Juara otomasi berjuang melawan masalah integrasi yang menghentikan pertunjukan di AS

Proyek bertujuan untuk menjembatani komunikasi antar robot, komponen pabrik lainnya

Seperti delegasi internasional Perserikatan Bangsa-Bangsa yang menggunakan juru bahasa untuk saling memahami, robot, mesin, dan komponen industri lainnya dari berbagai vendor berbicara bahasa komputer yang berbeda dan membutuhkan penerjemah untuk membantu mereka berkomunikasi.

Sebagian besar karena ekonomi, perusahaan manufaktur peralatan mesin, robot, konveyor dan sejenisnya menggunakan perangkat lunak berpemilik untuk operasi dan komunikasi mereka satu sama lain dan dengan komponen seperti sensor, driver dan PLC. Pembuat mesin ingin departemen pembelian pabrik tetap berpegang pada merek solusi total mereka untuk menciptakan lebih banyak pendapatan.

“Pemikiran yang berlaku pada suatu waktu adalah bahwa jika saya akan menginvestasikan dana saya dan memberikan solusi, saya ingin melindungi penjualan saya,” kata Matthew Robinson, manajer program, ROS-Industrial (ROS-I) Consortium Americas, Southwest Research Lembaga. “Jika saya menyediakan peralatan mesin, saya ingin pelanggan menggunakan semua produk saya … perangkat lunak saya, perangkat keras saya, dan teknologi interkoneksi yang terkait dengannya.”

Saat pemilik pabrik memutuskan untuk beralih ke merek lain, masalah komunikasi muncul dan menghambat integrasi, simulasi, dan analisis yang dapat meningkatkan produksi dan kualitas.

Sampai saat ini, tugas untuk memungkinkan komunikasi di antara semua teknologi di pabrik sebagian besar jatuh ke integrator sistem yang membuat penerjemah kode komputer, atau menjembatani, dari, katakanlah, kamera 3D ke robot atau antara dua robot yang dibuat oleh vendor yang berbeda. . Ini adalah proses yang memakan waktu lama dan menghabiskan banyak uang—sehingga harga konektivitas teknik dapat melebihi harga mesin itu sendiri.

“Rekayasanya memakan waktu sangat lama dan sangat mahal sehingga banyak perusahaan tidak mau menggunakan jalur otomatisasi,” kata Juan Aparicio, kepala kelompok riset untuk Otomasi Manufaktur Lanjutan di Siemens Technology. “Itu tidak masuk akal bagi mereka karena mereka tidak memiliki anggaran besar yang dapat membenarkan otomatisasi.”

Gerakan menuju standar umum

Skenario ini telah menyebabkan masalah skala besar:Waktu dan biaya yang terkait dengan integrasi menghambat penerapan otomatisasi di banyak toko—dan menghambat kemajuan dalam industri Amerika.

Apa yang dialami oleh produsen, dan pemecah masalah integrasi yang penuh harapan seperti Robinson, Aparicio, dan lainnya, sekarang telah menjadi preseden di bidang manufaktur lain.

Sekitar 30 tahun yang lalu di industri semi-konduktor, peralatan pemrosesan wafer seperti mesin etsa litografi dari vendor yang berbeda juga tidak dapat berbicara satu sama lain. Untuk memerangi atrofi yang akan datang dalam kasus itu, produsen semi-konduktor membentuk konsorsium dan memberi tahu vendor bahwa mereka harus membuat standar umum. Itulah yang terjadi.

“Pertanyaannya adalah, ‘Apakah permintaan dari pelanggan cukup kuat untuk mendorong terciptanya standar umum [sekarang]?” Itu menurut John Wen, kepala teknik listrik, komputer, dan sistem di Institut Politeknik Rensselaer. “Masih harus dilihat tetapi tampaknya ada pergerakan ke arah itu.”

Wen juga termasuk di antara mereka yang mengerjakan upaya saat ini menuju kesamaan dan menciptakan jembatan yang menerjemahkan bahasa mesin sehingga perangkat pabrik dapat berbicara satu sama lain.

Pekerjaan mereka didanai oleh Advanced Robotics for Manufacturing (ARM) Institute, yang merupakan bagian dari Manufacturing USA. Proyek yang didanai ARM Institute termasuk mengembangkan middleware spesifik—satu dari akademisi dan satu lagi dari pengusaha berkantong tebal Scott Hassan—ke tingkat kesiapan teknis yang lebih tinggi sehingga opsi middleware siap untuk penggunaan industri umum dan dapat membantu pabrik bersenandung dengan komunikasi yang dapat ditindaklanjuti. .

