Současný stav a perspektivy koncepce Průmyslu 4.0 u nás

Zhruba třetina českých firem má již se zaváděním nějakých technologií z oblasti Průmyslu 4.0 jisté zkušenosti. 50-60 procent firem chce v nejbližších třech letech v tomto smyslu provést výrazné změny. Zároveň však zhruba stejné procento firem pociťuje nedostatek příslušným způsobem kvalifikovaného personálu a uvítalo by také výraznou roli státu v této oblasti, např. ve formě systému investičních pobídek. Pojďme se nyní podívat na stav zavádění technologií z oblasti koncepce Průmyslu 4.0 v rámci některých progresivních firem působících v ČR.

Siemens ČR je v tomto smyslu průkopníkem na světové i lokální úrovni. Společnost byla také u počátků medializace a propagace čtvrté průmyslové revoluce a hodlá rozvíjet tuto technologii dále, např. i v rámci "chytrých měst". Generální ředitel firmy Eduard Palíšek je členem týmu, který připravil dokument Národní iniciativa Průmysl 4.0. Siemens má v rámci ČR sedm výrobních závodů a při každém z nich funguje vlastní výzkumné a vývojové centrum. Stejně tak firma úzce spolupracuje se studenty technických škol, kteří u firmy absolvují stáže a následně také začínají pracovat. Konstrukční a vývojové centrum má podnik i při centrále v Praze, navíc v Brně a Ostravě, ve výzkumu a vývoji v ČR pro tento podnik pracuje 600 lidí. Mezi výzkumnými týmy jmenujme Siemens PLM Software, což je světový poskytovatel softwaru pro řízení životního cyklu (PLM) a řešení pro řízení výrobních procesů (MOM). Jejich produktem je např. Smart Innovation Portfolio, které firmám pomáhá vytvářet a optimalizovat digitální podnik a realizovat v jeho rámci inovace.

Technologie Průmyslu 4.0 zavádí Siemens např. ve výrobních provozech, kde se kompletují elektromotory. Např. v závodu Siemens Mohelnice existuje digitální podpora všech konstrukčních, technologických a výrobních procesů, existuje zde jejich důsledná virtualizace. Inteligentní systém řízení budov snižuje spotřebu energie, a tedy i náklady. Probíhá zde navíc (díky zabudovaným senzorům) elektronické sledování výrobních zařízení. Personál má také možnost analyzovat jejich efektivitu. Také výrobní závod Siemens Elektromotory Frenštát rozšiřuje své výrobní kapacity o produkci nových digitalizovaných motorů Simotics SD. Ty jsou určeny pro těžký provoz např. v petrochemickém či obecném zpracovatelském průmyslu a nabízejí komplexní řešení pro digitalizaci v oblasti technologie pohonů. Díky konceptu "chytrého motoru" lze data z motoru snadno analyzovat prostřednictvím cloudu a motor lze také jednoduše identifikovat např. pomocí chytrých zařízení. Součástky v závodě rozváží automatizovaný vozík BT Autopilot. V Německu firma provozuje vzorovou továrnu v Ambergu - tento závod již dnes využívá mnoho technologií Průmyslu 4.0. Stroje a počítače zde obstarávají 75 procent veškerých procesů. Továrna produkuje 12 milionů procesních řídicích systémů Simatic ročně, s dosaženou kvalitou výroby 99,9989 pracenta. Příslušný výrobní systém je úzce propojen s oddělením výzkumu a vývoje. Objem výroby v Ambergu se od roku 1989 zvýšil sedmkrát.

Chytré technologie ve Škodě Auto

Jedním z příkladů technologie patřící ke konceptu Průmyslu 4.0 ve výrobě Škody Auto je simulace průchodnosti vozu linkou a zobrazení mladoboleslavské lakovny ve virtuální realitě prostřednictvím brýlí typu HTC Vive. Většina nově projektovaných vozů totiž mívá větší rozměry než vozy předchozí. Díky použití technologie Point Cloud a 3D modelu vozu lze přesně detekovat kolize, ať už se samotnou linkou, nebo i s chystaným lakovacím robotem během lakování. Díky tomu lze předejít finančně nákladnému poškození výrobní linky, vozů nebo výrobních zařízení. Další typickou ukázkou Průmyslu 4.0 je spolupráce robota s člověkem, což v závodě Škody ve Vrchlabí již funguje déle než rok. Stále více se ve výrobě také uplatňují chytrá zařízení. Umožňují zobrazit skutečná data o fungování strojů, takže lze pak včas předcházet poruchám, což přinese nejen snížení nákladů, ale i další zrychlení a zdokonalení výrobních strojů. Zaměstnanci logistiky také používají chytrou rukavici ProGlove (místo těžkého skeneru) při vychystávání materiálů pro výrobu.

Roboti, roboti, roboti...

