Technologie, které si podmaňují výrobu

Studie společnosti CB Insights nabízí pohled na čtrnáct soudobých trendů, jež jsou klasifikovány podle svých tržních potenciálů a přijetí průmyslem do čtyř kategorií − trendy ve stadiu experimentu, dále přechodové, ustálené a trendy hrozící. Analýzu doprovází schéma, viz obrázek vpravo. Svislá osa průmyslové adopce na něm reprezentuje ekosystém zákaznického zájmu, objem tržeb, počty vznikajících partnerství a start-upů a rovněž i zájem médií. Vodorovná osa tržního potenciálu vykazuje předpovědi analytiků, počet investorů a množství kapitálu, investice do výzkumu a vývoje, konkurenční prostředí, objem a intenzitu uzavíraných obchodů − a v neposlední řadě i hladinu veřejného diskurzu.

Trendy ve stadiu experimentu

Trendy v raném stadiu teoretických návrhů, respektive koncepcí s malým množstvím funkčních produktů, jež dosud neopustily vývojová pracoviště, ovšem už nyní vyvolávají mimořádný zájem médií a první pilotní projekty pro jejich ověření jsou v běhu.

Edge Computing

Computing na hraně vytváří z pohledu infrastruktury novou platformu Průmyslu 4.0 a má přitom dobře našlápnuto na to být solidním základem pro řešení v oblasti internetu věcí a průmyslové automatizace.

Počítačové vidění, umělá inteligence i pokročilá analytika společně s prediktivní údržbou, průmyslovou robotikou a 3D tiskem si o výkonnou IT infrastrukturu pro svůj hladký chod s minimálním nebo nulovým zpožděním přímo říkají.

Až dosud představoval technologickou základnu pokročilé výroby − od průmyslových čidel k analytice − cloud computing. Příští generace průmyslových technologií vyžaduje právě edge computing, kde data z hlediska rychlosti vyhodnocení jsou zpracována přímo u zdroje a nejsou tudíž přenášena do vzdálených datových center.

Průmyslové drony

Drony jsou dnes průmyslově využívány zejména v energetice, stavebnictví a hornictví, kde monitorují rozvodné sítě, vzdálená pracoviště či zkoumají hlubinné podmínky. Široké uplatnění nacházejí v zemědělství, kde pomáhají s osevem plodin nebo s analýzou předpokládaných výnosů.

Přes veškerý optimismus, jenž panuje kolem průmyslových dronů, jeden z nejhýčkanějších start-upů v této oblasti, americký Airware, poskytovatel řídicího a analytického softwaru pro drony, do nějž investoři napumpovali více než sto milionů dolarů, zavřel na konci loňského roku krám. Důvodem údajně byla disharmonie mezi softwarovým vybavením dronů a jejich hardwarovými možnostmi, jež nedovolovala Airware plnit její závazky vůči trhu. Je otázkou, zda tento případ je ojedinělým selháním, či naopak jde o symptom celého odvětví.

Personalizovaná výroba

Personalizovaná výroba, též masová customizace (přizpůsobování se požadavkům zákazníků), integruje 3D tisk, robotiku, čidla a pokročilé průmyslové simulace. Vlajkovou lodí je zde automobilový průmysl, kde výrobní systémy typu just-in-time, v nichž výroba spolupracuje ruku v ruce s nákupem, nejsou žádnou novinkou. S touto filozofií přišla před sedmdesáti lety Toyota a v devadesátých letech ji s procesem configure-to-order dál rozvinul Dell. Další rozvoj v tomto směru nabízí ekosystém robotizované výroby na straně výrobců automobilů. Například Volkswagen loni oznámil, že bude linky pro masovou customizaci ve svých továrnách osazovat tiskárnami 3D Metal Jet, vyráběnými HP ve spolupráci s GKN Powder Metalurgy. Volkswagen zahájí tímto způsobem výrobu kroužků na klíčky a jmenovek řidičů na kapotách svých vozů, ale do budoucna chce přejít i na personifikaci řadicích pák a certifikovaných kovových bezpečnostních částí vozidel.

