Praktický pohled na současný stav automatizace a digitalizace

Praktický pohled na současný stav automatizace a digitalizace

Žijeme v době, která se z pohledu automatizační techniky nijak významně neliší od dob předchozích. Vývoj, zejména v oblasti elektrotechniky a elektroniky, se nedá zastavit, ba naopak se ještě zrychluje. Je jedno, jestli probíhající změny nazveme revolucí nebo zrychlenou evolucí, nové technologie, koncepce, myšlenky, trendy tady jsou a budou i nadále. Důležité je, jak a do jaké míry jsme schopni využít technologie, které nám současný trh nabízí. A ještě důležitější je, zda vynaložené úsilí a náklady přinesou očekávaný efekt a v požadovaném čase. Nejdříve se však trochu pozastavme u analýzy toho, co se kolem nás děje, a ujasněme si pojmy, které nás stále více zasahují.


Poznámka redakce:
 Příspěvek je praktickým osobním zamyšlením nad současným vývojem moderních technologií v oblasti automatizace, digitalizace a robotizace. Zajímavým faktorem je autorovo celoživotní profesní zaměření v oblasti metalurgického průmyslu. Lze i těžký průmysl v ČR směrovat ke stejnému dynamickému vývoji jako jiné tradiční segmenty v čele s automotive či potravinářstvím?

Automatizace nebo spíše rozvoj automatizace či nasazování vyšších stupňů automatizace jsou snad ta nejlepší označení charakterizující nové trendy vývoje a zdokonalování technologií, a to nejen v průmyslové výrobě. S automaty se setkáváme denně v různých oblastech lidské činnosti, od automatů na kávu přes autopiloty až po automatické výrobní linky nebo automatické výrobní agregáty. To, že něco jde automaticky nebo se někde používá automat, není nijak nová záležitost. Třeba hrací automaty už fungují hodně let. Nový je ale přístup k automatům, automatizaci a jejím možnostem. V současné době již mnohá automatizovaná pracoviště nevyžadují obsluhu, ale téměř vždy je nutný dohled či dozor. A právě absence obsluhy může mít i negativní efekt.
Automatizace označuje použití samočinných řídicích systémů k řízení technologických zařízení a procesů. Z pohledu industrializace jde o krok následující po mechanizaci. Zatímco mechanizace poskytuje lidem k práci zařízení, které jim usnadňuje práci, automatizace snižuje potřebu přítomnosti člověka při vykonávání určité činnosti. Při splnění ideálního předpokladu (tzv. komplexní automatizace) by teoreticky mohlo dojít až k vyřazení člověka z příslušného výrobního procesu. V praxi se jeví tato možnost jako neuskutečnitelná. Moderní pojetí výrobní automatizace staví člověka a automatizační techniku do role partnerů. Automatizační technika pomáhá lidem udržovat technologické procesy efektivní a bezpečné. (Wikipedie)
V průmyslové výrobě jsou technologie, kde má automatický režim i varianty poloautomat nebo ruční režim. Pokud to okolnosti vyžadují a je nutno vypnout automatický režim, pak po čase zaměstnanci „zapomenou“, jak se v jiných režimech pracuje. Ale na druhé straně je mnohdy poloautomat nebo ruční režim rychlejší, zejména u zručných pracovníků. Proč tomu tak je? Odpověď je jednoduchá – absence dokonalého strojového vidění. Náhrada lidského oka a úsudku je zatím v plenkách. Automaty vykonávají jen takové činnosti, jaké jim naprogramujeme. Dalším limitujícím faktorem jsou čidla. Doposud používaná digitální čidla totiž limitují rychlost reakce systému. Automat musí na informace od čidel „čekat“. Vyšší automatizace mající mnoho podob musí jít a také jde ruku v ruce s mechanizací, kterou prezentují robotická ramena, manipulátory atd. Toto propojení je v současné době neodmyslitelnou součástí dalšího rozvoje automatizace.  

Robotizace je poněkud zavádějící označení určitého výseku automatizace, ale také zmiňované mechanizace. Pojmem robot je označováno mnoho zařízení z různých oblastí života (kuchyňský robot, robotická sekačka aj.), která často ani nemají vlastnosti robota v pravém slova smyslu. Za robota v tom skutečném pojetí můžeme považovat stroj podobný člověku mající ruce, nohy, tělo a hlavu. Robot je stroj pracující s určitou mírou samostatnosti a vykonávající určené úkoly, a to předepsaným způsobem a při různých mírách potřeby interakce s okolním světem a se zadavatelem: Robot je schopen své okolí vnímat pomocí senzorů, reagovat na něj, zasahovat do něj, případně si o něm vytvářet vlastní představu, model. Vnímáním světa nejenže může poznávat svět samotný, ale může také vyhodnocovat svůj vliv na něj a využívat tak zpětnou vazbu. Robot je fyzickou realizací obecnějšího pojmu agent. (Wikipedie)
Takže k nasazování skutečných robotů v průmyslu máme zatím ještě dost daleko. Nasazování robotů v dnešním pojetí znamená většinou jen aplikaci robotického ramena, které má několik stupňů volnosti a ponejvíce plní funkci manipulátoru, tzn. vykonává nenáročné (naprogramované) pohyby. Navíc musíme takový manipulátor stále ještě obsloužit, musíme mu materiál, se kterým pracuje, přisunout a poté odsunout. Nejvíce ramen s různými funkcemi je nasazováno v automobilovém průmyslu, v ostatních odvětvích plní téměř výhradně funkci manipulátoru. Ale jako robot nebo robotické pracoviště můžeme stejně tak dobře označit jakoukoli automatizovanou výrobní linku, válcovnu nebo hutní zařízení na plynulé odlévání, rozdružovač výrobků, bezobslužný lis nebo automatickou brusku. Takovýchto zařízení, která vznikla už před několika lety, je spousta a neustále jich přibývá. Zkrátka o robotech můžeme v plném slova smyslu mluvit, pokud je zkompletujeme, rozpohybujeme a dáme jim „oči“, případně další smyslová čidla. Ano, největším omezením nasazování skutečně všestranných robotů je nedokonalé vidění.

Strojové vidění neboli analýza a zpracování obrazu snímaného kamerami nebo jiným skenovacím zařízením je funkce, která se hodně vyvíjí a je schopna posunou automatizaci o velký kus dopředu. Dosavadní kamerové systémy jsou nedokonalé a zranitelné. Nedají se použít na každý druh materiálu, vadí jim nedostatečné světlo nebo naopak rušivé okolní světlo. Lidské oko, jeho adaptabilitu na okolí a spojení s mozkem, který analyzuje aktuální dění a vytváří představy o změnách, ale i o tom, co nemůže nastat, není zatím možno nahradit. Aktuálně se používají různé systémy – čidla, kamery, lasery, ale ty jsou schopny pracovat jen v omezených a přesně definovaných podmínkách.

Digitalizace jako pokračování nebo spíše opak „analogizace“ je rovněž pojem, který má řadu významů (digitalizace TV vysílání) a s automatizací velmi úzce souvisí. Digitalizaci můžeme označit také jako kvantifikaci (rozkouskování) a v této souvislosti jdeme tak trochu sami proti sobě. Svět kolem nás je totiž analogový (naštěstí) neboli spojitý, chcete-li plynulý. Jeden z nejtriviálnějších důkazů kvantifikace je čas. Chceme si jej podmanit, rozkouskovali jsme jej (digitalizovali) na hodiny, minuty, sekundy a on stejně běží plynule, nezávisle na nás. To, že něco rozdělíme na úseky, je jen záležitost, která nám v některých oblastech možná usnadňuje život, ale v mnoha případech spíše komplikuje, a tak se raději a často vracíme k spojitým dějům. Jedním z odvětví automatizace, ve kterém se to do značné míry projevuje, je měření různých veličin. Například limitní měření hladiny oleje v hydraulickém agregátu může být hodně zavádějící. Mezi dvěma limitami může totiž dojít k úniku oleje a havárii, aniž o tom budeme vědět. Je to příklad jednoduchý, ale hodně vypovídající. Digitalizace může být zavádějící a zkreslovat reálný svět. Digitální svět je chladný a smutný, ale z pohledu automatizace mnohem jednodušší na zvládnutí. Naopak digitalizace z pohledu komunikace a přenášených dat znamená skutečný průlom v rozvoji automatizace… a nejen tam. Stejně to vypadá v oblasti telekomunikací a dalších bezdrátových přenosů (třeba TV vysílání).
Digitalizace výroby je pak poněkud zvláštní pojem, který by mohl vést k představě „rozkouskování výroby“, ačkoli my chceme naopak výrobu plynulou. Ale v tomto případě jde o něco jiného. Přenosy dat a jejich zpracování je základem informačních systémů, bez nichž se současné pokročilé technologie neobejdou. Digitalizace komunikace v sítích je jedno z nejtrefnějších definování toho, co digitální výroba vůbec znamená. Digitální transformace je pak samotný proces přechodu k digitalizaci, bez níž se žádná továrna do budoucna neobejde. Ani populární encyklopedie Wikipedie nemá pro slovo digitalizace jednoznačnou definici.

Servis a údržba. Další důležitou záležitostí je fakt, že vysoká automatizace si žádá kvalitní servisní zázemí. Čím větší stupeň automatizace, tím větší nároky na kvalifikaci a kvantifikaci servisu a údržby, to je všeobecně známo. Co tedy automatizované pracoviště z pohledu údržby vyžaduje: 

- vysoce kvalifikovanou a adaptabilní osobnost;
- záskokové systémy (dublování), zejména pak u nepřetržitých provozů;
- selfdiagnostiku a selfservis;
- prediktivní a proaktivní údržbu;
- stroje (roboty) udržující stroje (roboty).

Největším nepřítelem výroby je prostoj. Jak zajistit, aby se v automatizované (digitální) továrně „bez lidí“ neboli s lidmi v pozadí prostoje minimalizovaly? To je opravdu otázka budoucnosti, už jenom vzhledem k tomu, že tyto profese specialistů zatím nedovedeme ani definovat. Ale o tom by mohl být další článek.

Investice do nových automatizací, ať už se jedná o robotizaci, mechanizaci nebo digitalizaci, je nezbytná. Podmínky v různých odvětvích průmyslu jsou však hodně odlišné. Strojírenské závody a zejména automobilky jsou napěchovány robotickými rameny, ale v těžkém průmyslu, např. v hutním, mluvíme spíše o manipulátorech nebo bezobslužných zařízeních; v chemii či petrochemii je to pak zcela jiné. Dokonce v rámci jednoho podniku mají jednotlivé technologie odlišné potřeby. Zásadní rozdíl je např. mezi výrobní linkou a separátními technologickými uzly. Naproti tomu zasíťování, sběr, výměna a zpracování dat, tvorba a rozvoj informačních systémů jsou obdobné a nutné pro všechny technologie. Zcela zásadní je však smysluplnost a návratnost investice do automatizačních technologií. U informačních systémů je návratnost těžko vyčíslitelná, ale tato investice je nezbytná. U nasazování robotických ramen jsou investice mnohdy neefektivní. Dokonce i v automotivu není „robotizace“ stoprocentní. Důvod je zřejmý, náklady na ta poslední procenta automatizace jsou neúměrné výslednému efektu. I zde platí, že v některých procesech je člověk stále nezastupitelný, levnější nebo i rychlejší. Bez již zmiňovaného dokonalého strojového vidění nebude další pokrok v nasazovaní vyšší automatizace (částí robotů) velký. Největší přínos mají automatizační zařízení s vlastní inteligencí (pokročilá komunikace, selfdiagnostika atd.), jež vede k decentralizaci řízení technologických procesů.

Závěr

Tento článek vznikl jako reakce na spoustu informací narážejících na digitální, kybernetickou a kdovíjakou další revoluci, což je téma, které nás denně atakuje. Mou snahou bylo ujasnit pojmy a prezentovat trochu jiný pohled na věc. Automatizace podléhá prudkému, možná revolučnímu vývoji, a to ve všech odvětvích lidské činnosti. Jejím hlavním cílem je usnadnit lidem život.

Autor: Ladislav Czudek, manažer automatizace v odvětví metalurgického průmyslu