Μέσω προηγμένων δυνατοτήτων συλλογής και επεξεργασίας δεδομένων σε πραγματικό χρόνο, ο ευφυής κόμβος του ΙΝ.ΒΙ.Σ. βοηθά στην αποδοτικότερη λειτουργία ενός εργοστασίου αξιοποιώντας τεχνικές μηχανικής μάθησης.

Η ραγδαία εξέλιξη της τεχνολογίας και η ενσωμάτωση του βιομηχανικού διαδικτύου των πραγμάτων (Industrial Internet of Things – IIoT) έχουν ανοίξει νέους δρόμους για τη βελτίωση της παραγωγικής διαδικασίας και την αύξηση της αποδοτικότητας στις βιομηχανίες. Μια από τις πλέον καινοτόμες τεχνολογίες που αναδύεται σε αυτό το πλαίσιο είναι ο ευφυής και ασφαλής κόμβος υπολογιστικής παρυφών (Intelligent & Secure Edge computing node). Πρόκειται για μια προηγμένη πλατφόρμα συλλογής και επεξεργασίας δεδομένων που λειτουργεί στις παρυφές του βιομηχανικού διαδικτύου των πραγμάτων.

Σε αυτό το πλαίσιο, το Ινστιτούτο Βιομηχανικών Συστημάτων (ΙΝ.ΒΙ.Σ.) του Ε.Κ. ΑΘΗΝΑ, με έδρα την Πάτρα, πρωτοπορεί σε ευρωπαϊκό επίπεδο στο πεδίο της ενεργειακής βιωσιμότητας σε εργοστάσια στην Ευρώπη, με τα επιτεύγματα του ερευνητικού έργου EnerMan του Ευρωπαϊκού Πλαισίου Ορίζοντας 2020 (Horizon 2020).

Πιο συγκεκριμένα, το ΙΝ.ΒΙ.Σ. υπό την καθοδήγηση του επιστημονικού υπεύθυνου Δρ. Απόστολου Φούρναρη (Διευθυντή Ερευνών) και σε συνεργασία με τους ερευνητές Δρ. Χρήστο Κουλαμά (Διευθυντή Ερευνών), Δρ. Γιώργο Μυλωνά (Κύριου Ερευνητή) και Δρ. Άρη Λάλο (Διευθυντή Ερευνών), καθώς και μιας έμπειρης ομάδας συνεργαζόμενων ερευνητών, φέρνει τη συλλογή, επεξεργασία, και οπτικοποίηση δεδομένων του βιομηχανικού περιβάλλοντος στο επόμενο επίπεδο, αναπτύσσοντας έναν ευφυή και ασφαλή κόμβο υπολογιστικής παρυφών συλλογής και επεξεργασίας δεδομένων. Ο συγκεκριμένος κόμβος λειτουργεί στις παρυφές του βιομηχανικού διαδικτύου των πράγματων προκειμένου να βοηθήσει τους διαχειριστές γραμμών παραγωγής να πάρουν ολιστικές αποφάσεις σχετικά με τη βελτιστοποίηση της ενεργειακής βιωσιμότητας.
Η ομάδα του ΙΝ.ΒΙ.Σ. αξιοποιώντας την εμπειρία του Ινστιτούτου, ανέπτυξε επίσης ένα ψηφιακό δίδυμο βιομηχανικού συστήματος που τροφοδοτείται από τον ευφυή και ασφαλή κόμβο με ροές δεδομένων από το πραγματικό εργοστάσιο και παρέχει μέσω εικονικής πραγματικότητας πληροφορίες και εκτιμήσεις για την ενεργειακή κατάσταση της γραμμής παραγωγής.

