Objavljeno: 24.11.2020 | Avtor: Simon Peter Vavpotič | Monitor December 2020

Tovarne brez luči

Roboti so že pred leti nadomestili fizične delavce pri najtežjih in najnevarnejših delih, denimo v avtomobilskih lakirnicah. Rastejo tudi računalniško vodene tovarne brez luči, ki jih vzdržuje in nadzoruje majhen tim visoko usposobljenih inženirjev. Bo že v tridesetih letih univerzitetna izobrazba obvezna, podobno kot danes osnovna šola?

O popolnoma avtomatizirani in robotizirani tovarni brez človeških delavcev, luči in ogrevanja je med prvimi že leta 1955 pisal Philip K. Dick v kratki zgodbi z naslovom Autofac. Koncept se 65 let kasneje, ob skokovito naraščajoči avtomatizaciji in vse večji dostopnosti industrijskih robotov, naposled uresničuje. V svetu uspešno deluje peščica tovarn brez luči s popolnoma avtomatiziranimi in robotiziranimi proizvodnimi linijami s stroji CNC (stroji z računalniškim numeričnim nadzorom, angl. computer numerical control) ter z industrijskimi roboti, ki lahko tudi mesec dni delujejo brez človeškega nadzora.

V strojih CNC, ki jih v industriji uporabljajo že več kot tri desetletja, so sestavni deli in surovine, iz njih pa prihajajo končani izdelki ali polizdelki. Kljub temu le redki modeli zmorejo dlje časa delovati povsem brez človeškega nadzora, kar je, poleg njihove visoke cene in povezave v enoten delovni proces z robotskimi manipulatorji in ustrezno implementacijo izhodne kontrole, tudi glavna ovira za popolno avtomatizacijo večine večjih tovarn.

Visoka stopnja avtomatizacije je zaradi visokih začetnih stroškov redkost v tudi manjših obratih in tovarnah z butično oziroma maloserijsko proizvodnjo, vendar njihovi lastniki ob velikih naročilih zaradi premalo delavcev neredko raje nabavijo sodobnejše stroje CNC, kot da bi zaposlili nove delavce. Res pa je, da bi za popolno avtomatizacijo zaradi proizvodnje zelo raznovrstnih izdelkov potrebovali veliko bolj prilagodljive in vsestranske industrijske robote, kot jih uporabljajo v velikih tovarnah. Take, ki bi znali uporabljati kopico različnih orodij oziroma bi bili podobni androidom, kot si jih je zamislil George Lucas v ontologiji Vojna zvezd.

Klub obsežnim raziskavam se zdi, da bosta potrebni še približno dve desetletji, preden bodo na voljo ceneni industrijski roboti za splošno rabo. Z industrijskimi androidi se bodo obrtne delavnice lahko bolj prilagajale željam naročnikov oziroma vsakemu ponudile pestro paleto različnih možnosti videza in funkcionalnosti končnega izdelka, zaposleni bodo, namesto fizičnega dela, s programskimi orodji risali podrobne konstrukcijske načrte naročenih izdelkov, neprekinjena 24-urna proizvodnja pa bo hkrati nekajkrat povečala zmogljivost obratov v primerjavi z današnjo.

Nujno dobro načrtovanje

Čeprav delavce nadomeščajo stroji, je pri samodejni tovarni od poslovne ideje in poslovnega načrta, načrtovanja proizvodnje in podpore poslovnim procesom do iz gradnje in zagona tovarne še vedno dolga pot, ki zahteva trud strokovnjakov različnih strok. Vsak proizvodni proces je treba skrbno načrtati ne glede na to, ali bodo posamezne funkcije v njem izvajali delavci z različnimi orodji ali pa robotski manipulatorji in stroji CNC. Kompleksnost posameznega koraka delovnega procesa moramo hkrati prilagoditi stroju CNC, robotu ali zaposlenemu.

Čeprav je koncept samodejne tovarne sorazmerno enostaven, je raven zapletenosti strojne in programske opreme za podpro njenemu delovanju vse prej kot to. Za nadomeščanje proizvodnih delavcev, ki s stroji CNC izvajajo različne korake pri proizvodnji izdelka, potrebujemo zapletene robotske manipulatorje s kompleksno vgrajeno programsko opremo. Čeprav nekateri stroji CNC za velikoserijsko proizvodnjo že danes delujejo v veliki meri brez človeškega posredovanja, denimo v polnilnicah pijač, morajo delavci neprestano spremljati njihovo delovanje in hkrati ročno opravljati še neavtomatizirane naloge, ki vključujejo zagotavljanje surovin in pakiranje ter prevoz palet izdelkov v distribucijsko skladišče, kjer jih razvozijo tovornjaki. Sproti preverjajo tudi skladnosti in kakovosti vzorcev pijač. Nadaljnji korak sta avtomatizacija in robotizacija distribucijskega skladišča, ki z računalniško vodenimi roboti samodejno shranjuje palete z različnimi pijačami, vodi njihovo zalogo in jih pripravi za prevzem ob prihodu tovornega vozila. Vendar so za robotizacijo skladišča že danes na voljo učinkovite rešitve.

