PROJEKT TESTBED EXCHANGE
V prostorách Brněnského VUT proběhlo ve dnech 20.-21.10. setkání zástupců jednotlivých testbedů. Tématem setkání byly diskuse o způsobech a problémech výuky, prohlídka laboratoří brněnských testbedů a představení výzkumných a vývojových projektů spolu s hledáním možných témat spolupráce. Setkání se zúčastnili zástupci všech zapojených testbedů, vyjma Dr Aburaii z FH Technikum Viena, který se nemohl setkání zúčastnit kvůli pozitivnímu covid testu.
Čtvrteční část setkání byla zahájena diskusí o způsobech a problémech výuky technických předmětů. Prakticky všichni zúčastnění potvrdili, že zejména po odeznění pandemie COVID-19 a s ní spojených lockdownech se setkávají s výrazně sníženou kvalitou studentů. Jako hlavní příčina byla identifikována především ztráta motivace a zájmu o studium. Samotná snížená úroveň znalostí je pak pouze důsledek zmíněného. Řešení je tedy nutno hledat zejména v motivaci studentů a v obnovení jejich zájmu o obor. Jedním z možných řešení by mohl být koncept otevřených laboratoří a studentských hubů. Jde o princip, který je již zažitý na mnoha univerzitách (zástupci testbedů z Brna a Jihlavy jej viděli např na technické univerzitě v Sarajevu v rámci letošní konference PDES 2022) a který by stran motivace studentů mohl přinést kýžené výsledky a to i přesto, že by nebyl finančně příliš nákladný. Otevřené studentské laboratoře nevyžadují vybavení špičkové kvality, nutné pro klasický výzkum. V rámci diskuse bylo poukázáno též na to, že pandemie a s ní spojená distanční výuka ne pouze negativní dopady.
Výuka na českých a rakouských vysokých školách technického typu je do značné míry podobná a podobná jsou i témata a problémy, se kterými se profesoři i studenti těchto univerzit potkávají. Základním aspektem tématiky Průmyslu 4.0 je to, že se nejedná o nové, samostatné odvětví technického směru, ale jde především o propojování a kombinace současných, již existujících technologií. Právě díky provázání oblastí jako je senzorika, robotika, průmyslové řízení, programování či virtuální realita vzniká nová přidaná hodnota. Z toho plyne, že pro správné pochopení smyslu Průmyslu 4.0 je nutná znalost těchto dílčích technologií v alespoň rámcovém rozsahu. Při výuce na českých i rakouských vysokých školách dnes ale stále častěji narážíme na to, že studentům chybí právě ony základní znalosti jednotlivých oborů, bez kterých nejsou schopni celý systém správně chápat a používat. Často ses pak lze setkat s tím, že i elementární problémy řeší příliš robustními nástroji prostě proto, že si nedovedou představit, jak jednoduché může být jejich řešení na adekvátní, nižší úrovni. Zde ale narážíme na fakt, že získání potřebných znalostí, a především rozhledu v široké oblasti technologií, spojených s tématem Průmyslu 4.0 je často nad rámec možností běžného studenta a často i studijního programu. Při diskusi o řešení tohoto problému se jako velmi zajímavá myšlenka jeví názor Dr. Erola z univerzity v Neustadtu, přestat lpět na klasickém výukovém modelu přednášek a cvičení. V řadě (nejen) technických předmětů, jako např. programování se přednášky ukazují jako výrazně neefektivní způsob výuky oproti prakticky orientovaným cvičením. Opuštěním zažitého modelu přednášek a jejich nahrazení praktickými semináři by u řady předmětů vedlo k zefektivnění výuky a úspoře času nejen studentů, ale i profesorů a dalších akademiků.
Diskuse pochopitelně nemohla minout ani téma covidu a jeho dopadu na výuku. Dopady pandemie na výuku byly pochopitelně velmi silné a následky budeme muset řešit ještě mnoho let. Jako hlavní projev s pandemií spojených lock downů byla označena ztráta motivace a zájmu studentů o výuku a o svůj osobní a profesní růst. Snížení úrovně znalostí i schopností orientace v problému se pak pouhým důsledkem této primární příčiny. Akademičtí pracovníci by se tedy měli primárně zaměřit právě na zvyšování motivace studentů, zatraktivnění studia a vzbuzení zájmu studentů o problematiku. V prostředí technických vysokých škol může být touto cestou např vytváření prostoru otevřených laboratoří či studentských hubů jakožto prostorů pro samostatnou vývojovou práci studentů. Tento přístup nemusí být nutně extrémně finančně náročný, vybavení takovýchto laboratoří nemusí dosahovat špičkové kvality, nutné pro výzkum a přitom může přinášet kýžený benefit ve formě zájmu studentů o danou problematiku. Ani v případě následků lock downů není ale možné mluvit pouze o dopadech negativních. Zautomatizování používání on-line technologií, on-line formy výuky či zkvalitnění studijních materiálů jsou jistě benefity, které nám tato doba přinesla. Další citelnou změnou, která se během pandemie projevila byla zvýšená kolektivní spolupráce studentů při řešení zadaných úloh. Jako běžná praxe se ukázala situace, kdy kromě standartního on-line přenosu s vyučujícím měli studenti ještě svůj vlastní on-line stream, ve které komunikovali již bez účasti učitele. Odpověď na otázku pak často byla odpovědí kolektivu a nikoli odpovědí jednotlivce. On-line nástroje, které se během pandemie prosadili do výuky v ní jistě v nějaké podobě již zůstanou. Tlak na on-line streamy či záznamy přednášek bude sílit stejně jako tlak na používání elektronických forem zkoušení. Je evidentní, že používání těchto metod šetří čas jak studentů, tak i akademiků. Často je to ale právě ona fyzická přítomnost či unikátnost specializovaného vybavení, které je k dispozici pouze v laboratoři univerzity, které jsou oním motorem pro motivaci studentů a proto by bylo velmi neuvážené, přistupovat k on-line výuce jako k nástroji, který pod heslem moderního přístupu bez rozmyslu masově nahradí stávající formy výuky.