Εισάγοντας ευφυία στα άκρα του βιομηχανικού περιβάλλοντος
Σε αντίθεση με τις υφιστάμενες αντίστοιχες λύσεις της αγοράς, ο ευφυής, ασφαλής κόμβος του ΙΝ.ΒΙ.Σ. συλλέγει δεδομένα με ολιστικό, ενιαίο τρόπο ανεξάρτητα του ενσύρματου ή ασύρματου βιομηχανικού πρωτοκόλλου που χρησιμοποιείται στη γραμμή παραγωγής. Αυτό δίνει τη δυνατότητα στον κόμβο να επεξεργάζεται τα δεδομένα ολιστικά, χρησιμοποιώντας μηχανική και βαθιά μάθηση (machine/deep learning) και να εξάγει έξυπνα συμπεράσματα και προβλέψεις για την ενεργειακή απόδοση του εργοστασίου. Πιο συγκεκριμένα, ο κόμβος από τρέχουσες τιμές ενεργειακής κατανάλωσης μπορεί να προβλέψει τη μελλοντική κατανάλωση ενέργειας της γραμμής παραγωγής, ενώ αν κάποιοι αισθητήρες λόγω βλάβης δεν μπορούν να συλλέξουν δεδομένα, τότε μπορεί να συμπληρώσει τις χαμένες τιμές και να συγχρονίσει τα δεδομένα με τη συνολική ροή πληροφορίας από τις τιμές των γειτονικών αισθητήρων. Επίσης, χρησιμοποιώντας στατιστική ανάλυση και βαθιά μάθηση για ανίχνευση ανωμαλιών, βασιζόμενος σε πολυτροπικές ροές δεδομένων, ο κόμβος είναι σε θέση να ανιχνεύσει σφάλματα και φθορές σε εργοστασιακό εξοπλισμό (π.χ σε μηχανές παραγωγής) που δυνητικά επηρεάζουν την καταναλισκόμενη ενέργεια και τη συνολική ενεργειακή βιωσιμότητα του εργοστασίου. Τέλος, ο κόμβος βελτιώνει την ακρίβεια των εκτιμήσεων/προβλέψεων του συνεργαζόμενος με άλλους όμοιους κόμβους στον ίδιο χώρο με τη χρήση τεχνικών ομοσπονδιακής μάθησης (Federated Learning).

Προστασία δεδομένων σε Βιομηχανικά δίκτυα
Το σύστημα που έχει αναπτύξει το ΙΝ.ΒΙ.Σ. έχει χαρακτηριστικά ισχυρής ασφάλειας δεδομένων, αλλά και μηχανισμούς αυτοπροστασίας έναντι κυβερνοεπιθέσεων. Αυτό είναι εφικτό χάρη στο στοιχείο ασφάλειας υλικού που έχει ενσωματωθεί μέσα στον κόμβο, το οποίο διαθέτει μηχανισμούς κρυπτογραφίας δεδομένων που είναι ισχυροί ακόμα και έναντι επιθέσεων από κβαντικούς υπολογιστές. Το παραπάνω χαρακτηριστικό αποτελεί ένα από τα πρωτοποριακά χαρακτηριστικά του κόμβου που δεν απαντάται πουθενά στη σχετική αγορά βιομηχανικών συστημάτων. Επίσης, μέσω του στοιχείου ασφαλείας υλικού, ο κόμβος μπορεί να ανιχνεύσει επιθέσεις ακεραιότητας και άρνησης δεδομένων, καθώς και κακόβουλες δράσεις εντός του κόμβου. Ο κόμβος έχει τη δυνατότητα να αποθηκεύσει με ασφάλεια ευαίσθητα δεδομένα και να διαχειρίζεται τον έλεγχο πρόσβασης παράλληλων χρηστών, ενώ μπορεί να παράγει ειδοποιήσεις για συμβάντα ασφαλείας όταν ανιχνεύει επιθέσεις.