Je povsem res, da samodejne tovarne ne potrebujejo luči in ogrevanja?

To ne drži povsem, saj imajo današnja mikroelektronska vezja, ki so del računalnikov, strojev CNC in robotov, natančno določene delovne pogoje delovanja, med katerimi sta še posebej izpostavljeni temperatura in relativna zračna vlaga. Tovarne brez luči zato ne morejo delovati povsem brez ogrevanja ali hlajenja, razen v za proizvodnjo najugodnejših klimatskih pasovih. Vsekakor pa to ne pomeni, da morajo biti prostori ogreti ali ohlajeni na temperaturo, ki je primerna za bivanje ljudi (npr. 22 °C).

Podobno je z osvetlitvijo. Tudi robotski manipulatorji in stroji CNC pri nekaterih delih potrebujejo osvetlitev, vendar večinoma zadoščajo svetlobni viri in merilniki, denimo za izvajanje meritev z lasersko svetlobo. Kljub temu ne potrebujemo svetlobnih virov, ki bi omogočali daljše bivanje zaposlenih. Veliko prostorov v tovarni ni treba stalno osvetljevati z ljudem prijazno svetlobo, na voljo morajo biti le svetlobni viri za vzdrževalce tovarne. Vidna svetloba je v tovarni brez luči pomembna predvsem pri izhodni kontroli izdelkov. Gotovo si kupci ne želijo takih s slabo vidnimi oznakami, slabo sestavljenih ali s slabo prilepljenimi nalepkami.

Kako delujejo?

Proizvodnja vsakega navadno izdelka poteka fazno, tako da vsak stroj CNC v proizvodni liniji nekoliko dodela polizdelek. Ta nato potuje k naslednjemu stroju CNC, ki izvede drugi korak izdelave itn., dokler na nastane končni izdelek, ki mora imeti zahtevane funkcionalnosti. Te navadno preizkusi zadnji stroj v verigi. Za prenos polizdelkov med stroji CNC lahko uporabimo tudi preprost tekoči trak, kjer pa to zaradi velikosti in lastnosti nastajajočega izdelka ni mogoče, moramo uporabiti robotske manipulatorje in/ali robotizirane samovozne transportne vozičke.

Zagotavljaje varnosti v tovarniški halah brez človeškega nadzora zahteva učinkovit nadzor nad delovanjem strojev CNC pa tudi nadzor nad kakovostjo vhodnih surovin polizdelkov in izdelkov ter razmerami v delovnih prostorih (temperatura, vlaga, zračni pritisk itn.), ki morajo prilagojene za optimalno delovanje strojev, ne pa tudi za bivanje ljudi.

Med proizvodnjo gre lahko marsikaj narobe, zato je potrebno učinkovito odzivanje proizvodnih sistemov v vseh (kriznih) situacijah. Metode umetne inteligence so pri tem ključen dejavnik, s katerim lahko zagotovimo pravilen odziv tudi v vnaprej nepredvidenih situacijah. Obenem omogočajo preverjanje ustreznosti in kakovosti surovin kot izdelkov, pri čemer v veliki meri nadomestijo človeške kontrolorje, katerih ocena je dostikrat subjektivna.

Ključna vloga umetne inteligence

Računalniki brez umetne inteligence ne morejo posploševati in reševati problemov, ki niso natančno opredeljeni v njihovi programski opremi. Denimo računalnik brez algoritmov umetne inteligence ne more razumeti, kaj je na sliki s kamere, oziroma prepozna le enostavne situacije, kot je nezadostna osvetlitev prostora. Zanesljive in varne vožnje avtomobila po običajnih cestah si na ta način vsekakor ne moremo predstavljati. Podobno je tudi pri nadzoru delovanja samodejnih tovarn, kjer je, denimo, z varnostno kamero pomembno zaznati iskrenje električnih napeljav ali puščanje hidravličnega olja pa tudi situacije, ki jih z enostavnimi tipali ne moremo ugotoviti, kot so nepravilno ali nezanesljivo delovanje robotskih manipulatorjev, nepravilne dimenzije izdelkov, slab videz izdelkov, poškodbe tovarniških stavb ipd.

Z algoritmi umetne inteligence lahko na osnovi spremljanja telemetričnih podatkov predvidimo tudi prihodnje potrebe po vzdrževanju posameznih strojev CNC in robotov. Umetnointeligenčni algoritmi so del programske opreme skoraj vseh industrijskih robotov, pogosto pa tudi novejših strojev CNC. Umetna inteligenca zagotavlja prilagodljivost pri vseh tistih opravilih, ki jih ne moremo natančno predeliti s klasičnimi računalniškimi algoritmi ali z matematičnimi formulami.

