Első fázis eredményei

A hivatkozott, és a Labor további kapcsolódó publikációi itt elérhetők.

A projekt a digitalizáció technológiáinak alkalmazásával működő ipari és energetikai rendszerek igényelte matematikai és mesterséges intelligencia módszerek felfedező kutatását, és az eredményeknek a robotikában, a gyártó és logisztikai rendszerek tervezésében és irányításában való felhasználását célozza meg. Az alapkutatástól az alkalmazott kutatáson keresztül a kísérleti fejlesztésig egymásra épülő feladatok közül az első évben a módszertani alapkutatások elvégezése történt meg.

A2 Feladat "Dekompozíción alapuló optimalizálási problémák vizsgálata"

A feladatban olyan nagyméretű, összetett problémák hatékony és egzakt megoldási lehetőségei kerültek vizsgálatra, ahol különféle okok miatt (ismeret hiánya, komplexitás) a megengedett megoldásokat adott szempontok szerint validálni kell, és hiba esetén a tanulságokat vissza kell vezetni a megoldási folyamatba.

A2.1 részfeladat eredményei - "Hatékony eljárások diszjunkciók generálására"

• Olyan felső és alsó szintű modellek definiálására került sor, amelyek egyidejűleg érvényesek és érdekesek műszakilag, valamint alkalmasak a matematikai jellegű kutatási eredmények validálására, amely céljára egy szereléstervezési feladat definiálása történt meg.
• A szereléstervezési feladat megoldására egy megoldó keretrendszer tervezése és implementálása történt meg, a felső és alsó szintű részfeladatok közötti dekompozíció alkalmazásával., az alkatrészek feature-alapú modelljeinek felépítésével. A keretrendszer implementálása C++ programozási nyelven, egyes általános funkciók ellátására nyílt forráskódú függvénykönyvtárak felhasználásával került sor.
• A dekompozíción alapuló megközelítésben az alsó szinten lévő megoldók feladata a felső szint által generált tervek validálása, valamint nem megengedett tervek esetén diszjunktív korlátok generálása. Az implementált alsó szintű megoldók kétféle geometriai jellegű részfeladatra fókuszálnak: (1) mozgás ütközésmentességének ellenőrzése; (2) a műveletek megközelíthetőségének ellenőrzése pályatervezés segítségével. Ezen feladatokra hatékony algoritmusok kerültek implementálásra (tesztfeladatok: autóipari kompresszor, gömbcsap mechanikai szerelése).

Az eredmények közlésre kerültek a [5], [13], [15], [20] publikációkban.

A2.2 részfeladat eredményei - "Hatékony optimalizációs eljárás kidolgozása diszjunktív korlátokkal bővített matematikai programok megoldására"

A részfeladat arra fókuszált, hogy miként lehet diszjunktív korlátokkal bővített matematikai programokat hatékonyan megoldani (Diszjunkciók, amelyek az összeszerelés tervezés probléma megoldásához szükségesek és diszjunkciók egy termeléstervezési problémára).

• Két fontos osztályt azonosítására került sor; alternatív megelőzési korlátok leírása, és egy halmazfedési probléma. Mindkét esetben matematikai programmal került modellezésre a korlát, amely tartalmaz egész változókat is. Új változók és korlátok bevezetése árán sikerült elhagyni a változók egészértékűségére vonatkozó feltételeket a korlátok megfogalmazásában.
• A kutatási feladatban előre adott mennyiségű erőforrást kell rendelni egy közös, véges kapacitású erőforrásból a tevékenységhez, amelyből azonban, plusz költség árán, többlet kapacitás is vásárolható. Megadásra került a diszjunktív korlát matematikai modellje, ahol végül egy olyan eljárást alakult ki, ami hatékonyságában jelentősen felülmúlja a korábban ismerteket.

Az A2.2 részfeladat eredményeit egy technikai tanulmány és egy közlésre benyújtott folyóiratcikk foglalja össze [6], [21].

A3 Feladat "Gépi tanulás sztochasztikus dinamikus rendszerekben"

A témakörben a kutatás a gépi tanulással szükségszerűen együtt járó bizonytalanság kezelésére és megfelelő tanuló módszerek megbízhatóságágának elméleti behatárolására irányult.

