bakalářská práce

Modul pro zpracování dat IIoT

Text práce 3.38 MB

Autor práce: Bc. Tobiáš Frajka

Ak. rok: 2024/2025

Vedoucí: Ing. Jiří Hynek, Ph.D.

Oponent: Ing. Petr John

Abstrakt:

Práca sa venuje návrhu, implementácii a overeniu funkčnosti modulárneho systému na zber a spracovanie dát v rôznorodom prostredí priemyselného internetu vecí (IIoT) s ohľadom na koncepty myšlienky Industry 4.0. Cieľom práce je navrhnúť riešenie vhodné do produkčného prostredia a otestovať jeho funkčnosť. V úvodných kapitolách sú analyzované dostupné možnosti a využitie systémov na spracovanie dát a spôsoby komunikácie so zariadeniami v priemysle, vrátane štandardov ako OPC-UA a MQTT. Na základe analýzy požiadaviek bol navrhnutý modulárny systém postavený na architektúre mikroslužieb, kde každá služba beží v samostatnom Docker kontajneri. Implementácia systému zahŕňa vstupný modul pre zber dát, výstupný modul pre komunikáciu s externými službami, časovú databázu TimescaleDB pre efektívne ukladanie dát a webovú aplikáciu pre správu a monitorovanie. Technologicky je systém postavený na moderných nástrojoch – .NET 8 pre backend, Next.js s TypeScriptom pre frontend a gRPC pre komunikáciu medzi modulmi. Funkčnosť systému bola overená v spolupráci so spoločnosťou AGEsoft s.r.o., ktorá poskytla možnosti testovania v simulovanom prostredí. Výsledkom práce je plne funkčný, modulárny a škálovateľný systém pripravený na nasadenie v reálnych priemyselných prevádzkach.

Klíčová slova:

Internet vecí, Priemyselný internet vecí, Priemysel 4.0, MQTT, OPC-UA, Modulárnosť, Mikroslužby, IoT

Termín obhajoby

16.06.2025

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm A.

Otázky k obhajobě

  1. Řešení, které jste navrhl, implementuje v rámci OPC UA komunikace pouze klienta (servery představují samotné stroje). Jak byste upravil architekturu řešení, aby umožnilo paralelní připojení k více OPC UA serverům současně?
  2. Jak byste upravil návrh systému, aby bylo možné nasadit pouze potřebné adaptéry a zajistit, že nepoužité nebudou součástí finální podoby aplikace?
  3. Proč jste použil vámi zvolený databázový systém?
  4. Jaké jsou hlavní přínosy vašeho řešení?

Jazyk práce

slovenština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Informační technologie (BIT)

Složení komise

doc. Dr. Ing. Dušan Kolář (předseda)
Ing. Libor Polčák, Ph.D. (člen)
doc. Dr. Ing. Otto Fučík (člen)
Ing. František Grézl, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Goldmann, Ph.D. (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Jiří Hynek, Ph.D.

Student vytvořil kvalitní bakalářskou práci, jejíž výstupy jsou aplikovatelné v praxi a prezentovány na studentské konferenci. Navrhuji hodnocení stupněm A.

Kritérium hodnocení Slovní hodnocení
Informace k zadání

Práce vznikla ve spolupráci s firmou AGEsoft s.r.o. Cílem práce bylo implementovat modulární systém pro sběr a zpracování dat v prostředí průmyslového internetu vecí (IIoT). Student prostudoval C#/.NET pro serverovou část, TypeScript/Next.js pro klientskou část, TimescaleDB pro uchování časových řad nebo knihovnu gRPC pro komunikaci mezi moduly. Dále například protokoly MQTT a OPC UA, pro které implementoval adaptéry. Zadání hodnotím jako obtížné.

Práce s literaturou

Student si aktivně dohledával literaturu týkající se zejména oblasti průmyslového internetu věcí (IIoT) a přidružených technologií.

Aktivita během řešení, konzultace, komunikace

Student pracoval samostatně a konzultace vyžadoval spíše méně. Řešení bylo primárně konzultováno ve firmě AGEsoft s.r.o.

Aktivita při dokončování

Práce byla dokončena v předstihu a mohla být konzultována.

Publikační činnost, ocenění

Student své řešení publikoval v rámci studentské konference Excel@FIT 2025.

Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 95

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
Ing. Petr John

Pan Frajka vytvořil velmi zdařilé řešení, jenž je schopné získávat a ukládat data ze strojů používaných ve společnosti AGEsoft s.r.o., která jej plánuje nasadit. Zatímco technická zpráva obsahuje menší nedostatky, samotné řešení bakalářské práce je velmi kvalitní a profesionální. Zdůraznit musím také schopnost pana Frajky aktivně navrhovat další možnosti rozšíření, jejich výhody a nevýhody, při demonstraci svého řešení. Toto svědčí o jeho orientaci v oblasti IIoT. Z těchto důvodů navrhuji hodnocení stupněm A.

Kritérium hodnocení Slovní hodnocení Body
Náročnost zadání

Stupeň hodnocení: obtížnější zadání

Bakalářská práce se zaměřila na vývoj řešení pro sběr a ukládání dat z průmyslových PLC ve společnosti AGEsoft s.r.o., s důrazem na podporu různých komunikačních protokolů. Zadání považuji za technicky náročné, a to zejména kvůli požadavku na flexibilitu komunikace.

Prezentační úroveň technické zprávy

Bakalářská práce má obvyklou strukturu. První dvě kapitoly poskytují teoretickou rešerši oblasti internetu věcí v průmyslu a problematiku přenosu a sběru dat, včetně existujících technologií. Obě části jsou dostatečně podrobné a vhodně popisují tématiku. Poté student analyzuje aktuální řešení a požadavky společnosti AGEsoft s.r.o. na výsledné řešení. V kapitole návrh student přímočaře popisuje plánované řešení, včetně způsobů nasazení a použitých technologií. Kapitola implementace je dobrá, ale obsahuje velmi časté a opakující se výčty. Místy opakuje i obsah předchozích kapitol, a to hlavně v případě použitých technologií. Dále student popisuje testování vytvořeného řešení. Zde zmiňuje, že k výkonnostnímu testování, které je jednou z částí odpovídajícího bodu zadání, došlo ve společnosti AGEsoft s.r.o., ale neposkytuje žádné naměřené výsledky, ani bližší informace. Bakalářskou práci zakončuje adekvátní kapitola závěr.

80
Formální úprava technické zprávy

Text obsahuje menší typografické nedostatky, jako například osamocené věty v odstavcích a chybějící reference. 

80
Realizační výstup

Realizační výstup působí velmi kvalitním dojmem. Student vytvořil propracované řešení, které je schopné efektivně získávat data od zařízení ve společnosti AGEsoft s.r.o. pomocí dynamicky specifikovaletných adaptérů. Celá architektura je navržená pomocí mikroslužeb, což značně zjednodušuje budoucí vývoj a údržbu. Student dále zvolil aktuální technologie (Docker, .NET, gRPC a TimeScaleDB). Takto navržené řešení má z mého pohledu potenciál pro další využití ve společnosti a student je schopen sám navrhovat možná rozšíření, díky kterým by bylo možné použít jeho nástroj i v jiných společnostech.

98
Využitelnost výsledků

Technická zpráva zmiňuje nasazení řešení do praxe, vzhledem ke kvalitě zpracování o jeho realizovatelnosti nepochybuji.

Rozsah splnění požadavků zadání

Stupeň hodnocení: zadání splněno s drobnými výhradami

Zadání bylo splněno s malou odchylkou. Technická zpráva neobsahuje informace o výkonnostním testování, které podle ní proběhlo ve společnosti AGEsoft s.r.o., ale v odpovídající sekci chybí. Kvůli rozsahu a kvalitě zpracování nepovažuji tento fakt za závažný z pohledu hodnocení práce.

Rozsah technické zprávy

Stupeň hodnocení: je v obvyklém rozmezí

Práce je v typickém rozsahu pro bakalářskou práci.

Práce s literaturou

Student cituje 42 zdrojů, které se skládají převážně z vědeckých článků a knižních publikací. Zvolené zdroje vhodně pokrývají popisovanou problematiku.

95
Otázky k obhajobě:
  1. Řešení, které jste navrhl, implementuje v rámci OPC UA komunikace pouze klienta (servery představují samotné stroje). Jak byste upravil architekturu řešení, aby umožnilo paralelní připojení k více OPC UA serverům současně?
  2. Jak byste upravil návrh systému, aby bylo možné nasadit pouze potřebné adaptéry a zajistit, že nepoužité nebudou součástí finální podoby aplikace?
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 95

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová