Obrázek 1: Univerzální robot s chapačem Robotiq. Rameno robotu je rychlejší, přesnější a obvykle silnější než lidská paže a je naprogramováno tak, aby provádělo specifický repetitivní úkon s malými nároky na údržbu. Všechny obrázky poskytla společnost Motion Industries Obrázek 1: Univerzální robot s chapačem Robotiq. Rameno robotu je rychlejší, přesnější a obvykle silnější než lidská paže a je naprogramováno tak, aby provádělo specifický repetitivní úkon s malými nároky na údržbu. Všechny obrázky poskytla společnost Motion Industries

Již dlouho se vede debata – a bude nadále pokračovat – zda automatizace nahradí člověka nebo zvýší produktivitu, kvalitu a bezpečnost.

V tisku se často objevují články o automatizaci ve výrobě, zejména o robotice a kolaborativních robotech, někdy nazývaných „coboty“. Titulky článků často vyznívají ve smyslu ztráty pracovních míst a nahrazování pracovníků.

Pokaždé když slyším někoho zmínit, že automatizace nahrazuje lidi, začnu se ošívat a chystat se na debatu.

Zdá se, že jsme již dávno zapomněli, že počítače s tabulkovým procesorem, textovým a prezentačním softwarem nahradily logaritmická pravítka, kalkulačky, psací stroje a fólie pro projektory apod., stejně jako stenografy a další pracovníky, kteří tyto technicky jednodušší nástroje používali. Díkybohu! Samozřejmě že počítače používáme a jsme mnohem produktivnější. Kombinace počítačového softwaru a hardwaru může být považována za určitou formu automatizace (stejně jako za formu komunikace, zábavy atd.) a společnost ji přijala. 

Výroba je jiná

V automatizaci výroby existuje jiná dynamika. Stále jsou zde lidé přímo pracující na základní výrobní úrovni, nebo alespoň v mnoha společnostech tomu tak je, a může-li automatizace do určité míry přispět k eliminaci pracovních míst, je někdy považována za hrozbu. Všichni jsme slyšeli příběhy o sabotážích, které prováděli nespokojení zaměstnanci v automobilkách a podobně, i když takové případy byly pravděpodobně přehnané. Zdrojem nespokojenosti mohl nebo nemusel být stroj – v obou případech šlo pouze o nevinnou oběť.

Jaký je účel automatizace? Je jejím cílem nahradit lidi? Podívejte se na data. Podle údajů organizace Federal Reserve Economic Data (FRED) ukazuje index průmyslové produkce v USA nepřetržitý růst průmyslové výroby od 20. let 20. století, a to bez ohledu na dočasná období recese v letech, jako byl rok 2009. Podle FREDu také americká zaměstnanost ve výrobě dosáhla vrcholu kolem roku 1979 s téměř 20 miliony lidí, ale od té doby klesla pouze na něco málo přes 12 milionů v roce 2017. Podle organizace FRED se výrobní výkon na zaměstnance od roku 1990 doslova zdvojnásobil.

Scénář zobrazený výše je jasný: Výrobci v USA produkují větší objem výroby s menším počtem pracovníků. V závislosti na vašem úhlu pohledu to nemusí znít dobře. Může to vyznít jako spousta nezaměstnaných lidí. Pokud by však všichni tito lidé byli prostě nezaměstnaní, pak by měla míra nezaměstnanosti odpovídajícím způsobem dramaticky vzrůst.

Namísto toho sezónně očištěná míra zaměstnanosti v USA na konci 70. let ve výši 6 % až 8 % klesla těsně před nedávným obdobím pandemie covidu-19 přibližně na 4 %. Takže ano, automatizace (a další faktory) umožnila mnohem vyšší úroveň výrobního výkonu s menším počtem lidí a já ochotně připouštím, že snížení nákladů na pracovní sílu je skutečně jedním z cílů. 