A3.1 részfeladat eredményei - "Bizonytalanság kiértékelés"

• Megmutatásra került, hogy a korábban kidolgozott SPS (Sign-Perturbed Sums) módszer hatékonyan kiterjeszthető regularizált lineáris regressziós feladatokra.
• Következő lépésben kernel módszerekkel kidolgozásra került egy eloszlás-független, adatvezérelt keretrendszer a konstruált nemlineáris regressziós modellek bizonytalanságának kiértékelésére. A módszer hatékonysága mind elméleti eredményekkel (egzakt konfidencia), mind számos szimulációs kísérlettel demonstrálásra került.
• Kidolgozásra került három kernel-alapú újra-mintavételezést használó algoritmus, amelyek képesek fél-parametrikus konfidencia-tartományokat építeni az ún. „regressziós függvény” köré. Mindhárom javasolt algoritmus egzakt tartományokat konstruál, amelyek erősen konzisztensek.
• Mind a lineáris- és kernel regressziós részhez, mind a bináris klasszifikátor eredményekhez számos numerikus program készült MATLAB programozási környezetben, amelyekkel a módszerek empirikus validálása zajlott.

Az A3.1 részfeladat eredményei az alábbi folyóiratcikkek, konferencia előadások foglalják össze [2], [4], [10], [11], [12].

A4 Feladat "Hatékony, párhuzamosított számításokkal megvalósuló geometriai következtetés"

A témakörben a munka olyan számítási módszerek és architektúrák kutatására irányult, melyekkel nagy mennyiségű térbeli adat hatékonyan feldolgozható testmodellekkel adott objektumok felismerése érdekében.

A4.1 részfeladat eredményei - "Hatékony térindexelés megvalósítása párhuzamos architektúrán"

• Objektum felismerés térbeli indexelés témájában a legfontosabb módszerekről irodalomkutatás történt, amiből az utóbbi két év eredményei kerültek kiemelésre.
• A kézi szerelés ergonómiai vizsgálatára került sor: a szerelés során lokalizálni kellett a szerelő kezének pozícióját adott alkatrész adagolók felett. A Kinect szenzorral történő mérés eredményei alapján egy gömbcsap kézi szerelésének rész-szerelési ideje került meghatározásra.
• A 3D pontfelhő alapú komplex lokalizációs problémák megoldásához először a pontok aggregációját kellett megoldani, amely során a felhő pontjai különálló, egyenletes méretű 3D rácsszerkezetbe kerülnek gyűjtésre (voxelek). A szomszédos voxelek kapcsolatai alapján egy voxel gráf került definiálásra, amely voxel gráfon végzett számítások alapján az egyes objektumok pozícióját meg lehet határozni. A teszteléshez könyvtári függvények kerültek fejlesztésre, melyek egy Wolfram Mathematica programrendszerben meghívhatók.

Az A4.1 részfeladat eredményei a következő publikációk tartalmazzák: [16], [17], [19], [22],[24].

A5 Feladat "A bizalom mechanizmusai elosztott rendszerekben"

A témakörben áttekintésre kerültek az elméleti és gyakorlati rendszerek. Elemzésre került a bizalom szerepe az autonóm gyártási erőforrások megosztásában, és a versenyképes, ugyanakkor fenntartható gyártás dilemmájának feloldásában.

A5.1 részfeladat eredményei - "Bizalmi mechanizmusok játékelméleti vizsgálata"

• A bizalmi mechanizmusok témájában tanulmányozott számos tudományos cikk és könyv alapján a bizalmi és reputációs mechanizmusok elméleti modelljeit és a gyakorlatban megvalósított rendszert tartalmazó részletes áttekintés készült.
• Saját fejlesztésű, autonóm ágensekkel reprezentált gyártó vállalatok együttműködésének vizsgálatára került sor multi-ágens programozási és szimulációs környezetben. A rendszerben a bizalmi index (szubjektív megítélés) és a reputáció (publikus, mindenki által ismert és befolyásolható index) a felek mindenkori viselkedése alapján került meghatározásra.
• A fenntartható és ugyanakkor hatékony és versenyképes gyártás dilemmájának feloldására egy általános megközelítés került javaslatra, amely a termelést olyan társadalmi igényeket kielégítő szolgáltatásnak fogja fel, amely igénybe veszi a társadalmi-természeti ökoszisztéma szolgáltatásait is.

Az A5.1 téma eredményei a következő publikációkban jelentek meg: [7], [9], [14], [18], [23].

