Automatika ključna komponenta recepta za uspešnu industriju
Automatika postaje neizostavni deo industrije u prvoj polovini 20. veka, ali je njen razvoj bio postepen i povezan s tehnološkim napretkom kroz istoriju. Danas su automatski sistemi sastavni deo industrije, uz napredne tehnologije poput robotike, veštačke inteligencije, IoT-a (Internet of Things) i mašinskog učenja, koji omogućavaju pametne fabrike i industriju 4.0.
Automatika je ključna za razvoj industrije jer omogućava napredak kroz povećanje efikasnosti, sigurnosti i inovacija.
O automatici kao ključnoj komponenti za razvoj ne samo industrije već i civilizacije, razgovarali smo sa profesorom u penziji dr Petrom Marićem sa Elektrotehničkog fakulteta, sa katedre za Automatiku Univerziteta u Banjoj Luci.
Časopis Industrija: Kako bi ste nam Vi predstavili automatiku, kao profesor u penziji koji je predavao ovaj predmet na Elektrotehničkom fakultetu u Banja Luci?
Dr Petar Marić: Za predstavljanje automa tike kao naučne discipline i primene rezul tata istraživanja je možda najprikladnije dati njen kratak istorijski razvoj.
Razvoj automatike je od ključnog značaja za tehnološki napredak civilizacije u 20. veku. Njemu su prethodnile osnovne pret postavke koje se vezuju za 19. vek, a sami počeci za centrifugalni regulator, koji je razvio Džejms Vat krajem 18. veka, i često se uzima kao referentan za početak industrijske revolucije. Na principu centrifugalnog regulatora su realizovana tehnička rešenja automatskog upravljanja mehaničkim sistemima.
Takođe, iskustva u eksploataciji su pokazala da je za značajniji napredak potrebno postojanje opšte teorije automatskog upravljanja. Ova rešenja su bila veoma značajna za napredak industrije u 19. veku.
Pojednostavljeno rečeno, ona su omogućila da se automatizovana mašina ponaša onako kako to zadaje rukovalac, bez obzira što na nju deluju različiti spoljašnji uticaji koji ometaju takvo ponašanje.
Dalji napredak automatike, uz stalna unapređenja kroz istraživanja u oblasti teorije automatskog upravljanja, vezan je za uvođenje elektromehaničkih sistema koji se vezuju za početak 20. veka.
Sve masovnija primena rezultata iz oblasti elektrotehnike, imala je za rezultat masovnije uvođenje električnih aktuatora i regulatora.
Uvođenje električnih regulatora je omogućilo direktnu realizaciju istraživačkih rezultata iz teorije upravljanja. Na taj način su postavljeni temelji masovne primene automatskog upravljanja u industriji i postavljeni temelji za budući razvoj automatike.
Poseban impuls u ovom razvoju je vezan za period Drugog svetskog rata, kada su ulagani izuzetni napori u automatizaciji proizvodnje za vojne potrebe zbog potrebe za masovnu proizvodnju preciznih i pouzdanijih oružja.
Pojava programabilnih logičkih kontrolera (PLC) i mikroprocesora 1970-ih, koja se vezuje za digitalnu revoluciju, dala je novi impuls razvoju automatike. Digitalni regulatori su omogućili masovno uvođenje numerički upravljanih mašina (CNC) i robota u industriju.
Softverska realizacija zakona upravljanja na digitalnom regulatoru omogućila je jednostavniju realizaciju složenih zakona upravljanja kao i mnogo veću fleksibilnost u projektovanju regulatora. Paralelno sa ovim, zahvaljujući napretku u oblasti informacionih tehnologija (minijaturizaciji i povećenju pouzdanosti) unapređeni su drugi elementi u sistemu automatskog upravljanju. Ovo se pre svega odnosi na inteligentne senzore i aktuatore.
Pored digitalizacije, veoma značajna poluga u napretku automatike je razvoj računarskih mreža.
