Fejlesztők délutánja – látogatás a KUKA Hungária Kft. R&D központjában

kuka-logo

kuka-logo2019. november 7-én délután látogatást tettem a KUKA Hungária Kft. telephelyén, ami Budapesten, a XI. kerület Dorottya udvarban található. A rendezvényre elsősorban programozáshoz értő fejlesztőket vártak, az már a jelentkezési lapról kiderült, amikor meg kellett adni, hogy milyen programnyelvekhez értek.

Az ott töltött időt három nagyobb részre lehetett osztani. Először a prezentációs bemutatkozások zajlottak, azután a robotok megtekintése, végül pedig egy pizzázással egybekötött kötetlen beszélgetés az előadókkal.

Prezentációk

Először Grósz László R&D vezető bemutatta a céget, és a KUKA cég történelmét. Régóta fennálló céget ismertem meg, melyet 1898-ban alapítottak. Abban az időben acetiléngázt állítottak elő, amivel világítótesteket lehetett működtetni. Nem sokkal később az elektromos világítás megjelenésével és terjedésével a hegesztéstechnikai szektorba helyezték át tevékenységüket, ahol úttörőnek számítottak. Látták az igényt és a lehetőséget a hegesztőgépek automatizálására, így 1956-ban első automata hegesztő gépeik a Volkswagen AG-nál kerültek üzembe. A fejlesztés tovább folytatódott és az első ipari robotjuk, a 6 elektromechanikus meghajtású tengellyel rendelkező Famulus 1973-ban készült el. 1996-ban a KUKA a robotjainak vezérlését PC alapúra cserélte, elsőként az iparágban.

Az ezredforduló után a cég számos további területen jelent meg robotjaival, például az egészségügyben. Az utóbbi évtizedben pedig azon dolgozik, hogy olyan robotokat fejlesszen ki és gyártson (LBR iiwa), amelyek képesek az emberrel együttműködve dolgozni.

Collaborative Roboter

Második előadó Komlósi István vezető fejlesztő volt, aki a mobil robotok fejlődéséről beszélt. Napjainkban fontos hívószavak az ipar 4.0 és az okos gyár. Ebbe a paradigmába illeszkedik bele a KUKA a földön mozogni képes, kerekeken mozgó robotjaival. István bemutatott nekünk egy rövidfilmet, ahol a robotok a Boeing gyárban teljesítenek szolgálatot, feladatuk pedig különböző méretű és nagyságú alkatrészek, vagy akár egy fél repülőgéptest szállítása volt.

Mindegyik robot képes volt a saját környezetét érzékelni, mozgás közben előállítani a terület térképét, és elkerülni az útjukba kerülő akadályokat. Ilyen akadályokból többféle is előfordulhatott. Átmeneti akadály, például egy ember vagy másik robot akadályozza a továbbhaladást, ekkor elegendő várakozni amíg az akadály el nem hárul. Állandó akadály, ami olyan új utat elzáró tárgy, ami korábban nem volt jelen, és nem lehet arra számítani, hogy rövid időn belül úja szabaddá válik az út. Ekkor a robotnak ki kell kerülnie az akadályt, ami azt jelenti, hogy az éppen aktuális térképet figyelembe véve új haladási útvonalat kell tervezzen a céljához, majd ezt végre kell hajtania.

A felhő alapú információfeldolgozás a robotikában is utat talált magának: a fejlesztők arra törekszenek, hogy minél inkább felhő alapú legyen a robotok információinak a feldolgozása, ahelyett, hogy magára a robotra kelljen bonyolult és drága információfeldolgozó számítógépeket telepítsenek, így csökkenthető az egyes termékek – amúgy sem csekély – ára. Ahhoz, hogy megvalósulhasson a felhő alapú információfeldolgozás, nagyon alacsony hálózati késleltetésre van szükség, például a napjainkban szárnyait bontogató 5G mobilhálózatra. Itt hangzott el a mesterséges intelligencia szerepe is, amely ipari alkalmazásokat tekintve, csak teljesen biztonságos formában, népszerű hívószóval AI-Safe módon kerülhet alkalmazásra.

