Obrovské příležitosti, z nichž mnohé si dosud vůbec neuvědomujeme.

Ať už jde o výrobu, montáž, manipulaci s materiálem nebo logistiku: Automatizace se začleňuje do stále většího počtu procesů ve všech odvětvích a oblastech podnikání a od základu je mění.

Kabely a vodiče jsou jako nervový systém: V případě potřeby přenášejí signály, data a napájení ze snímače prostřednictvím řídicí jednotky na úroveň řízení. V odborné diskusi jsme se blíže zabývali výzvami, kterým průmyslová automatizace čelí, i pravděpodobným budoucím vývojem a trendy v této zajímavé oblasti.

Martin Schleef: Představte si stroj nebo sadu propojených strojů, které opakovaně vykonávají specifické úkoly vysokou rychlostí. Zjednodušeně řečeno, v průmyslové automatizaci jde o to, jak tyto stroje ovládat, tj. jak je spouštět, zastavovat uprostřed výroby nebo je vylepšovat. Nejdůležitějším měřítkem je zde tzv. celková efektivita zařízení neboli OEE. Tato metrika odráží využití zařízení ve vztahu k době výroby a převádí úroveň dostupnosti, výkonnosti a kvality na jednoduše zobrazitelné poměrové ukazatele. Ve Fraunhoferově institutu IPA zkoumáme, jak lze zlepšit OEE pomocí senzorové technologie, umělé inteligence a dalších technologií.

Matthias Eick: Z mého pohledu je cílem průmyslové automatizace automatizovat procesy s vysokou přesností opakování a eliminovat potřebu lidské účasti. Takové procesy již nejsou výhradní doménou výrobní haly: z pokroku v automatizaci těží i mnoho dalších oblastí. Na trhu je nyní velké množství menších, výkonnějších a snadněji použitelných technických nástrojů.

Steffen Quadt: Tento termín se již netýká pouze výroby. Zemědělství je také jedním z průmyslových odvětví. Podle mého názoru je hlavním cílem průmyslové automatizace zvýšení produktivity. Toho lze dosáhnout prostřednictvím technologií, ale také nových metod a přístupů. Stejná technologie může dosahovat zcela odlišných výsledků v závislosti na způsobu nasazení.

Frank Sangel: Kromě produktivity jde v automatizaci také o to, aby se lidé zbavili monotónních a únavných úkolů, což zvyšuje bezpečnost procesů.

Schleef: Přesně tak. Rozlišujeme různé hnací síly automatizace, jako je například kvalita v podobě přesnosti opakování nebo ergonomie a dostupnost personálu.

Eick: Automatizace neznamená jen zvýšení produktivity procesů, ale také optimalizaci využívání zdrojů. Například stroje ve zpracovatelském průmyslu mohou s pomocí výpočtových modelů mnohem efektivněji plánovat a využívat materiál.

Quadt: Na automatizační technologie se díváme z vertikálního i horizontálního hlediska. Vertikální perspektivou je známá automatizační pyramida, která je rozdělena do různých úrovní: Úplně dole, na tzv. úrovni komponent, jsou akční členy a senzory; nad nimi jsou úroveň řízení, technologie řízení výroby a úroveň řízení plánování podniku. Cílem je vždy automatizovat strukturovaným způsobem zdola nahoru. Tento přístup poskytuje schematický pohled na automatizaci. Existuje také horizontální perspektiva, tzv. životní cyklus výrobku. To začíná definicí požadavků ve fázi vývoje, tj. dlouho před zahájením výroby. Navíc pokračuje až do doby, kdy se objeví nástupce nebo se výrobek přestane vyrábět, a zahrnuje i dodávky náhradních dílů. Horizontální perspektiva nabývá na významu v souvislosti s otázkami, jako je udržitelnost, energetická účinnost a účinné využívání zdrojů.

Eick: Pro většinu uživatelů je téměř nemožné vidět věci takto komplexně. V praxi jde spíše o to, že „chci vyrábět určitý produkt, takže tomu musím přizpůsobit své postupy“.

Quadt: A právě z tohoto důvodu není vývoj automatizačních technologií zdaleka u konce. Umělá inteligence a prediktivní algoritmy budou v budoucnu mnohem více využívány k analýze a optimalizaci provozu. Dvourozměrný pohled, který máme nyní, se pravděpodobně rozšíří do více dimenzí.

Quadt: To je pravda. Kybernetická bezpečnost potřebuje spoustu vysoce kvalifikovaných a odborně zdatných osob. Ale když už je automatizace zavedena, otevírá obrovské možnosti, z nichž mnohé si zatím vůbec neuvědomujeme. Existují souvislosti, které zatím nevidíme, protože jsou tak složité. Díky pokročilým algoritmům a strojovému učení můžeme lépe porozumět složitosti a rozpoznat zákonitosti, které byly dříve neznámé.

