Digitalizace výroby: prorůstání světa strojů se sférou dat

Svým způsobem jde vlastně o novou podobu futuristického snu z 50. a 60. let 20. století, kdy byly symbolem optimistické budoucnosti nejen jaderná energie a kosmické lety, ale také představa plně automatizované a robotizované továrny, fungující prakticky bez přítomnosti lidského personálu a reagující pružně na jakékoliv změny v rámci vnějších i vnitřních podmínek.

Průmysl 4.0 - podstata změny

Nutno však říci, že i když automatické provozy a autonomní roboty budou v rámci Průmyslu 4.0 prakticky všudypřítomné, podstata kýženého přelomu leží naprosto jinde. Klíčovou oblastí pro tuto inovaci, jejímž cílem je udržení nebo zvýšení konkurenceschopnosti a výkonnosti firem, bude sféra komunikace, softwaru, umělé inteligence a oblast práce s velkými daty. Svět totiž již jednou průmyslovou revolucí spojenou s robotizací a automatizací prošel - během 70. a 80. let 20. století. Již v 70. letech byly do průmyslových provozů nasazeny první roboty a automatické systémy, což je běžně nazýváno třetí průmyslovou revolucí. Co však bylo tehdy konkrétně automatizováno nebo robotizováno? Dá se říci, že většinou pouze jednotlivé činnosti či procesy uvnitř průmyslových podniků, navíc na poměrně izolované či omezené bázi.

Klíčové principy

Eduard Palíšek, generální ředitel skupiny Siemens v Česku, k tomu nedávno řekl: "Lidé si často myslí, že čtvrtá průmyslová revoluce spočívá v automatizaci a robotizaci. To jsou ale fenomény předchozí průmyslové revoluce." Svět totiž tehdy nebyl příliš digitálně propojen a úroveň výrobního procesu tomu odpovídala. Dnes je však situace jiná - digitální (a bezdrátové) komunikační systémy jsou prakticky všudypřítomné, nastupují technologie z oblasti tzv. internetu věcí (chytré objekty) a internetu služeb (systémy pro přímou komunikaci výrobních provozů se zákazníky) a právě tyto aspekty umožňují konečně naplnit původní futuristické vize plně automatizovaných provozů ze 60. let. Čtvrtá průmyslová revoluce totiž není primárně zaměřena na náhradu fyzické práce roboty, ale na maximální otevření a optimální využití informačních toků. Konečně bude možné realizovat flexibilní digitální propojení všech úrovní či složek výrobního či tzv. hodnotového řetězce: zaměstnanců, spotřebitelů, dodavatelů, strojů, surovin, jednotlivých výrobků (na úrovni horizontální i vertikální). Někdy se v tomto smyslu dokonce mluví o digitální ekosféře.

Samotný výrobní provoz čtvrté generace se pak nazývá digitální nebo chytrá továrná (často se schopnostmi stavebnicové modularity, chytré mobility, navíc v prostředí chytré budovy). V rámci tohoto všeobecného propojení či ekosféry pak samozřejmě probíhají příslušné inovace či optimalizace výrobních procesů zcela jinak a mnohem pružněji než dříve. Dojde také k podstatnému přebudování firemních ERP i CRM systémů. Především stroje a jiné chytré objekty nyní mohou komunikovat přímo mezi sebou navzájem. Stroje si např. mohou "říci" o zrychlení či zpomalení ostatních komponent, změnu parametrů výrobního procesu nebo signalizovat nutnost své opravy. Součástky, resp. výrobky pak mohou pomocí přiložených RFID čipů "sdělit" strojům, jak mají být opracovány, resp. odeslat transportním systémům svoji destinaci, aniž by podobné věci musely být řešeny někde na centrální úrovni řízení. Stroje také mohou návrh výrobku upravit přímo podle individuálního přání zákazníka a cena takto vyrobeného zboží přitom nebude větší, než kdyby šlo o klasickou sériovou výrobu. Technicky kvalifikovaný zákazník by dokonce mohl zadat do výrobního procesu přesné parametry nebo blueprint poptávaného výrobku, který bude následně podle nich vyroben na automatických strojích či 3D tiskárnách. Variabilita i výkonnost výroby tím mohou podstatně vzrůst a bude také podstatně omezena dnes běžná výroba "pro sklad". To, co nebude objednáno, nebude prakticky vyráběno ani nabízeno, protože většina výrobků bude na zakázku a na míru vyrobeným originálem, přesně splňujícím požadavky konkrétního spotřebitele. To ovšem nepopírá i v budoucnosti přetrvávající potřebu standardizace a unifikace, zejména v oblasti součástek výrobních strojů. Vše bude moci být navíc nepřetržitě sledováno pomocí soustavy senzorů a analyzováno na připojených počítačích, s pomocí programů umělé inteligence, hlubokého/hlubinného učení a multiagentních systémů.

