Európa v porovnaní so zvyškom sveta začína zaostávať v priemyselnej výrobe. Predovšetkým rýchlo sa rozvíjajúce ekonomiky východnej Ázie začínajú bežne nahrádzať manuálnu prácu prácou automatizovanou. Tým sa zvyšuje nielen kvantita, ale aj kvalita výroby v týchto krajinách. Keď sa pozrieme na priemyselnú výrobu a demografický vývoj v EÚ, je zrejmé, že v štandardnom trhovom prostredí nemôžeme napríklad Číne konkurovať.
Čo sa s tým dá robiť? Jediná oblasť, v ktorej EÚ môže byť konkurencieschopná a ktorá jej môže dať výhodu, je vývoj nových technológií. Tie by mali zabezpečiť takú výrobu, ktorá bude pružnejšia, rýchlejšia a kvalitnejšia. Toto si uvedomili predovšetkým v Nemecku, kde v priebehu rokov 2011 až 2013 vznikol ucelený koncept Industrie 4.0 (alias štvrtá priemyselná revolúcia). Inak povedané, výkonnosť priemyslu možno zabezpečiť len inteligentnými výrobnými konceptmi.
Štvrtá priemyselná revolúcia (Industrie 4.0)
Samotný pojem „Štvrtá priemyselná revolúcia“ je dosť nejasný. Dôvodov je viacero. Predovšetkým ide prvýkrát v histórii o pomenovanie priemyselnej revolúcie, ktorá ešte nenastala, ešte len prichádza. To dáva vedcom a priemyselným výrobcom unikátnu možnosť túto revolúciu formovať. Iným dôvodom je, že zatiaľ nikto presne nepomenoval, čo má byť na tejto revolúcii revolučného. Mnoho vedcov sa prikláňa k názoru, že správnejšie je hovoriť o evolúcii. Technológie jednoducho dospeli do takého štádia vývoja, že v spoločnej symbióze predstavujú akúsi pomyselnú líniu veľmi inteligentnej a integrovanej výroby. Zatiaľ nemožno hovoriť o nejakom prevratnom objave (ako bol napríklad parný stroj alebo priemyselný robot), ktorý by od základov zmenil princípy výroby.
Podľa princípov Industrie 4.0 sa teraz v prvej fáze zdigitalizuje celá výroba, odsimulujú sa rôzne javy vo výrobe, analyzujú sa nedostatky a pod. Tým dochádza k významnému šetreniu nákladov, ktoré sa zvyšujú predovšetkým pri nutnosti prerábať reálnu výrobu vzhľadom na bežne vyskytujúce sa nedostatky. Tento koncept sa nazýva Virtual Comissioning, t. j. virtuálny nábeh, ktorý je súčasťou širšieho konceptu Digitálna fabrika. Tieto technológie boli podmienené predovšetkým vznikom pomerne presných modelov rôznych výrobných zariadení a dostupného veľkého výpočtového výkonu. V spojení s unikátnymi softvérovými nástrojmi (predovšetkým nástroje Tecnomatix a Delmia) je možné naplánovať výrobu, jej rozmiestnenie, mechanické a elektrické plánovanie alebo kinematickú simuláciu do najmenších detailov. Reálne uvedenie do prevádzky je tak skrátené o 15 – 20 %, z toho najvýznamnejšiu časť tvorí odskúšanie a odstránenie chýb z elektrických a kontrolných systémov a chyby v naprogramovaní.
