Veilige autonome systemen dankzij enabling technologies

o26-visie-autonome-systemen

Autonome systemen worden realiteit dankzij groeiende technische mogelijkheden zoals kunstmatige intelligentie, nieuwe netwerktechnologie en slimme energievoorzieningen. In de praktijk hebben wij geleerd dat het bouwen van veilige en betrouwbare autonome systemen kennis vereist van de benodigde (enabling) technologie en van het domein.

Artikel uit Objective 26, 2016 - ook beschikbaar in pdf

Waar vroeger de mens op locatie een apparaat bediende, gebeurt dat nu steeds vaker op afstand, vanaf een centrale plek. Bij containerterminals zit de kraanmachinist niet meer in de kraan, maar bedient hij vanuit een controlekamer de kraanrobot. Ook verkeerscentrales trekken steeds meer functies naar zich toe. Deze trend valt samen met de opkomst van autonome systemen. Door de steeds verdergaande automatisering, kunnen machines zonder operator functioneren. Veel productielijnen in fabrieken zijn volledig geautomatiseerd. Mensen hoeven geen repeterend of gevaarlijk werk meer te doen. De machines draaien 24 uur per dag op de automatische piloot, wat een aanzienlijke kostenreductie oplevert en bovendien veiliger is.

De route naar autonomie

De term ‘autonoom’ leidt wel eens tot verwarring. De traditionele thermostaat van de cv werkt toch ook autonoom? Nee, die werkt automatisch. Maar de gebruiker bepaalt de randvoorwaarden: om 7 uur ’s ochtends wil ik dat het 18 graden is. De ingebouwde thermometer meet de omgevingstemperatuur en laat de cv branden totdat de 18 graden is bereikt. Deze ouderwetse thermostaat zit vrij laag in de rangorde van autonomie, we noemen dit een geïsoleerd systeem. Het is een lokaal meet- en regelsystemen met sensoren en actuatoren (aan-/uit-schakelaar). Een moderne thermostaat staat hoger in deze rangorde. Hij is gekoppeld aan het internet, leert wat jouw gedrag is, weet hoe snel je huis opwarmt en afkoelt, meet de buitentemperatuur en werkt samen met andere systemen zoals de zonwering. Met die informatie creëert hij het juiste klimaat. Na een aantal dagen kan hij uit zichzelf de juiste temperatuur voor elk moment van de dag regelen. Dat is een autonoom systeem.

o26-visie-figuur-1

Bewaking met beslissingsondersteunende systemen

Het gladheidmeldsysteem dat strooiploegen alarmeert bij kans op gladheid zit in het stadium van bewaking. Het combineert meetgegevens met informatie van meteorologische instituten en voorspellingsmodellen om vast te stellen of er preventief gestrooid moet worden. Maar bij een alarm beoordeelt de strooicoördinator alle informatie, waarna hij beslist of een strooiactie nodig is. De coördinator neemt daarbij ook kennis mee, die niet in het gladheidmeldsysteem zit.

Beslissingen nemen vergt domeinkennis

Systemen die werken tot en met het stadium van bewaking zijn te realiseren zonder dat de bouwer kennis heeft van de gebruikssituatie. De bouwer heeft genoeg aan de opdracht “maak een meetsysteem dat alarm slaat boven een grenswaarde”. De interpretatie van een alarm ligt nog steeds in het domein van de klant. Die beoordeelt met zijn inhoudelijke kennis wat hij bij een alarm moet doen. Maar zodra je het gladheidmeldsysteem zelf wilt laten beslissen “we gaan strooien”, moet die kennis in het systeem zitten. Dan moet de bouwer dus kennis hebben van het domein en weten waarop hij moet letten bij het nemen van een beslissing. Wat moet het systeem doen en wanneer? We komen dan uit bij een autonoom systeem dat zelf denkt, regelt en handelt.