Povezivanjem više sistema upravljanih digitalnim regulatorima u jednu industrijsku mrežu kompletno preduzeće postaje jedan automatizovani sistem za nadzor i upravljanja u realnom vremenu. Ovakvi veoma kompleksni sistemi upravljanja su poznati kao sistem od sistema (engl. system of systems).
Na ovom stepenu automatizacije preduzeća su sposobna za fleksibilnu proizvodnju, što označava sposobnost da lako menjaju asortiman proizvoda uz održavanja veoma visokog kvaliteta proizvoda i niske cene proizvodnje.
Prethodno opisan razvoj automatike, paralelno sa drugim srodnim disciplinama, uveo je industriju u 4. generaciju u kojoj se za savremene računarski integrisane fabrike žargonski koristi termin pametne fabrike. Pojednostavljeno rečeno, kompletan proces proizvodnje se u savremenoj fabrici odvija automatski, prema zahtevima sa poslovnog nivoa, sa veoma malim učešćem ljudske radne snage, bez obzira što na tu proizvodnju deluju različiti spoljašnji uticaji koji ometaju stabilnu, kvalitetnu, pouzdanu i produktivnu proizvodnju.
Pored doprinosa automatike razvoju industrije je jednako važna i njena sveprisutnost u svim drugim oblastima. Automatika je prisutno svuda u realnosti ali je zbog njenog ogromnog napretka nedovoljno prisutna u percepciji, pa se često svrstava u "skrivenu tehnologiju" (engl. hidden technology). Ovo se odnosi na činjenicu da je automatika prisutna u svim uređajima i sistemima od veoma jednostavnih pa do veoma složenih
U tom kontekstu ima smisla pomenuti samo neke: drumski prevoz (automobili, vozovi, sistemi za nadzor i upravljanje u drumskom prevozu), vazdušni prevoz (avioni, helihopteri, dronovi, sistemi za nadzor i upravljanje u vazdušnom prevozu), vodeni prevoz (brodovi, podmornice, sistemi za nadzor i upravljanje u vodenom prevozu), elektroenergetska postrojenja i sistemi (proizvodnja, prenos i distribucija električne energije), automatski sistemi za nadzor i upravljanje u pametnim zgradama, telekomunikacioni uređaji i sistemi, roboti za neindustrijske primene, sateliti i njihovo opsluživanja u svemiru, oprema koja se koristi u vojnom sektoru (raketni sistemi, vojni avioni, dronovi, radarski sitemi), aparati u domaćinstvu, savremene igračke, mobilni telefoni, drajveri u računarima i tako dalje.
Na kraju, za sticanje kompletnije slika o automatici treba navesti da znanja i principi stečeni u teoriji automatskog upravljanja pomažu da se razumeju, objasne i upravljaju različiti fenomeni u drugim prirodnim i društvenim naukama.
Časopis Industrija: Koji su, po Vašem mišljenju, najvažniji tehnološki trendovi koji će oblikovati budućnost elektrotehnike i kako vidite ulogu veštačke inteligencije u razvoju elektrotehnike i inženjerskih rešenja?
Dr Petar Marić: Pre svega želim napomenuti da su aktuelni tehnološki trendovi u fazi revolucionarnog razvoja. U takvim okol nostima nije zahvalno praviti dugoročnija predviđanja o njihovim efektima na budućnost elektrotehnike. Ipak, mogu se prepoznati osnovne konture očekivanih promena. Istraživanja u kvantnoj fizici i tehnologije zasnovane na rezultatima tih istraživanja već daju revolucionarne promene u oblasti veoma preciznih merenja i brze i pouzdane razmene podataka, na bazi kvantnih senzora i komunikacionih sistema. Takođe, nano elektronika i poluprovodničke komponente realizovane u grafenu ili molibden-disulfidu omogućavaju realizaciju računarskih sistema sa novim mogućnostima unapređenja.