Rozšířená a virtuální realita

Rozšířená realita, jež vkládá počítačové obrazy do lidského vidění, má velký potenciál dopadu na pracovní místa a celá pracoviště v průmyslových podnicích − a to zejména v oblasti bezpečnosti práce, školení a produktivity pracovníků. Například Tim Cook, šéf firmy Apple, mluví o rozšířené realitě jako o stejně průlomové technologii, jakou je v současnosti smartphone.

Podle případové studie společnosti Upskill dokáže díky rozšířené realitě technik od firmy General Electric zlepšit svou výkonnost při instalaci kabelové vložky pro větrnou turbínu o celých 34 procent. Americký Boeing na svých montážních linkách také experimentuje s ­touto technologií. Instalace kabeláže v letadle vyžaduje celé sady manuálů a plánů − jejichž pokyny mohou být technikovi předloženy přes brýle s funkcemi rozšířené reality.

Wearables

Nositelná elektronika úzce propojená s virtuální a rozšířenou realitou a s osobními čidly přichází jak s projekty typu integrálních přileb pro horníky, tak i s futuristickými exoskelety (vnějšími kostrami) pro operátory ve výrobě. I když letos žádného napůl člověka, napůl robota zatím v továrnách zřejmě nepotkáme − do budoucna se tomu asi nevyhneme.

Těžební gigant BHP přišel nedávno ve spolupráci se start-upem SmartCap s důlní pokrývkou hlavy osazenou senzory, které měří aktivitu mozku a monitoruje tak úrovně ostražitosti a bdělosti pracovníků, jež dále přenáší do sofistikovaných aplikací k dalšímu vyhodnocení.

Od těch je pak už jenom krůček k technologiím, které násobí sílu a výkonnost pracovníka. Firma Sarcos Robotics pracuje na prototypu pracovního exoskeletu, jenž umožní pracovníkům bez námahy zvednout 100 kg. Tyto exoskelety lze u firmy objednat již dnes, dodávka je slibována v příštím roce.

Průmyslový blockchain

Po kryptoměnovém šílenství posledních let dochází k přehodnocení blockchainu a jeho možného využití pro průmyslové účely. Dosud o něj projevují největší zájem dodavatelské a logistické řetězce, důlní průmysl, ropné a plynárenské společnosti. Jeho hlavní kniha odolná vůči napadení a smart kontrakty dělají z blockchainu bezpečnou a spolehlivou technologickou základnu pro mnohé průmyslové aplikace.

Už zmiňovaná australská společnost BHP používá blockchain k bezpečným datovým přenosům o transferech vzorků hornin a kapalin z podzemních vrtů v reálném čase. V kombinaci s 3D tiskem může blockchain přispět k vysoce zabezpečeným přenosům CAD souborů i ochraně duševního vlastnictví. A stejně tak i ověřování původu po síti přenášených průmyslových designů 3D tištěných dílů. Jedním z takových projektů je iniciativa Genesis of Things, podporovaná ze strany firem jako Innogy, Cognizant, Intel a dalších.

Přechodové trendy

Přechodové trendy jsou zralé pro adopci trhem, stále tu však panuje nejistota ohledně komerčního využití. Vzhledem k tomu, že jsou tyto trendy dnes už obecně srozumitelné, mohou ve spojení s dalšími odhalit nové komerční příležitosti.

Datová interoperabilita

Průmyslový internet věcí generuje spousty dat z různých, dosud vzájemně nepropojených senzorů − a chaoticky jimi krmí různé systémy. Studie Harvard Business Review na téma IoT tvrdí, že v podnikových organizacích se pro rozhodování využije méně než 50 procent strukturovaných a méně než procento nestrukturovaných dat.

Na nízkém využití dat industriálního IoT má částečně svůj podíl nízká interoperabilita mezi systémy. Pro efektivní využívání průmyslových dat budou firmy muset svá data integrovat z různých, dnes izolovaných platforem.

