Fejlesztési eredmények

Járműipar és közlekedés

A járműipart és közlekedést érintő technológia fejlesztéseket jellemzően a közúti és légi közlekedés eszközei és rendszerei strukturálták. Jelentős szerepet kap a kooperatív rendszerek elmélete, a járműirányító rendszerek tervezésének integrált módszerei, a korszerű hálózati kommunikációs eljárások, a járműfedélzeti szabályozó rendszerek hibatűrő kialakításai, valamint a vezetéstámogató rendszerek:  

• Kooperáló járműrendszerek: A világméretű trendekhez igazodó módon a jármű- és közlekedés alkalmazási kutatások egyik fókusza a kooperatív intelligens közlekedési rendszerekkel (Cooperative Intelligent Transportation Systems, C-ITS) kapcsolatos. Ezzel összefüggésben a kooperatív rendszerek elmélete, a járműirányító rendszerek tervezésének integrált módszerei, a korszerű hálózati kommunikációs eljárások, a járműfedélzeti szabályozó rendszerek hibatűrő kialakításai, valamint a vezetéstámogató rendszerek területén születtek eredmények.
• Hybrid vezérlés: A hibrid és elektromos közúti járművek irányítórendszereinek összehangolt működtetésére elosztott és hierarchikus járműarchitektúrákat dolgoztak ki. Megoldások születtek a szenzorfúzióra és kommunikációs hálózatokra épülő integrált és kooperatív robusztus járműirányításokra, melyekkel a biztonságos, hatékony és gazdaságos üzem biztosítható. Az integrált járműirányítási feladatok megoldására a konvex LTI tervezési módszereket kiterjesztették qLPV alapú robusztus irányítástervezési módszerekre. A kooperatív autonóm járműirányítások stabilitásának elemzésére, a bizonytalanságok, továbbá a kommunikáció által okozott késleltetések kezelésére Lyapunov-Krasovski-funkcionálon, illetve IQC-ken alapuló módszereket dolgoztak ki. Egy gépjárművezetőt támogató kamera alapú közlekedési jelzéseket és úttípust/környezetet érzékelő rendszer kifejlesztése a Robert Bosch Tudásközpontban folyó munkákhoz kapcsolódott. Haszongépjárművek hatékony és gazdaságos működtetésére részlegesen automatizált járműplatform került kidolgozásra az üzemeltető és a gyártó igényeinek figyelembevételével a Knorr Bremse Fékrendszerek Kft-vel folytatott kooperáció során.
• A kooperatív autonóm járművek irányítási rendszerének analízise területén elért eredmények módszert adnak a formáció stabilitásának és szabályozási pontosságának vizsgálatára. A kidolgozott módszerek lehetővé teszik a gyakorlatban mindig előforduló modellezési bizonytalanságok számos osztályának kezelését és a járműközi kommunikációs hálózat tulajdonságainak figyelembevételét.
• Adaptív aktuátorok: A repülésben alkalmazott elektromechanikus beavatkozók (aktuátorok) kutatása során kifejlesztettek egy kisméretű, robotrepülőgépeken alkalmazható, szabályozásra és hibadiagnosztikára képes elektromechanikus aktuátort. Az ACTUATION2015 FP7 projekt keretében az UTC Aerospace céggel közösen polgári repülőgépeken alkalmazott egységekre adtak korszerű szabályozási algoritmusokat és az ezek alapjául szolgáló matematikai modelleket. A modell bizonytalansági halmazából szisztematikus úton, ”worst-case” analízis segítségével tudták meghatározni a legrosszabb szabályozási stabilitás paraméterkombinációit, kiküszöbölve a Monte-Carlo szimulációs vizsgálatok bizonytalanságait.  - Hibatűrő szabályozási módszerek kutatásával segítik a polgári repülés jelenleg is magas biztonsági szintjének fenntartását a RECONFIGURE FP7 projekt keretében. Az Airbussal közösen módszereket dolgoztak ki, melyek a fedélzeti aktuátorok, vagy szenzorok meghibásodása ellenére is fenntartani képesek a repülőgép biztonságos üzemét, csökkentve a pilótára jutó munkaterhelést.
• Vezető nélküli légi járművekben (UAV) alkalmazható hibatűrő szabályozási algoritmusokat fejlesztettek ki, melyek egyszeres meghibásodási kritériumok esetén garantálni tudják a repülési feladat biztonságos folytatását és befejezését. Ezt támogatja az általuk kifejlesztett kamera alapú légi érzékelő és elkerülő rendszer: "látni és elkerülni". Az elkerülő repülőgép vizuális alapon detektálja a célgépet a fedélzeti többkamerás látó rendszere, a GPUs képfeldolgozó egysége és a navigációs berendezése segítségével. Megtörténtek az első kísérleti repülések a fenti célkitűzéseket teljesítő, a világon egyedülinek számító, kisméretű, redundáns, nagy megbízhatóságú avionikai rendszerrel. A kifejlesztett technológia megoldást nyújt az autonóm repülő eszközök biztonságos térbeli szeparációjára, és hozzájárul a GPS vezérelte kijelölt útvonalon haladás biztonságossá tételéhez. Az USA Haditengerészetének Kutatási Hivatala (ONR) által finanszírozott kutatás során korszerű útvonalbecslő és az ütközési valószínűséget meghatározó módszerek kutatása zajlott, szimulációs és valós méréseken alapuló adatok feldolgozása és elemzése alapján.
• A szárny flexibilitásból adódó rezonancia (flutter) jelenség kutatását a FLEXOP H2020as projekt kapcsán végezték a repülőgépek aerodinamikai, strukturális és repülésdinamikai vizsgálatai alapján, hatékony mérési és irányítási módszerek alkalmazásával. Ennek során több, különböző absztrakciós szintű modellt fejlesztettek ki, melyek az egyszerű, két szabadságfokú szárny rugalmas viselkedésétől kiindulva egészen a teljes repülőgép dinamikus viselkedéséig lefedik az alkalmazások igényeit.