Jedním z předních světových výrobců robotů, působících i na našem území, je firma Kuka. Ztělesněním chytrého mobilního zařízení je v jejích provozech mobilní robot KMR iiwa ("intelligent industrial work assistant"), což je pohyblivá platforma, nesoucí typ LBR iiwa - lehkého robota, určeného pro citlivé montážní práce. KMR iiwa zajišťuje automatickou dodávku drobného výrobního materiálu pro montáž ruky těžkých robotů KR Quantec (zvládá těžká břemena od 90 do 120 kilogramů). Robot KMR iiwa je vybaven skenery a pružně se vyhýbá překážkám.

Neměli bychom zapomenout ani na tzv. testbedy Průmyslu 4.0, což jsou menší testovací provozy charakteru vývojových a ladících pracovišť či zkušeben. První testbed pro Průmysl 4.0 u nás vznikl za podpory mnoha firem při ČIIRK ČVUT. Měl by sloužit jako středisko pro vývoj řešení, vhodných pro malé a střední podniky. Další testbed by měl vzniknout při VUT Brno.

Jedním z dalších průkopníků digitálních průmyslových řešení a pokročilé robotiky je i firma ABB, která se dlouhodobě věnuje vývoji řídicích a komunikačních systémů, senzorů a různého softwaru. Např. elektroinstalační systém ABB KNX, který slouží k automatizaci provozu budov, umožňuje snížení spotřeby energie o 30 procent. Firma také dělá z motorů inteligentní stroje. Senzory zde sledují vibrace, teplotu a přetížení, což prodlužuje životnost a zkracuje dobu odstávek motorů. Digitální řídicí systémy ABB všech typů dohromady dosáhly celkem asi 70 000 instalací. Jsou také schopny najednou obsluhovat desetitisíce objektů (senzorů), např. i v případě tunelu, dolu nebo zaoceánské lodi. V závodě Jablonec ABB Elektro-Praga také pracuje chytrý robot Yumi, který je vybaven dvěma pažemi. Jeho úkolem je spolupráce s člověkem při montáži zásuvek, což urychluje práci. Jednou z hlavních technologií ABB je třída asi 180 digitálních řešení s názvem Ability, která tvoří "digitální ekosystém" a která pomáhá zákazníkům v odvětvích energetiky, průmyslu, dopravy a infrastruktury vytvářet nové či zdokonalovat stávající procesy zpřístupněním potřebných dat, optimalizací plánování a řízení provozu v reálném čase. Výsledné algoritmy lze pak zadat do řídicích systémů za účelem zlepšení klíčových parametrů, jako jsou prodloužení bezporuchového provozu, rychlost a efektivita využití strojů. Podstatnou integrační a virtualizační technologií ABB je Aspect Object, přičemž k ukládání dat slouží cloudová platforma Microsoft Azure. Firma ABB chce také propojit systémy pracující v rámci Ability s kognitivními schopnostmi pro internet věcí, kterými disponuje firma IBM díky své platformě Watson. První dvě společná průmyslová řešení, která jsou založena společně na Ability a systému Watson, budou v reálném čase poskytovat kognitivní údaje o výrobním závodě a inteligentních sítích. Chytré technologie vyvinuté v ABB najdeme např. v továrnách firmy Foxconn.

Zajímavé možnosti nabízí i německá firma Festo - její software Ciros vytváří digitální dvojče provozní linky (obecně mechatronického systému), což lze využít pro její simulace, řízení a pro řešení problémů. Tuto firmu si však asi častěji spojujeme s bionickými roboty, kteří začínají disponovat schopnostmi učení.

Firma Pilz před časem vyvinula chytrý běžící pás s individuální obsluhou součástek, zabezpečenou RFID čipy. Vyvíjí také systémy "prediktivní údržby". Pozornost rovněž věnuje vytváření bezpečnostní infrastruktury pro průmyslový datový provoz.

Robot s hlubinným učením

Na závěr si uveďme zajímavý případ robota, který by se měl sám naučit nové práci "přes noc": Doposud bylo pro roboty typické, že jejich podobné přeškolení si vyžádalo několik týdnů, k čemuž bylo potřeba souběžné asistence inženýrů nebo programátorů. Japonská firma Fanuc se však spojila se specializovanou firmou Preferred Networks, zabývající se tzv. hlubinným posilovaným učením. Výsledkem bylo zkrácení školicího procesu robota až na osm hodin. Robot přitom dosáhl 90procentní úspěšnosti, přičemž kdyby se v rámci stejného algoritmu na bázi neuronových sítí učilo najednou osm spolupracujících a výsledky svého učení sdílejících robotů (v rámci metody tzv. "cloud robotics"), školicí procedura by si vyžádala pouze jednu hodinu. Z toho je zřejmé, že v rámci Průmyslu 4.0 bude velmi výhodné, když si různí roboti a obecně i různé systémy budou moci navzájem vyměňovat své "zkušenosti".

Celkově lze říci, že cest k chytré továrně je mnoho a chytrá továrna patrně není nějakým jednoznačně definovaným pojmem. Spíše jde o jistý směr, kterým se různé firmy vydávají.

Článek byl publikován ve speciálním vydání ICT revue.