Satu solusi plug-and-play

Wen memimpin proyek berjudul "Robot Raconteur (RR):Sebuah middleware yang dapat dioperasikan untuk robotika." RR mengumpulkan data dan menjalankan fungsi, seperti mengoperasikan kamera, juga.

“Robot Raconteur … adalah teknologi middleware canggih, augmented, berorientasi objek yang dirancang khusus untuk memberikan kemampuan interoperabilitas plug-and-play sejati untuk sistem otomatisasi/robotik,” menurut proposal penelitian Wen.

RR sudah serbaguna:Ini kompatibel dengan sistem operasi Linux, Windows, OSX, iOS, Android, OpenBSD, QNX, Arduino dan xPC Target. Ini memiliki perpustakaan untuk C++, Python, C#, Java, MATLAB, LabView, JavaScript browser, dan Target xPC.

Middleware Raconteur dikembangkan di lab Rensselaer Wen oleh John Wason. Setelah Wason mendapatkan gelar PhD, ia memisahkan perusahaannya sendiri, Wason Technology, yang berfokus pada middleware. Wason berpartisipasi dalam penelitian yang didanai ARM Institute dengan Rensselaer, begitu pula Southwest Research Institute dan United Technology Corp.

Sementara itu, pengguna robot industri masih mengandalkan proses belajar-dan-ulangi untuk membuatnya bekerja.

Kunci untuk menjauh dari paradigma belajar-dan-ulangi adalah dengan menggunakan sensor, baik untuk penglihatan, 3D, pemindaian laser, kedekatan, sentuhan, atau kekuatan, kata Wen.

Namun, mengintegrasikan dan memprogram sensor dalam robot menambah kerumitan:Ini adalah biaya tambahan. Dan sensor bisa rusak. Semakin banyak hal yang dapat dipatahkan, semakin tinggi kemungkinan garis putus, yang menghabiskan biaya pabrik.

Solusi Wen adalah mengembangkan RR menjadi sistem sumber terbuka, plug-and-play yang akan membuat pemrograman dan integrasi robot, sensor, periferal, dan perangkat lunak simulasi dari berbagai vendor dan platform menjadi mudah, cepat, dan aman.

Ini juga akan membuka pintu untuk menggunakan rangkaian sensor yang lebih luas, termasuk produk kelas konsumen dengan biaya lebih rendah, seperti kamera Azure Kinect dan Intel RealSense 3D, kata Wen.

'Program dalam bahasa pilihan Anda'

Melekat dalam pekerjaan Robinson di Southwest Research Institute adalah bekerja dengan dan mempromosikan ROS-I, middleware open-source lain yang mirip dengan RR dalam arti bahwa Anda dapat menghubungkan beragam perangkat tetapi juga memfasilitasi visualisasi dan simulasi.

Dia tahu paradigma tersembunyi dari vendor yang mempromosikan satu dan hanya satu solusi yang membuat manufaktur mengalami masalah di arena konektivitas.

Jadi, Robinson telah mempertimbangkan pro dan kontra dan terus terang tentang sisi negatif dari fondasinya, ROS (Sistem Operasi Robot), di ranah spesifik IoT.

“Salah satu kelemahan besar ROS adalah banyaknya C++, yang merupakan bahasa komputer yang berkembang pesat dan diperbarui,” katanya. “Bisa jadi, bagi pendatang baru, mengintimidasi dan penuh dengan segala macam masalah. Jadi, ada banyak entitas dan alat untuk melindungi orang-orang industri yang hanya ingin sistem mereka bekerja karena harus melakukan semua jenis penulisan perangkat lunak ilmu komputer C++ yang mendalam dan hardcore.

“RR berusaha menurunkan hambatan masuk itu.”

Aparicio adalah pendukung keragaman bahasa komputer lainnya.

“Saya pikir tidak realistis untuk mengatakan bahwa hanya akan ada satu bahasa di bidang manufaktur, tetapi jika ada beberapa—semua dengan pro dan kontra—maka kita membutuhkan gateway” dalam bentuk perangkat lunak yang bertindak sebagai penerjemah, katanya.

