitect was voor Google, volgens een bio gepost op de website van zijn opvolgend bedrijf, Suitable Technologies. ROS, en nu ROS2, wordt momenteel ontwikkeld en onderhouden door de non-profit Open Robotics.

De algemeen gebruikte naam, ROS, is een acroniem voor “robot operating system,” maar dat verkoopt zijn capaciteiten kort.

“ROS is geen operatingsysteem in de traditionele zin van procesbeheer en scheduling; het biedt eerder een gestructureerde communicatielaag boven de host operatingsystemen … ,” volgens een overzicht van ROS op de Willow Garage website.