K takejto digitalizovanej výrobe (v Industrie 4.0 označovanej aj ako simulácia) treba pridať ešte tieto kľúčové technológie: horizontálna a vertikálna systémová integrácia, internet vecí (IoT – Internet of Things, prípadne The Industrial Internet of Things), kybernetická bezpečnosť, cloudové technológie, aditívna výroba, rozšírená realita, big data a analýza a roboty. Tieto, v spoločnej symbióze, predstavujú naozaj inteligentnú a integrovanú výrobu. Mnohé z týchto prvkov sa objavovali už v dobe nedávno minulej, v princípoch pružných výrobných systémov, tzv. PVS (v angl. FMS – Flexible Manufacturing System). A tu je opäť vidieť, že ide naozaj len o evolúciu a Európa získala pod pojmom Industrie 4.0 len slogan, pod ktorým znova naštartuje a oživí svoju priemyselnú výrobu. V súčasnosti sa už v EÚ hovorí aj o akejsi reindustrializácii (viď. konferencia ReInEU 2016). Pozrime sa však na jednotlivé kľúčové prvky.
Horizontálna a vertikálna integrácia
Horizontálna a vertikálna integrácia predstavuje prepojenie celej výroby nielen v zmysle vytvorenia kompaktných
funkčných entít, ale aj v zmysle prepojenia toku dát medzi týmito entitami. Cieľom tejto integrácie je zabezpečiť decentralizované a maximálne kvalifikované rozhodnutia každého stroja a výrobných celkov, ktoré povedú k celkovej optimalizácii výroby. Je zrejmé, že takéto prepojenie vytvorí obrovské množstvo dát, ktoré je z výroby zozbierané a tie treba aj analyzovať (big data). Analýza, riadenie, ako aj iné podporné funkcie výroby si v súčasnosti vyžadujú veľký výpočtový výkon, preto sa čoraz viac uplatňujú cloudové technológie. Následne je samozrejme treba riešiť kyber bezpečnosť, keďže žiaden výrobca nechce, aby konkurencia odhalila citlivé údaje z výroby, prípadne mu celkovo výrobu zastavila. Tým, že sú všetky zariadenia vo výrobe prepojené jednotnou komunikačnou diaľnicou (Internet vecí – IoT), odpadá komunikačný problém vznikajúci implementáciou rôznych zariadení od rôznych výrobcov.
Rozšírená realita
O rozšírenej realite v dnešnej dobe asi netreba príliš rozprávať. Tento fenomén je vidieť predovšetkým pri hre Pokemon GO, ktorá zasiahla celý svet. Predstavme si, že v automobilke sa ráno inžinier prejde so svojim tabletom po výrobnej hale. V tablete má nahraný celý digitálny model výroby s údajmi z reálnej výroby z posledného roka. Systém mu automaticky analyzuje kritické miesta výroby. Nech je to v dnešný deň robotická bunka, ktorá kontroluje kvalitu laku automobilu. Včera nejaký výrobca dodal na trh nový robot s novým výkonnejším laserovým skenerom a samozrejme k tomu poskytol aj digitálny model. Inžinier v automobilke využije prvky rozšírenej reality. Tabletom nasníma kritickú robotickú bunku a v digitálnom prostredí odskúša nový robot. V prípade, že simulácia dopadne dobre, objedná ho priamo zo svojho tabletu na pár ťuknutí na obrazovku.
Aditívna výroba
Zostávajú už len dve esenciálne kľúčové technológie. Za pojmom aditívna výroba sa skrývajú predovšetkým 3D tlačiarne. Táto technológia zaznamenala nebývalý rozkvet aj predovšetkým vďaka hobby využitiu v domácnostiach. Dnes je už vývoj a výskum na univerzitách a výskumných pracoviskách bez týchto zariadení nepredstaviteľný. 3D tlač je aktuálne asi najefektívnejším nástrojom rýchleho prototypovania. So zvyšujúcou sa kvalitou tejto technológie sú postupne vytlačované CNC obrábacie zariadenia. Masívnemu nasadeniu 3D tlačiarní do výroby bráni predovšetkým cena samotných tlačiarní (tých profesionálnych) a čas výroby. Avšak už teraz možno hovoriť o perzonalizovanej výrobe predovšetkým v automobilovom priemysle. Existujú už automobilky, ktoré Vám umožnia si niektoré časti kapoty automobilu navrhnúť z pohodlia domova. Tieto vaše modely potom posunú do 3D tlačiarní a vám sa do rúk dostane unikátna kópia automobilu, ktorý ste si sami navrhli. Začína to autami, predstavte si všetky elektronické zariadenia – chladničky, práčky a pod. Ráno si ich nakreslíte, poobede ich budete mať dodané.