Vyšší účel automatizace

Je ironií, že za všechny roky, co pracuji v automatizačním průmyslu, jsem málokdy cítil, že by jediným, nebo dokonce primárním účelem takové investice bylo eliminovat pracovní místa. Častěji bylo hlavním účelem zvýšit objem výroby, zlepšit bezpečnost nebo kvalitu a přesnost. Vezměme si třeba konzervárenskou linku s objemem výroby 1 800 plechovek za minutu. Pouze automatizovaná plnicí linka mohla dosáhnout takového cíle. Představte si razicí lis, který by bez řádných ovládacích prvků mohl operátorovi snadno useknout ruce nebo jej připravit o život. Vezměme si požadavky na hygienu a přesnost u výroby lékařských zařízení nebo polovodičů. Mnoho z těchto procesů je možných pouze s automatizací.

Většina výrobních firem, ba dokonce i celá průmyslová odvětví dnes mohou existovat, pouze pokud se automatizují, a nám v automatizačním průmyslu to dává velký smysl. Pomáháme našim zákazníkům dělat to, co dělají, vyrábět to, co vyrábějí, a udržet se na trhu, což je často jediný způsob, jak mohou i nadále působit ve Spojených státech. Naproti tomu Čína nebyla po určitou dobu považována za tak vysoce automatizovanou kvůli nižším nákladům na pracovní sílu. Ale od roku 2013 je Čína ze všech výše uvedených důvodů největším trhem robotů na světě – a nejde jen o snižování objemu pracovní síly.

V nejobecnějším smyslu je automatizace strojním zařízením. Systémy CNC pro obrábění, balicí stroje na potraviny, nápoje nebo na jiné spotřební zboží, dopravníky pro přemísťování produktů z jedné stanice na druhou – stačí se jen podívat na každý předmět, který byl někde vyroben, např. vaše okna, váš počítač a všechny jeho součásti, vaše brýle, podlahové krytiny, kreditní karty – to vše je možné díky určité úrovni automatizace strojů, dokonce i vaše auto je stroj, který nahradil koně, a neslyšel jsem, že by si na to někdo stěžoval. 

Roboty jako zástupný symbol

Jistá forma automatizace je však často zástupným symbolem pro ty, kteří nechtějí vidět přednosti a nutnost automatizace, ale soustředí se jen na výslednou efektivitu a produktivitu danou automatizací manuálních procesů a eliminací pracovních míst: strašákem jsou roboty.

Roboty však nejsou ničím novým. Nejstarší vynález, který lze považovat za robot, byl dílem George Devola z Louisville (Kentucky, USA) v 50. letech minulého století. Tento vynález nesl název „Unimate“, zkratka pro „univerzální automatizaci“. Byl považován za „univerzální“, protože na rozdíl od většiny strojů, které měly konkrétní účel, mohl být Unimate vybaven a naprogramován tak, aby vykonával mnoho různých úkonů (i když zdaleka nebyl skutečně „univerzální“). Devol nebyl komerčně úspěšný, ale v 60. letech patent koupil Joseph Engleberger a nakonec uspěl v nasazení mnoha robotů pod značkou „Unimation“. Od té doby samozřejmě mnoho jiných firem po celém světě uvedlo na trh řadu dalších modelů, které jsou obvykle rozpoznatelné hlavně díky výrazné charakteristické barvě své značky – často jsou jasně žluté, oranžové, modré atd. Tyto roboty se stále častěji používají spolu se strojním zařízením v nejrůznějších výrobních závodech.

Mimochodem zaměřujeme se zde na průmyslové roboty, které se používají ve výrobě, ale na trhu jsou také robotické přístroje ve zcela odlišných kontextech, například pro vysávání podlahy v domácnostech. To je na zcela jinou diskusi, i když je pravděpodobné, že takové rozšíření povede k vyššímu společenskému akceptování nebohého, často obviňovaného robotu.