Aparicio adalah penyelidik utama untuk proyek yang didanai ARM Institute untuk membuat perangkat lunak sumber terbuka plug-and-play untuk interoperabilitas dan komunikasi di antara sistem otomasi, simulator, platform cloud, dan robot (yang dikendalikan oleh ROS-I).

Gateway akan bekerja dengan tiga standar dan protokol yang banyak digunakan dalam manufaktur:OPC-UA, MTConnect, dan DDS.

Bergabung dengan Siemens dan Southwest Research Institute dalam proyek ini adalah perusahaan perangkat lunak Real Time Innovations dan vendor robot Keba dan Yaskawa.

“Pada akhirnya, saus rahasianya adalah betapa mudahnya Anda mengaktifkan semua mesin ini untuk berbicara satu sama lain … untuk beroperasi … untuk mengabstraksi semua komunikasi tingkat rendah ini sehingga Anda dapat memprogram dalam bahasa pilihan Anda,” kata Aparicio.

Bisakah mesin lama berbicara juga?

Peralatan mesin dan perangkat pabrik baru dilengkapi untuk konektivitas dan interoperabilitas, dan pemiliknya harus dapat memanfaatkan pekerjaan yang dilakukan Aparicio, Wen, dan Robinson.

Tapi bagaimana dengan mesin lawas?

“Secara umum, jika memiliki kartu jaringan, jika dapat mendukung pemindahan informasi melalui internet tradisional, kami siap melakukannya,” kata Robinson.

Bahkan beberapa robot lawas yang berusia satu dekade atau lebih mungkin dapat digunakan alih-alih mengumpulkan debu di gudang pabrik.

“Jika Anda memiliki robot berusia 10 tahun, itu pada dasarnya adalah aset gratis pada saat itu, jadi Anda hanya menambahkan beberapa sensor, memanfaatkan beberapa perangkat lunak,” kata Robinson. “Anda mungkin harus bekerja dengan mitra kontrak kecuali jika Anda memiliki tim internal yang baik, tetapi Anda dapat memulai dan menjalankan [dengan] [biaya] yang jauh lebih rendah daripada membeli sistem yang sama sekali baru dari awal.

“Pengembalian investasi itu menjadi sangat menarik.”

Pekerjaan pembuat kode tidak pernah selesai

Bahkan dengan semua keahlian dan kerja keras yang dimasukkan ke dalam proyek yang didanai ARM Institute, bersama dengan hasil yang sukses, masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk membantu manufaktur AS mencapai potensi interoperabilitas dan konektivitas penuh.

Ada juga ruang untuk lebih banyak peserta.

“Ini adalah jenis proyek yang semakin banyak orang yang mengetahuinya, semakin baik. Kami ingin semakin banyak perusahaan bergabung,” kata Aparicio. “Bukannya kami benar-benar menyelesaikan masalah. Kami sedang memecahkan hambatan kecil. Akan ada beberapa proyek lebih lanjut” yang diperlukan untuk memecahkan masalah yang lebih besar.

Seperti yang dikatakan Wen tentang hasil proyek:“Semua orang menginginkan ini.”

Apa itu ROS?

Beberapa proyek pengembangan teknologi yang didanai oleh Advanced Robotics for Manufacturing (ARM) Institute memanfaatkan banyak konten dalam perangkat lunak ROS-Industrial untuk meningkatkan kemampuannya dan idealnya memperkuat modul yang dikembangkan untuk penggunaan industri umum.

Sejarah ROS, kode perangkat lunak dasar ROS-Industrial, berakar di Lembah Silikon.

Kode ROS dikembangkan oleh tim yang bekerja di Willow Garage yang dipimpin oleh pendiri perusahaan Scott Hassan, seorang miliarder Lembah Silikon yang merupakan arsitek perangkat lunak utama untuk Google, menurut bio yang diposting di situs web perusahaan berikutnya, Teknologi Cocok. ROS, dan sekarang ROS2, saat ini dikembangkan dan dikelola oleh Open Robotics nirlaba.

Nama yang umum digunakan, ROS, adalah akronim untuk “sistem operasi robot”, tetapi itu tidak menjual kemampuannya.

“ROS bukanlah sistem operasi dalam pengertian tradisional manajemen proses dan penjadwalan; melainkan, ia menyediakan lapisan komunikasi terstruktur di atas sistem operasi host … ,” menurut gambaran umum ROS di situs web Willow Garage.