Harmadik előadónk Laboda Krisztián volt, csapatvezető és Software Architect. Az ő előadása robotprogramozásról, azon belül is útvonaltervezésről szólt, természetesen csak áttekintő jelleggel. Kezdetben az ipari robotoknak saját, dedikált térre volt szükségük, amelyben mozogni tudtak. Nem voltak képesek érzékelni a környezetüket, de a rájuk bízott és előre megtervezett mozdulatsorokat tetszőleges számban megismételve precízen tudtak dolgozni. A mozgás leírása spline polinomokkal történhet.

Ha mobil robotokban gondolkodunk – ráadásul az emberrel is együttműködni képes robotokban – a probléma az, hogy nem mindig írható le a mozgás teljes pályája, hiszen váratlan események is bekövetkezhetnek a mozgás közben. Ebben az esetben pedig újra kell tervezni a mozgást, amit nyílt hurkú szabályozók használatával érnek el. Így a teljes mozgást kis időszeletekre elosztva, mindig csak a következő időszeletet megtervezve lehetőség van észlelni és reagálni a külvilág felől érkező információkra. A külvilág érzékelése bonyolult művelet, a jelenlegi tudásunk alapján már nem egy gép szenzorjaival dolgoznak az algoritmusok, hanem több gép szenzoradatát összesítve, úgynevezett szenzorfúzióval állítják elő a külvilág modelljét, és ebben a modellben tervezik meg a következő mozdulatot.

Krisztián másik megvilágításból is bemutatta a robotprogramozást. A közönséggel közösen megállapodtunk, hogy a földön élő emberek kb. 0,3%-a tud programozni, és egy-egy robot felprogramozása egy konkrét feladatra – természetesen csak nagy átlagot tekintve – kb. 200 munkaóra. A KUKA-nál azt szeretnék elérni, hogy ennél sokkal többen tudjanak robotot programozni, akár programozói tudás nélkül is, ezért létrehozták az LBR iisy kísérleti platformot.

LBR iisy Product Image

Ez a robotkar érzékeny az emberi mozdulatokra, ezért képes az együttműködésre, és a Scratch-re megszólalásig hasonlító programozási felületet kapott. A gyártó cég fejlesztői elkészítik az egyes utasítások mögött álló bonyolult kódot, így a felhasználónak már csak az egyes magasszintű utasításokat kell grafikusan összeállítania a kívánt hatás elérésére. Ezt a rendszert nyílttá szeretnék tenni a külső cégek számára, akik eszközöket szeretnének gyártani a robothoz. (Eszköz alatt itt azt értem, hogy a robot „keze” cserélhető, így több feladatra is alkalmas lehet). A külső cégek elkészíthetik az általuk kifejlesztett eszközhöz tartozó programozói könyvtárakat, amit a felhasználó egy fogd és vidd művelettel a robotjához tud rendelni. Az így elkészített programkönyvtárak pedig letölthetőek lesznek egy erre a célra épített alkalmazásboltból.

Utolsó vendég előadónk Dr. Kiss Bálint, a BME Irányítástechnika és Informatika Tanszékének vezetője volt. Ő a mobil robotok fejlesztésének jövőjébe engedett bepillantást. A fejlesztők számára megoldandó feladatok összességét egy mocsárként jellemezte, amelyben vannak könnyű, nehéz és szinte megoldhatatlan feladatok. Ha a fejlesztők meg is oldanak egy-egy feladatot, a következő lépésük a mocsárban egy újabb problémához fogja vezetni őket. Így tekintve nagyon nehéz megmondani, hogy a vágyott végkifejlet mikor is fog elérkezni. Amit mondani lehet, hogy egyes részproblémák megoldásával milyen új alkalmazási lehetőségeink lesznek a közeljövőben.