Popolna avtomatizacija pogosto še ni smiselna

V zadnjem desetletju je bil razvoj algoritmov na področju umetne inteligence skokovit, saj smo, na primer, dobili učinkovite sisteme za samodejno vožnjo, pri katerih pa bodo v prihodnjem desetletju potrebne še številne izboljšave, da bodo širše uporabni v vsakdanjem življenju. Podoben napredek bo potreben tudi pri samodejnem nadzoru delovnih procesov v tovarnah brez luči. Bistvene izboljšave bodo potrebne predvsem na področjih robustnosti in povečanja vsestranskosti algoritmov, s čimer bo mogoče isto umetnointeligenčno programsko opremo uporabiti za avtomatizacijo podobnih delovnih procesov. Sčasoma bomo dobili tudi odgovor, katere vrste nadzora se izplača prepustiti umetni inteligenci in katere področnim strokovnjakom, pri čemer mora umetna inteligenca pri kontroli proizvodnje zasledovati cilje, ki jih postavijo področni eksperti. Če dajo ti prednost kakovosti pred količino izdelkov, se mora temu prilagoditi tudi delovni proces.

Po drugi strani se danes, predvsem zaradi še vedno sorazmerno visokih stroškov popolne avtomatizacije delovnih procesov, poraja vprašanje, katere procese oziroma do kolikšen mere avtomatizirati. Pomanjkljivosti v današnjih umetnointeligenčnih algoritmih in postopkih upravljanja ter vzdrževanja povsem avtomatiziranih proizvodnih linij lastnike tovarn pogosto odvračajo od implementacije popolne avtomatizacije tovarn.

Robot ali stroj CNC?

Tudi robot je neke vrste stroj CNC in obratno, saj je v obeh krmilni računalnik, ki izvaja numerični nadzor nad delovanjem naprave. Pod izrazom robot si sicer navadno predstavljamo robotski manipulator ali robotsko vozilo z zmogljivim krmilnim računalnikom, ki prestavlja, prevaža ali obdeluje večje predmete. Denimo v lakirnicah avtomobilov za barvanje karoserij uporabljajo robotske manipulatorje. Kot stroj CNC si predstavljamo tudi rezalnik, tiskalnik 3D in računalniško vodeno stružnico, saj izdelek nastane v njihovi notranjosti.

Zanimiva je primerjava klasičnega tiskalnika 3D z robotskim, izdelanim iz lebdečega trota z vgrajenim brizgalnikom plastične mase, pri katerem, v nasprotju s klasičnim tiskalnikom 3D, izdelek nastane zunaj stroja. Tiskalnik 3D lahko tako naredimo v obliki stroja CNC kot robotski manipulator ali robotsko vozilo z brizgalnikom plastične mase. Večina industrijskih robotov je tudi bolj podobna ljudem, saj jim lahko zamenjamo orodja oziroma jih sprogramiramo za izvajanje različnih nalog. Denimo, če bi na prej omenjenega trota namestili kamero, bi lahko z njim namesto tiskanja 3D natančno posneli pokrajino.

Naslednjo stopnjo razvoja predstavljajo roboti in stroji CNC, ki znajo sami zamenjati obdelovalna orodja. Zmogljiva stružnica CNC lahko z zamenjavo stružnega noža za vrezovanje navoja samodejno vreže navoj v različne kovine ali pa zamenja iztrošen stružni nož z novim. Tudi robotska roka omogoča izmenjavo obdelovalnih orodij, od brizgalnika barve do vrtalnika ali laserskega rezalnika. Kljub temu je večnamenskih robotov še sorazmerno malo, saj različna opravila zahtevajo različne ločljivosti obdelave in različne nosilnosti robotske roke. Na primer, robotski manipulator za prenašanje avtomobilskih karoserij potrebuje nosilnost več 100 kg, medtem ko je potrebna nosilnost pri tiskanju 3D več kot stokrat manjša.

Kloniranje samodejnih tovarn

Pisci znanstvenofantastičnih zgodb pogosto razmišljajo o robotih, ki zmorejo proizvajati druge robote pa tudi izdelati svoje kopije. V primerjavi s programsko opremo, ki jo sorazmerno enostavno skopiramo, je zmožnost izdelave kopije trirazsežnega predmeta odvisna od materialov in načrtov, ki jih imamo na voljo. Za izdelavo kopije robota potrebujemo vse sestavne dele ali pa mora biti na voljo tiskalnik 3D oziroma drug stroj CNC, ki jih zna izdelati. Rabimo tudi stroj za izdelavo raznovrstnih miniaturnih tiskanih vezij s krmilno in z gonilno elektroniko. Klon v zadnjem koraku sestavi robotski manipulator, ki tudi preveri njegovo delovanje.