Drugi aktuelan pravac istraživanja zasnovan na obradi svetlosnih nosioca informacija umesto elektrona predstavlja alternative ili podršku prethodnom. 3D integracija čipova zajedno sa modularnim pristupom pravljenju čipova omogućava veću fleksibilnost i smanjenje troškova.
Očekuje se dalja minimizacija komponenata sa boljim performansama, pouzdanijim radom i manjom potrošnju energije. Dostignuti razvoj visokofrekventnih antena, energetski efikasnih mreža i aplikacija za autonomna vozila su samo jedna stepenica u kontinuitetu koji će se nastaviti kroz bežične tehnologija novih generacija (5G i 6G). Ovaj napredak kao jedan od ishoda omogućava dalje unapređenje pametnih mreža (engl Smart Grid).
Nadalje, pametne mreže su pretpostavka za sofisticiranjije upravljanje za balansiranje potrošnje i proizvodnje električne energije sa stanovišta integracije obnovljivih izvora energije, posebno solarnih i vetroelektrana, u postojeće elektroenergetske sisteme.
Uz unapređenje u upravljanju dinamičnim opterećenjima vredno pažnje i pozitivnih očekivanja je fokusiranje istraživanja na razvoj tehnologija za skladištenje električne energije.
Prethodno navedena tehnološka unapređenja uz povezivanje na Internet i napredak u oblasti pametnih senzora i aktuatora dali su novi kvalitet u prenosu i obradi podataka poznat kao Internet of Things (IoT). Obrada podataka na mestima na kojima se generišu (IoT senzorima) smanjuje potrebu za prenosom ogromnog broja podataka do mesta koncentracije (i obrade) a time i latenciju.
Istovremeno je smanjena potreba za obradom podataka putem računarskog oblaka (engl. cloud computing). Napredak IoT je, pored industrije, omogućio povezivanje uređaja i senzora u pametnim domovima, gradovima, medicini, zaštiti životne sredine i
mnogim drugim oblastima.
Povećanje energetski efikasnih senzora i aktuatora, uvođenje u njih naprednijih čipova sa algoritmima veštačke inteligencije (engl.Artificial Intelligence) i uvođenje novih tehnologija i protokola u komunikaciji sigurno će oblikovati budućnost elektrotehnike, ali i mnogih drugih oblasti, direktno ili indirektno.
Za dalju transformaciju senzora u napredne senzorske sisteme će sigurno ključnu ulogu imati napredak u oblasti veštačke inteligencije. Ovo treba da omogući senzorskim si stemima da uče iz okruženja i donose odluke, što je ključno u upravljanju autonomnim vozilima (i letelicama), robotici i industriji. U ovom segmentu posebno mesto ima, i sigurno će imati u budućnosti, unapređenje veštačkog vida (poznato i kao računarski vid ili robotski vid).
Obrada informacija dobijenih sa stereo kamere je veoma kompleksna i do sada je bila veoma striktno problemski orjentisana. Za svaku kategoriju problema je potrebno selektovati i primeniti adekvatan set kompleksnih algoritama.
Zadaci ovakvih svojstava su veoma pogodni za izvršavanje pomoću veštačke inteligencije. To je razlog da su upravo u ovom segmentu već postignuti zapaženi rezultati. Primena veštačke inteligencije u industriji, posebno pomenutim pametnim fabrikama je preduslov njihovog daljeg unapređenja. Realizacija algoritama veštačke inteligencije u digitalnim regulatorima poboljšava performance i stabilnost odvijanja procesa.
Takođe veštačka inteligencija omogućava prediktivno održavanje, ranu detekciju i otklanjanje otkaza kao i optimizaciju proizvodnih procesa u realnom vremenu. Praksa je pokazala da je inženjerima za projektovanje složenijih elektronskih komponenata i sisteme mnogo pogodnije korišćenje generativnih u odnocu na varijentne
algoritme.
