1. výzkumný tým “Aplikace inženýrské informatiky”
Výzkumný program „Aplikace inženýrské informatiky“ zahrnuje 4 dílčí výzkumné směry: Grid Computing a aplikace metod umělé inteligence, Inteligentní výrobní systémy, Inteligentní budovy a Embedded systémy. Jejich společným jmenovatelem je využívání inteligentních informačních technologií a jejich implementace u tzv. inteligentních systémů. Výzkum bude probíhat jednak v oblasti informatiky samotné, významným charakteristickým rysem bude ale také úzká spolupráce s ostatními výzkumnými programy. Kromě vlastních komerčních výstupů bude tento dílčí výzkumný směr zajišťovat datovou, softwarovou a informační podporu pro ostatní výzkumné programy s důrazem na oblast automatizace a embedded systémů pro technologická zařízení výrobních systémů v oblasti alternativních zdrojů energie. Program se dále zaměří na aplikaci metod umělé inteligence pro zvýšení účinnosti systémů ve výzkumném programu Bezpečnostní výzkum a matematického modelování technologických procesů a zařízení. Deklarované cíle jsou směřovány k posílení stávajících a rozvíjení nových kontaktů s průmyslovou sférou, zvýšení úrovně doktorských a magisterských studijních oborů na Fakultě aplikované informatiky a inovacím ve studijních plánech pro všechny stupně studia.
Grid Computing a aplikace umělé inteligence
Aktivity výzkumného centra v této části budou zaměřeny na použití metod grid computingu, cloud computingu a vybraných metod z oblasti umělé inteligence na řešení složitých problémů, které naleznou uplatnění v praxi. V rámci nastíněných aktivit se počítá s využitím metod jako jsou neuronové sítě, genetické algoritmy, optimalizace, aplikace deterministického chaosu na bezpečný a šifrovaný přenos informace, využití paralelního computingu k řešení časově náročných úloh, vývoj a rozvoj moderních simulačních systémů, statistické zpracování dat a modelování složitých procesů, které jsou obtížně „podchytitelné“ klasickou matematikou.
Budou vytvářeny nové softwarové aplikace pro optimalizaci složitých problémů na bázi evolučních výpočetních technik. Důraz bude kladen zejména na oblast problémů rozvrhování proudové výroby, plánování atd. Hlavní směr bude zaměřen do oblasti náročných optimalizací a modelování komplexních procesů industriálně-ekonomického charakteru. Význam metod umožňujících nalezení optimálního či suboptimálního řešení složitého problému v reálném čase nabývá s rostoucí komplexitou problémů na významu. Náročnost dosažení výsledku je dána vzájemně se podmiňujícími atributy, jako jsou čas nutný k nalezení řešení a množství variant vedoucích k řešení (Pareto optimální).
Výrobní systémy
V současné době se výrazně mění podmínky na trhu pro výrobní podniky. Trh se stal globálním, velmi konkurenčním a dynamickým. To přináší pro výrobce nutnost dosahovat v celém výrobním procesu vysoké pružnosti, což se projevuje jak v oblasti řízení materiálového toku, tak i v oblasti řízení informačního toku. Zdá se, že jedinou cestou je vývoj a implementace nových konceptů a paradigmat pro výrobní procesy. Jak plyne z některých úspěšných aplikací ve světě – bohužel většinou od největších konkurentů evropských firem (např. fy Toyota), velmi efektivní směr je cesta k výrobním systémům, kde se využívá distribuované „řídicí inteligence“ na rozdíl od dřívějších konceptů s centralizovanou „řídicí inteligencí“. Takové systémy je možno označit jako Inteligentní výrobní systémy a jejich výzkumu a implementaci je věnována velká pozornost.
