Studentu izstrādāta sistēma automātiski pārbauda saražotās preces kvalitāti

Ņikita Fatunovs, Ņikita Ostrovenecs un Deniss Bogdans ir Transporta un sakaru institūta (TSI) programmas "Elektronika" trešā kursa studenti un draugi. Šī gada sākuma viņi uzzināja par iespējām, ko piedāvā TSI paspārnē izveidotais inovāciju un uzņēmējdarbības centrs "iDEAHUB", un nolēma visi kopā izmēģināt savus spēkus. Izturēja konkursu un saņēma atbalstu sešu mēnešu garumā. Šajā periodā viņiem tika nodrošināts finansējums aprīkojumam un materiāliem, stipendijas katram komandas dalībniekam, īpašas apmācības un mentoru atbalsts.

Komanda, kuru nodēvēja par "iNNovatic", izstrādā automatizētu sistēmu rūpnieciski ražotu detaļu pārbaudei un pieņemšanai pēc ražošanas. Ideju studenti ņēma no "iDEAHUB" ideju bankas. Tajā ir iekļautas problēmas, ar kurām dalījās "iDEAHUB" un TSI partneruzņēmumi un kurām meklē augsto tehnoloģiju risinājumus. Ideja, pie kuras strādā iNNovatic komanda, nāca no "LNK Industries" koncerna uzņēmuma "TTS".

"Projekts ir ļoti sarežģīts, un sešos mēnešos ar mūsu resursiem un zināšanām bija gandrīz neiespējami izstrādāt pilnvērtīgu produktu, ko varētu virzīt tirgū. Uzreiz bija skaidrs, ka mūsu darba rezultāts prasīs modernizāciju un optimizāciju. Mūsu mērķis bija izveidot funkcionējošu prototipu, kas arī tika izdarīts. Šobrīd mēģinam atrast turpmākās sadarbības formātu ar industrijas partneriem, kas apmierinātu visas puses," stāsta Ņikita Fatunovs.

Komandas izstrādātās sistēmas uzdevums ir salīdzināt izgatavoto detaļu ar tās oriģinālo rasējumu un pamanīt novirzes no rasējuma, kas varētu būt radušās ražošanas procesā. Piemēram, kāda detaļa izrādās nevis 100 x 100 mm liela, bet 100 x 99,1 mm – tas ir defekts, tas ir jāidentificē un jāizņem no gatavo kvalitatīvo detaļu kopuma. Parasti ražošanas darbinieki to dara manuāli, izmantojot mērlenti, bīdmēru vai citus instrumentus. "Mēs vēlamies automatizēt šo procesu, kas atrisinās daudzas problēmas. Cilvēciskais faktors tiks izslēgts, nebūs nepieciešami laboratoriju pakalpojumi instrumentu kalibrēšanai. Galvenais, ka tas samazina pilna ražošanas cikla ilgumu par 10 līdz 15%. Rezultātā ražošanas uzņēmums var palielināt savu jaudu, neveidojot papildus ražotnes," skaidro Ņikita Ostrovenecs.

Tirgū ir līdzīgas sistēmas, taču to cenas ir mērāmas simtos tūkstošu vai pat miljonos eiro. Vidējie uzņēmumi tos nevar atļauties, tajā pašā laikā arī šādos uzņēmumos ražošanas specifika mēdz nepieļaut kļūdas mērījumos. "iNNovatic" komandas mērķis ir izveidot labas kvalitātes sistēmu, kas ir pieejama dažādām biznesa kategorijām.

Fiziski sistēma sastāv no CNC rāmja (programmvadības darbgalda), uz tā uzstādītas kameras ar lāzerskenera funkciju un jaudīga kontroliera. Sistēmas virtuālā daļa ir algoritms, kas apstrādā attēlu, analizē to un salīdzina ar sākotnējo rasējumu. Tiek plānots, ka sistēma pārbaudīs dažādus metāla izstrādājumus: tiltu elementus, ēkas sijas (dubultā T profila sijas un citas), kardānvārpstas daļas utt. Uzdevums ir skenēt detaļas ar kļūdu līdz 0,5 mm. Ņikita Ostrovenecs skaidro: "Pieļaujamā kļūda ir tik maza, jo novirze no rasējuma var radīt bīstamas sekas. Vai nu radīsies pārmērīga berze un mehānisms var pārkarst, vai arī parādīsies pārāk liela brīvkustība, kas var novest pie konstrukcijas izjukšanas. Mēs koncentrējamies uz augstas precizitātes detaļām. Rezultātā sistēma, protams, varēs skenēt arī izstrādājumus, kuriem šāda precizitāte nav nepieciešama."

