ERK'2013, Portorož, A:123-126 123

Raziskovalna področja in izzivi Kompetenčnega centra za

sodobne tehnologije vodenja

Nadja Hvala1,2

, Zoran Marinšek1, Tina Baggia

1, Stanko Strmčnik

2, Vladimir Jovan

2

1Kompetenčni center za sodobne tehnologije vodenja, Jamova cesta 39, 1000 Ljubljana

2 Institut »Jožef Stefan«, Jamova cesta 39, 1000 Ljubljana

E-pošta: nadja.hvala@ijs.si

Highlights and challenges of Research

Programme and problem domains of CC

ACT

The Competence Centre for Advanced Control

Technologies (CC ACT) represents an innovative

environment stimulating industrial R&D in the process

control technologies and ICT domains. The R&D

activities of the centre in the 2011-2013 time span are

structured into six thematic projects and one

demonstration project with the following topics:

development environment and components for

implementation of advanced control; technology of web,

remote and distributed control; model-based production

control; optimisation and control for efficient energy

consumption and clean environment; automatic

condition monitoring of process equipment; efficient

fusion power-plant control system; development of the

technical prototypes and realization of demonstration

projects. The planned results are new products,

technologies, services and demonstration projects,

which will be placed on the market, or further

developed in continuing R&D. Some of the future

challenging research areas include smart factories;

smart energy grids; efficient energy management

systems including co-generation and renewable energy

sources; smart houses, smart community; control and

supervision for health and medical diagnostics.

1 Uvod

Kompetenčni center za sodobne tehnologije vodenja

(KC STV) je eden od sedmih kompetenčnih centrov, ki

delujejo v obdobju 2011-2013 in jih delno financirata

Republika Slovenija, Ministrstvo za izobraževanje,

znanost in šport ter Evropska unija (EU) – Evropski

sklad za regionalni razvoj. Kompetenčni centri so

opredeljeni kot razvojno-raziskovalni centri, ki jih

vodijo industrijski partnerji, povezujejo pa partnerje iz

gospodarstva in javnega raziskovalnega sektorja, ter so

usmerjeni v krepitev sposobnosti razvoja in uporabe

novih tehnologij za razvoj novih konkurenčnih

proizvodov, storitev in procesov na prednostnih

področjih tehnološkega razvoja. Instrument je

komplementaren z instrumentom centrov odličnosti in

skupaj tvorita zaključeno celoto na področju razvojno-

raziskovalne dejavnosti v Sloveniji.

KC STV je raziskovalno-razvojni center s področja

tehnologij vodenja (avtomatizacija, informatizacija in

kibernetizacija procesov) [1]. Nastal je na pobudo

Tehnološke mreže Tehnologija vodenja procesov (TM

TVP) [2]. Poleg vodilnega partnerja Zavod Center ARI,

katerega naloga je koordinacija in razvoj

kompetenčnega centra, sodelujejo v KC STV še 4

akademski partnerji, 7 inženirskih podjetij s področja

avtomatizacije in informatizacije industrijskih procesov

in 5 proizvodnih podjetij – uporabnikov tehnologij.

Namen prispevka je predstaviti razvojno-

raziskovalna področja KC STV, dosežene rezultate in

prihodnje usmeritve ter izzive na področju sodobnih

tehnologij vodenja.

2 Problemska področja KC STV

Kompetenčni center za sodobne tehnologije vodenja

deluje na šestih problemskih področjih ter vključuje

aktivnosti razvoja tehničnih prototipov in

demonstracijskih izvedbenih primerov:

RRP1: Razvojno okolje in gradniki za

implementacijo zahtevnih postopkov vodenja.

Cilj projekta je razviti več orodij za vodenje zveznih in

šaržnih procesov, ki bodo podpirala hitro načrtovanje in

implementacijo izbranega nabora naprednih pristopov

vodenja na realnih procesih, omogočala vodenje šaržnih

procesov na različnih platformah ter izboljšala

učinkovitost procesa razvoja programske opreme za

sisteme vodenja. Napredni postopki vodenja bodo

vgrajeni v modul za samodejno nastavljanje avtopilota

in inteligentni procesni gradnik.

RRP2: Tehnologija spletnega, daljinskega in

distribuiranega vodenja

Glavni cilj projekta je razviti napredne univerzalne

gradnike za sisteme daljinskega in distribuiranega

vodenja, ki temeljijo na najsodobnejših komunikacijskih

in spletnih tehnologijah in podpirajo inovativne storitve

spletnega vodenja, z demo projekti uporabe na

področjih kot so upravljanje z energijo in okoljem,

programiranje krmilnih naprav na daljavo,

izobraževanje.

