В прошлом году мы запустили один из наших самых амбициозных проектов на сегодняшний день —Bot Initiated Longevity Lab (B.I.L.L.), роботизированную систему для чистки и ремонта кроссовок.
Кульминация двух лет тесного сотрудничества с командой разработчиков Nike, B.I.L.L. был создан не только для того, чтобы продлить срок службы поношенных кроссовок, но и для того, чтобы захватывающим образом приблизить тему циркулярности к потребителям. Как Б.И.Л.Л. продолжает свое путешествие из Niketown London в европейскую штаб-квартиру Nike в Хилверсюме, мы встретились с двумя инженерами PCH, стоящими за его разработкой, Флорианом Борном (выдающееся аппаратное обеспечение) и Кристианом Кокоттом (сверхмощное программное обеспечение), чтобы поговорить об их уникальных процессах, проблемах и технология, благодаря которой это произошло.
Флориан, вы робототехник с художественным образованием. Влияет ли эта другая точка зрения на то, как вы работаете?
FB | Я думаю, что работа с другим опытом позволяет вам более открыто относиться к нестандартным решениям и не ограничивать себя с первого наброска.
Я думаю, что во многих наших проектах такая открытость привела к более игривым, уникальным и многоцелевым идеям, которые, возможно, не так распространены в инженерных студиях с более традиционным обучением.
Можете ли вы рассказать нам немного больше о творческом процессе с B.I.L.L. конкретно проект?
FB | С самого начала это было очень практично и экспериментально. Мы начали с того, что погрузились в деконструкцию, например, какова анатомия кроссовок? Как он сочетается и каковы его недостатки?
Мы закупили много подержанной обуви у подержанных ритейлеров и местных магазинов и попросили нашу команду принести их старые потрепанные кроссовки, и мы начали выявлять множество распространенных дефектов уже при визуальном осмотре. Но, разобрав эти кроссовки в нашей мастерской и попытавшись снова собрать их, используя традиционные сапожные методы и новые техники (например, горячий клей для заплаты), мы увидели новые и интересные способы ремонта обуви.
И по мере того, как мы делали эти ручные, творческие вмешательства, нам стало ясно, что проект будет заключаться не в воссоздании новой обуви, а в улучшении кроссовок, чтобы покупатель ценил их больше — принять ремонт, а не скрывать его. .
После того, как мы выбрали вмешательства, на которых хотели сосредоточиться, это был итеративный процесс прототипирования: быстро набрасываем идею, смотрим, как мы можем ее реализовать, какие инструменты нам нужны, затем начинаем с цифрового прототипа в Fusion 360, нашем программном обеспечении 3D CAD. , наметив ключевые механизмы и лучше поняв, насколько осуществимым может быть это решение.
«[Речь шла] об улучшении кроссовок, чтобы клиент больше ценил их — принять ремонт, а не скрывать его».
Затем мы начали обрабатывать простые компоненты и 3D-печать, чтобы проверить цифровой прототип, протестировать его, адаптировать, а затем повторить этот процесс оптимизации. Это помогло иметь собственные возможности обработки, потому что мы продолжали развивать каждую версию на протяжении всего проекта. Как для достижения желаемой повторяемости и стабильности системы, так и для того, чтобы иметь возможность добавить к ней наш странный дизайнерский штрих, чего может не случиться в обычной инженерной студии. Особое место, где мы находимся [наша берлинская студия бывшего детского сада], где мы построили B.I.L.L. прототипы также отлично подходили для сохранения этого элемента модульности и компактности, потому что пространство ограничено. Таким образом, наши машины всегда являются отражением того, кто мы есть, но также и того, где мы находимся.
В рамках такого экспериментального процесса вам приходится убивать много любимых? Или совершенно ясно, какую интервенцию или идею вы собираетесь реализовать?
FB | Ммм. Я имею в виду, иногда это случается, но обычно нам всем удается прокрасться в свои любимые функции. Или, если мы не включаем его в первую версию, мы держим его в памяти, чтобы, возможно, добавить позже в другую версию. Благодаря модульной концепции мы всегда могли изолировать системы и поэкспериментировать с различными способами, например, очистить те, которые могли умереть в процессе итеративного прототипирования, и вернуть их к жизни на более позднем этапе. Но, в конце концов, в окончательную систему попадает то, что обеспечивает наилучший результат с точки зрения функциональности.
CK | В ящике стола все еще есть захватывающая концепция сушки…
Кристиан, как вдохновитель архитектуры программного обеспечения, не могли бы вы рассказать нам немного больше о том, что повлияло на архитектуру?