Ograničenje za značajnija poboljšanje generativnih algoritama je bila realizacija algoritama veštačke inteligencije na savremenim računarima. Iz tog razloga nema dileme da će unapređenja algoritama veštačke inteligencije i računarskih platformi na kojima se realizuju značajno povećati učinkovitost inženjerskog projektovanja prizvoda i pocesa proizvodnje istih.
Ogroman doprinos veštačke inteligencije se može postići u unapređenju pametnih elektro energetskih sistema. Ovi algoritmi mogu biti veoma pogodni za analizu podataka dobijenih iz mreža, optimizaciju distribucije energije, predviđanje potrošnje i minimizaciju gubitaka.
Algoritmi veštačke inteligencije se već koriste za optimizaciju propusnosti, smanjenje kašnjenja i povećanje sigurnosti u mrežama nove generacije. Unapređenje ovih algoritama može dodatno popraviti ove pokazatelje, pa čak podsticati ubrzano usvajanje
novih komunikacionih protokola.
Prethodno sam pomenuo potrebu za sofisticiranije upravljanje energetski efikasnim sistemom i prelazak na obnovljive izvore energije. Takvo upravljanje podrazumieva uvođenje algoritama veštačke inteligencije.
Časopis Industrija: Kako Elektrotehnički fakultet u Banjoj Luci odgovara na trendove digitalne transformacije i razvoja tehnologije?
Dr Petar Marić: Razvoj tehnologija i digialne transformacije su trajno prisutni na Elektrotehničkom fakultetu Univerziteta u Banjoj luci. Ove aktivnosti su na Fakultetu prisutne kroz više aspekata. S obzirom da je Fakultet obrazovna institucija u oblasti elektrotehnike, značajno je na koji način kroz obrazovni proces prati savremene trendove u ovoj oblasti sa naglaskom na razvoj i trendove razvoja tehnologija.
Fakultet kroz obrazovnu aktivnost široko pokriva oblast elektrotehnike sa specifičnim znanjima iz oblasti računarstva, informatike, automatike, energetike, elektronike i telekomunikacija. Formalna pretpostavka za praćenje aktuelnih trendova u ovim oblastima jeste ažuriranje studijskih programa na Fakultetu. Fakultet je u u tom kontekstu bez dileme vodeći na Univerzitetu u Banjoj Luci. Svakako je vredno napomenuti da je Fakultet već 2003 godine usvojio studijski program u skladu sa principima tadašnjag Bolonjskog procesa.
Osnovna načela pri donošenju ovih programa je bilo usvajanje dobre prakse iz evropskog prostora: visokog obrazovanja vrednovanje napretka studenata usvajanjem ECTS bodovanja, povećanje pratičnog rada (podrazumevano i savremenih tehnologija) na račun samo teoretskih izlaganja, svođenje predmeta na jednosemestralne, uvođenje studentske prakse u preduzećima. Ove modifikacije su bile toliko radikalne da je bilo poteškoća sa dobijanjem saglasnosti resornog ministarstva.
Nekoliko godina kasnije resorno ministarstvo je davalo rokove drugim fakultetima za transformacije nastavnih programa u skladu sa prethodnim principima, čime je indirektno verifikovalo značaj i kvalitet tadašnjih izmena.
Verifikacije ovih aktivnosti Fakulteta su prepoznate i na širem nivou. Potvrda ovog je da je Fakultet bio veoma uspešan u prijavama i realizaciji evropskih obrazovnih projekata (posebno TEMPUS i ERASMOS). Zahvaljujući učešću u ovim projektima u kontinuitetu je nastavljano unapređivanje studijskih programa u skladu sa dobrom praksom na vodećim evropskim univerzitetima. Jednako značajna je finansijska podrška ovih projekata kroz nabavku savremene opreme za tehničku podršku realizaciji nastave.
