VÍTKOVICE ITS a.s. Ruská 60, 706 02 Ostrava - Vítkovice Analýza a optimalizace výrobních procesů metodami umělé inteligence Aplikace teorie umělé inteligence v podnikových informačních systémech RNDr. Jaroslav Teda, Ph.D.
Optimalizace a podnikání Optimalizace procesů jeden z předpokladů úspěchu každého podnikání Rozdíl mezi klasickým postupem a aplikací umělé inteligence Klasický postup Aplikace UI Shromáždění a zpracování dat Posouzení odborníky Návrh řešení Shromáždění a zpracování dat Návrh řešení Odsouhlašení odborníky Účel: dodat potřebné informace ve správný čas na správné místo Účel: shromáždit a posoudit informace a navrhnout řešení Nejde o skutečné myšlení, v současné době však již dokážeme vybavit informační systém alespoň určitou dávkou inteligence VÍTKOVICE ITS a.s., Ruská 60, Ostrava - Vítkovice, Czech Republic 2
Metoda optimalizace umělá inteligence Umělá inteligence je věda o vytváření strojů využívajících postupy, které prováděny člověkem, by vyžadovaly jeho inteligenci. Prof. Marvin Minský Metody používané v SW firmy VÍTKOVICE ITS a.s. Expertní systémy: Dokážou samostatně nalézt řešení určitého problému podle zadaných pravidel Neuronové sítě: Dokážou samostatně nalézt zákonitosti procesu z předložených příkladů Evoluční systémy: Dokážou samostatně nalézt optimální variantu řešení splňující zadané podmínky metodou vývoje Hybridní systémy: Kombinace několika typů výše uvedených systémů VÍTKOVICE ITS a.s., Ruská 60, Ostrava - Vítkovice, Czech Republic 3
Výhody inteligentního software Rozšiřuje možnosti uplatnění výpočetní techniky do oblastí, které dosud řešil pouze člověk pomocí své intuice Dosahuje velkých úspor provozních nákladů, materiálu, energie, pracnosti, daleko větší než by dokázal člověk Snadno se přizpůsobuje změnám prostředí u expertních systémů se pouze upraví pravidla u neuronových sítí dodáme nová data, trénovací množinu u evolučních systémů změníme podmínky nebo kritérium hodnocení Poskytuje větší možnost zapojení uživatele při návrhu podoby systému, možnost vlastní modifikace systému Omezuje možnost chyb při řešení podobných úloh pomocí komunikace člověk - počítač VÍTKOVICE ITS a.s., Ruská 60, Ostrava - Vítkovice, Czech Republic 4
Typy řešených optimalizačních problémů Optimalizace diskrétních procesů Optimální organizace zakázek, postupů, činností Projekty: dělení tyčového materiálu optimalizace tavicích plánů Optimalizace geometrických objektů Optimální uspořádání objektů na ploše, pohyb po ploše Projekty: dělení plošného materiálu optimalizace palicích plánů Optimalizace spojitých procesů Přímá optimalizace technologických procesů Projekty: optimalizace jakosti elektrických taveb optimalizace spotřeby energie VÍTKOVICE ITS a.s., Ruská 60, Ostrava - Vítkovice, Czech Republic 5
Metody řešení optimalizačních problémů Optimalizace diskrétních procesů Požadavek: rychlá odezva při řízení v reálném čase při zpracování rozsáhlého souboru Řešení: genetické algoritmy v kombinaci s procedurálním znalostním systémem Optimalizace geometrických objektů Požadavek: rychlá odezva při řízení v reálném čase v multiuživatelských systémech Řešení: genetické algoritmy v kombinaci s procedurálním systémem realizujícím geometrické znalosti Optimalizace spojitých procesů Požadavek: optimalizace na základě analýzy provozních dat Řešení: kombinace neuronové sítě, genetického algoritmu a produkčního znalostního systému VÍTKOVICE ITS a.s., Ruská 60, Ostrava - Vítkovice, Czech Republic 6
Evoluční inteligentní systém dělení materiálu efektivní rozdělení materiálu ve tvaru tyčí na potřebné délky minimalizace odpadu kombinace různých délek polotovaru ovládání postupu optimalizace uživatelem využití zbytků materiálu po dělení možnost integrace s Informačním systémem podniku Přínos: úspora materiálu efektivní rozdělení plošného materiálu minimalizace odpadu optimalizace objednaného počtu plechů integrace s Informačním systémem zohlednění požadavků uživatele úspora materiálu a energie ovládání postupu optimalizace využití zbytků materiálu po dělení Integrován do: IRKUMA, Kusovník VÍTKOVICE ITS a.s., Ruská 60, Ostrava - Vítkovice, Czech Republic 7
Ukázky výsledků dělení plošného materiálu Expertní systém - optimalizace pravoúhlých tvarů Genetický systém - optimalizace nekonvexních tvarů VÍTKOVICE ITS a.s., Ruská 60, Ostrava - Vítkovice, Czech Republic 8
Evoluční optimalizace dělení profilového materiálu v provozu válcovací tratě efektivní rozdělení materiálu po vyválcování podle zakázek minimalizace odpadu optimalizace objednaného počtu bram optimalizace dělení profilů podle hmotností využití zpětné vazby pro stanovení délek konkrétních profilů Přínos: úspora materiálu, snížení pracnosti, omezení možnosti chyb Integrován do: Systém řízení válcovací profilové tratě Obrazovka střihače VÍTKOVICE ITS a.s., Ruská 60, Ostrava - Vítkovice, Czech Republic 9