Digitalizace továren a výroby

Aby však bylo možno digitálně propojit všechny složky výroby, tedy např. projekty, výrobky, stroje, výrobní procesy, dopravu a logistiku i následné testování a užívání nějakého výrobku, je třeba ke každému relevantnímu fyzickému objektu vytvořit jeho digitální či virtuální reprezentaci, která popisuje jeho vlastnosti, vztahy, polohu apod. Těmto reprezentacím se říká digitální dvojčata, speciálním případem jsou digitální obrazy výrobků (tyto digitální obrazy již přirozeně fungují např. v oblasti 3D tisku). Na tomto základě je pak možné nejen sledovat všechny fyzické procesy, stavy a polohy objektů v reálném čase, ale také zvýšit flexibilitu výroby a zkrátit inovační cyklus. Ve virtuálním prostředí je pak možné nejen vytvářet různé prototypy, ale také simulovat jejich funkčnost a provoz. Digitální dvojče výrobního procesu zase umožní maximální flexibilitu automatizačních prvků a autonomních robotů. Podle Eduarda Palíška dokonce samotná robotizace pro zavedení principů čtvrté průmyslové revoluce do výroby klíčová není. Např. v závodě Siemensu v Letohradu existuje výrobní linka fungující podle principů Průmyslu 4.0, v níž není přítomen žádný robot. Digitální obrazy výrobků poskytují operátorům a strojům všechny potřebné informace k jejich výrobě a k průběžné kontrole kvality a bezchybnosti výrobního procesu. Smíšeným řídicím a výkonným systémům pracujícím na těchto principech se obecně říká kyberfyzikální systémy. Lidský operátor pak k příslušným datům může přistupovat přes rozhraní rozšířené (augmentované) nebo smíšené reality.

Je nutno zdůraznit, že zavedení principů Průmyslu 4.0 ve skutečnosti nevede k úplné eliminaci lidských pracovníků z výrobních, provozních nebo rozhodovacích procesů (navíc tato změna se spíše než dělnických profesí dotkne méně kvalifikovaných administrativních funkcí, dále různých dispečerů či zprostředkovatelů). Jejich role se pouze změní - místo rutinních úkolů bude člověk spíše monitorovat celkovou situaci a zasáhne teprve ve chvíli, kdy si stroje s něčím nebudou umět poradit samy (interakční platforma člověk - stroj). Může také rozhodnout při nejasném výběru řešení z více variant. Svým způsobem je tato situace podobná ovládání autonomního robotu nebo dopravního prostředku na dálku (např. nákladní námořní lodě bez posádky). Lidský operátor sleduje veškeré provozní údaje v řídicím středisku a zasahuje jen v případě, kdy se s robotem děje něco mimořádného. Digitalizace továren samozřejmě vede k nutnosti podstatné redukce a rekvalifikace obsluhy a k její větší orientaci na kreativní činnosti. Naopak ale vznikne spousta nových pracovních míst spojených s digitalizací, programováním, s vytvářením, provozem a zabezpečením IT systémů. Klíčovým oborem se stane softwarová bezpečnost kompletně propojených průmyslových systémů. Všechny tyto změny ovšem budou klást velké nároky na výpočetní kapacitu počítačů, kapacitu cloudových úložišť a na propustnost komunikačních toků v továrně.

Je namístě říci, že možnosti podobných systémů na bázi internetu věcí se nevyčerpávají pouze jejich nasazením v oblasti průmyslové produkce. Čtvrtá průmyslová revoluce a její technologie postupně ovlivní i další oblasti a vlastně celou společnost. Od chytrých továren se tak postupně dostaneme např. k chytrým městům, chytrým domům, chytrému zdravotnictví, ale také k chytrým dopravním a energetickým systémům. Nejde však o revoluci čistě informatickou nebo digitální, základní je zde revoluce v myšlení a jde o propojenou změnu kyberneticko-fyzikální. Pokud jde o časový horizont těchto změn, uvažuje se o měřítku cca 10-20 let.

Kde se vzala a kdo je jejím tahounem?

Konkrétní koncepce pod názvem Průmysl 4.0 vznikla na přelomu let 2012-2013 v Německu (pod názvem Industrie 4.0, během jednání expertů, velkých firem a německé vlády). K nám se dostala mj. díky českým filiálkám německých firem, jako jsou např. Siemens, Kuka, T-Mobile, Škoda Auto a Festo, ale i některým firmám z dalších zemí (ABB, Foxconn) a také díky některým českým firmám (Elcom). V únoru roku 2016 vypracovala vládní skupina českých expertů pod vedením prof. Vladimíra Maříka (ředitele ČIIRK - Českého institutu informatiky, robotiky a kybernetiky ČVUT) koncepci tzv. národní iniciativy Průmysl 4.0, která zhruba na 200 stránkách analyzuje současnou situaci v ČR a vytyčuje směrnice pro zavádění příslušných technologií do českého technologického prostředí a do praxe v českém průmyslu. Na tomto procesu se podílí také Technologická agentura České republiky. Nutno říci, že např. v USA existuje podobná iniciativa pod názvem Industriální internet, vyskytují se i další názvy. Pokud jde o připravenost českých firem, dá se říci, že není celkově ani dobrá, ani špatná. Řada firem, zejména menších, sice zatím není připravena na podobnou restrukturalizaci a na investice do ní, avšak přesto je v tomto ohledu situace v naší zemi relativně dobrá, hlavně s ohledem na naši blízkost k Německu. Např. firma Siemens již zavádí prvky digitalizace do svých sedmi továren na českém území a také další klíčové firmy spouštějí podobné programy.

Článek byl publikován ve speciálním vydání ICT revue.