Další postup automatizace je nemyslitelný bez ICT, a bez lidí

Transkript

1 Logistika 1. ročník Další postup automatizace je nemyslitelný bez ICT, a bez lidí Není tomu tak dávno, co se i v odborném tisku objevovaly statě o "továrnách budoucnosti", ve kterých bude všechno automatizováno a kde bude zaměstnáno jen několik lidí, kteří budou obsluhovat a kontrolovat všechno pomocí řídicích mechanismů. Sem patří koncepce známé pod názvy jako "Smart Factory", "Digital Factory", "Future Factory" či "Flexible Factory". Ve skutečnosti je tomu trochu jinak. Automatizace samozřejmě stále postupuje, ale poněkud jiným směrem, než se před jedním či dvěma desetiletími předpokládalo. Došlo totiž k něčemu, co nikdo nepředpokládal a nechtěl. Automatizační technika se dostala do stádia, kdy se z ní stala spleť: - součástek, - subsystémů, - datových formátů, převáděcích protokolů, rozhraní a softwarových hierarchií, spleť těžko přehledná a také nesnadno ovladatelná. K tomu nutno přičíst i fakt, že jde o spleť do značné míry nekompatibilní mezi různými výrobci a uživateli automatizační techniky. Určité pokusy o unifikaci byly učiněny, ale zatím nevedly k výsledkům stojícím za zmínku. Uvedený stav by možná nevadil, kdyby šlo o několik firem pracujících s automatizační technikou a kdyby šlo o masovou a relativně dlouho trvající výrobu poměrně malého počtu výrobků či polotovarů, k níž tato technika slouží. Ttrh se vyvíjí jinak. Požaduje stále širší paletu výrobků, přičemž určitého druhu či typu se vyrábí méně než dříve, někdy jde dokonce o výrobu jen několika kusů. Pojem "individualizace výrobků" už dávno není jen termínem z učebnic, nýbrž reálným jevem. V takových případech se musí automatizované procesy a linky přestavovat, a to stále častěji. To stojí čas a peníze a v některých případech si uživatelé dokonce začali klást otázku, zda má pro ně automatizace ještě smysl. Inovační proces se zrychluje, což znamená, že k obměně výrobků musí jejich producent přistupovat častěji než dříve. To nutnost měnit schéma své automatizace ještě zvětšuje. Zkracuje se výrobní cyklus výrobků i jejich celkový životní cyklus, a proto se zkracují i doby, po které se ten který výrobek produkuje. Příklad: V 70. letech minulého století se při výrobě určitého modelu automobilu počet variant omezil na několik typů motorů, několik barev (karosérie) a nějaké detaily ve vnitřním vybavení vozů, pak v současné době se počet variant u vozu BMW X3 pohybuje kolem 90