Termelésinformatika és logisztika

A termelésinformatikai és logisztikai K+F+I tevékenység termelő, szolgáltató és logisztikai rendszerek tervezésére és modellezésére, valamint azok működésének irányítására, optimalizálásra, monitorozására és valós viszonyokhoz való adaptálására irányul, üzemi, vállalati és hálózati szinten egyaránt. A legfontosabb, 2015-ben elért eredmények a következők:

• A moduláris szerelőrendszerek számára kidolgozott termeléstervező módszert robotizált, autóipari szerelőcellák kombinált termelés- és kapacitástervezéséhez alkalmazták. Létrehozták a rendszer szimulációs modelljét, amely alkalmas a számított tervek kiértékelésére a sztochasztikus paraméterek és véletlenszerű zavarok figyelembevételével.
• Olyan statisztikai tanulási módszereket dolgoztak ki, amelyekkel az előretekintő módban futatott szimuláció tanulóalgoritmusok által becsült határértékek figyelembevételével végez elemzéseket. A módszer hatékonyságát ún. flow-shop teszt gyártó környezetben vizsgálták, ahol a gyártási rendelések átfutási idejének becslését a kifejlesztett tanulóalgoritmusok szolgáltatták.
• Diszkrét, eseményorientált szimulációs elemzések hatékony támogatására, SISO Core Manufacturing Simulation Data (SISO CMSD) szabványon alapuló adatstruktúrát fejlesztettek, amelyet különböző gyártási feladatokra és szimulációs eszközökre is alkalmaztak.
• Az Audi Hungária Motor Kft. részére fejlesztett termeléstervező rendszer tesztelését és finomhangolását végezték hat gyártósoron, továbbá implementálták a vizsgálatok során felmerült módosításokat, új igényeket.
• Kifejlesztettek és ipari felhasználónál telepítettek egy fejlett grafikus felülettel rendelkező, kis- és nagyszériás gyártásban egyaránt alkalmazható termelésütemező és döntéstámogató rendszert.
• Európai K+F projekt keretében kifejlesztett lézeres robotos távhegesztő cellák automatizált konfigurációját és offline programozását támogató rendszerüket alkalmassá tették az új technológia „elsőre helyes” bevezetésére és sorozatos autóipari tesztek végrehajtására.
• Kiber-fizikai kísérleti gyártórendszer: Létrehoztak egy olyan integrált, korszerű szenzorhálózattal és beavatkozókkal ellátott mintarendszert, amiben lehetőség van gyártási, logisztikai és robotikai problémák vizsgálatára, mind virtuális, mind fizikai térben, beleérve az elosztott vezérlés és az ember-robot együttműködés új lehetőségeit is.
• A Hitachi Manufacturing Technology Research Center-rel együttműködve olyan általános célú módszereket dolgoztak ki, amelyek segítségével egy összetett műszaki objektum jellegzetes komponensei és ezek topológiai kapcsolatai rekonstruálhatók az objektum síkbeli, jellemzően lineáris kapcsolatokat tartalmazó műszaki rajzának pixel alapú reprezentációjából.

