Automatizace & Robotika

Automatizace je o orchestraci¶

Robot, který třídí balíky, je aktuátor. Pásový dopravník je transport. PLC je řadič. Hodnotou není žádný z nich samostatně — hodnotou je systém, který ví, kam který balík patří, koordinuje desítky robotů a dopravníků současně, reaguje na výjimky v reálném čase a reportuje výkon do ERP.

Stavíme orchestrační vrstvu mezi fyzickým světem (OT) a business systémy (IT). PLC řídí stroje. Náš software řídí proces.

Třídící linky¶

Architektura řízení¶

Třídící linka je real-time systém. Balík na pásu čeká 200ms — pokud software nerozhodne kam, balík jede do fallback výstupu.

Decision engine: 1. Kamera/skener přečte identifikátor (čárový kód, QR, OCR) 2. Lookup v lokální cache (WMS data, routing pravidla) 3. Rozhodnutí: výstup 1-N podle destinace, priority, rozměrů 4. Signál do PLC: „activuj diverter na pozici X za Y milisekund”

Celý flow pod 50ms. Lokální processing, žádná závislost na cloudu nebo WAN.

Integrace s PLC¶

OPC-UA (Unified Architecture): Moderní standard pro průmyslovou komunikaci. Client-server a pub/sub model. Security built-in (encryption, authentication). Structured data model — čtete „teplota motoru 3” místo „registr 40001”.

Integrační pattern:

WMS → [Routing Rules Engine] → [OPC-UA Client] → PLC → Diverter
       ↑                                          ↓
  [Dashboard] ← [Telemetry Collector] ← [OPC-UA Subscription]

PLC zůstává master pro real-time řízení (safety, timing). Naše vrstva je master pro business logiku (kam co patří, prioritizace, výjimky).

Monitoring a optimalizace¶

• Throughput: Balíky za hodinu per výstup. Trend, srovnání směn.
• Jam detection: Fotobuňky + akcelerometry. Automatická detekce zaseknutí, alert operátorovi, optional automatic recovery.
• Misroute rate: Kolik balíků skončilo na špatném výstupu. Root cause: špatný sken, chybné routing pravidlo, timing issue.
• Utilization: Využití kapacity linky. Peak vs. off-peak. Bottleneck identifikace.

AMR (Autonomous Mobile Robots)¶

Fleet coordination¶

Jeden AMR robot je jednoduchý. Deset AMR robotů ve stejném prostoru je orchestrační challenge:

Traffic management: - Path planning: A nebo RRT algoritmy pro optimální trasu - Collision avoidance: Dynamické přeplánování při setkání dvou robotů - Intersection management: Virtuální semafory na křižovatkách — jeden robot projede, ostatní čekají - Deadlock prevention:* Detekce a resolution cyklických bloků

Task assignment: - WMS generuje úlohy: pick item X z lokace A, deliver to lokace B - Fleet manager přiřadí úlohu optimálnímu robotovi (nejblíž, nejvíc baterie, správný typ) - Multi-task optimization: robot na cestě sebere více items - Priority queue: urgentní objednávky předbíhají standardní

Integrace s WMS¶

AMR flotila je execution layer pro WMS:

• Inbound: Robot přiveze paletu z příjmu na storage lokaci
• Replenishment: Robot doplní pick lokaci ze storage
• Picking: Robot přiveze police k operátorovi (goods-to-person)
• Outbound: Robot odveze hotovou objednávku na expedici

Real-time visibility: WMS vidí pozici každého robota, stav každé úlohy, ETA dokončení.

Fleet management¶

• Charging orchestrace: Predikce battery level, automatický návrat na nabíječku před vybitím. Optimalizace — ne všichni roboti nabíjí současně.
• Maintenance scheduling: Preventivní údržba na základě operational hours, error count, sensor health.
• Performance metriky: Tasks per hour, average transport time, utilization rate per robot. Identifikace underperformerů.

IT/OT konvergence¶

Proč je to těžké¶

IT a OT světy mají fundamentálně odlišné priority:

	IT	OT
Priority	Confidentiality	Availability
Update cyklus	Týdny	Roky
Protokoly	HTTP, SQL, AMQP	Modbus, PROFINET, OPC-UA
Downtime tolerance	Minuty	Sekundy
Lifecycle	3-5 let	15-20 let

Propojit tyto světy vyžaduje respekt k oběma. Nelze OT systémům vnutit IT přístupy (frequent updates, cloud-first) ani IT systémům OT rigiditu.

Integrační architektura¶

DMZ mezi IT a OT sítí:

[OT Network]                    [DMZ]                      [IT Network]
PLC, SCADA, HMI  →  [OPC-UA Gateway]  →  [Integration Layer]  →  ERP, WMS, BI
                     [Firewall]           [Kafka/MQ]             [Cloud]
                     Unidirectional       Protocol translation

Klíčové principy: - Network segmentation: OT síť izolovaná od IT a internetu. Komunikace jen přes definované gateway. - Unidirectional kde možné: Data z OT do IT (telemetrie, stav). Příkazy z IT do OT přes explicitní, auditované kanály. - Protocol translation: OPC-UA nebo custom adaptéry překládají průmyslové protokoly na IT standardy (REST, Kafka, MQTT). - Audit trail: Každý příkaz z IT do OT zalogovaný. Kdo, kdy, co, proč.

Legacy integrace¶

Ne každý PLC mluví OPC-UA. Starší systémy vyžadují:

• Modbus TCP/RTU: Nejrozšířenější legacy protokol. Simple register-based read/write. Custom Modbus gateway pro překlad na moderní API.
• PROFINET: Siemens ekosystém. Real-time Ethernet protocol.
• EtherNet/IP: Rockwell/Allen-Bradley ekosystém. CIP protocol over Ethernet.
• Proprietární: Serial port, custom binary protocols. Reverse engineering kde dokumentace neexistuje.

Digital Twin¶

Virtuální model fyzického procesu¶

Digital twin není 3D vizualizace (i když ji může obsahovat). Je to simulační model, který odráží aktuální stav fyzického systému a umožňuje what-if analýzy:

• Aktuální stav: Reálná data ze senzorů → live model. Operátor vidí stav celé linky v reálném čase.
• What-if simulace: Co se stane, když zvýšíme rychlost pásu o 20%? Kde je bottleneck? Kolik robotů potřebujeme pro peak season?
• Predictive: Model předpovídá budoucí chování na základě historických dat a aktuálního trendu.
• Training: Nový operátor se učí na virtuálním modelu. Žádné riziko poškození skutečného hardware.

Implementace¶

• Data layer: Real-time telemetrie z OT systémů (OPC-UA, MQTT)
• Simulation engine: AnyLogic, SimPy, nebo custom discrete event simulation
• Visualization: 3D model (Unity, Unreal Engine) nebo 2D schematický pohled (Grafana, custom web app)
• Integration: Výsledky simulací → capacity planning, maintenance scheduling, layout optimization

Technologický stack¶

Komunikace: OPC-UA, Modbus TCP/RTU, PROFINET, EtherNet/IP, MQTT, Kafka.

AMR platformy: MiR, OTTO Motors, Locus Robotics, custom AGV integration.

Simulace: AnyLogic, SimPy, FlexSim, custom discrete event simulation.

Fleet management: ROS 2, custom fleet orchestration, VDA 5050 interface.

Monitoring: Grafana, InfluxDB, Prometheus, custom OEE dashboards.

Souvisí s