Kétféle fejlődési irányt lehet megkülönböztetni, ahogyan el lehet jutni a teljesen önállóan működő mobil robothoz. Az első irányzat sokunk számára ismert, gondoljunk csak a mai autóinkra. Egyre többféle vezetést támogató rendszert építenek be a járművekbe, ezzel egyre több feladatot vállal át az autó a vezetőtől. Az ideális állapot az lesz, ha a vezetőnek egyáltalán nem marad majd vezetési teendője. Az ipari robotok esete pont ellentéte ennek. Az ipari robot az első pillanattól kezdve önállóan és biztonságosan kell végrehajtsa a rábízott feladatot, és idővel a robot környezete válik egyre bonyolultabbá, ahogyan egyre nő az igény az alkalmazásának sokféleségére. Először még csak egy elkerített privát térben tevékenykedett, ma már emberek és folyamatosan változó környezetben kell helyt állnia. Probléma, hogy nincs egy egységes szabvány a robotok biztonságos működésére. További probléma, hogy sokféle kihívással találkozhatunk egy mobilis robot fejlesztése kapcsán, ám ezek a kihívások már évtizedek óta léteznek, mint ahogyan a rájuk adott válaszok is.

A különbség a válaszokban az eltelt idő, ugyanis egyre jobb, pontosabb, korszerűbb válaszokat tudunk adni egy-egy kihívásra. Shakey volt az első robot, amely válaszolni kívánt a kihívásokra. 1966-tól 1972-ig fejlesztették és a maga korában egyedülálló volt. Az adott válaszok minőségének javulását többek között ilyen technológiák tették lehetővé: Li-Ion akkumulátor, Lidar, szenzorfúziós becslések, Kálmán-szűrő eljárás, GPU hardver, deep learning.

Végezetül megismerkedhettünk két, a mai kor tudása szerinti válasszal a mobil robot építés kihívásaira. Egy űrben használható robottal, Robonaut 2-vel, ami éppen a nemzetközi űrállomáson tartózkodik, és egy víz alatt használható változattal, Aquanaut-tal.

Robotok megtekintése

Először a robotkarokkal dolgozó fejlesztők laborjában megismerkedtünk az LBR iiwa robotok programozásával, működésével. Placskó András fejlesztő és Schieder Gábor csapatvezető mutatta meg nekünk, milyen egyszerű is egy robotot Scratch-szerű felületen programozni. Tíz-tizenöt parancsból álló kis programmal a robotkar képes volt egy golflabdát megfogni, és egy másik pozícióba áthelyezni. Ehhez természetesen az kellett, hogy ezeket a magasszintű utasításokat előtte a mérnökök elkészítsék. Egy másik robotkaron pedig azt tudtuk kipróbálni, hogy milyen az, amikor az ember együttműködik a robotkarral. Az első bemutató program mozgatta a kart, közben pedig valaki a kezét a kar útjába tette. Alig érintette meg a kar az akadályt, azonnal megállt. Számomra meglepően kis erőket is pontosan tudott érzékelni a robotkar. Másodjára pedig kézzel szabadon mozgathattuk a robotkart és követte az iránymutatásunkat. Így lehetővé vált a „megmutatom a pozíciót”-szerű betanítás, nem csak a vezérlőn keresztüli „addig léptetem, amíg jó helyre nem kerül” fajta.

A robotkarok után továbbmentünk a mobilis robotok laborjába. Itt is két bemutatót nézhettünk meg Baji Bence csapatvezető és Fehér Ágoston csapatvezetők jóvoltából. Ezek a robotok kerekekkel rendelkeztek, így tudtak helyet változtatni. Az első robotra felszereltek egy LBR iiwa kart is, melynek kezében egy kartonlap volt. A kartonlap két felén pedig David Hasselhoff, amint egyszer boldog, egyszer pedig mérges. A robot programja szerint: ha David Hasselhoff jókedvű, akkor a robothoz legközelebbi személy elől megpróbál elmenekülni, ha pedig mérges, akkor a legközelebbi személyt üldözőbe veszi. A két állapot között pedig a robotkart ért külső nyomás váltott. David Hasselhoff mindig a célszemély felé nézett. A fejlesztők elmondták, hogy szerencsénk van, mert ezt a projektet eddig csak a KUKA-s fejlesztőcsapat látta, még nem mutatták be sehol a közönségnek. A program célja pedig az, hogy legyenek olyan látványos és egyszerű alkalmazások, melyeket kiállítások alkalmával be tudnak mutatni, így szemléltetve a robotok képességeit.