A termelésinformatikai és logisztikai témakörökkel kapcsolatos alkalmazott kutatás-fejlesztés és ipari bevezetés jó része az Intézetben 2010-óta működő Fraunhofer-SZTAKI Termelésmenedzsment és –informatika Projektközpont keretében folyt. Számos kis- és középméretű vállalattal (KKV) folytatott együttműködés mellett fő nagyvállalati partnereik a Hitachi, Audi Motor Hungaria, GE Hungary, Jaguar LandRover, Opel, Volvo, Festo, BPW, Knorr-Bremse Fékrendszerek Kft, Aventics Hungary, Denso.

Energia és fenntartható fejlődés

A fenntartható fejlődés egyik alapvető feltétele az energiatermelő, -szállító, és -átalakító rendszerek adaptálása a változó igényekhez és lehetőségekhez. E rendszerek irányítása és felügyelete területén a megújulás egyik kulcsa az informatikai eszköztár megnövelt adatfeldolgozási, -tárolási és -továbbítási kapacitása, ami az automatizálás és a hatékonyság növelése terén is új lehetőségeket nyit, valamint új problémákat vet fel. Kiemelten foglalkoztak az alábbi témákkal:

• Energiatermelő rendszerek irányítása és felügyelete területén az intézet egyik legrégebbi múltra visszatekintő ipari tevékenysége az MVM Paksi Atomerőmű Zrt.-vel történő stratégiai együttműködésen alapul. Az erőmű üzemidő hosszabbítási projektjéhez kapcsolódóan továbbra is kiemelt szakértői feladatuk volt a meglévő irányítástechnikai rendszerek (pl. Atomerőmű Reaktorvédelmi Rendszerének, Szabályozó és Biztonságvédelmi rendszer) felújításában és az ilyen jellegű projektek előkészítésében. Az intézet folytatta az erőmű kapacitás-fenntartási munkáiban való együttműködést, valamint közreműködött a felépítendő új blokkok előkészítésével kapcsolatos irányítástechnikai szakértői feladataiban. A nemzetközi nukleáris szakmai élet szereplőjeként részt vettek a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (IAEA) készülő új biztonsági útmutatójának írásában, melynek előzetes címe "Dependability Assessment of Software for Safety Instrumentation and Control Systems at NPPs”.
• Közvilágítás: Továbbfejlesztették és a SZTAKI számítási felhőjében futó vezérléssel működtették az E+grid intelligens energia-pozitív közvilágítási rendszert. A folyamatosan gyűjtött adatok további sztochasztikus modellillesztési módszerek kidolgozására adtak lehetőséget.
• Energiagazdálkodás: Az EC Joint Research Centre (JRC) megbízásából fejlesztettek ki egy speciális, hatékony energiagazdálkodás célját szolgáló matematikai megoldó csomagot.