Sledom ovih aktivnosti, Fakultet je pokrenuo nastavu na III ciklusu studija na doktorskom studiju iz Informaciono komunikacione tehnologije. Ovo je bio prvi licenciran studijski program doktorskih studija u BiH. Prateći napredak savremenih istraživanja i razvoja tehnologija fakultet je vodio nekoliko projekata za fakultete, Univerzitetu u Banjoj Luci na obuci i uvođenju napredne IKT podrške obrazovnom procesu.
Paralelno sa prethodnim, Fakultet realizuje konstantnu saradnju sa preduzećima u okruženju, posebno onim u čijoj su delatnosti primarno savremene IKT. Predstavnici ovih preduzeća su stalno uključeni u savetodavne komisije za ažuriranje studijskih programa.
Jedan referentan ishod ove saradnje je rekonstrukcija učionica na Fakultetu, realizovana u prethodnih nekoliko godina. Svaka učionica na Fakultetu je kompletno renovirana na sledeći način. Po jedno vodeće preduzeće iz IKT oblasti je izvršilo kompletnu rekonstrukciju i opremanje savremenom obrazovnom tehnikom po jedne učionice. U okviru rekonstrukcije, su preduzeća zidove učionica uradili prema vlastitom dizajnu čime su učionice postale promotivan prostor za sve naše studente i sve druge koji imaju aktivnosti u njima.
Savremeno kreirane i opremljene učionice indirektno promovišu savremene tehnologije. Kroz projekte podržane od Vlade Republike Srpske i Evropske Komisije su laboratorije na fakultetu opremljene opremom poslednje generacija namenjene za obrazovni rad.
Takođe, vodeća preduzeća su instalirala svoju opremu u laboratorijama Fakulteta u svrhu njihove promocije. Ova oprema omogućava da se na najbolji način povežu stečena teoretska znanja sa radom u laboratorijskim i industrijskim uslovima, kroz edukativnu i industrijsku opremu. Prethodno navedene aktivnosti su, pre svega, rezultat naučno istraživačkog rada zaposlenih. Iz tog razloga je potrebno pomenuti da se kroz naučno istraživački rad aktivno prate i unapređuju naučna i stručna znanja iz oblasti elektrotehnike.
Potvrda ovog je u činjenici da akademsko osoblje Fakulteta objavljuje sve veći broj radova u priznatim naučnim časopisima (mnogi sa visokim indeksom citiranosti) ili referiše na naučnim konferencijama. U značajnom broju ovih radova su rezultati teoretskih istraživanja potvrđeni eksperimentima provedenim na savremenoj opremi u našim laboratorijama.
Takođe, u proteklih više od 30 godina, fakultet je organizator ili suorganizator naučnih konferencija i izdavač naučnog časopisa Electronics, čija je prioritetna misija praćenje trendova i unapređenje savremenih tehnologija.
Časopis Industrija: Koliko su studenti uključeni u praktične projekte i saradnju sa industrijom i kako biste opisali trenutnu saradnju nauke i industrije?
Dr Petar Marić: U odgovoru na predhodno pitanje su sadržani elementi koji posredno daju odgovor i na ovo pitanje. Kroz uključenost predstavnika preduzeća u rad savetodavnih komisija za ažuriranje studijskih programa se stvaraju sistemske pretpostavke da studenti, po završetku studija, budu spremni za rad u preduzećima. Jedan od direktnijih ishoda prethodnog je relativno velik broj časova laboratorijskog rada u odnosu na teoretski deo nastave.
Takođe, u završnim godinama studija, studenti imaju obavezu da jedan broj ECTS bodova ostvare kroz praksu u preduzećima. Nadalje, kroz izvođenje laboratorijskog rada na savremenoj industrijskoj opremi, doniranoj od strane preduzeća iz okruženja, studenti prave dodatan praktičan korak prilagođavanja radu u industriji.
Direktna potvrda efekata prethodno pomenutog jeste da jedan deo studenata završnih godina studija paralelno sa studiranjem imaju radni angažman u preduzećima. Saradnja nauke i industrije kroz vizir Fakulteta se može smatrati dobrom. To potvrđuje prethodno navedeno i navedeno u odgovoru na prethodno pitanje.