Robot
Najpružnejším prvkom celého konceptu Industrie 4.0 je robot. V súčasnosti je to prvok, ktorý zbiera najviac informácii z celého výrobného systému, pracuje s nimi a predáva ich do nadradeného informačného systému. Okrem týchto vlastností sa samozrejme podieľa na samotných výrobných procesoch. Priemysel zaznamenal do týchto dní tri vlny robotiky. Prvá vlna predstavovala klasickú priemyselnú robotiku. Ide o roboty, ktoré všetci poznáme – veľké robotické ruky uzavreté v bezpečnostných klietkach. Druhá a tretia vlna aktuálne zaznamenávajú veľký a prudký rozvoj. Ide o poddajné roboty a robotické manipulátory.
Poddajné roboty nazývané aj co-workery (t.j. spolupracovníci) sú ramená ľahkej konštrukcie, ktoré umožňujú priamo spoluprácu s človekom. Áno, roboty sa dostávajú von z klietok a už teraz umožňujú spoločnú montáž s človekom. Výhoda takéhoto riešenia je, že robot dokáže neustále opakovať rovnakú činnosť bez únavy, avšak človek dokáže využiť svoju kreativitu pri nečakaných situáciách. Ako hovoria Angličania, ide o situáciu win-win. Zatiaľ poslednou vlnou sú mobilné manipulátory, ktoré takýmto robotickým rukám umožnia voľný pohyb v priestore. Tým je značne zvýšená efektivita týchto zariadení. V súčasnosti štandardný priemyselný robot 10 % času vykonáva svoju činnosť, zvyšok len nečinne stojí. A práve voľným pohybom v prostredí mu je umožnené vykonávať svoju činnosť na viacerých miestach a tým sa zvyšuje aj efektivita takéhoto zariadenia. Samozrejme, že to obnáša celý rad problémov, ktorý treba riešiť. Nie je žiaden špás riadiť stokilový podvozok a na ňom ďalšie desiatky kíl v podobe robotických rúk.
Niektorí vedci predpokladajú aj štvrtú vlnu robotov v priemysle, ktorú by mali predstavovať drony. Tie budú využívané buď ako efektívne inšpekčné prostriedky alebo univerzálne dopravné systémy. Niektorí vedci zachádzajú ešte ďalej a predpovedajú vytvorenie plnohodnotného humanoidného robota – pracovníka. Keď sa pozrieme na poddajné ruky a mobilné manipulátory, skutočne k tomu už nie je ďaleko. Takýto robot by už mohol byť naozaj plnohodnotným pracovníkom vo výrobe, ktorý nahradí človeka pri ľubovoľnej nudnej, opakujúcej alebo nebezpečnej činnosti. Bude stačiť mu dať príkaz svojim hlasom: „Dnes vyrábaj motory …“
Napriek tomu, že je robot kľúčovým výrobným prvkom Industrie 4.0, človek nie je úplne vylúčený z výroby. Človek je v koncepte Industrie 4.0 hlavným nositeľom aktivít. Robot predstavuje len jeho pomocníka a služobníka. Tým je práca ľudí efektívnejšia, menej namáhavá a sústreďuje sa na samotný výsledok. Nezostáva už nič iné, len sa dobre pripraviť na koncept Industrie 4.0. Bude Slovensko konkurencieschopné?
Autor: doc. Ing. František Duchoň, PhD. Národné centrum robotiky (pod hlavičkou Fakulty elektrotechniky a informatiky, Slovenskej technickej univerzity v Bratislave)
Redigovala: Mária Izakovičová NCP VaT pri CVTI SR
www.nacero.sk (Obr. 2, 4, 5)
Pixabay.com (Obr.1, 3)
Uverejnila: ZVČ