CK | Это было действительно сочетание требований. С одной стороны, у нас есть установка промышленной автоматизации с ПЛК [программируемый логический контроллер], которая управляет множеством входов/выходов, двигателями; он получает много информации от датчиков, в том числе от двух роботов-манипуляторов, которым он инструктирует, и все это довольно стандартная установка роботизированной рабочей ячейки. Но с другой стороны, мы хотели иметь умный современный веб-интерфейс. Потому что человек, управляющий им, не обязательно будет инженером-мехатроником, верно? Это входило в торговое пространство, поэтому оператором мог быть человек из этого торгового пространства, например покупатель, который привык к эффектным пользовательским интерфейсам приложений, которые имеют определенный стандарт гибкости или отзывчивости. Так что, да, в этом проекте как бы сошлись два мира.
«…в этом проекте как будто сошлись два мира».
С точки зрения архитектуры программного обеспечения очень важным было то, что, хотя у нас есть машина с множеством установленных модулей [сканирование, очистка, сушка, исправление), путь, который проходит обувь через всю машину, должен быть очень динамичным. настраиваемый. Таким образом, это немного отличается от более традиционных настроек автоматизации, когда обрабатываемый объект снова и снова проходит одну и ту же последовательность шагов, и вы можете оптимизировать для этого.
В нашем случае вы можете надеть ботинок и сказать: «Эту обувь нужно только почистить, а не залатать», или если время сушки необходимо адаптировать для разных материалов обуви, эти различные варианты настраиваются покупателем. Это означало, что нам нужна была чрезвычайно гибкая система.
Как вам удалось совместить более современный опыт разработки программного обеспечения с более традиционной задачей автоматизации?
CK | В наши дни в разработке программного обеспечения мы привыкли к очень гибким средам разработки, которые являются результатом десятилетий совместной работы, таких как разработка внешнего интерфейса, разработка внутреннего интерфейса, видеоигры. Но для систем автоматизации, таких как B.I.L.L, программирование ПЛК обычно является нормой, которые в большинстве случаев представляют собой просто сделанные на заказ конечные автоматы. Часто существуют эти стандартные подходы, и кажется, что для каждого проекта автоматизации люди в основном воссоздают в цифровом виде стандартную схему автоматизации и адаптируют ее к своим потребностям. Это похоже на реализацию электронных схем в программном обеспечении, говорящее: «Хорошо, если я нажму эту кнопку, произойдет вот это, затем конвейер повернется, и когда прибудет то, и тогда произойдет вот это», и это будет очень буквально, очень линейно, и из-за что, не многоразовый.
Для меня было интересно решить, какая часть логики должна оставаться на этом промышленном компьютере, в ПЛК, и какую часть я могу перенести в эту современную программную среду. Моим первоначальным побуждением было как можно больше переехать в этот современный мир. Но, конечно же, есть веские причины, по которым эти системы немного сложнее или неуклюже… у них разные ограничения. Например, системы автоматизации разрабатываются для надежности, воспроизводимости в режиме реального времени и надежности, а не для опыта разработчиков и скорости прототипирования.
Моя цель с архитектурой состояла в том, чтобы создать гибридный чувствительный конечный автомат, который может очень динамично указывать ПЛК, роботам и станциям, что делать. Например, у нас в машине несколько станций, у всех есть свои списки задач, и я хотел иметь возможность просто распределять эти задачи, а машина сама определяет приоритет и что делать дальше.
Моя цель с архитектурой состояла в том, чтобы создать гибридный чувствительный конечный автомат, который может очень динамично указывать ПЛК, роботам и станциям, что делать.
У этого было много преимуществ: это позволяло нам динамически изменять то, как обувь проходит через систему, а также очень помогало при итерациях. Таким образом, каждый раз, когда мы хотели внести изменения, нам не нужно было перестраивать систему, мы просто меняли задачи, которые я давал разным станциям в машине. Затем, позже, я мог бы дать клиенту или оператору контроль над этим путешествием.
Итак, в конце концов, нам удалось спроектировать эту систему таким образом, чтобы она была гибкой и динамичной, сохраняя при этом ее ориентацию на промышленную надежность. Кроме того, система достаточно универсальна, чтобы ее можно было повторно использовать в будущих проектах, потому что программирование машины с большим количеством движущихся частей, последовательно выполняющих задачи, произойдет снова. Так что это хорошо.
Какое программное обеспечение вы использовали для этого современного гибрида автоматизации?