Činjenica da su preduzeća iz okruženja na različite načine prisutna u svakodnevnom životu Fakulteta potvrđuje da ta saradnja postoji. Na osnovu toga što akademsko osoblje Fakulteta objavljuje naučne i stručne radove u naučnim časopisima ili referiše na naučnim konferencijama, sa eksperimentalno verifikovanikm rezultatima, potvrđuje spremnost Fakulteta za transfer teoretskih znanja u industriju.
Za još bolju saradnju je objektivno ograničenje što u Republici Srpskoj ne postoje veće, tehnološki napredne kompanije koje mogu lako eksperimante iz laboratorija uspešno realizovati u industrijskim uslovima.
Časopis Industrija: Šta biste savetovali mladim ljudima koji razmišljaju o karijeri u elektrotehnici?
Dr Petar Marić: Imajući u vidu da je većina mladih ljudi sklona izazovima volim naglasiti da studiranje elektrotehnike može biti jedan ozbiljan izazov. Dodatno, za one koji se odlikuju istrajnošću studiranje elektrotehnike je potencijalno pravo rešenje.
Siguran sam (kroz dugodišnje kontakte sa inženjerima) da će svako ko završi elektrotehniku biti zadovoljan što je savladao ovaj izazov. Zašto? Zato što će moći da bira posao u bilo kojem delu sveta. Zato što će večno ostati mlad, jer će se stalno podmlađivati u druženju sa novim i novim tehnologijama.
Za prethodno evo argumentacije u formi negacije. Za vreme dok sam bio deo poslovodstva Elektrotehničkog fakulteta, imao sam više puta priliku (više nepriliku) da, na njihovu molbu, razgovaram sa mladim ljudima koji su završili fakultete iz drugih oblasti.
Bio sam iznenađen da bez obzira na uložen trud na studijima, nisu mogli naći zaposlenje nakon 5 i više godina. Smatrali su da im je jedina mogućnost zapošljavanja ako na Elektrotehničkom fakultetu prođu neku formu obrazovanja.
Ne vidim da je smisleno razmišljati da li su u ovoj proceni bili u pravu. Jasno je da su bili spremni za izazov, ali možda kasno.
Dr Marić Petar, dipl. inž. elektrotehnike, univerzitetski profesor. Elektrotehnički fakultet završio je u Banjoj Luci 1977. godine. Magistrirao je 1986. na Elektrotehničkom fakultetu Univerziteta u Banjoj Luci. Doktorsku disertaciju "Prilog formiranju algoritama za identifikaciju matematičkog modela robota." odbranio je 1998. godine na Elektrotehničkom fakultetu Univerziteta u Banjoj Luci.
Obavljao je dužnost prorektora za međunarodnu saradnju na Univerzitetu u Banjoj Luci, a nakon toga bio je dekan Elektrotehničkog fakulteta Univerziteta u Banjoj Luci, u periodu 2009-2012.
Od 2002. do 2021. je u kontinuitetu bio koordinator ili učestvovao u više od 15 međunarodnih projekata, većinom finasiranih od strane Evropske komisije, posvećenih obrazovnim politikama i osiguranju kvaliteta na univerzitetima.
Takođe, bio je nezavisni eksterni evaluator TEMPUS i ERASMUS projekata Objavio je veći broj naučnih i stručnih radova koji su objavljeni u naučnim i stručnim publikacijama i prezentovani na naučnim konferencijama.
Koautor je sedam knjiga čiji sadržaji pokrivaju različite segmente iz oblasti automatskog upravljanja. Obavljao je recenzije više knjiga i naučnih i stručnih radova za nacionalne i internacionalne publikacije, te bio član programskih i organizacionih odbora više naučnih nacionalnih i internacionalnih konferencija. Učestvovao je u realizaciji ili bio voditelj velikog broja istraživačkih projekata