Enabling technologies
Voor het bouwen van een autonoom systeem heb je een specifieke set technologieën en gereedschappen nodig. Een autonoom systeem moet meetgegevens verzamelen, verwerken, verzenden, analyseren en op grond daarvan beslissingen nemen. In technologie betekent dat sensoren, communicatie, rekenkracht, beslissingsalgoritmes en kunstmatige intelligentie. Wij noemen dat "enabling technologies".
Juist die combinatie van techniek en toepassing is onze kernkwaliteit: wij kunnen als gelijkwaardige partner meedenken met de klant, in zijn domein en taal en daaruit een totaaloplossing maken met systeemintegratie. Onze toegevoegde waarde zit in het goed combineren en samenstellen van systemen met behulp van de enabling technologies.

Sense2Grow
Een mooi voorbeeld waar markt en techniek samen komen tot een (semi-)autonoom systeem met behulp van onze enabling technologies is Sense2Grow. Dit open platform koppelt draadloze sensoren eenvoudig aan elkaar om data te generen voor het sturen en bewaken van bedrijfsprocessen. Elke partij met elk type sensor kan aansluiten; eenvoudig en universeel. Door alles op één platform samen te brengen, is het combineren en verwerken van data veel eenvoudiger. Vanuit onze agrarische domeinkennis zetten wij Sense2Grow bijvoorbeeld  in met LoRa-communicatie, zonnecellen en cloud processing om kassen optimaal te monitoren.

Van zelf denken naar zelf handelen

Een verkeerscentrale kan autonoom werken en zelf scenario's starten en afwisselen op basis van de verkeersvraag. Maar wat doe je als een autonome verkeerscentrale het verkeer laat vastlopen? Wie is er dan verantwoordelijk: de gebruiker, het systeem of de bouwer van het systeem? Daarom laten we de operator nu nog de beslissing nemen of scenario A wel of niet wordt gestart. De eindbeslissing en aansprakelijkheid liggen dan bij de gebruiker in de verkeerscentrale. Momenteel is daarom in veel situaties autonomie net een stap te ver en wordt gekozen voor een semi-autonoom systeem, dat wel zelf denkt maar niet zelf handelt. Het geeft een advies aan de gebruiker, die vervolgens de eindbeslissing neemt.

Acceptatie

Voor de acceptatie van autonome systemen is aantoonbare veiligheid essentieel. De gebruiker wil de garantie dat het systeem in alle situaties blijft werken. Hij wil geen verkeersinfarct door een foutje in de software, of tunnels die telkens dicht moeten door haperende veiligheidssystemen. Dat vraagt speciale aandacht voor de werkwijze om te zorgen voor een goede kwaliteit software en techniek, maar ook kennis van specifieke veiligheidsregels voor die toepassing.

Het geheim van de smid

Voor het ontwerpen van een systeem dat beslissingen neemt of daarbij helpt, moet je als bouwer de taal van de klant kennen en zijn praktische problemen snappen. Een goede systeembouwer heeft tegenwoordig kennis van het klantdomein om op gelijk niveau met de klant te communiceren, gefundeerde keuzes te maken en een systeem op te leveren dat toegevoegde waarde biedt.

Daar komt bij dat de klant steeds meer op een functionele manier zijn probleem benadert, zonder een technische oplossing voor ogen. Hij komt niet met de vraag om een bepaald stuk techniek. Hij wil een functie; een praktische oplossing voor een probleem. Hoe de oplossing eruitziet is aan de bouwer. Het geheim van de smid zit hem in het meebewegen van de technische wereld naar zijn dagelijkse praktijk en vice versa.

Contact:

marc-van-eert
marceldukker-website
sergedevos-website

Gerelateerde items

Samenwerken aan slimme assets

Lees meer

Nieuws

Elke batterij heeft zijn plussen en minnen

Lees meer

Publicatie

Vehicle-to-gridcommunicatie voor EV

Lees meer

Project

Pilot slim energiegebruik uitgebreid met opslag

Lees meer

Nieuws