Biztonság és felügyelet

• Földmegfigyelés műholdról: A DUSIREF projekt (Dinamikus városmodellezés távérzékelt adatok fúziójával) az Airbus Defense & Space Magyarország közös vállalkozása az Európai Űrügynökség (ESA) finanszírozásával a PECS-HU pályázati keretprogramon belül. A projekt idén zárult szakaszának fő célja városi környezetek magas szintű automatikus analízise különböző típusú távérzékelt adatok (főleg optikai és TerraSAR műholdképek és Lidar mérések) felhasználásával. Új környezetelemző és rekonstrukciós eljárások kerültek kifejlesztésre az érzékelt adatok négydimenziós (három térbeli és egy időbeni dimenzió) reprezentációjának a figyelembevételével: városi objektumok felismerése, változás-felismerés, objektumpopulációk több szintű hierarchikus analízise, 3D épületek közelítése textúrázott poligonmodellekkel.
• Ad-hoc mobil kamerák hálózatán: A PROACTIVE FP7 projekt eredményei alapján kidolgozták a multispektrális szenzorfúziós és alakzat-lokalizációs eljárást, mely már nem igényli a sík talajfelszínt. Ennek további felhasználási területe a bel téren (pl. bankfiók) részleges takarásban levő alakzatok pontos térképes elhelyezése és követése. Az alkalmazott mintafelismerő algoritmus új módozatában a "deep learning" teória alkalmazásával jobb felismerési arányt értek el. Az optimalizált algoritmus-variáns akár 100 fps sebességre is képes, és akár rossz látási viszonyok között is hatékony.
• Automatikus táblafelismerő eljárásokat hoztak létre a Budapest Közút Zrt. számára, amely az utakon található különböző objektumokról geoadatbázist készít földi MLS (Mobil Laser Scanner) LIDAR adatok és a kapcsolódó felvételek alapján. A kidolgozott algoritmust a Budapest Közút Zrt. Geoadatbázis rendszerébe integrálták.

Hálózatok, hálózati rendszerek és szolgáltatások, a jövő internete

• Occopus alapú munkafolyam szervezés: új munkafolyam koncepciót dolgoztak ki infrastruktúra-tudatos munkafolyam (infrastructure-aware workflow) néven. Ezen új típusú munkafolyamok csomópontjai nemcsak számításokat és adatfeldolgozásokat definiálhatnak, hanem az ilyen típusú csomópontok számára szükséges infrastruktúrák definiálására is lehetőséget adnak. A koncepció megvalósítása forradalmasíthatja a munkafolyam alapú komplex megoldások hosszú távú hasznosíthatóságát.
• Mezőgazdasági adatkezelés: Kidolgoztak és megvalósítottak egy, a régióban egyedülálló és kivételesen nagyszabású kutatási infrastruktúrát a precíziós mezőgazdaság elterjedésének támogatására. A Big Data és felhő technológiai alapokra helyezett elemző, előrejelző és döntéstámogató keretrendszer mezőgazdasági célú adaptálásával az újonnan kialakított platform lehetővé teszi egy folyamatosan bővülő és egyre szélesebb körű tudásbázis létrehozását az agrárszféra számára. A rendszer támogatja a partnerek által a szántóföldi kultúrákhoz telepített nagyszámú komplex szenzoroszlopból származó strukturált idősoros, képi és más adatok megbízható és hatékony gyűjtését, valamint az azokban rejlő információk mezőgazdasági szakember segítségével történő későbbi hatékony kiaknázását.
• Ipari adattudomány: Az Ericsson budapesti kutatóintézetével együttműködve mobil session vesztés előrejelzésére végeztek kutatást több rádióparaméter idősorának vizsgálatával. A módszer kiterjeszti a dinamikus programozás alapú ún. „time warping” módszert több idősorra, amelyek felett a Fisher információs mátrix által adott természetes távolságmetrikát használja. 2015-ben a már korábban elindult Ericsson és AEGON alkalmazott kutatási feladatok mellett két további ipari adattudományi projektet indítottak. Az OTP Bank számára új, gépi tanuláson alapuló előrejelző módszereket nyújtanak, többek között hitelkártya nemfizetési feladatokra. A Bosch részére pedig a gyártósori fizikai paraméterek idősorai alapján adnak előrejelzést a gyártási selejtek elkerülése céljából.
• Ajánló rendszerek: Az online felhasználók viselkedésének előrejelzésével kapcsolatos RecSys Challenge 2015 versenyén a részt vevő több mint 500 csapat között ötödik helyet értek el. Jelenlegi és korábbi sikereik alapján felkérték az MTA SZTAKI-t a 2016. évi verseny szakmai szervezésére, amely a Xing szakmai közösségi hálózat álláshirdetésekkel kapcsolatos előrejelzéseit célozza meg.
• Ember-gép interfész: Gesztusfelismerésre képes kesztyűt fejlesztettek, mely szenzorhálózat segítségével a kéz ujjainak térbeli helyzetét és az egyedi ujjmozgások dinamikájának (kézgesztusok) felismerését valósítja meg. A kesztyű segítségével megvalósul ipari környezetben az ember-robot párbeszéd, lehetővé válik az egy térben történő munkavégzés és valós ember-robot kooperáció; a prototípust nemzetközi szintéren mutatták be.