Jste zde

Budoucnost automatizace průmyslové výroby

Antonín Vojáček, 16. Listopad 2016 - 23:14

Budoucnost je vždy nejistá, zvláště v dobách překotného vývoje. Přesto jsem se pokusil zamyslet a na základě svých osobních profesních zkušeností a množství přečtených informací sestavit takovou malou vizi budoucnosti automatizace průmyslu a výrobní logistiky.

Samozřejmě nikdo přesně nemůže vědět "co bude zítra", natož, co bude za pár let či dokonce několik desetiletí. Ale asi každý inženýr, kdo se v oblasti průmyslu pohybuje, někdy zapřemýšlí, jaké asi budou trendy za pár let, jaká úroveň automatizace bude běžná a co naopak zapadne v zapomnění. Na základě svých pracovních zkušeností a načtených informací jsem se odhodlal napsat takovou svou malou osobní vizi stavu automatizace průmyslu v blízké i vzdálenější budoucnosti cca několik desítek let.

Záměrně ale nechci určovat přesné časové milníky, protože samotná rychlost vývoje bude určitě dost záviset na politicko-sociálních i ekonomických faktorech, protože málo kdy má v průmyslu v praktickém prosazování nových principů a technologií vliv jen samotná jejich existence. Průmyslový sektor je obvykle dost konzervativní a obvykle ke všem změnám musí být víceméně vždy "donucen" dalšími okolnostmi, jako například cenou lidské pracovní síly, novými zákony a normami nebo úrovní daní a dotací. Samozřejmě výraznou roli hraje i poptávka po produktech, které průmysl vyrábí. Nicméně je možné se pokusit na základě historického vývoje a aktuálních prohlášeních ekonomů i různých výrobců automatizace odhadnout určitý trend.

Automatizace a customizace výroby

To, co se již poslední rok, dva, hodně v oblasti průmyslu diskutuje, je zaměření se na výrobu menších sérií rychle se proměňujících finálních spotřebních produktů a pak zlevnění a zjednodušení jejich logistiky.

Budoucím trendem, který již pomalu začíná být i patrný, je zpětný přesun výrobců finálních spotřebních produktů blíže ke konečnému zákazníkovi, tedy tzv. lokalizace výroby. Zvláště například jde o zpětný přesun výroby z vzdálených zemí s levnější pracovní silou zpět blíže k cílovému odběrateli. Tedy eliminace složitého, časově náročného a i stále postupně i dražší přepravy výrobků "přes půl světa", které byly navrženy v oblasti finálního spotřebitele (například EU), ale z důvodu ušetření nákladů na výrobu jejich konkrétní byla výroba přesunuta jinam (např. Čína).

Roli v tomto "posunu" mimo jiné hraje i velké množství různých vzájemně si konkurujících společností, které se snaží získat alespoň krátkodobě zákazníka / spotřebitele na svou stranu rychlým vývojem / změnou produktů, aby se o konkurentů alespoň na chvilku odlišili. To platí nejen v případě samotného užitného výrobku, ale zvláště v oblasti potravinářského a kosmetického průmyslu i v případě samotného obalu, který zde je velmi důležitým prvkem výběru / prodeje. Z tohoto důvodu budou muset být moderní výrobní stroje stále flexibilnější z pohledu rychlé změny výroby. Zatímco dříve se navrhl finální spotřební produkt i obal a následně mnoho let téměř v nezměněné podobě vyráběl a prodával, dnes se mění parametry produktu téměř z roku na rok a samotné obaly i několikrát v roce podle aktuální sezóny či ročního období nebo podle vlastnosti výrobku, kterou je zrovna vhodné prosazovat k aktuální náladě kupujících.