A második elkerített részben három „raktáros” robot dolgozott, alágurultak az áruval megrakott polcoknak, kicsit megemelték, és a hátukon vitték a kijelölt új pozícióba. A három robot mozgását egy központi raktár menedzser program koordinálta. A robotok önmaguktól csak arra voltak képesek, hogy a négyzetrácsosan felosztott térben egy téglalappal odébb menjenek, és annak pontosan a közepén megálljanak. A több robot ütközésmentes mozgatását a menedzser program irányította, ami teljesen a budapesti központ fejlesztése.

Számomra az volt a meglepetés, hogy több százszor, vagy ezerszer megemelt, mozgatott és letett polcok pontosan három centiméter távolságban voltak egymáshoz képest. Ilyen pontos pozícionáláshoz elegendő volt mindössze a robotok alján található egy darab kamera, és a padló virtuálisan téglalapokra osztott területén, minden téglalap közepén elhelyezkedő QR-kód-szerű matrica.

Pizza és kötetlen beszélgetés

Az utolsó napirendi pont, a pizza és a beszélgetés következett. Laboda Krisztián mellett találtam helyet, néhány további érdeklődővel együtt. Arról kérdeztük Krisztiánt, hogy milyen feltételei vannak, ha valaki a KUKA-hoz szeretne jönni dolgozni, milyen programozási nyelvet érdemes tudni, milyen tapasztalati szint elegendő egy sikeres felvételihez, hogyan zajlik náluk a felvételi eljárás. Ő azt válaszolta, hogy sokféle programnyelvvel dolgoznak, a C, C++, C#, Java nyelveket biztosan használják, de előfordul náluk a JavaScript, TypeScript is, sőt, néha a Python-ra is szükségük van. Tapasztalati szint szerint a juniortól egészen a csapatvezetőig keresnek munkatársakat, természetesen nem egyszerre mindenfélét, inkább szükség szerint. Egykörös interjúkat szoktak tartani.

Nagyon érdekes délutánt töltöttem el a KUKA Hungary Kft. rendezvényén, ahol látszott, hogy sok vendéget megfogott a téma és az ipari robotos világ. Ha valaki érdeklődne hasonló nyílt napok után, érdemes a KUKA Global oldalt követnie a facebookon, mert várható, hogy a cég félévente újabb fejlesztői délutánokat fog szervezni.

Kik vettek részt projektmunkában?

Projektmunka

ProjektmunkaHasonlítsuk össze a részlegeket fókuszálva arra, hogy az alkalmazottak mennyire vettek korábban részt projektmunkákban! Hányan igen és hányan nem? Van(nak) olyan részleg(ek), amelyik vezetője egyetlen alkalmazottat sem vont be projektmunkába? Van(nak) olyan részleg(ek), ahonnan mindenki csatlakozott? Vannak a feladatkiosztásban olyan aránytalanságok, amelyek kimutathatók és így a későbbiek során korrigálhatók? Készítsünk egy kimutatást arról, hogy részlegenként hány fő vett részt projektmunkában és mi a létszám! (Persze tudjuk, hogy nem minden munkakörből vonhatók be alkalmazottak.) Milyen projektjeink szoktak lenni? Van olyan részleg, ahol érdemes bővíteni a létszámot, esetleg átcsoportosítani oda erőforrást? Ezekre a kérdésekre keressük a választ.

Tervezés

Az Oracle HR sémában három tábla kapcsolódik a feladathoz: JOB_HISTORY, EMPLOYEES, DEPARTMENTS. A kapcsolatok fokszámai láthatók az alábbi ábrán. Egy részlegben több alkalmazott is lehet. Egy alkalmazott részt vehetett korábban több projektmunkában is.

Oracle HR séma

A DEPARTMENTS táblában található a részleg azonosítója ( DEPARTMENT_ID, kulcs) és neve ( DEPARTMENT_NAME). A többi adat most nem kell. 11 olyan részleg van, amihez tartozik alkalmazott.

A JOB_HISTORY tábla tárolja, hogy a már befejeződött projektekben ki ( EMPLOYEE_ID, külső kulcs) és melyik részlegből ( DEPARTMENT_ID, külső kulcs) vett részt. A dátumokat ( START_DATE, END_DATE) és a munkakör külső kulcsát ( JOB_ID) most nem használjuk. Minden projekt lezárt. 10 lezárt projekt van.