Schleef: Úroveň automatizace bývá vyšší ve velkých podnicích než v malých a středních podnicích. Neinvestování do automatizace se však nakonec projeví jako problém, například když klesne produktivita a firma ztratí konkurenční výhodu. Vidím zde obrovský potenciál pro robotiku, zejména pro koboty: Možnosti využití doslova explodují a roboti jsou stále levnější a snadněji použitelní. Většina lidí si neuvědomuje, jak jednoduché je kobota naprogramovat. A díky „učení nápodobou“ se roboti také hodně naučí sami.

Quadt: První překážkou, se kterou se mnoho společností potýká, jsou vysoké náklady. Těm se nelze vyhnout, ale rychle se umoří, protože provozovatelé chtějí maximalizovat využití svých strojů. Nejlepší stroj nemusí být nutně ten, který je optimalizován pro rychlé a efektivní provedení jedné jediné práce. Vhodnější by byl takový, který je dostatečně flexibilní, aby zvládl více úkolů.

Schleef: To je pravda. Dokonce i velcí výrobci, například v automobilovém průmyslu, investují stále více do inovativních konceptů spíše než do vysoce specializovaných montážních linek. Jedním z těchto konceptů je takzvaná maticová výroba, kde výrobky procházejí flexibilními cestami mezi výrobními buňkami, což umožňuje lepší mapování různorodých variant. Tento přístup je zajímavý i pro malé a střední podniky vyrábějící menší množství.

Eick: Flexibilita Průmyslu 4.0 - kde jsou ekonomicky životaschopné i dávky o velikosti 1 - je nevyhnutelně spojena s poněkud nižší efektivitou. Malé a středně velké podniky nemusí najednou předělávat celou výrobní halu. Místo toho mohou začít s ostrovním řešením s decentralizovanou technologií pohonu nebo vyměnit jednotlivé systémy a komponenty. To jim umožní postupně se s automatizací seznamovat.

Schleef: Mnoho podniků nemá představu, jak optimalizovat svůj strojní park nad rámec již existující úrovně automatizace - ať už prostřednictvím další digitalizace, rozšířeného záznamu dat o měření a kvalitě nebo umělé inteligence. Pokud to však udělají, otevře se jim mnoho nových dveří, a to i u systémů, o kterých se domnívají, že již na nejvyšší výkon pracují. Existují veřejné podpůrné programy, například takzvané rychlé kontroly, které mohou podniky využít, aby si nechaly během několika dnů své závody analyzovat a vyhodnotit.

Sangel: Dříve byly čas a náklady na připojení a zapojení automatizační techniky obrovské, což mnohé výrobce strojů odrazovalo. V dnešní době je však vše již předem nakonfigurováno a sestaveno, což je mnohem jednodušší.

Berger: Přesně to si myslím. Například zde v Německu jsme závislí na imigraci, takže bychom se měli více snažit o integraci zahraničních kvalifikovaných pracovníků. Máme co dohánět.

Eick: Nedostatek kvalifikovaných pracovníků se však netýká pouze Německa. Také v jiných zemích, například ve východní Evropě, je stále obtížnější získat vhodné lidi na několik pracovních míst.

Quadt: Automatizace má ještě jedno velké plus: odstraňuje potřebu lidí vykonávat únavnou, monotónní nebo nebezpečnou práci, kterou už nikdo nechce nebo nesmí dělat. Měli bychom využívat jiné silné stránky lidí, například jejich flexibilitu. Jako společnost jsme povinni podporovat kvalifikaci a profesní rozvoj, a ne zachovávat zastaralá zaměstnání a činnosti. Naše prosperita ve střední Evropě nezávisí na surovinách, ale na technologiích a naší schopnosti je rozvíjet a využívat.

Sangel: Existují například výrobci vstřikovacích strojů, kteří nyní používají servomotory místo hydraulického pohonu k držení svých nástrojů. Velkou výhodou je, že servomotor potřebuje energii pouze při pohybu, zatímco hydraulický systém potřebuje energii neustále. Velcí výrobci často používají desítky těchto strojů. Potenciál úspor energie je obrovský. Existují studie, které ukazují, že nahrazení pneumatických a hydraulických systémů elektrickou automatizační technologií snižuje spotřebu energie o deset procent. Výroba stlačeného vzduchu je energeticky velmi náročná a navíc dochází k únikům. Malé servopohony se navíc automatizují podstatně snáze než válce na stlačený vzduch.

Eick: Pokud jde o kabely, hybridní kabely jsou chytrým způsobem úspory zdrojů. Napájení a data jsou spojena v jednom kabelu. To znamená, že místo dvou kabelů potřebuji pouze jeden, což šetří výrobní materiály. Kromě toho existuje spousta dalších součástí, jako jsou vlečné řetězy a spojky, které lze dimenzovat menší a efektivnější. Proto svými výrobky přispíváme k ochraně životního prostředí.

