Industry 4.0 & Automotive Lab

Smart Manufacturing

V rámci projektu bude vybudovaná unikátní infrastruktura pro testování veškerých aspektů digitalizace průmyslu, která umožní všechny fáze vývoje a testování nových typů senzorů a následného zpracování signálů od fáze hypotéz po reálné nasazení v průmyslových aplikacích. Bude možné realizovat výzkum v oblasti návrhu, realizace a ověření nových typů inteligentních senzorů (jak hardwarové tak softwarové povahy) pro multioborové využití. Dále bude možné efektivně využít navržené senzory v rámci zpracování velkého množství dat za využití konceptu fog a edge computingu ve spolupráci s centralizovaným a decentralizovaným prostředím, modelováním a navrhováním celých procesů v rámci digitálních dvojčat a to se zapojením efektivního zabezpečení všech aspektů dat v rámci otevřeného prostředí.

Vzniklé laboratoře budou koncentrovat excelentní teoretické znalosti propojené do aplikovaných výsledků a spoluprací s řadou firem a v rámci průmyslového regionu a transformace průmyslu v rámci nových postupů a principů digitální revoluce. Unikátní spojení všech složek - měření a zpracování signálů, modelování komplexních systémů, zpracování velkých dat pomocí metod umělé inteligence a plánování včetně zabezpečení dat umožní návrh komplexních metod a principů uplatnitelných v libovolném průmyslovém podniku.

Po ukončení výzkumných aktivit bude k dispozici velký tým expertů na jednotlivé problematiky, schopných pružně reagovat na výzvy z praxe. Tým bude schopen efektivně zpracovat komplexní zadání a navrhnout řešení zahrnující jednotlivé aspekty na základě modelů a zpracování historických dat. Díky vytvoření týmu bude možné řešit jak projekty z praxe, tak i v rámci dalších výzkumných projektů.

Komunikační technologie

V rámci projektu bude vytvořena jedinečná 5G/6G infrastruktura, která umožní řešení nových úloh v oblasti energy harvestingu. To bude mít znalostní dopad na firmy v regionu, jež se zabývají vývojem senzorových sítí. Již během řešení projektu lze očekávat snadný přístup k technologickým novinkám, definování a řešení úkolů společně s výzkumnou organizací, což bude mít pozitivní vliv na průmyslový výzkum realizovaný firmou. V dlouhodobějším horizontu se zlepšení znalostní báze a podpora průmyslového výzkumu musí odrazit v portfoliu produktů uplatněných na trhu. Poskytneme společnostem v regionu součinnost při pilotování, experimentování i produkčním zabezpečení, a to jak v oblasti kvantové, tak i postkvantové kryptografie. S vybudováním nejmodernější 5G (případně 6G) sítě je spojen i vznik souvisejících laboratoří - těžká laboratoř (s jedinečným vybavením pro testování a měření RF signálů a EMC parametrů) a výzkumná a vývojová lehká IoT laboratoř, která umožní výzkum, vývoj, výrobu a implementaci prototypů koncových zařízení s aplikačním důrazem na IoT. Obě přinesou nové poznatky z daného oboru, zejména z oblasti bezdrátových komunikačních sítí.

V oblasti optické komunikace a senzorů se vědci zaměří na výzkum a vývoj nových typů optických a optovláknových senzorů pro oblasti Automotive, Industry 4.0 a nových typů komunikačních platforem na bázi bezvláknové optické technologie.

Klíčová jsou tři témata:

V rámci tohoto tématu bude řešena integrace optovláknových senzorických systémů do automobilového průmyslu. Systémy a sondy postavené na vláknových senzorech, zahrnující interferometry, braggovské mřížky či optické fotonické krystaly, budou využity při měření teploty baterií, motoru a interiéru vozidla, dobíjecích stanic včetně vlhkosti nebo snímání vibračních charakteristik částí vozidel. Dále půjde o bezpečnostní systémy vozidel jako součásti autonomních systémů s ne-invazivním monitorováním životních funkcí řidiče a posádky vozidla.

Obsahem budou řešení vysokorychlostního přenosu dat a monitorování důležitých, provozních, mechanických a jiných veličin (poloha, rychlost, hloubka, resp. životnost nástrojů a strojních konstrukcí) po společném optickém vlákně/kabelu. Výsledkem budou inovativní konstrukční řešení vycházející z myšlenky Průmyslu 4.0, včetně prediktivní údržby využívající nové přístupy, např. moderních 3D tisků a systémy s nanomateriály či polymery, tj. optické senzory s odolností vůči elektromagnetickému rušení.