RRP3: Vodenje proizvodnje z vgrajenimi modeli

Gre za uporabo zahtevnega koncepta zaprtozančnega

vodenja proizvodnje na osnovi modelov. Razviti bodo

moduli z naprednimi informacijsko tehnološkimi

rešitvami za sprotno spremljanje, analizo in

optimizacijo proizvodne učinkovitosti ter prototipno

124

implementirani v dveh proizvodnih podjetjih, ki

sodelujeta v projektu.

RRP4: Optimizacija in vodenje za racionalno

rabo energije in čistejše okolje

Projekt povezuje različna problemska področja s

primarnimi cilji optimizacije porabe energije,

optimalnega izkoriščanja obnovljivih virov ter

zagotavljanja in ohranjanja čistega okolja. V projektu

bodo razviti modelno podprti pristopi za optimizacijo

sistemov proizvodnje in porabe energije v rezidenčnih

objektih z upoštevanjem prisotnosti v prostorih, razvit

bo vmesnik za povezavo v pametna energetska omrežja,

napredni modul vodenja za procese izrabe odpadkov ter

nova storitev na področju zagotavljanja kakovosti

avtomatskih merilnih sistemov merjenja emisij.

RRP5: Avtomatski nadzor stanja procesne

opreme

Cilj projekta je razviti sistem za prediktivno

vzdrževanje mehanskih pogonov, ki bo temeljil na

fleksibilni, večnamenski in prenosni strojni platformi

namenjeni zaznavanju in lokalizaciji napak ter

napovedovanju preostale življenjske dobe modulov

pogona. Sistem sloni na uporabi koncepta porazdeljenih

senzorskih omrežij za sprotni nadzor.

RRP6: Razvoj zmogljive platforme za vodenje

fuzijskih reaktorjev

Predviden je preboj v RR, ki bo proizvedel zmogljivo

sinhronsko podatkovno mrežo za hitro komunikacijo in

distribucijo procesnih spremenljivk v strogem realnem

času (odzivni čas 1 ms in manj). To bo omogočilo

implementacijo visokozmogljivega zaprtozančnega

vodenja za fuzijski reaktor ITER.

RRP7: Razvoj tehničnih prototipov in izvedba

demonstracijskih izvedbenih primerov

Projekt je usmerjen v končni razvoj 23 prototipov novih

izdelkov in tehnologij ter 5 demonstracijskih projektov.

3 Razvite tehnološke rešitve

Razvite rešitve bodo kot razviti izdelki, storitve in nove

tehnologije postopoma uvedene na domači in tuji trg,

kjer pa ta faza še ni dosežena, se bo razvoj nadaljeval.

Razvite rešitve vključujejo:

RRP1:

Grafično razvojno okolje za programiranje

zaprtozančnih regulacijskih problemov v procesni

industriji. Orodje odlikujejo vgrajeni moduli za

sprotno identifikacijo, simulacijo in samo-

nastavljanje algoritmov vodenja, kar pohitri

implementacijo in uglaševanje naprednih algoritmov

vodenja, ki izboljšajo obratovanje procesa.

Družina orodij za vodenje šaržnih procesov v

kemijski, farmacevtski, prehrambeni in drugih

industrijah. Orodja odlikuje vrsta funkcionalnosti,

kot npr. (delno) avtomatsko generiranje kode

programske opreme, objektni modeli opreme, kar

izboljša, poenoti ter pohitri izdelavo sistemov

vodenja za šaržne procese ter s tem poveča

konkurenčnost na trgu.

Samonastavljivi avtopilot za letala.

Orodje za konfiguriranje in programiranje

krmilniških sistemov za inteligentne objekte z

aplikacijo pametni dom.

Orodje za generiranje programske kode PLK

sistemov in objektov za nadzorne sisteme.

RRP2:

Napredna strežniška rešitev nadzornega sistema in

univerzalna komunikacijska rešitev za uporabo v

sodobnih javnih komunikacijskih omrežjih za nadzor

in upravljanje z objekti sistema na daljavo iz centra

vodenja, oziroma preko mobilnih naprav.

RTU enota za daljinski nadzor geografsko

oddaljenih procesov s področja vodnih sistemov,

energetike in ekologije. Razvite strojne in

programske rešitve omogočajo integracijo RTU

enote v javne in zasebne spletne portale in socialna

omrežja.

Portal za spremljanje in upravljanje z okoljem in

energetski spletni gradniki, ki uporabnikom

omogočajo enostaven vpogled in nadzor nad porabo

energentov in medijev.

Spletna storitev Modbus TCP IP gonilnik.

Komunikacijski gradnik je razvit tako, da podpira

Slika 1. RRP1: Orodje za podporo načrtovanju in

implementaciji naprednih metod vodenja na industrijskih

procesih.