Řada nově vznikajících firem se proto dnes věnuje propojování izolovaných dat na podnikové úrovni. Takovou je i Uptake z Chicaga, který kombinuje prvky umělé inteligence, IIoT a prediktivní analytiky k bourání bariér mezi izolovanými firemními daty, včetně vzdálených pracovišť. Mezi jeho zákazníky patří energetické a důlní společnosti, ale i americká armáda nebo Caterpillar.

3D tisk

Aditivní výroba na sebe strhává pozornost už řadu let. Za poslední dekádu sem nateklo mnoho investic, ovšem 3D tisk ještě stále není v plné síle. Právě letošní rok má podle analytiků být křižovatkou pro toto odvětví. Jedním z čelných propagátorů je společnost General Electric. Ta investovala celkem 1,5 mld. dolarů do nákupu čtyř start-upů z branže a do založení samostatné divize GE Additive.

Dosud však stále není vidět masové rozšíření 3D Printingu. Nejaktivněji je využíván v leteckém průmyslu. Airbus i Boeing používají vytištěné 3D části ve vývoji nových strojů, včetně motorů a zásadních konstrukčních prvků. Spojení technologií blockchainu a 3D tisku vyvolává v současnosti ta největší očekávání.

USTÁLENÉ TRENDY − POTŘEBY

Průmyslem již adoptované trendy s rozsáhlým praktickým využitím. Trhy a implementace řešení tu jsou jasně definovány. Dodavatelé těchto trendů už musí disponovat jasně artikulovanou obchodní strategií a marketingovými iniciativami.

Platformy IIoT − Průmysl 4.0

Studie hovoří o platformách industriálního internetu věcí, IIoT, což je zámořský ekvivalent pro Průmysl 4.0. Kvalifikované průzkumy říkají, že právě tato iniciativa přinese ve výrobním prostředí do r. 2020 obrovský nárůst produktivity − a předpovědi se tu při zdi opravdu nedrží. Mluví o monetizaci v bilionech dolarů. Současné továrny jsou zaplaveny daty, ovšem selhání při jejich efektivním zpracování a analýze může být klíčovým faktorem, jenž zabrání tomu, aby tyto předpovědi dosáhly svého naplnění.

Rozvojové trendy pokročilé výroby

Univerzální platformy IoT, často nabízené jako platform-as-a-service, PaaS, sbírají data z celé řady rodin variabilních průmyslových snímačů a zesíťovaných strojů a integrují je do aplikací umožňujících uživatelům analyzovat výkonnost výrobních procesů.

V tomto odvětví se momentálně pohybují astronomické finanční částky ze strany venture kapitálu, ale i průmyslových konglomerátů typu GE nebo Siemens a dalších technologických gigantů jako Amazon či SAP, které sem investují spousty peněz.

Průmyslové snímače

Ceny průmyslových senzorů klesají a nic nenasvědčuje tomu, že by to mělo být jinak. Průmyslová čidla, mikrokontroléry a atenuátory jsou stále cenově dostupnější a snadněji nasaditelné. Průměrná cena senzoru v roce 2004 činila 1,3 dolaru, v loňském roce to bylo 0,44 dolaru. Investice do této oblasti vzrostly mezi lety 2013 a 2017 o 275 procent a v loňském roce sem byly investovány téměř 3 mld. dolarů.

Analytické nástroje

Prediktivní analytika zaznamenává v posledních letech dramatický nárůst průmyslové adopce, a to opět díky snižování cen snímačů, zvyšování výpočetního výkonu serverů při současném snižování jejich ceny. Svůj podíl na tom má i posílení algoritmů umělé inteligence. Analytické nástroje se čím dál víc posouvají od reaktivní analýzy minulých událostí blíž k předpovědím stavů budoucích, zvyšují výkonnost operátorů a zkracují výpočetní doby analýz.