Nedílnou součástí nových přístupů k řízení výrobních systémů je rozvoj řešení problematiky z oblasti teorie automatického řízení. V této oblasti se výzkumné práce pracoviště v posledních letech zaměřují jednak do oblasti samočinně se seřizujících regulátorů pro jednoparametrové i víceparametrové regulační obvody, dále do oblasti robustnosti řídicích systémů celočíselného a neceločíselného řádu v podmínkách neurčitosti a v neposlední řadě do oblasti uplatňování algebraických a spektrální přístupů při analýze a syntéze systémů se zpožděním. Samozřejmými aktivitami jsou pak realizace diskrétních algoritmů pro konkrétní řešené případy, včetně jejich implementace na všechny vhodné typy výpočetní techniky v podmínkách reálného času, a to v souladu s navazující oblastí „Embedded systémy“.
Základním předpokladem využívání nových konceptů IVS je nový přístup ke zpracování dat a informací ve výrobním systému. Je nutno navrhnout, zpracovat a implementovat komplexní datové modely výrobního systému a pro získávání informací z nich pak použít inteligentních metod pro zpracování dat v nich uložených. Budou analyzovány nové koncepty a paradigma prosazující se v současných výrobních systémech – holonické výrobní systémy, bionické výrobní systémy, fraktální výrobní systémy atd. Na základě této analýzy bude vybrán koncept vhodný pro implementaci v podmínkách českého průmyslového prostředí.
Inteligentní budovy
Mezi základní technologie Inteligentních budov patří technologie a zařízení techniky prostředí, zabezpečovací systém a transportní systémy. I přes dosažený pokrok, jsou návrhy technologických systémů budov poplatné tradicím a neumožňují plné uplatnění všech dosažených technických možností. Především návrhy subsystémů jsou statické, vycházejí ze zkušeností minulých technických generací a nevyužívají možnosti současné techniky (zejména počítačové a komunikační) pro dosažení optimálního řešení pro danou budovu. Optimálním řešením je zde myšlena minimalizace spotřeby energií při minimalizaci investičních a provozních nákladů po dobu života zařízení při dodržení požadovaných parametrů vnitřního prostředí. Optimalizace vyžaduje při vlastním návrhu vycházet nejenom ze stacionárních parametrů budov, ale zahrnout i nestacionární okrajové a uživatelské podmínky. Návrh budovy, technologických systémů a její řízení vyžadují systémový přístup, kdy je nutno veškeré komponenty posuzovat jako celek, který má optimálně reagovat na poruchové veličiny jako např. vnější klimatické podmínky, proměnlivou vnitřní zátěž a proměnlivé podmínky využívání budovy. Problematika optimalizace návrhu systému techniky prostředí a jeho inteligentní řízení se jeví jako zásadní.
Embedded systémy
Zvyšující se hustota integrace číslicových integrovaných obvodů vyvolala na konci devadesátých let minulého století potřebu vyplnit mezeru na trhu číslicových obvodů. Byl požadován rozvoj nových typů integrovaných obvodů, které by splňovaly požadavky zákazníků a poskytovaly výhody účelově zapojených číslicových systémů. K existujícím programovatelným obvodům mikroprocesorů, jejichž architektura byla založena na plně universálním uspořádání jádra číslicového počítače, vyvstala potřeba použití obvodů s účelovým zapojením, které by splňovaly potřeby zákazníkem definovaného systému. Důvodem byla požadovaná rychlost odezvy, nižší příkon a vyšší spolehlivost takového systému. Velmi vysoká integrace číslicových obvodů nabízela již tehdy vyšší spolehlivost, která byla dosahována díky možnosti vytváření číslicových obvodů a systémů na jedné křemíkové podložce integrovaného obvodu. Tím jsou omezovány vlivy vnějších zdrojů rušení, které pocházejí z napájecích zdrojů a ze zdrojů průmyslového rušení, ovlivňujících daný elektronický systém prostřednictvím elektrické indukce u dlouhých souběžně vedených signálních vodičů i rušivých vlivů působených parazitními kapacitami v obvodech. Způsob uspořádání takového integrovaného obvodu musel poskytovat univerzálně použitelné stavební jednotky, jimiž jsou u číslicových systémů (nejčastěji) hradla. Jejich uspořádání umožňuje libovolné propojení a tím dává návrháři možnost vytvářet zákazníkem požadovaný systém. Zároveň ale přináší potřebu ověřování navrženého zapojení předem pomocí simulace.