Na výrobce samotných průmyslových výrobních strojů jsou tak stále více kladeny nároky na jejich snadnou přenastavitelnost. Zde ale se do vlivu dostává i situace na trhu práce, protože v případě, že lidská pracovní síla je levná, stále se uživatelům průmyslových strojů vyplatí provozovat i na nastavení / ovládání složitější stroje, a pro větší zásahy si objednat příjezd techniků výrobce. Ale s rostoucí cenou odborné pracovní síly (např. situace v Německu) nebo v případě nedostatku této síly (např. aktuálně v ČR), stále více uživatelů výrobních linek vyžaduje snadnou či co nejvíce automatickou změnu výroby. To pak klade velké nároky na flexibilitu strojů / výrobní linky. Zatímco dříve se mnoho úkonů provádělo manuální změnou / výměnou mechanických částí výrobních strojů a často kompletním přenastavením snímačů a dalších komponent, což ve výsledku někdy trvalo i několik dní, již dnes toto přestává být z pohledu manažerů firem akceptovatelné a změna výroby musí probíhat doslova z minuty na minutu.

V důsledku toho budou muset být nové výrobní stroje a provozy stále více multifunkční automatické - robotické. To neznamená pouze implementaci univerzálních robotů v podobě robotických ramen, ale také použití různých automatický přenastavitelných elektro-mechanických systémů, například i v podobě automaticky přestavitelných vodítek dopravníků vymezující trasu přepravní cesty, tedy věc, která byla doposud obvykle přestavována nějakým operátorem ručně. Další prostor pro zvýšení automatizace je zrušení zadávání mnoha provozních parametrů přes HMI panely a jejich nahrazení strukturou RFID čipů, snímacích 3D kamer a dalších snímačů (v závislosti na druhu produktů), které si každý přepravovaný předmět identifikují, přesně odměří, zjistí jeho barvu, kvalitu povrchu, složení atd. Podle jejich hodnot na vstupu výrobní linky se pak příslušně automaticky přenastaví všechny potřebné komponenty v lince a podle jejich hodnot na výstupu z linky i následně provede kontrola každého hotového produktu před dalším zpracováním či zabalením.

Příklad funkce plně robotické linky na kyblíky s barvou.

3D tiskárny a obrábění

Všichni současní techničtí vizionáři přikládají do budoucna velkou váhu tzv. 3D tiskárnám. A to nejen pro samotné návrhy komponent, kdy designéři si mohou snadno a rychle vytvořit makety různých dílů a tím s minimálními náklady ověřit i fyzické parametry a funkčnost, ale také již přímo pro samotnou finální výrobu. Ještě nedávno jsem si osobně myslel, že je to trošku přehnané, a že 3D tiskárny budou pouze vhodné jen pro výrobu pouze plastových a polymerových materiálů, a možná i lehce tavitelných kovů typů hliník a jeho slitin. Ale již dnes například firmy Siemens, ŠKODA Doosan Power a další vyrábí komerčně některé speciální keramické i ocelové díly (včetně nerezové oceli) právě prostřednictvím 3D tiskáren s využitím laserových paprsků. Byla totiž již vyvinuta i technologie "3D tisku" pro kovy, kde s pomocí kovového prášku a jeho následným laserovým tavením (zjednodušeně napsáno) lze vyrábět i tvarově velmi náročné prvky v jen několika kusovém množství.

V kombinaci s plně automatizovanými CNC stroji a laserovým obráběním dřeva, tvrdých kovů a dalších materiálů pak možnosti levné kusové lokální výroby jsou již dnes prakticky reálné. Spojení těchto moderních výrobních technologií s plně automatizovaným přísunem materiálu a odvozem hotového obrobku již je možné vytvořit velmi univerzální výrobní linku schopnou rychle vyrábět velké množství různých typů produktů přesně dle požadavků zákazníků.

Zajímavé video o "nekonečných" výrobních možnostech 3D tisku.

