Kiberfizikai biztonságos rendszerek
A hagyományos elektronikán, felügyeleti logikán és szoftvereken kívül az Internet of Things (IoT) legmodernebb irányzatai is megtalálhatóak a Műegyetemen fejlesztett rendszerben, amely a vasútbiztonságon kívül számos helyen, például az okos városokban is alkalmazható.

 

Harmadik helyezést ért el az EclipseCon North America rendezvény IoT fejlesztői versenyének 89 résztvevős mezőnyében a Műegyetem csapata. A Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék (MIT) Hibatűrő Rendszerek Kutatócsoport hallgatói – Dr. Ráth István tudományos munkatárs és Vörös András tudományos segédmunkatárs irányításával – egy beágyazott rendszer feletti (modell)vasúti rendszer biztonsági logikáját tervezték meg, amelynek feladata a veszélyes szituációk és balesetek elkerülése elosztott megfigyelő és beavatkozó komponenseket felhasználva.

A demonstrációs alkalmazás több komponensből épül fel. Alapja a vasúti biztonsági logika, amely egy terepasztalból, az alatta működő érzékelőkből, valamint a szenzoradatokat fogadó beágyazott számítógépekből áll. A sínpályarendszert 15 szakaszra bontották. Minden egyes beágyazott számítógép (összesen hat) egy megadott jogosultsági körben figyeli az eseményeket. Cél, hogy a számítógépek „beszéljenek” egymással, és ha veszélyt észlelnek, leállítsák az érintett szakaszt vagy akár a teljes rendszert. A biztonsági logika fölé egy számítógépes látáson alapuló megfigyelőrendszert is tervezett a kutatócsapat, ahol a gépi látást komplex eseményfeldolgozással kapcsolták össze. A létrejövő képi tudásbázison a rendszer – a tanszéken fejlesztett innovatív technológiákat felhasználva – ellenőrzéseket végez: megállapítja, hogy kialakult-e veszélyes helyzet vagy sem.

 

 

Mindezeken kívül egy Lego-robot is működik a virtuális vasútállomáson. Feladata a vonatok által szállított konténerek mozgatása. A robot a vezérlő utasításainak megfelelően mozgatja a konténereket a terepasztalon, illetve a vonatok között. A szerelvények beérkezésének és elindulásának figyelését, magát a rakodási munkát, valamint a veszélyes helyzetek elkerülését – adott esetben a munka leállítását – szintén gépi látás segíti.

– Tulajdonképpen egy hibrid rendszerről van szó, amely egy összetett biztonságkritikus rendszer: a vasút és az azt felügyelő biztonsági logika oktatási prototípusának tekinthető. Demonstrációs alkalmazásunk a klasszikus hibatűrő rendszertervezési elveket kombinálja az IoT-re, illetve a kiberfizikai rendszerekre jellemző legmodernebb technológiákkal, mint például a gépi látás vagy a komplex eseményfeldolgozás. Mi tehát nem csupán a hagyományos felügyeleti logikát és elektronikát, valamint a hozzá tartozó szoftvert készítettük el, hanem a legújabb, ipari szempontból releváns technológiákat is alkalmaztuk, amelyek ilyen irányú kombinációja kiemelkedően innovatív. Pontosan ezzel indokolta a zsűri a versenyen elért kimagasló eredményt – tájékoztat Ráth István.

Nagy ipari érdeklődés

Nagyon fontos, hogy az alkalmazás mind a hardver, mind a szoftver tekintetében elérhető megoldásokra épül. A BME MIT csapata tehát olyan, innovatív elemeket tartalmazó, jövőbe mutató demonstrátort épített, amely már ma is megvalósítható a gyakorlatban. Egy ilyen típusú rendszer – az alternatív, független érzékelési utaknak, ez esetben a gépi látásnak köszönhetően – a vasútbiztonságon kívül más területeken is elképzelhető. Például egy okos városban, ahol a közlekedésirányítás a klasszikus érzékelési módszereken (például a forgalomirányító lámpákba épített szenzorokon) kívül adott esetben az utakon vagy drónokon elhelyezett webkamerák képeire is támaszkodhat.

A Műegyetem fejlesztése iránt folyamatos a nemzetközi érdeklődés. Ez nem véletlen, hiszen a demonstrátor által használt technológiák rendkívül kurrensek. Az IoT világszerte és az Európai Unióban is kiemelt terület, nagy világcégek szálltak be ebbe az iparágba.

 

 

– A versenyt meghirdető Eclipse Foundation valójában egy nemzetközi ipari csoportosulás, amelyet az IBM alapított 2001-ben. E szervezet gondozza az Eclipse-et, amely eredetileg integrált fejlesztőeszközként indult, azonban mára platformmá, nyílt forráskódú ökoszisztémává nőtte ki magát. Tagjai élen járónak számítanak az IoT területén. Az elmúlt években olyan meghatározó cégek is csatlakoztak a szerveződéshez, mint a Bosch és a Microsoft. Az ökoszisztémán belül az IoT kiemelt fontosságú; ezért is rendezik ezeket a versenyeket. Ha valaki itt sikeresen szerepel, komoly nemzetközi láthatóságra tesz szert. Mostani sikerünkkel felhívtuk a világ figyelmét, hogy Magyarországon foglalkozunk ezekkel a technológiákkal, értünk hozzájuk, és adott esetben olyan felhasználási lehetőségek is eszünkbe jutnak, amelyek másoknak nem – hangsúlyozza Ráth István.