Proč je robot tak hojně terčem zavádějící kritiky? Tak především má paže. Ve skutečnosti má obvykle jen jednu paži a v průmyslu se dokonce někdy jednoduše nazývá „rameno“. Rameno robotu je rychlejší, přesnější a obvykle silnější než paže člověka (viz obrázek 1). Nikdy se neunaví, nepotřebuje chodit na toaletu a nebere si nemocenskou. Je naprogramováno tak, aby vykonávalo konkrétní, opakující se úkon, a obvykle vyžaduje jen malou údržbu.

Bohužel na rozdíl od člověka nemá robotické rameno oči, ačkoli některé televizní pořady a sci-fi filmy zobrazovaly roboty jako mechanické bytosti podobné člověku, dokonce i s nohama (jen pro informaci, mnoho robotů používá vizuální navádění, i když se takový hardware nepokouší napodobovat vzhled člověka, s výjimkou jedné zavádějící firmy, která ve skutečnosti prodávala robot s očima na displeji; stroj dokonce i mrkal).

Skutečné robotické rameno je obvykle pevně namontováno na podlaze, na podstavci nebo na stole a je naprogramováno tak, aby sledovalo určitou dráhu – často poměrně rychle a s velkou hmotností poháněnou výkonnými servomotory; určitě byste se mu nechtěli postavit do cesty. Někdy (například při svařování) se rameno nemusí nutně pohybovat rychle, ale operace samotná je nebezpečná, proto by člověk neměl být v těchto případech příliš blízko. Z těchto a dalších důvodů musí být prostor, v němž robot pracuje, chráněn před vstupem člověka, když je robot v provozu; existuje spousta standardů, které to vyžadují. Někdy se kolem robotu a jeho pracovního prostoru používá ohrazení v podobě klece, jemuž se říká „robotická buňka“. Jindy (například u robotů pro bodové svařování na montážní lince automobilů) je hlídán celý prostor obsahující několik robotů pracujících koordinovaně, aby se lidé nedostali dovnitř, a pokud jsou dveře do tohoto prostoru otevřeny nebo zde skener detekuje něco či někoho, kdo by tam neměl být, linka přestane fungovat. 

Na scénu přicházejí kolaborativní roboty

Ještě v minulém desetiletí byly průmyslové roboty opatřeny ohrazením. Ale pak přišly kolaborativní roboty. Podstata pojmu kolaborativní znamená, že může pracovat společně s lidmi. Jak to může vypadat a proč to není nebezpečné? Konstrukce robotu je taková, že má omezený výkon a sílu, včetně funkce, která robot okamžitě zastaví, pokud je detekována kolize, což lze provést několika různými způsoby. V mnoha aplikacích lze tento robot nasadit bez ochranného ohrazení. Mělo by být vždy provedeno posouzení rizik, na jehož základě se rozhodne, zda je použití ohrazení v dané aplikaci nutné, přestože je robot „cobotem“, například pokud by robot pohyboval ostrým nebo vyčnívajícím dílem, který by mohl způsobit zranění i při sebemenší kolizi.

Termín kolaborativní může mít také sekundární význam vztahující se k tomu, jak se provádí jeho učení. Spíše než pouhým zadáváním rychlosti a souřadnic pomocí klávesnice nebo ručního programátoru je možné je často učit pohybem z bodu A do bodu B vedeným lidskou rukou, což je hezký příklad spolupráce člověka a stroje. Ačkoli snadné programování není primární hodnotou kolaborativního robotu, je to často velmi přesvědčivá výhoda, která pomohla prodat mnoho takovýchto robotických ramen. 

PLE2009 MAG Motion Industries cobots Fig 2Obrázek 2: Pohled na univerzální robot v aplikaci obsluhy stroje

Budou coboty eliminovat pracovní místa?