Az EMPLOYEES táblából szükséges az alkalmazott azonosítója ( EMPLOYEE_ID, kulcs), valamint részlegének azonosítója ( DEPARTMENT_ID, külső kulcs). A többi adatra most nincs szükség, de egy részletesebb – például név szerinti – kimutatáshoz már igen. 106 olyan alkalmazott van, akihez tartozik részleg (1-nek nincs).

Hozzunk létre négy oszlopból álló eredménytáblát: DEPARTMENT_ID, DEPARTMENT_NAME, COUNT_PROJECT_EMPLOYEES, COUNT_EMPLOYEES. Ennek áttekintésével választ kaphatunk a fenti kérdésekre.

1. megoldás

Induljunk ki abból, hogy a JOB_HISTORY táblában lévő DEPARTMENT_ID-hez hozzárendeljük a DEPARTMENTS táblából a DEPARTMENT_NAME-t. Ezekre csoportosítva könnyen aggregálható az adott részlegből projektmunkát végző alkalmazottak száma: COUNT_PROJECT_EMPLOYEES. Végül egy belső lekérdezés (összekapcsolva a JOB_HISTORY és az EMPLOYEES táblákat) megadja az adott részleg alkalmazotti létszámát. Az SQL lekérdezés:

SQL-megold1a

A részeredmény:

SQL-eredmeny1a

Ezután állítsuk elő a hiányzó adatokat! Tudjuk, hogy azokban a részlegekben, amelyek DEPARTMENT_ID-je nem szerepel a JOB_HISTORY táblában, de szerepel az EMPLOYEES táblában, azok léteznek, de nem „adtak” projektmunkára alkalmazottat (azaz COUNT_PROJECT_EMPLOYEES=0). Nevük és alkalmazottaik száma ugyanúgy megadható, ahogyan az előbb. Az SQL lekérdezés:

SQL-megold1b

A részeredmény:

SQL-eredmeny1b

A két részeredményt egyesíteni kell és egyben hasznos DEPARTMENT_NAME szerint növekvő sorrendbe rendezni az alábbi lekérdező paranccsal:

SQL-megold1c

Az eredmény:

SQL-eredmeny1c

2. megoldás

Kiindulhatunk abból is, hogy a DEPARTMENTS egy szótártábla, így közvetlenül hozzáférhető a DEPARTMENT_ID és a DEPARTMENT_NAME, de össze kell kapcsolni az EMPLOYEES táblával, hogy csak olyan részlegeket adjon vissza a lekérdezés, ahol van(nak) alkalmazott(ak). Az eredményhez szükséges további két oszlop könnyen aggregálható az adott részlegre vonatkozóan: a JOB_HISTORY táblában előforduló EMPLOYEE_ID-k száma adja a COUNT_PROJECT_EMPLOYEES-t (probléma nélkül tud 0 lenni) és az EMPLOYEES táblában előforduló EMPLOYEE_ID-k száma adja a COUNT_EMPLOYEES-t. A rendezés most is szükséges. Lényegesen tömörebb lekérdező parancsot kapunk:

SQL-megold2

Az eredményül kapott táblázat megegyezik az 1. megoldás eredményével.

A két megoldás teljesen különböző gondolatmenettel született. Mindkettőben vannak olyan elemek, amelyek – konkrét feladatból általánosítva – univerzálisan használhatók. Természetesen összehasonlítjuk a két megoldás végrehajtási tervét és részletesen elemezzük is.

A bejegyzéshez tartozó teljes forráskódot ILIAS e-learning tananyagban tesszük elérhetővé tanfolyamaink résztvevői számára.

A feladat a Java adatbázis-kezelő tanfolyam 9-12. óra: Oracle HR séma elemzése, 13-16. óra: Konzolos kliensalkalmazás fejlesztése JDBC alapon, 1. rész, 33-36. óra: Grafikus kliensalkalmazás fejlesztése JDBC alapon, 2. rész alkalomhoz kapcsolódik.

Az SQL forráskód formázásához a Free Online SQL Formatter-t használtam.