Slika 2. RRP2: Sodobne tehnologije spletnega, daljinskega in

distribuiranega vodenja.

125

večino aktualnih operacijskih sistemov in vključuje

dodatne funkcionalnosti, ki pohitrijo in poenostavijo

implementacijo.

Spletno podprto izobraževanje na področju

avtomatizacije procesov s pomočjo novih tehnologij

spletnega, daljinskega in porazdeljenega vodenja in

IT tehnologij, kot so javna in privatna socialna

omrežja.

RRP3:

Orodje za analizo in optimizacijo proizvodne

dinamike, ki omogoča učinkovit nadzor ter izboljša

obratovanje različnih proizvodnih procesov. Orodje

temelji na konceptu vgrajenih modelov ter uporablja

različne napredne postopke kot so rudarjenje

podatkov, redukcija podatkov, določanje relevantnih

manipulativnih spremenljivk ter razvoj

poenostavljenih modelov ključnih proizvodnih

kazalnikov.

RRP4:

Optimizacija sistemov ogrevanja in hlajenja

(HVAC) v stavbah. Rešitev bo omogočila

zmanjšanje obratovalnih stroškov za gretje in

hlajenje prostorov z optimizacijo virov za ogrevanje

in pripravo hladu ter upoštevanjem predvidenih

vremenskih razmer in predvidene zasedenosti

prostorov.

Pametni vmesnik za podporo storitvi trgovanja z

električno energijo za manjše industrijske

uporabnike in večja stanovanjska področja.

Optimizacija proizvodnje električne energije iz

obnovljivih virov v bioplinarnah in čistilnih

napravah. Rešitev temelji na sprotnem merjenju in

regulaciji procesnih veličin, ki je izvedena tako, da

maksimizira produkcijo bioplina in s tem električne

energije, obenem pa skrbi za varno obratovanje

anaerobnega reaktorja in prepreči njegovo zakisanje.

QA/QC (quality assurance/quality control) storitve

na področju avtomatskih merilnih sistemov kvalitete

zraka.

RRP5:

Diagnostični center za sprotni nadzor stanja

industrijske opreme, primeren za širok spekter

industrijskih diagnostičnih problemov, med drugim

za elektromehanske industrijske pogone,

obdelovalne stroje, tovorna vozila, za naprave na

področju energetike in procesne industrije. Cilj

diagnostičnega centra je zmanjšati stroške za

vzdrževanje strojev s pomočjo sistema za diagnozo

in prognozo stanja, ki s pomočjo algoritmov za

obdelavo signalov oceni »zdravje« opreme ter njeno

preostalo življenjsko dobo. Sistem je zasnovan na

sodobnih IKT rešitvah, kot so brezžično senzorsko

omrežje, pametno vozlišče, MEMS senzorjih in

MIMOSA podatkovni bazi.

RRP6:

Napredni regulacijski algoritmi za vodenje

fuzijskega reaktorja in hitro omrežje za prenos

podatkov.

4 RR izzivi prihodnjega razvoja

V sklepni fazi izvajanja Kompetenčnega centra smo

pred izzivi prihodnjega razvoja. Prihodnja problemska

področja raziskav po eni strani determinirajo globalni

izzivi, ki so v okviru Evropskega raziskovalnega

programa definirani v Horizontu 2020 [3]. Po drugi

strani pa bodo ključna vlaganja v razvoj v Sloveniji ter

črpanje strukturnih sredstev 2014-2020 temeljila na

Strategiji pametne specializacije, ki je še v pripravi in

bo izdelana v letu 2013. Strategija pametne

specializacije bo opredelila tista področja razvoja, kjer

ima Slovenija največ kompetenc na področju RR&I ter

potreb podjetij pri naslavljanju novih priložnosti in

trgov [4].

4.1 Tehnologija vodenja v Horizontu 2020

Tehnološka mreža Tehnologija vodenja procesov (TM

TVP) je za članice mreže in partnerje njenega

Kompetenčnega centra za sodobne tehnologije vodenja

opredelila kompetence na področju tehnologij vodenja

procesov [5], ki jih je mogoče povezati z naslednjimi

prednostmi smermi v Horizontu 2020 [3]:

Slika 3. RRP4: Optimizacija proizvodnje energije iz

obnovljivih virov.

Slika 4.RRP5: Diagnostični center.