Skladování a logistika

Téměř jistě se v blízké budoucnosti plně automatizuje vnitro-výrobní přeprava, logistika a skladování. V této oblasti již automatizace výrazně pokročila, protože mnoho velkých výrobců již má nějakou formu polo- či plně automatického / robotického skladu, kdy jednotlivé výrobní části a komponenty jsou ji v regálech skladu automaticky zakládány a vykládány. V budoucnu bude jistě bude proces automatizován natolik, že produkty vyložené z nákladních vozů již budou na základě informací z RFID čipů automaticky přepravovány a směrovány po přívodních dopravnících do skladu, kde automatický zakladač je uloží na uvolněná místa a současně uloží záznam do své databáze. Následně při požadavku na daný konkrétní materiál nebo komponentu z řídící jednotky výroby pak systém opět produkt vyskladní na příslušný výstupní dopravník vedoucí na začátek příslušného výrobního procesu. Zde si jej již převezme, nasnímá, vybalí a zpracuje další robotický systém. Samozřejmě v některých rozsáhlých provozech, kde se nehodí dopravníky, se využijí automaticky navádění elektrovozítka, které lze již dnes celkem běžně vidět ve výrobách velkých automobilek, kde převáží automaticky plechy a další částí mezi sklady nebo jednotlivými robotickými výrobními linkami.

Z tohoto důvodu však předpokládám, že se ještě více unifikují průmyslové přepravní obaly, které budou koncipovány a maximálně přizpůsobeny pouze strojové výrobě z pohledu snadného zabalení, ale hlavně i rozbalení, což je obecně vnímán jako proces strojově více náročný. V tomto směru jsou pro zcela bezlidské strojové rozbalení hlavně náročné různé plastové pytle a balení do strečových fólií. Naopak různé přepravky, bedny a hranaté kartónové obaly jsou již strojově-roboticky poměrně dobře zvládnutelné.

Lidské řízení

Ve výsledku se tak asi v nepříliš vzdálené budoucnosti většina "továren" změní na zcela liduprosté výrobní komplexy, kde budou uzly pro spojení s světem v podobě zavážkové a výdejové "rampy" a možná jedna malá kancelářská budova několika pracovníků. Ti budou celý automatizovaný systém výrobních hal typu "black box" sledovat jen z pozice obrazovek počítačů. Z nich budou dohlížet na správný chod celého systému a reagovat jen na alarmová hlášení stavů, se kterými si již řídící systém linky sám nebude umět poradit.

Nejdůležitější skupinou lidských pracovníků tak budou designéři / vývojáři, kteří budou navrhovat nové produkty a vytvářet (generovat) kompletní pracovní program pro nahrání do řídícího systému výroby. Automatizovaná univerzální výroba si již následně svoje výrobní prostředky automaticky přenastaví / přizpůsobí dle potřeby. Díky kompletním reálným simulacím již na počítačích vývojářů bude možné minimalizovat nutnost reálného provozního testování v reálném provozu. Vývojový pracovníci pak ani nemusí pracovat v přímo kanceláři firmy, ale klidně flexibilně z domova přes cloud firmy.

Ve vzdálenější budoucnosti (např. 50 let) pak již odhaduji, že řídící systémy již budou natolik inteligentní, že se budou zcela sami učit (programovat). Člověk prostě jen určí co má stroj nebo linka vykonávat (např. ve stylu použij tento materiál, vyrob z něho výrobek dle uloženého výkresu a zabal jej do tohoto typu obalu) a řídící jednotka si již sama najde cestu, jak úkol provést co nejefektivnější cestou. Možná tak již zanikne profese "programátor", jak ji známe dnes, protože všechny čipy a řídící jednotky si prostě svůj "program" sami vytvoří na základě jen zadaných vstupů a výstupů a na základě vlastních zkušeností nebo ze sdílených zkušeností jiných řídících jednotek.

Příklad vytvoření PC simulace funkce linky z výrobních výkresů.

Závěr

Jak jsem již uvedl, skutečnou budoucnost, zvláště tu vzdálenější, lze odhadovat jen velmi obtížně. Například některé vize z 50. a 60. let 20. století o moderním bydlení a dopravě pro roce 2000 jsou často velmi úsměvné, zatímco hlavní dnešní trendy automatizace a výpočetní techniky tehdy skoro nikdo nebyl schopen ani odhadnout. Bohužel nebo možná bohudík je schování lidí obvykle dost proměnné, spontální a pocitové, čímž jsou nějaké přesné odhady budoucnosti vždy nejisté. Prostě si budeme muset počkat, jak to nakonec skutečně dopadne...