СК | Итак, мы выбрали своего рода типичный современный веб-стек, который в нашем случае означал серверную часть node.js с Vue.js во внешней части, которая в фоновом режиме взаимодействует с ПЛК Beckhoff, используя удивительный открытый пакет -source ads-client (https://github.com/jisotalo/ads-client). Обычный промышленный тип сред автоматизации поставляется с решением HMI [человеко-машинный интерфейс], но предоставляемому инструментарию часто не хватает гибкости, и он не способен делать то, что мы хотели сделать — как с эстетической точки зрения, так и с точки зрения отклика. Кроме того, с точки зрения скорости разработки и возможности подключиться к сообществу веб-разработчиков, чтобы узнать, какие библиотеки плагинов вы можете использовать, или как другие решают некоторые из коммуникационных задач, которые мы решали, наличие современного веб-стека было очень полезным…
Если мы приступим к процессу чистки кроссовок, первым шагом будет сканирование обуви. Можете ли вы объяснить нам, почему это было неотъемлемой частью процесса?
СК | С точки зрения программного обеспечения и UX, это был фактически первый технический риск, который нужно было устранить. Прежде чем мы даже подумали о роботизированных руках, мы оценивали, сможем ли мы отсканировать обувь с достаточным качеством. Потому что это сканирование обуви важно по нескольким причинам.
Во-первых, чтобы понять форму обуви, чтобы направлять роботизированные движения, например, для чистки, которая требует определенной точности и определенной ориентации для обеспечить наилучший результат очистки.
Во-вторых, нам нужно было получить точное представление о цвете и материале обуви, чтобы клиент мог поставить заплатки на кроссовки и увидеть, в цифровом виде, если он соответствует их обуви в реальном мире.
Затем, в-третьих, мы должны были рассмотреть общее качество окончательной 3D-модели. Потому что в конце B.I.L.L. клиент также получает отсканированные кроссовки в качестве 3D-объекта, который можно забрать домой: поделиться ими или напечатать их на 3D-принтере в качестве брелка, или, возможно, даже в какой-то момент поместить его в Fortnite, чтобы ваш персонаж носил ваши кроссовки.
Вдобавок к этому фактор скорости, потому что это сканирование происходит во время пути клиента, и они не хотят стоять там три часа, ожидая, пока обувь будет восстановлена.
Как вы в итоге реализовали его?
СК | В конце концов, сочетание ограничений сделало фотограмметрию наиболее разумным выбором. Сначала мы протестировали его с бытовой цифровой зеркальной камерой и самодельным поворотным столом, чтобы автоматически делать снимки со всех сторон обуви. Затем мы загрузили его в Reality Capture [программное обеспечение для фотограмметрии], и он выглядел достаточно хорошо, чтобы кто-то мог узнать свою обувь.
Итак, после подтверждения того, что этот подход может работать, мы начали программировать движения робота, но вместо настройки поворотного стола мы получили роботизированную руку, которая фактически удерживает ботинок перед камерой. Мы переключились на промышленную камеру, которая дала нам больше возможностей для ее запуска, чтобы эти две вещи происходили синхронно, и после этого все дело было в настройке и оптимизации настройки для надежного сканирования различных типов обуви.
Черные туфли, белые туфли, светоотражающие туфли… это тоже было большой проблемой и источником неопределенности. Итак, чтобы осветить ключевые области обуви и устранить тени, мы установили прожекторы в стратегических точках и динамически адаптировали экспозицию камеры в зависимости от цвета обуви. К счастью, модели обуви, которые нам нужно было поддерживать для этой установки, имели достаточно неотражающих элементов, чтобы работать без необходимости прибегать к решениям по устранению отражения, таким как сканирующие спреи или покрытие отражений обуви.
В области, где все постоянно меняется, внезапное появление новых технологий подрывает процесс или вы в какой-то момент просто придерживаетесь методов, с которых начали?
СК | Очевидно, что мы работаем с исследовательскими технологиями, поэтому для нас всегда важно идти в ногу с последними разработками. Были времена, когда мы думали о замене подхода фотограмметрии, например, когда появляются все эти новые технологии захвата — Apple выпустила новый датчик Lidar, который был интегрирован в iPad. Но альтернативные решения, которые мы исследовали, были либо хуже по качеству, либо не соответствовали тому или иному из наших ключевых требований.
Всегда есть много неизвестных переменных, но да, на протяжении всего процесса разработки все в команде искали новые решения для сканирования. Один из них мы фактически использовали для создания видео для витрины магазина Niketown в Лондоне. (см. ниже)
Продолжение этого интервью будет во Части II.
Хотите изучить новые способы применения технологий для кругового опыта и производства? На связи!
Интервью провели и отредактировали Gabriella Seemann и Dev Mishra.
PCH Innovations — это берлинская креативная инженерная студия, занимающаяся исследовательскими технологиями.