126

Vodilni položaj industrije (VPI)

(1.1) VPI – informacijske in komunikacijske tehnologije

(IKT)

(1.5) VPI – Napredna proizvodnja in predelava, s

posebnim poudarkom na:

(1.5.2) Tehnologije za energetsko učinkovite stavbe

(1.5.3) Trajnostne in nizkoogljične tehnologije v

energetsko intenzivnih predelovalnih industrijah

(1.5.4) Novi vzdržni poslovni modeli

(1.6) Vesolje

Družbeni izzivi s poudarkom na

(3) Varna, čista in učinkovita energija

(5) Podnebni ukrepi, učinkovitost virov in surovine

Euratom program

Znotraj teh prednostnih smeri nastopa tehnologija

vodenja kot

generična (omogočitvena) tehnologija z znanji,

orodji in gradniki za vodenje in nadzor sistemov in

procesov oz.

kot tehnologija na področju problemskih domen

vodenje v sodobnih tovarnah – farmacevtska,

kemijska, avtomobilska, kovinsko-predelovalna,

elektro in druga industrija;

vodenje za pametno, čisto in učinkovito energijo ter

čistejše okolje;

vodenje inteligentnih objektov (sosesk in mest);

vgrajeni sistemi za vodenje;

vodenje zahtevnih znanstvenih/eksperimentalnih

sistemov

4.2 Tehnologije vodenja v sklopu pametne

specializacije

Iz aktualnih razprav v okviru priprave Strategije

pametne specializacije je razvidno [4], da so

orodja in gradniki za vodenje procesov in

sistemov poleg

elektronskih komponent, naprav in sistemov ter

materialov in tehnologij,

eden od treh ključnih horizontalnih gradnikov v sklopu

prepoznanih petih vertikalnih prednostnih področij

razvoja Slovenije:

- trajnostna energija,

- trajnostna mobilnost,

- trajnostno gradbeništvo,

- vključujoča družba ter

- zdravje in hrana.

V okviru teh področij so izzivi na področju

tehnologije vodenja, ki predstavljajo tudi potencialne

prihodnje usmeritve KC STV, glede na kompetence

njegovih partnerjev in strateške usmeritve naslednji [6]:

Inteligentno vodenje sistemov, procesov in naprav

Industrijska informatika (fleksibilna proizvodnja,

podatkovno rudarjenje, vodenje proizvodnje z

vgrajenimi modeli, uporaba principov umetne

inteligence, algoritmi za diagnostiko in prognostiko,

…)

Namensko vgrajeni sistemi za različne stroje in

naprave

Pametni senzorji in aktuatorji

Brezžična komunikacijska omrežja

Spletni nadzor (storitve v oblaku)

Vodenje za pametno, čisto in učinkovito rabo

energije ter čistejše okolje

Sistemi učinkovite rabe energije (vodenje in

optimizacija porabe energije v proizvodnih procesih

in sistemih, vodenje in optimizacija porabe energije

v poslovnih in stanovanjskih stavbah)

Sistemi za prilagajanje odjema in proizvodnje

električne energije

Uporaba alternativnih energetskih virov (gorivne

celice, bioenergija)

Pametna okolja

Pametne hiše

Pametna naselja, mesta in območja

Sistemi nadzora in vodenja za podporo zdravju in

diagnostiki v medicini in oskrbi starejših

Sistemi za spremljanje fizioloških parametrov

Diagnostični sistemi naslednje generacije

Sistemi daljinskega nadzora za podporo

hendikepiranih in starejših oseb, pomoč na domu

5 Zaključek

Kompetenčni center za sodobne tehnologije vodenja

deluje na tehnološko in problemsko aktualnih področjih.

Tehnologija vodenja je pred izzivi tudi v naslednji

perspektivi Horizont 2020. Perspektivna področja

delovanja so sodobni proizvodni procesi, socialni izzivi

na področju zdravja, bivanja, oskrbe ljudi in energije ter

izzivi povezani z nastajajočimi tehnologijami, kot so

fuzija in vesolje.

Zahvala

Kompetenčni center za sodobne tehnologije vodenja

delno financirata Republika Slovenija, Ministrstvo za

izobraževanje, znanost in šport ter Evropska unija (EU)

– Evropski sklad za regionalni razvoj v okviru

Operativnega programa krepitve regionalnih razvojnih

potencialov za obdobje 2007 – 2013.

Literatura

[1] KC STV, http://www.kcstv.si/.

[2] TM TVP, predstavitvena brošura, Urednik A.Hiršelj,

Ljubljana 2010.

[3] Research & Innovation, Horizon 2020,

http://ec.europa.eu/research/horizon2020/

[4] Strategija pametne specializacije, zaključna predstavitev

in razprava, www.gzs.si

[5] TM TVP in KC STV: Kompetence na področju

Tehnologij vodenja procesov, interni dokument.

[6] I3E Transnacionalna strateška raziskovalna agenda,

www.i3e.eu