Vraťme se k otázce, zda může kolaborativní robot eliminovat pracovní místa a zda se tato dynamika liší od jakékoli jiné formy automatizace. Již jsme naznačili, že snížení objemu přímé pracovní síly je jedním z několika cílů automatizace obecně a data ukazují rostoucí průmyslovou produkci v průběhu let, zatímco zaměstnanost ve výrobě ve stejném období poklesla. I když jsem rozhodně zastánce automatizace obecně, domnívám se, že kolaborativní robot je obzvláště vhodný ke snížení počtu lidí v továrně na bázi jeden za jednoho – odebrat pracovníka a nahradit jej robotem. Proč? Pokud zaměstnanec vykonává opakující se úkon po mnoho hodin denně, je často relativně snadné implementovat kolaborativní robot na jeho místo v relativně krátkém časovém rámci díky snadnému programování a nastavení a bez všech ochranných opatření potřebných u tradičních robotů. Ze stejných důvodů je kolaborativní robot také mnohem dostupnější (nižší jsou nejen náklady na robot, ale i náklady na instalaci díky eliminaci času potřebného pro technické zajištění a nastavení hardwaru „robotické buňky“), a proto je snáze finančně zdůvodnitelný. Z toho jednoduše vyplývá, že jich pravděpodobně bude nasazováno více.

Aby bylo jasno, říkáme, že nasazení robotu je často poměrně snadné, ale určitě existuje mnoho aplikací, kde je nasazení jakéhokoli druhu automatizace náročné. Zejména v situacích, kdy je s vyráběným nebo zpracovávaným produktem buď obtížné manipulovat, nebo jsou úkony málo repetitivní, například u výroby oděvů, kde se velká část výroby neustále pohybuje po celém světě při hledání absolutně nejnižších nákladů na pracovní sílu, nebo při zpracování masa, které je (v době psaní tohoto článku) často ve zprávách kvůli pandemii covidu-19. Hlavním důvodem takových ohnisek je velký počet zaměstnanců, kteří jsou při práci blízko sebe, když vykonávají řeznické úkony na nepravidelném a složitém „produktu“. Pravděpodobně zaznamenáme určitý úspěch při zvyšování míry automatizace v těchto závodech – motivace tam určitě je, ale doposud jsou takové úspěchy jen prchavé.

Poslední bod týkající se použití kolaborativních robotů k omezení objemu lidské práce: Možná nejlepší příklady úspěšného nasazení jsou ve výrobních zařízeních, kde existuje více stanic provádějících stejný typ procesu, například v obráběcím zařízení s více CNC stroji. Představte si závod s 30 CNC stroji, které vyrábějí automobilové komponenty (viz obrázky 2 a 3). Bez robotiky budete potřebovat možná i 20 zaměstnanců, kteří budou obsluhovat všechny stroje (udržovat zásobu polotovarů, vkládat polotovary do CNC a poté je vytahovat). V případě nasazení cobotů na CNC nebo alespoň u většiny z nich může operace vyžadovat pouze 5 až 10 operátorů – smysluplné snížení pracovní síly – a jako bonus bezpečnější provoz z hlediska sociálního distancování. 

PLE2009 MAG Motion Industries cobots Fig 3Obrázek 3: Další pohled na univerzální robot v aplikaci obsluhy stroje

Pohled do budoucna

Je důležité si uvědomit, že výše zmínění zaměstnanci musejí být lépe vyškoleni, aby spolupracovali s roboty; a stejně důležité je také zaměstnávat nebo kontrahovat někoho, kdo umí roboty programovat a instalovat. Skutečně je zapotřebí méně lidí, ale obecně jsou lépe vyškoleni a mají vyšší platy. Výroba je opět skvělým místem pro budování kariéry. Je to hezká ironie – snižování mzdových nákladů s lépe placenými zaměstnanci. 

Joseph H. Schwartz je viceprezident skupiny Mi Automation Solutions Group společnosti Motion Industries. Schwartz má BSME z Purdue University a MBA z Washington University v St. Louis. Byl generálním ředitelem společnosti BRAAS Company, když ji v roce 2016 získala společnost Motion Industries.

Control Engineering Česko

Control Engineering Česko je přední časopis o průmyslové automatizaci. Je vydáván v licenci amerického Control Engineering, které poskytuje novinky z této oblasti více než 60 let.

www.controlengcesko.com