Výzkumníci se zaměří na platformu pro bezvláknovou komunikaci vozidlo-vozidlo (V2V) či vozidlo-infrastruktura (V2I) s možnou integrací RF. Budou se řešit způsoby zajištění výměny informací a zabezpečení kanálu mezi vozidly či veřejným osvětlením, v souladu s platnými předpisy či normami. V rámci Průmyslu 4.0 půjde o nové možnosti integrace např. VLC technologií pro osvětlení výrobních hal. Vyvíjená technologie pracuje také s možností využití osvětlení jako komunikační platformy IoT zařízení, automatických linek a robotů ve výrobě.

Jedním z cílů je vybudování ojedinělé bezprašné optické laboratoře s jedinečným výzkumným zařízením. Laboratoř bude v oblasti optických a vláknově optických senzorických systémů unikátní v rámci celé ČR.

Robotické a mechatronické systémy

Motivací navrhovaného výzkumu je významným způsobem zvýšit robustnost, implementovatelnost a také bezpečnost vybraných činností (s ohledem na potřeby průmyslu a také publikační potenciál) při vlastním návrhu robotizovaného pracoviště a jeho subsystémů, jeho optimalizaci a následném provozu, včetně naprogramování za použití moderních technologií – systémů strojového učení a vidění, umělé inteligence a moderních senzorických systémů. Dále také urychlit, zpřesnit a zefektivnit ty části průmyslových procesů, v nichž je doposud důležitou součástí lidská práce. Metody interakce člověk-stroj s využitím moderní senzoriky povedou k výrazně realističtější komunikaci člověk stroj a k přirozenějšímu „vnořování“ strojů, zejména robotů, do výrobního řetězce. Implementace I4.0 a strojového učení je aplikovatelná i při návrhu nových nekonvenčních robotických struktur pro nestandardní pracovní prostředí, kde aplikace komerčně dostupného robotu není možná, nebo je ekonomicky nevýhodná (například požadavek na vysoký počet stupňů volností).

• Detekce a lokalizace dynamicky se měnicích překážek v pracovním prostoru robotu, VaV algoritmů, jejich paralelizace, inteligentní on-line antikolizní systém robotu
• Výzkum systému intuitivního programování a ovládání jednoduchých činností robota (s aplikovatelností na celé robotizované pracoviště) pomocí gest, robustnost tohoto systému, zpětná vazba operátorovi
• Návrh metodiky pro kontrolu plnění bezpečnostních limitů dle norem a technických specifikací Systém adaptivního robotizovaného bezkontaktního měření 3D objektů, optimalizace strategie měřicí trajektorie a měřicího pracoviště a senzorického subsystému, detekce a korekce chybné orientace objektu manipulace (důležité pro bin-picking aplikace)
• Příprava optimální konfigurace RTP dle zadaných kritérií s využitím strojového učení
• Výzkum nekonvenčních kinematických struktur manipulátoru a jejich optimalizace, monitorování, vyhodnocování a optimalizace vybraných parametrů RTP
• Zvyšování přesnosti polohování manipulátorů.
• Výzkum speciálních kinematických struktur mobilních platforem a jejich nadstaveb, jejich optimalizace, autonomní chování, ověření na soutěžích (Evropa- European Rover Challenge, zámoří.)

Realizace výše uvedených etap bude využívat pokrokových simulací na digitálních dvojčatech vyvíjených a zkoumaných zařízení, subsystémů. Následně budou testovány na reálných stendech v prostorech Centra robotiky, včetně jeho rekonstruovaných prostor.

Dalším cílem výzkumného programu bude rozvinutí poznatkové základny bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a využívání nových technologií (kolaborativní robotika, KR) se zaměřením na posuzování rizik s ohledem na koncept Průmysl 4.0.

• funkční vzorek, který bude navržen a realizován za účelem ověření bezpečnosti KR,
• standardní operační postupy pro měření doběhového času KR a nárazové síly při kolizních situacích.

• Výzkum v oblasti spolehlivosti mechatronických systémů a prvků v závislosti na změně klimatických podmínek a vlivem vibrací, včetně výzkumu eliminace poruch úpravou dílčích prvků, aktivním potlačováním nebo pokročilým řízením včetně implementace umělé inteligence.
• Ověřování robustnosti a odolnosti mechatronických systémů a prvků v náročných provozních podmínkách a kritických situacích včetně testování elektroniky, bateriových soustav a vodíkových článků podle normy UN 38.3.
• Výzkum zaměřený na životnost konstrukcí mechanických prvků vyrobených aditivními technologiemi z pohledu konstrukčního řešení, použitého materiálu a technologie výroby.
• Výzkum a vývoj komplexních měřicích a diagnostických systémů v souladu s požadavky průmyslu 4.0.