B5 Feladat "Optimális energiamenedzsment egyedi vállalatok és hálózatok szintjén"

B5.3 részfeladat eredményei - "Induktív energiaátvitel tervezése és menedzsmentje logisztikai rendszerekben"

A kutatás témája az induktív energiaátvitel (IPT), amely az üzemi logisztikai rendszerek energiaellátásának biztosítására egy új, a korábbi technológiákhoz képest lényegesen nagyobb rugalmasságot nyújtó megoldás.

• A kutatási tevékenység során az IPT rendszer műszaki jellemzői és ipari alkalmazhatósága került elemezésre és tesztelésre a vezető nélküli targoncák töltésére fókuszálva. A tesztek bizonyították a megfelelőséget, és rámutattak a minimális töltöttség, a töltőre kiállási feltétel és a targoncaszám kapcsolatára.
• A vizsgálatok alapján egy elméleti modell felállítása is megtörtént, amiben minden olyan tényező összefüggései integrálva van, melyek az IPT töltésű AGV rendszerek működésére hatással lehetnek. Megállapításra került, hogy a rendszer működésének megfelelő szintű fenntarthatósága érdekében speciális irányító algoritmusra van szükség.
• Kidolgozásra került az IPT rendszer részletes szimulációs modellje, amibe az irányítási algoritmus energiafogyasztás és határidő-tartásra optimalizált útvonalai kerültek beépítésre, így ezek szempontok szerint tesztelhető az irányító algoritmus.

A B5.3 kutatási eredményeket egy tanulmány foglalja össze, valamint egy folyóirat és egy konferencia publikáció született [1], [8].

C2 Feladat "BME kiber-fizikai gyártórendszer fejlesztése"

C2.1 részfeladat eredményei - "A kíber- fizikai gyártórendszer infrastrukturális környezetének megtervezése és kialakítása"

• A kialakítandó kiber-fizikai gyártórendszer a BME G épületében kerül megvalósításra. A gyártó rendszerrel kapcsolatos funkcionális és műszaki igények is figyelembe lettek véve a környezet megtervezésekor az építészeti, villamos, illetve gépészeti tervezéssel összhangban.
• Az elkészült építészeti, gépészeti és villamos tervek alapján elkezdődött az átépítéssel kapcsolatos beszerzési eljárást. Két cég nyújtott be érvényes ajánlatot, a nyertessel a szerződéskötés 2019. novemberében várható.
• Mivel az új kiber-fizikai gyártórendszer új megmunkálási technológiák bemutatására is szolgálhat, kifejlesztésre került egy olyan új szerszámpálya optimalizálási algoritmus, amely a szerszám kapcsolódási szögének nagysága alapján generál szerszámpálya íveket.

A C2.1 témában részletes építészeti, villamos, gépészeti és elrendezés tervdokumentációk valamint egy nemzetközi folyóiratcikk [3] összegzi az eredményeket.

C2.3 részfeladat eredményei - "Az induktív energiaátvitellel működő anyagmozgató és logisztikai rendszer megvalósítása"

• Sor került az IPT rendszer alkalmazhatóságának és a megépülő teszt környezet elemezésére. A validálás egyrészt az építési sajátosságoknak történő megfelelés vizsgálatát jelentette, másrészt ellenőrizésre került az elméleti eredmények illeszkedése a gyakorlati megvalósítás követelményeihez.
• Megtörtént a teszt-rendszerben működő vezető nélküli targonca koncepciójának kidolgozása, és gyártása is megkezdődött. Az AGV elkészültét követően lehetséges lesz olyan fizikai tesztek végzésére, melyekkel még az építés előtt további, optimalizált pályakialakításra lehet javaslatokat tenni.

A C2.3 részfeladat eredményeit egy technikai tanulmány és egy megvalósíthatósági tanulmány összegzi.

A projekt eredményeinek felhasználása további projektekben

Az elért alapkutatási eredmények hasznosíthatók a 2020-ban induló DIGIPRIME (Digital Platform for Circular Economy in Cross-sectorial Sustainable Value Networks) H2020 projektben, ahol 36 partner–köztük a SZTAKI–digitális platform kifejlesztését vállalta a körkörös gazdaság érdekében. Az A4 feladat eredményei alapján kutatási-fejlesztési projekt indult a japán Hitachi céggel.