«Умный» стеллаж «SMARTBOX» на базе Arduino для хранения инструментов

Переход производственных систем на новый уровень в рамках концепции «Индустрия 4.0» невозможен без тотальной цифровизации всех информационных потоков, включая и голосовое (вербальное) общение. В таком производстве все оборудование (основное, вспомогательное, производственное, непроизводственное), компьютеры, нейросети, облачные сервисы, а также люди будут объединены в некую единую «умную» производственную систему, работающую в режиме 24/7 [1, с. 6-8].

Но если станки и компьютеры могут «говорить» на едином языке цифровых сигналов, то для интеграции человека в эту систему необходимо предоставить ему удобный интерфейс. Обычно таким связующим звеном выступал компьютер или терминал, с которого работник мог вводить запросы, получать или вносить информацию. Однако на современном этапе развития искусственного интеллекта уже можно предложить более совершенный подход.

Рассмотрим ситуацию на конкретном примере.

Производственному рабочему необходимо быстро найти в инструментальной раздаточной кладовой нужный инструмент (торцевую фрезу, центровочное сверло, отрезной резец и т. п.). Инструменты обычно хранятся в универсальных и специализированных стеллажах, шкафах, кассетах, стендах (рис. 1). Рабочий может обратиться к складской базе данных инструментов, найти нужный стеллаж по надписям или кодам, или обратиться к работнику кладовой.

Для нахождения информации в сети интернет с использованием компьютеров и смартфонов уже давно применяется голосовой поиск. Эту идею можно применить и для поиска нужного инструмента на складе. Однако для этого потребуется использование «умных» стеллажей или «умной» системы навигации по складу.

Несмотря на то, что возможности применения концепции голосового поиска и голосового управления в производстве значительно шире данной задачи, рассмотрим вопросы, связанные с проектированием подобных систем в условиях западных санкций и импортозамещения.

Рис. 1. Типы стеллажей в инструментально-раздаточной кладовой

Для реализации идеи «умного» стеллажа потребуется микроконтроллер с интерфейсом беспроводной связи, а также система индикации для указания (подсвечивания) расположения инструмента на стеллаже.

Для распознавания речи можно воспользоваться готовыми решениями [2], например, от отечественной компании Яндекс, а электронную часть «умного» стеллажа можно выполнить на базе микроконтроллера семейства Arduino, производимого по всему миру, в том числе, в России. Таким образом, будет достигнута полная независимость от западных технологий и санкций.

Схему работу системы можно описать следующим образом (рис. 2). Работник произносит название инструмента, которое распознается в приложении для смартфона и передается по беспроводному каналу связи в микроконтроллер уже в виде структурированного текстового (символьного) сообщения. Контроллер сравнивает полученное название с записями базы данных и подсвечивает необходимый ящик или позицию стеллажа с помощью светодиодов.

Электронная схема устройства при таком подходе окажется очень простой (рис. 3) и дешевой, что позволит легко внедрить «умную начинку» и в уже действующую небольшую складскую систему.

Рис. 2. Схема работы голосового управления

Так как плата ArduinoUNO [3, с. 25-29]имеет всего 14 цифровых выходов, два из которых задействованы для модуля Bluetooth-связи HC-05, то максимальное управляемых для подсветки или сигнализации светодиодов равно 12. Применение четырех регистров сдвига 74HC595 позволит увеличить их число до 24, что вполне достаточно для одной-двух секций большого стеллажа инструментальной кладовой. Применение же платы ArduinoMegaс 54 цифровыми выходами [2] и 17 регистрами сдвига 74HC595 позволит адресно охватить до 136 ячеек (ящиков) большого инструментального стеллажа.

Рис. 3. Электрическая схема «умного» стеллажа

На рисунке 4 показана цифровая модель опытного образца такого «умного» стеллажа – SMARTBOX, разработанная в отечественной конструкторской САПР – КОМПАС 3D.

Стеллаж-прототип, изготовлен из плит ДСП и МДФ, имеет всего 4 ящика для хранения инструментов средних размеров (фрез, сверл, резцов, гаечных ключей и т. п.). Микропроцессорный блок управления, реализованный на плате ArduinoUNO, размещен в задней части стеллажа, а подсветка ящиков реализована с помощью светодиодов различного цвета, расположенных над ящиками. Связь Arduino со смартфоном осуществляется по каналу Bluetooth через модуль HC-05.

Рис. 4. Трехмерная модель «умного» стеллажа SMARTBOX

Таким образом, можно сделать вывод о том, что разработка современного вспомогательного оборудования для производственных предприятий, переходящих на концепцию «Индустрия 4.0» вполне является посильной задачей, решения которой можно добиться, опираясь только на отечественные технологии (аппаратные, производственные, программные) и технологии с открытым доступом [4].

Перспективы же интеграции голосового общения человека, компьютера и производственной системы многочисленны, и помимо рассмотренного в статье голосового поиска предметов (инструментов), могут включать управление «умным» оборудованием, элементами системы контроля и безопасности предприятия и пр.

1. Петрушенко, А.А. Речевые технологии – следующий уровень сервиса / А.А. Петрушенко, Р.В. Петрушенко. – Текст: непосредственный // Технические науки в России и за рубежом: материалы V Междунар. науч. конф. (г. Москва, январь 2016 г.). – Москва: Буки-Веди, 2016. – С. 6-8. – URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/164.
2. С. Монк. Программируем Arduino. Профессиональная работа со скетчами. – СПб.: Питер, 2017. ISBN 978-5-496-02385-6.
3. Махов А.А. Повышение качества учебных и любительских проектов на базе Arduino с помощью технологий трехмерного моделирования. Вестник МГТУСТАНКИН. 2021. № 4 (59). С. 25-29.
4. https://trends.rbc.ru/trends/industry/5e740c5b9a79470c22dd13e7 – Что такое индустрия 4.0 и что нужно о ней знать | РБК Тренды (rbc.ru).