Dalším bodem programu byla prohlídka laboratoří brněnských testbedů. Laboratoř Ústavu výrobních strojů, systémů a robotiky se může pochlubit skutečně velkou průmyslovou instalací robotického obráběcího centra. K tomuto systému pracovníci testbedu vyvinuli vlastní digitální dvojče postavené na systému Unity. Toto dvojče je virtuální reprezentací reálného zařízení a slouží především k zpřesnění parametrů obrábění. Obsluha takto velkého systému je poměrně náročná a i proto je laboratoř vybavena také čistě výukovou robotickou buňkou, které je využívána při běžných cvičení předmětů, zaměřených na automatizaci.
Další zastávkou byly laboratoře na Ústavu automatizace a informatiky, které se zaměřují především na spolupráci menších robotů za pomocí obrazových dat z 3D kamery. Další zajímavou a zejména praktickou aplikací bylo robotické pracoviště pro vyhodnocování vzorků při testech na COVID, které UAI vyvinul ve spolupráci s brněnskou fakultní nemocnicí.
Poslední navštívenou laboratoří bylo pracoviště Ústavu automatizace a měřící techniky, jehož největší chloubou je automatizovaná linka na výrobu nápojů, která důsledně využívá principů decentralizovaného řízení jednotlivých částí linky a implementuje principy AAS.
Při diskusi o aktuálním výzkumu a zaměření testbedů se ukázalo, že přestože každá univerzita jde, zcela pochopitelně, svou vlastní cestou, mnohá témata jsou si více než blízká. Jedním z největších společných témat se ukázalo být digitální dvojče. A to i přesto, že jeho pojetí je na různých pracovištích odlišné. Testbedy z brněnské Fakulty elektrotechniky a komunikačních technologií či z VŠPJ z Jihlavy, stejně tak, jako společnost Compas s r.o. chápou dvojče jako nástroj pro řízení a optimalizaci kompletního procesu výroby a chtějí v tomto směru rozvíjet standardizovanou podobu dvojčete pomocí AAS. Ústav automatizace a měřící techniky a společnost Compas s r.o. v tomto směru již v minulosti řešili společný projekt, zaměřený na vývoj frameworku pro automatickou tvorbu digitálních dvojčat pomocí AAS. Konkrétní výsledky projektu jsou využity v návrhu virtuální výrobní linky a jejím decentralizovaném řízení systémem COMES (https://www.compas.cz/industry-4-0/inteligentni-vyrobni-management-s-vyuzitim-aas/).
Tato myšlenka koresponduje také s představou zakázkové výroby jako customizace základního produktu, prezentovanou kolegy z univerzity ve Wiener Neustadtu. Při variabilitě desítek či dokonce stovek parametrů základní řady produktu vzniká tisíce variant výsledného, zákaznického řešení. Pro efektivní výrobu takto customizovaných kusů, která bude schopna svými náklady a časem dodání konkurovat výrobě sériové je plná automatizace na úrovni řízení sledu jednotlivých výrobních operací naprosto nutným předpokladem.
Oproti tomu testbedy z Fakulty strojního inženýrství či kolegové z univerzity Johanese Keplera v Linci chápu digitální dvojče jako virtuální reprezentaci daného objektu, sloužící k simulaci jeho chování a stavů během fáze výrobního procesu. Takovéto dvojče je použitelné např pro sledování a predikci zněm fyzických parametrů materiálů či k řízení a zpřesnění obrábění v obráběcím centru. Základními technologiemi takovéhoto dvojčete jsou virtuální či rozšířená realita. Velmi zdařilým řešením tohoto typu je virtuální dvojče robotizované obráběcí buňka na Ústavu výrobních strojů, systému a robotiky na FSI VUT v Brně.
I přesto, že oba přístupy se nachází na jiné úrovni řízení výrobního procesu, společná je pro ně potřeba sběru a zpracování velkého množství dat, využívání rychlých a standardizovaných komunikačních rozhraní a velké nároky na výpočetní výkon. HW platformou pro obě varianty uvedených dvojčat nutně musí být samostatné, dostatečně výkonné PC, oddělené od samotného (často real-time) řídícího systému, které bude schopné s tímto systémem dostatečně pružně komunikovat. Pro tuto komunikaci je ideálním prostředkem některý ze standardizovaných protokolů jako je MQTT či OCP UA.