Változatos szoftvertechnológiák integrálása

A rendszer tervezése során az első kihívást az elméleti oldal jelentette, igaz, ezen a téren már volt előélete a problémák feltárásának, megoldásának. A BME MIT hallgatói korábban számos vizsgálatot végeztek a témában, amelyek eredményét sikeres tudományos diákköri munkák is jelzik. Hasonlóképpen magának a fizikai rendszernek is volt már egy korábbi változata, amit a versenyre készülve teljesen újraterveztek és átépítettek – a hardvertől, tehát a beágyazott számítógépektől és a hozzájuk tartozó nyomtatott áramköröktől kezdve, egészen a szoftverekig.

– A legnagyobb kihívást a sokféle alkalmazott szoftvertechnológia megismerése és megfelelő felhasználása, valamint a hardver-szoftver integráció jelentette. Szerencsére az általunk választott kis, beágyazott BeagleBone Black számítógépekre kiváló a támogatás. A hardver jellegű feladatok, a nyákok tervezése azonban csak a kisebbik része volt a feladatnak. A munka oroszlánrészét a szoftverfejlesztés, illetve a különféle szoftvertechnológiák összehangolt alkalmazása tette ki – mutat rá Vörös András.

 

 

A Hibatűrő Rendszerek Kutatócsoport régóta foglalkozik nyílt forráskódú technológiákkal, és saját maga is gondoz az iparban széles körben használt hivatalos Eclipse komponenseket (például VIATRA modelltranszformációs keretrendszer). A versenyre készített prototípussal egyrészt be akarták mutatni ezen technológiákat, másrészt demonstrálni akarták, hogy az Eclipse-világ tagjainak és más technológiáknak a kombinált használatával milyen érdekes, innovatív dolgokat lehet létrehozni.

– Sok problémát próbáltunk belesűríteni a demonstrátorba. Mindegyik problémára meg kellett keresni a legmegfelelőbb eszközöket. Az ilyen rendszerek építéséhez szerencsére ma már nagyon sok nyílt forráskódú eszköz közül lehet választani. Ez az oka annak, hogy végül 16 különböző technológiát integráltunk – fogalmaz Vörös András, majd hozzáteszi: – Kifejezetten a versenyre kilenc mérnökinformatikus és villamosmérnök hallgatóval, három hónapon keresztük készültünk, de az eredményben benne van az azt megelőző két év munkája. Ez is jelzi, hogy a projekt elsősorban oktatási célokat szolgál. Hallgatóink igazi gyakorlat-orientált feladaton dolgoztak, amely több tantárgyhoz kapcsolódik, és kiválóan rámutat azon trendre, miszerint az IoT területén a villamosmérnökség és az informatika már ma fuzionál. A verseny, illetve az azon való jó szereplés csak járulékos, de természetesen fontos eredmény.

Hasonló technológiák a Teqboxban

A vasútbiztonsági demonstrátor továbbfejlesztése, kiegészítése a jövőben is részét képezi a villamosmérnök és informatikus hallgatók képzésének. Az itt alkalmazott technológiák egyébként más BME-közeli projektekben is felbukkannak. Ezek egyike a töbszörös díjnyertes magyar innovációs projekt, a Teqball. A Teqball egy új sport, illetve sporteszköz (asztal), amely kiválóan alkalmas a focikedvelők technikai tudásának, koncentrációs készségének és állóképességének fejlesztésére.

Az IncQuery Labs Kft., a kisvasút demonstrátor projekt egyik támogatója most technikai kiegészítő rendszert fejleszt a Teqball asztalhoz. A játékos technikai tudását objektíven mérő Teqbox hasonló technológiai alapokra támaszkodik, mint a vasútbiztonsági rendszer. Itt is megjelenik a beágyazott számítástechnika, az érzékelők, a komplex eseményfeldolgozás, a gépi látás. Teqball asztalok egyébként már több helyen működnek az országban (például a BME-n). Az említett modern technológiák tehát – a Teqbox révén – rövid időn belül a gyakorlatban is megjelennek.

 

Támogatók

A pályamű elkészítéséhez további szellemi és anyagi támogatást nyújtottak az MTA-BME Kiberfizikai Rendszerek Kutatócsoport, az Átkonfigurálható ROS-alapú rugalmas és intelligens kooperatív robot rendszereket kutató projekt, a BME Elektronikai Technológia Tanszék, valamint az IncQuery Labs Kft. és a Quanopt Kft.

 

Megbízható megfogás levegő nélkül
A Festo standard EHPS megfogója a standard pneumatikus DHPS megfogó elektromos változata. Az EHPS a legtöbb olyan helyen alkalmazható, ahol a pneumatika használata nem engedélyezett.
Adatok megbízható továbbítása a gyártásban
A Profinet az ipari automatizálás terén világszinten az első számú Ethernet-alapú kommunikációs megoldás.
Az e-mailek védelme nem ér véget egy erős jelszóval
A modern üzleti kommunikáció alapját képező elektronikus levelezés továbbra is a rosszindulatú programok terjesztésének egyik leghatékonyabb és legelterjedtebb csatornája.
Virtuális gumiabroncs-fejlesztés eredménye a Lamborghini Hurricán STO kiemelkedő teljesítménye
A Lamborghini a Bridgestone-t bízta meg a 2021-ben piacra kerülő Huracán STO szuperautója egyedi abroncsainak fejlesztésével.
Manufacture IT 2020: mehet-e a gyártás online?
Idén virtuális formában jelentkezik a Manufacture IT konferencia, amely a hazai gyártóipar digitalizációjának segítését tűzte ki célul.