Evoluční systém optimalizace tavicích plánů plánování taveb v pecích různých typů ve slévárnách nebo ocelárnách stanovení optimálního plánu taveb v návazností na snižování výrobních nákladů integrace s firemním informačním systémem realizace optimalizace v celém řetězci předvýrobních a výrobních procesů, počínaje obchodní přípravou zakázek, se zahrnutím technologických procesů Cíl: optimalizovat vlastní výrobní náklady poskytnout nástroj pro kvalifikované rozhodování ještě v období přípravy výroby Přínos: snižování výrobních nákladů VÍTKOVICE ITS a.s., Ruská 60, Ostrava - Vítkovice, Czech Republic 10
Generování pálicích plánů efektivní umístění plošných polotovarů minimalizace šířky zkušebního pásu optimalizace počtu zápalů hořáku umísťování polotovarů do požadovaných oblastí umísťování polotovarů podle priorit automatické generování NC příkazů Složky: procedurální expertní systém umísťování polotovarů na ploše evoluční systém optimalizace trajektorie hořáku Přínos: úspora náhradních dílů, materiálu a energie Integrován do: Systém řízení válcovny VÍTKOVICE ITS a.s., Ruská 60, Ostrava - Vítkovice, Czech Republic 11
Analýza, prognózování a návrh řešení jakostních problémů statistická analýza dat, nalezení odlehlých dat a statistických závislostí objektivní posouzení jakosti podle pravidel zadaných technologem nalezení zákonitosti procesu ze shromážděných dat nalezení veličin, které ovlivňují jakost tavby navržení optimálních parametrů procesu, aby riziko nejakostní tavby bylo minimální Metoda zpracování a hodnocení získaných technologických dat během výroby oceli umožňuje metalurgovi daleko efektivněji řešit optimalizaci technologie výrobního procesu nebo přímo nejakostní výrobu VÍTKOVICE ITS a.s., Ruská 60, Ostrava - Vítkovice, Czech Republic 12
Postup analýzy a optimalizace procesu VÍTKOVICE ITS a.s., Ruská 60, Ostrava - Vítkovice, Czech Republic 13
Složky systému ELTAV Expertní subsystém hodnocení jakosti případně výpočtu dalších veličin podle interaktivně zadaných pravidel Neuronová síť učící se zákonitosti technologického procesu z příkladů - dosavadních taveb Evoluční subsystém doporučující optimální hodnoty parametrů procesu tak, aby kvalita byla co nejlepší Expertní subsystém zohledňující při optimalizaci interaktivně zadané technologické požadavky nebo ekonomické podmínky provozu Statistický modul realizující statistické výpočty Grafický modul zobrazující výsledky v grafické podobě VÍTKOVICE ITS a.s., Ruská 60, Ostrava - Vítkovice, Czech Republic 14
Hodnocení přesnosti výpočtu VÍTKOVICE ITS a.s., Ruská 60, Ostrava - Vítkovice, Czech Republic 15
Grafická analýza závislostí nalezená závislost rozptyl způsobený vlivem jiných proměnných Grafické vyjádření závislostí veličin ( 1 - jakost, 0 - vada ) VÍTKOVICE ITS a.s., Ruská 60, Ostrava - Vítkovice, Czech Republic 16
Vybraná tavba s předpokládaným jakostním problémem Praktická ukázka optimalizace Doporučené hodnoty Nalezené relevantní parametry Předpověď úspěchu ( 1 - jakost, 0 - vada ) Meze optimalizačních parametrů Předložené doporučení posoudí specialista technolog a v souladu s teorií podle logiky nalezené v datech pak optimalizuje technologický postup. VÍTKOVICE ITS a.s., Ruská 60, Ostrava - Vítkovice, Czech Republic 17
Ekonomické přínosy Simultánní dělení materiálu (CutOpt) Návratnost kolem ½ roku Řešení jakostních problémů (ELTAV) Hřídele větrných elektráren rok 2007: Zmetky z titulu UZ vad až 19% Analýza ELTAVem Diskuse odborníků Úprava desoxidace oceli zlepšení výmětovosti z titulu UZ vad pod 1% odbourání vad v přírubě Teorie a praxe zpracování oceli Rožnov 1. 2. 4. 2009 Simultánní dělení materiálu (ValcOpt) úspora 1 2 bloky za kampaň VÍTKOVICE ITS a.s., Ruská 60, Ostrava - Vítkovice, Czech Republic 18
Spolupráce s EKF VŠB-TU Výuka: Praktický blok doplňující výuku předmětu Umělá inteligence a expertní systémy aplikace neuronových sítí aplikace evolučních systémů Diplomové práce: 2007 - Prognóza požadavků na vzdělání metodami umělé inteligence 2009 - Materiálová a ekonomická optimalizace vsázky pro elektrickou obloukovou pec Demo a výukové programy: Demo verze skutečných optimalizačních programů CutOpt, ValcOpt, TavPlan, OptiPal, SmOpt, ELTAV Výukové progamy TNeuron, Tutorial GA Možnost dodání plné verze ELTAV pro analýzu jednoho souboru při zpracování bakalářské nebo diplomové práce VÍTKOVICE ITS a.s., Ruská 60, Ostrava - Vítkovice, Czech Republic 19
Informace na internetu www.vitkovice-its.cz přehled projektů, teorie, demo a výukový freeware VÍTKOVICE ITS a.s., Ruská 60, Ostrava - Vítkovice, Czech Republic 20