Průmyslová robotika

Roboti − a s člověkem spřátelení coboti − jsou stále menší, obratnější, chytřejší a mnohem více uplatnitelní v celé řadě dosud výhradně lidských činností. S roboty se ve výrobě setkáváme od šedesátých let minulého století, kdy se potýkali s viděním a obratností a z bezpečnostních důvodů byli drženi v dostatečné vzdálenosti od lidských operátorů. Vývoj hardwaru za posledních několik dekád posunul robotiku výrazně vpřed, hlavně co se týče obratnosti, počítačového vidění a spolupráce s člověkem. V roce 2009 bylo celosvětově do výrobních procesů zapojeno 60 tisíc robotů, loni zhruba 421 tisíc a předpověď IFR World Robotics 2018 hovoří o 630 tisících robotů v r. 2021.

Výrobu bez osvětlení, lights-out manufacturing, reprezentují továrny, kde dnem i nocí nepřetržitě pracují výhradně robotizované linky bez potřeby lidské zásahu. Osvětlení, klimatizace či kuřárny tu jsou zbytečné. Může se nám to zdát jako vize budoucnosti, ale přesně takovou továrnu, kde roboti navíc vyrábějí další roboty, provozuje přední japonský výrobce průmyslových robotů a CNC strojů Fanuc již od r. 2001.

Tuzemská firma Sabris, partner společnosti SAP, zavádí v Rusku opakovaně pro tamní masný průmysl vlastní inovativní komplexní řešení SAP for Food. V továrnách postavených na zelené louce, plně obsluhovaných programovým vybavením od Sabrisu, se lidé objevují rovněž velmi zřídka. Snad jenom aby ochutnali ze široké palety finálních výrobků.

ÚTOČNÉ TRENDY − HROZBY

Trendy těšící se slibným předpovědím analytiků a zvýšenému zájmu investorů. Byly již ověřeny ze strany tzv. early adopters, raných osvojitelů, a stojí na prahu vlídného přijetí ze strany zákazníků.

Strojové vidění

Pokroky na poli umělé inteligence a průmyslových senzorů spolu s edge computingem vytvářejí předpolí pro nástup strojového vidění v mnoha průmyslových aplikacích. Tento trend vůbec hodně těží z vývoje jiných průmyslových odvětví. Zejména stále padající ceny průmyslových čidel z něj do budoucna dělají horkého favorita.

Strojové vidění lze s výhodou použít k vyhodnocování kvality výrobků, klasifikaci zásob a řízení procesů. Například při detekci vad výrobků mohou výrobní závody takto bez potřeby lidského zásahu zlepšovat svou výkonnost a snižovat náklady.

Výrobce elektroniky Foxconn používá strojové vidění k identifikaci závad počítačových čipů. Spolupracuje při tom s kalifornským start-upem Landing.ai, založeným jedním z prominentů v oblasti umělé inteligence − Dr. Andrewem Ng (dříve Google a Baidu).

Německá společnost Optimum z Karlsruhe nabízí řešení Smart Klaus, které kombinuje vlastnosti digitálního dvojčete se strojovým viděním a nabízí sofistikovanou podporu při vizuální identifikaci, verifikaci a kontrole kvality, např. při osazování desek plošných spojů nebo úplnosti a správnosti komponentů dodávaných pro automobilový průmysl.

Machines-as-a-Service

Průmyslový IoT a masové nasazování senzorů otevírá cesty k obchodním modelům typu machine-as-a-service či hardware-as-a-service. Tento model je využíván v leteckém průmyslu, ovšem i zde stále ještě čeká na prolomení bariér. Výrobci leteckých motorů nabízí jejich pořízení za tzv. hodinový výkon, kdy zákazník platí za provoz motoru, jeho údržbu a servis, aniž by si kdy kupoval motor jako takový. Podobný model nabízejí organizacím již řadu let dodavatelé počítačového tisku nebo autopůjčovny.

Rakouský start-up Senseforce nabízí služby machine-as-a-service podle počtu vyrobeného množství, přepravených tun, vyprodukovaného odpadu, resp. ujetých vzdáleností. V rámci služby maintenance-as-a-service zase vzdáleně řídí údržbu na straně zákazníků.

Článek byl publikován v magazínu ICT revue.