Kā skenēšanas ierīci, komanda nolēma izmantot "Intel RealSense L515" kameru, kas aprīkota ar vairāku veidu sensoriem, tai skaitā LiDAR. Kamera spēj izmērīt dziļumu līdz deviņiem metriem un sver mazāk par 200 gramiem, tāpēc to ir viegli uzstādīt kopējā konstrukcijā. Algoritma darbībai un grafisko 3D modeļu apstrādei bija nepieciešams jaudīgs kontrolieris ar uzsvaru uz videokaršu kvalitāti. Puiši izvēlējās "nVidia Jetson Xavier NX" kontrolleri ar 356 CUDA kodoliem. Un meklēja to veselus trīs mēnešus. "Videokartes ir iecienījuši kriptovalūtu ieguvēji (mainieri), tāpēc cenas ir ļoti augstas un iekārtas ir grūti iegūt. Bet galu galā mums izdevās nopirkt īsto kontrolieri par pieņemamu cenu," atceras Ņikita Ostrovenecs. CNC rāmis tika iegūts, izvēloties lētāko vēlamā dizaina versiju un to modernizējot ar mentoru palīdzību. Tas sastāv no darba virsmas, uz kuras tiek novietota detaļa, un mehānisma, kas pārvieto kameru trīs plaknēs ap to.

Ja detaļai ir ļoti sarežģīta forma, var būt nepieciešams to noskenēt no visām pusēm, tas ir, tā būs jāapgriež. Pagaidām tiek plānots, ka to izdarīs cilvēks. "Ražošanas darbinieks apgriež detaļu, atzīmē šo darbību, un algoritms pārvieto skenēšanas punktu uz negatīvo plakni un pabeidz skenēšanu. Mēs apsvērām dažādas iespējas, kā automatizēt šo funkciju, lai sistēma pati apgrieztu detaļu. Idejas īstenošana ir atkarīga no detaļu izmēriem un arī no komponentu skaita, ko varam integrēt dizainā. Jo vairāk automatizācijas pievienosim, jo augstāka būs sistēmas cena, un mēs vēlamies izvairīties no pārmērīgi augstas cenas," stāsta Ņikita Fatunovs. Viņa kolēģis Ņikita Ostrovenecs piebilst, ka viena no iespējām ierīces attīstībai un produkta mērogošanai ir palaist caur mehānismu konveijera lenti. Tas ļautu skenēt jebkura garuma detaļas.

"iNNovatic" komandas dalībnieki saka, ka visvieglāk bija izdomāt sistēmas kopējo dizainu. Sarežģītākā projekta daļa izrādījās algoritma izveide, pareizi strādājoša koda rakstīšana. Nācās arī atrisināt daudzas negaidītas problēmas, piemēram, izdomāt, kā konstrukciju pasargāt no saules stariem, jo tie rada traucējumus skenēšanas procesā.

Septembra vidū "iDEAHUB" projektu prezentācijā komanda parādīja savas ierīces demonstrācijas prototipu. Studenti stāsta, ka veica arī izmēģinājuma skenēšanu kādām detaļām. Kamera uztaisa virkni atsevišķo kadru, kurus pēc tam izmanto, lai izveidotu detaļas 3D modeli. Tālāk, izmantojot īpašu pārveidotāju, šos konvertētos failus var augšupielādēt jebkurā 3D modelēšanas vidē, ieskaitot Tinkercad tiešsaistes vidi. Komanda pārliecinājās, ka mērījumi tiek iegūti ar labu precizitāti. Ņikita Fatunovs secina: "Mēs saņēmām rezultātu, lai gan nedaudz savādāk, nekā to redzējām sākotnēji. Skaidrs, ka algoritms vēl ir jāuzlabo. Tas aizņem daudz vairāk laika, nekā mēs domājām – pastāvīgi ir jāapgūst kaut kas cits, lai virzītos uz priekšu".

Oficiāli atbalsta periods komandai "iNNovatic" no "iDEAHUB" puses ir beidzies. Studentiem nav liegts pievienoties kādam no nākošajiem projektu uzsaukumiem, lai saņemtu turpmāku atbalstu projekta turpināšanai. Daudz būs atkarīgs no pārrunu rezultātiem ar industrijas pārstāvjiem. Puišiem ir idejas, kā tālāk attīstīt automatizācijas sistēmu un signālu apstrādi. Viņi arī spriež par iespējamo komandas paplašināšanu. "Tas nebija viegli, bet tomēr ļoti forši. Noteikti nenožēlojam, ka iesaistījāmies šajā projektā," savas komandas līdzšinējo dalību "iDEAHUB" rezumē Ņikita Fatunovs.

Sīkāk par piedāvāto atbalstu un vēl vienas komandas darba gaitām stāstījām rakstā "Latvijas studenti apņēmušies radīt loģistikas nozares 'WhatsApp'". Nākošais projektu piedāvājums tiek plānots 2023. gada janvārī. Ja tu studē jebkurā Latvijas augstskolā, tehnikumā vai esi 10.-12. klašu skolēns, tev ir tiesības uz inovatīvas idejas attīstības atbalstu. Gatavojies, seko iDEAHUB.lv jaunumiem un piesakies!