Ψηφιακό δίδυμο βιομηχανικού συστήματος
O ευφυής, ασφαλής κόμβος διαθέτει Dashboard που παρουσιάζει σε πραγματικό χρόνο τα συλλεγόμενα δεδομένα, καθώς και τις εξαγόμενες από επεξεργασία πληροφορίες. Επιπλέον, το ΙΝ.ΒΙ.Σ. έχει αναπτύξει ένα ψηφιακό δίδυμο, ένα τρισδιάστατο αντίγραφο εργοστασίου, το οποίο είναι προσβάσιμο μέσω εικονικής πραγματικότητας. Μέσα στο εικονικό περιβάλλον, το οποίο επιτρέπει την απομακρυσμένη επίβλεψη ενός εργοστασίου από τον διαχειριστή του, ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να περιηγηθεί στους χώρους της γραμμής παραγωγής και να δει σε πραγματικό χρόνο πληροφορίες που παρέχονται από έναν ή περισσότερους ευφυείς, ασφαλείς ακραίους κόμβους αλλά και τα εξαγόμενα συμπεράσματα από αυτούς (π.χ. κατάσταση μηχανών). Μέσω του περιβάλλοντος του ψηφιακού δίδυμου, ο χρήστης μπορεί να παρακολουθεί την ενεργειακή κατανάλωση και τους δείκτες ενεργειακής βιωσιμότητας. Αξίζει να σημειωθεί ότι το Ψηφιακό Δίδυμο του ΙΝ.ΒΙ.Σ. μπορεί να διαχειριστεί/απεικονίσει δεδομένα από πολλές πηγές, όπως συστήματα μεγάλου όγκου δεδομένων.

Ενσωμάτωση σε πραγματικά συστήματα
Στο πλαίσιο της εταιρικής/επιστημονικής σύμπραξης του EnerMan, ο ευφυής, ασφαλής κόμβος και το ψηφιακό δίδυμο του ΙΝ.ΒΙ.Σ. εγκαταστάθηκαν σε εργοστάσια στην Ελλάδα και την υπόλοιπη Ευρώπη. Χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι η ενσωμάτωση αυτών των λύσεων στη γραμμή συναρμολόγησης του σκελετού αυτοκινήτων και στη γραμμή βαφής αυτοκινήτων του εργοστασίου της FIAT/Stellantis στο Τορίνο, καθώς και στο εργοστάσιο παραγωγής σοκολάτας της Γιώτης στο Αγρίνιο.
Στο εργοστάσιο της FIAT/Stellantis, η λύση του ΙΝ.ΒΙ.Σ. έχει ενσωματωθεί στο σύστημα συλλογής δεδομένων του εργοστασίου και συλλέγει με ολιστικό τρόπο δεδομένα από τουλάχιστον 500 διαφορετικών τύπων αισθητήρες του εργοστασίου, για τα οποία εγγυάται τη διατήρηση της συνεχούς ροής δεδομένων, ακόμα και αν κάποιοι αισθητήρες χάσουν τιμές και δεν αποκρίνονται πλήρως. Παράλληλα, στο εργοστάσιο της Γιώτης, η πλήρης έκδοση του ευφυούς, ασφαλούς ακραίου κόμβου έχει εγκατασταθεί στις πλέον ενεργοβόρες μηχανές της γραμμής παραγωγής, παρέχοντας στο χρήστη την πραγματική ενεργειακή κατανάλωση ανά μηχανή και κύκλο εργασίας της και εξάγοντας χρήσιμες πληροφορίες για την κατάσταση της μηχανής.

Επιπλέον, έχει υλοποιηθεί ένα ψηφιακό δίδυμο γραμμής παραγωγής του εργοστασίου, επιτρέποντας στο προσωπικό της εταιρείας να εποπτεύει απομακρυσμένα τη γραμμή παραγωγής. Τέλος, μέσω της ενσωμάτωσης των λύσεων του ΙΝ.ΒΙ.Σ. στη γενικότερη αρχιτεκτονική του συστήματος του EnerMan, προβλέπεται σημαντική μείωση της καταναλισκόμενης ενέργειας στα εργοστάσια – πιλότους του έργου σε ποσοστό 10%.