2 tisíc!(samozřejmě včetně takových drobností, zda popelníky v interiéru jsou umístěny na sedadlech nebo pod bočními okny apod.). Pokud jde o délku výroby osobních vozů: jestliže ještě v 70. a 80. letech se tehdejší automobily vyráběly po dobu asi devíti let, je to dnes jenom sedm let, a v případě vozu Golf páté generace to bylo jenom pět let. K tomu je nutno přičíst také rostoucí roli zemí, které nově vstupují na světový trh, vyrábějí ve velkém a i když často nemohou s výrobou v klasických průmyslových zemích soutěžit co do kvality, mohou jejich konkurenceschopnost zatím nabourávat lácí svých výrobků. Je požadována výroba, která dokáže na požadavky trhu reagovat rychle a pružně. Toho nelze dosáhnout s konvenčními technologiemi, ale, jak je zřejmé, ani automatizace toto neřeší, pokud bude ponechána jenom sama sobě. Je zapotřebí se na ni podívat systematičtěji než dosud a využít jejích možností, které zatím byly mimo ohnisko pozornosti vývojářů a výrobců. Nedoceněná simulace a nekompatibilita To platí např. o simulaci a digitálních modelech výroby. Ty se uplatňují zatím nejvíce v automobilkách a u výrobců letadel. Průzkum, který si provedli pracovníci Fraunhoferova ústavu pro tovární provoz a automatizaci v Magdeburku (IPA), zjistil, že v mnoha případech bylo sice při vývoji a výrobě použito simulace, ale poté se výsledky uložily na pevné disky a už se s nimi nepracovalo. Přitom jde o velice bohatý a trvale využitelný materiál, který lze využívat při běžném řízení výroby, předvídání a řešení poruch, při běžné u údržbě, při určování a předvídání oděru součástí a strojů atd. Na nižších úrovních řízení, tedy blíže k vlastní výrobě, se tento problém nejeví tak ostře, protože konkrétní pracovníci jako např. elektrikář, mechanik či obráběč konfrontují pokyny z řídicího místa výroby se svou zkušeností a korigují eventuální rozpory mezi reálnou situací a odchylkami od žádoucího stavu v digitálním řízení. Hlavní problémy se vyskytují spíše na úrovni podnikového managementu. Aby se snížila pravděpodobnost poruch, tlačí management mnoha firem na vytvoření určitého informačního a komunikačního systému vlastního jenom jejich firmě, a samozřejmě do toho tlačí i své dodavatele. Pak se samozřejmě dostaví už vzpomenutý problém nekompatibility s jinými firmami. Plug and Play V praxi se však objevuje i opačný přístup, pro který se ujal název "Plug and Play" (připoj se a pracuj). Ten vyvinul Fraunhoferův ústav pro zpracování informací a dat v Karlsruhe (IDA). Zde jde o tzv. middleware, fungující jako prostředník mezi řídicím systémem určité firmy a systémem jiné firmy. K tomu je však nutno instalovat softwarový adaptér. Z tohoto důvodu mnozí experti považují toto řešení pouze za přechodné na cestě k datovému modelu, který bude možno spojit s různými komponentami, podobně jako lze napojit fotoaparát anebo tiskárnu pomocí USB na počítač.

3 Tento přístup ukazuje (jasněji než ten předchozí), jak důkladně se automatizace orientuje na IT, resp. ICT, jak využívá jejich novinek a jak je na nich závislá. Ještě před asi dvěma desítkami let totiž automatizace měla před IT náskok. Není tedy překvapením, že plány na vytvoření jednotného datového formátu v automatizaci jsou dnes úzce spojeny s IT. Automation ML (Markup Language) je otevřený standard, založený na popisovacím jazyce XML (Extended Mrkup Language) již dávno v IT zavedeném, a používá se ve všech technických disciplinách, od konstruování strojů přes plánování elektrických systémů až k programovanému řízení. Iniciátorem vytvoření Automation ML byla mimochodem v roce 2006 firma Daimler Chrysler. SOA architektura orientovaná na servis Jiný směr, jak iniciovat další posun automatizace dopředu a přiblížit se k flexibilní továrně, představuje aktivita Německého střediska pro umělou inteligenci (DFKI) v Kaiserslauternu Vyznačuje se úmyslem oddělit vývoj hardware od vývoje software. Smyslem je poměrně rychlá optimalizace procesu řízení výroby pomocí počítačů, aniž by museli plánovači brát v úvahu to, jaké senzory, roboty a jiná technika budou pro řízení později zapotřebí. Jde o koncepci SOA - architekturu orientovanou na servis. Zde není na určitý segment výroby, resp. jeho řízení, nahlíženo jako na klubko pravidel a parametrů, nýbrž jako na "službu". Zadavatel úkolu nebo plánovač musí říci, jaký výkon, výsledek ("output") od dané služby očekává. Jestliže pak přístroje řídicí techniky splňují standardy SOA, nemusí se už starat o to, jakými povely se musí řídit určité čerpadlo anebo ventil. Slabší stránkou koncepce DFKI je zatím vývoj na úseku hardware z hlediska plného souladu s potřebami budoucí továrny budoucnosti. Od aktivního k pasivnímu RFID DFKI provozuje malou "chytrou továrnu", kde se experimentuje se systémem plnění tekutého mýdla do dávkovačů. Dávkovače, skleněné nádržky, jsou opatřeny štítky RFID, využitelnými pro potřeby automatizace. Když se dávkovače pohybují po pásu, štítky procházejí kolem čteček o velikosti cigaretové krabičky, jež mají kapacitu 128 Bytů. Čtečky zjišťují, zda jsou nádržky naplněny, jakým druhem mýdla jsou naplněny a zda jsou řádně uzavřeny. Princip RFID se již hodně rozšířil ve výrobě, dopravě, manipulaci se součástkami a skladování. Aktuální se v současné době zdá být postupný přechod od tzv. aktivních štítků ke štítkům pasivním. Aktivní mají poměrně velkou paměťovou kapacitu a lze je napojit na senzory, které mohou např. zjišťovat, jaká je teplota kusů, na nichž jsou štítky fixovány. Nevýhodou aktivních štítků je to, že jsou poměrně drahé a rozměrné a že se musejí dodatečně v mnoha případech z výrobků odstraňovat. Pasivní štítky mají malý obsah paměti, do níž se vejde jen pár kódovacích dat a identifikační číslo výrobku. Všechny ostatní informace o výrobku, pokud jsou zapotřebí a požadovány, je nutno si opatřit z příslušné databanky, kterou výrobce disponuje. Pasivní