Quadt: K udržitelnosti přispívají také stroje a komponenty s dlouhou životností. Například převodovka může být používána několik desetiletí. Elektronická zařízení naopak zastarávají rychleji. Cílem musí být vypracování strategií pro zlepšení životnosti, například aktualizací nebo modernizací namísto výměny zařízení.

Sangel: To nás přivádí k tématu modernizace, která je také krokem k lepší udržitelnosti. Například v oblasti výroby obráběcích strojů se vyplatí modernizovat staré stroje, protože mechanické části mají ještě spoustu životnosti. Když se vymění automatizační technologie, výsledkem je často mnohem efektivnější stroj za zlomek ceny nového.

Quadt: V budoucnu musíme vyvinout automatizační technologii, která bude podporovat oběhové hospodářství. Suroviny, jako jsou magnety a vzácné zeminy, jsou drahé. Některé z nich se shánějí velmi obtížně a jiné lze nalézt pouze v krizových oblastech. Proto je stále důležitější myslet na procesy, jako je demontáž a recyklace těchto materiálů, již ve fázi návrhu nového výrobku.

Berger: Velkým tématem je prediktivní údržba, tj. údržba strojů a zařízení prostřednictvím monitorování stavu a analýzy dat. Teoreticky ji lze provádět již dnes, ale v praxi se tak neděje, a to často z jednoduchých důvodů: například proto, že nejsou definována příslušná měřená data. Někdy se vyskytnou potíže s přípravou dat. Nebo mohou být problémy s definováním kritérií hodnocení, což je něco, co je velmi složité a co se musí dělat pro každou jednotlivou aplikaci.

Quadt: Se stroji a zařízeními je spojeno tolik příčin, že o některých z nich ani nevíme. Jedinou cestou vpřed je zde vytvořit kulturu měření a zaznamenávat co nejvíce měřitelných parametrů. Chytré algoritmy mohou později zjistit, které z nich jsou relevantní. Zákazníkovi je třeba jasně vysvětlit: máme nápad, ale ne řešení! Při jeho hledání musíme spolupracovat. Mnoho společností má povědomí o monitorování stavu a prediktivní údržbě, ale klíčová část často stále chybí.

Schleef: Nemělo by se zapomínat na široké možnosti automatizace v montážních dílnách. Zde se stále ještě mnoho prací provádí ručně, což by mohli dělat koboti. Také kvalifikované řemeslné činnosti, například ve stavebnictví, se dočkají masivní automatizace. Dalším trendem jsou digitální nástroje, jako jsou datové brýle a brýle HoloLens, které mimo jiné na dálku podporují zaměstnance při uvádění do provozu nebo servisu tím, že jim poskytují informace a pokyny.

Quadt: Lidé a stroje se každopádně přibližují a jsou vzájemně lépe propojeni. Údržba v sem virtuálním prostředí je toho příkladem. Mnoho činností lze provádět rychleji, efektivněji a s menším počtem chyb. Již nyní například existují virtuální návrhy strojů a zařízení, ale v budoucnu bude možné je také virtuálně uvádět do provozu. Možnosti optimalizace se objevují ještě před fyzickou výrobou zařízení. Jsem přesvědčen, že vývoj průmyslové automatizace je stále ještě v plenkách.

Jürgen Berger je odchovancem společnosti HELUKABEL, pracuje v ní již 25 let. Je zodpovědný za produkty datové, síťové a sběrnicové techniky.

Matthias Eick je globálním segmentovým manažerem společnosti HELUKABEL od roku 2014 a má na starosti automatizaci a technologii pohonů. Narodil se v Dolním Sasku v Německu a v kabelovém sektoru působí již 17 let.

Steffen Quadt je produktový manažer ve společnosti SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG v Bruchsalu, Německo. Po ukončení mechatronického duálního studia (pracovně-studijní) pracoval 16 let jako inženýr technologie pohonů ve výzkumu a vývoji senzorové technologie a digitální integrace motorů.

Frank Sangel je zakladatelem a výkonným ředitelem společnosti Sangel Systemtechnik GmbH, která se stala součástí skupiny HELUKABEL v roce 2022. Společnost sídlí v Bielefeldu v Německu a je předním výrobcem kabelových sestav a systémových modulů pro strojírenství a strojírenství.

Martin Schleef je manažerem obchodní divize strojního a výrobního inženýrství ve Fraunhoferově institutu pro výrobní inženýrství a automatizaci IPA ve Stuttgartu. Vystudovaný procesní inženýr pracoval pro různé mezinárodní společnosti, včetně společností v elektronickém sektoru, než se začal plně věnovat aplikovanému výzkumu.