4 štítky jsou většinou tak malé, že se nemusí odstraňovat (zůstávají na výrobku po celou dobu jeho životnosti), a jsou mnohem levnější než aktivní. Štítky RFID jsou samozřejmě velkou výhodou už při kontrole kvality u výrobce, ale hlavně slouží k identifikaci oštítkovaného výrobku ještě i léta poté, kdy jej uživatel využíval, a dokonce i potom. Orientace a úspory energie Důležitým směrem v dalším rozvoji automatizace, který byl zatím dosti opomíjen, je snaha, aby se při automatizaci neplýtvalo energií. Průzkumy provedené v IPA zjistily, že v obráběcím průmyslu v SRN je jen % energie přiváděné do obráběcích strojů využíváno k bezprostřednímu vytváření hodnoty, a celé 3 přiváděné energie se spotřebovávají na výměnu nástrojů a fungování programovacího systému. Jinými slovy: nejde jenom o to, aby automatizované systémy pracovaly rychleji, ale také o to, aby byly energeticky úspornější. Nezbytná role člověka Ještě v 80. letech, v 90.letech už pak méně, se hlavně ve strojírenství propagoval pojem CIM (Computer Integrated Manufacturing), který byl vykládán tak, že v plně automatizovaných provozech továren se bude pohybovat jen jeden člověk anebo několik málo lidí, kteří budou mít na práci jen ovládání knoflíků spouštějících a vypínajících výrobní mechanismy. CIM je dnes sice stále předmětem vývoje, různých studií a konferencí, ale již v poněkud posunutém významu. Roli člověka v automatizované továrně nelze omezit jen na mačkání knoflíků, a to ani v dokonalejší "továrně budoucnosti". Je to ironie osudu, kterému se nelze vyhnout: člověk je tvor omylný a proto musí být nahrazen automatizační technikou. Ale když tato technika selže, musí jí dát do pořádku zase jen člověk: A člověka je zapotřebí tím více, čím složitější je tato technika (kterou samozřejmě vyvinul zase člověk). Člověk byl, je a zůstane nejdůležitější výrobní faktor ve výrobním procesu. K tomu je nutno dodat, že z hlediska automatizace jde i o faktor nejproblematičtější. Automatizovaná produkce dokáže s opakovatelnou přesností a spolehlivostí vyrábět donekonečna ve stálé, setrvalé kvalitě určitou součástku. U člověka s jeho psychikou, kolísající pozorností, různými emočními stavy a motivacemi něco takového není možné. Jeden z odborníků v DFKI se vyjádřil v tom smyslu, že optimální by bylo, kdyby i každý pracovník ve výrobním a řídicím procesu mohl být označen štítkem RFID, podobně jako nějaká součástka anebo hotový produkt. To samozřejmě není a nikdy nebude možné. Jako určité řešení určité problematičnosti "lidského faktoru" v automatizaci se jeví způsoby, jak usnadnit komunikaci mezi lidmi a stroji a řídicí technikou. To je nicméně problematika, která je stále ještě ve stádiu zkoumání a vývoje. DFKI například vyvinul uživatelské rozhraní, jež funguje se standardem Bluetooth. Mobil, který má pracovník ve výrobě k dispozici, zprostředkovává kontakt se strojem, a ukazují se na něm potřebné parametry a hodnoty stroje. A pracovník se rozhoduje, zda a jak má zasáhnout, a dává pokyny, aniž musí přebíhat mezi stroji. Podklady: Technik

5