Zaradi zapletenosti kloniranja je malo verjetno, da bi že v bližnji prihodnosti lahko dobili samodejne tovarne, ki bi bile sposobne izdelati svoje klone, razen morda najenostavnejših, ki bodo predvsem dokaz pravilnosti koncepta. Ni izključeno, da se bomo pri izdelavi samodejnih tovarn z možnostjo kloniranja zgledovali po biološkem svetu, v katerem je osnovni gradnik živalska ali rastlinska celica, ki zna podvajati samo sebe. Lahko bi izdelali take univerzalne gradnike strojev CNC in robotov, da bi se znali klonirati iz materialov, ki so jim na voljo na nekem nebesnem telesu (npr. Luni), nato pa bi iz njih sestavljali večje stroje in naprave …

Vendar s preprostim kloniranjem obstoječih samodejnih tovarn ne bo mogoče razvijati novih izdelkov in povečevati njihove tehnološke dovršenosti. Ne verjamete? Vprašajte se, ali bi si želeli danes uporabljati kopijo operacijskega sistema Microsoft Windows 3.1?

Lahko naša civilizacija obstane brez samodejnih tovarn?

Da bi v starorimskem cesarstvu postopno lahko odpravili suženjstvo in obdržali enak življenjski standard, bi skoraj gotovo potrebovali uporaben parni stroj, s katerim bi približno 1.500 let prej vstopili v industrijsko dobo. Za kaj takega bi potrebovali motivacijo in tehnološki napredek pri obdelavi kovin. Čeprav so poznali osnovni princip delovanja parnega stroja, zamisli niso razvijali naprej, saj je bilo ceneje in enostavneje uporabiti sužnje. Zanimivo pa je, da so po drugi strani kot odlični gradbeniki odkrili in začeli uporabljati beton. Ta je omogočil cenejšo in enostavnejšo gradnjo velikih objektov, ki so nudili udobje premožnim Rimljanom, da so uživali sadove preteklih rodov, niso pa dovolj prispevali k tehnološkemu napredku.

Podobno je tudi naša civilizacija na razpotju, ko se bomo morali odločiti, ali pustiti tehnološkemu napredku prosto pot ali pa si bomo sproti izmišljevali, zakaj se avtomatizacija in robotizacija ne izplačata, se spraševali, ali bo še dovolj dela za vse, ter razpravljali o potencialnih nevarnostih uporabe umetne inteligence v tovarnah. Naraščajoče število svetovnega prebivalstva kar kliče po uporabi novih tehnologij, saj brez njih ni mogoče izdelati dovolj poceni dobrin za vse. Danes si, zahvaljujoč poceni izdelavi čipov in tiskanih vezij v (skoraj) samodejnih tovarnah, od katerih je večina na Kitajskem, skoraj nikjer na svetu ne morejo predstavljati življenja brez pametnega telefona in računalnika, medtem ko bodo nove samodejne tovarne zagotovile tudi dovolj drugih dobrin za vsakdanjo rabo.

Vseeno to ne pomeni, da nam ne bo treba delati. Učinkovita raba obstoječih tehnologij in razvoj novih, s katerimi bomo lahko začeli izkoriščati ogromne resurse drugih planetov našega osončja, bosta zahtevala ogromen človeški razvojni potencial, predvsem veliko več razvojnih inženirjev in znanstvenikov pa tudi astronavtov različnih strok.

Alternativa je le vse bolj neusmiljen bolj za dobrine našega planeta, ki nas lahko popelje v številne vojne in novo dobo mračnjaštva oziroma »srednji vek« tretjega tisočletja. Analogija s starorimskim cesarstvom je zato vsekakor na mestu. Tam so za manj zahtevna dela izkoriščali sužnje, v razvitem svetu pa bomo že kmalu uporabljali androide, paziti moramo le, da ne bomo zaspali na lovorikah dosedanjega tehnološkega napredka.

Tovarne brez luči po svetu

Tovarne brez luči, ki delajo 24 ur na dan z redkimi vzdrževalnimi postanki, so tudi v svetovnem merilu še redkost. Med prvimi lastovkami je tudi japonski FANUC (Fuji Automatic NUmerical Control), ki izdeluje po okoli 50 robotov na dan (24 ur), pri čemer lahko deluje brez človeškega nadzora tudi do 30 dni. Radi se pohvalijo tudi s tem, da tovarna hkrati ne potrebuje niti ogrevanja in klimatskih naprav. Proizvodnja brez luči poteka tudi v Philipsovi tovarni električnih brivnikov na Nizozemskem, kjer celoten delovni proces 128 robotov nadzoruje le devet zaposlenih. Tako so električni brivniki lahko veliko cenejši, hkrati pa jih ni treba uvažati iz Kitajske.

V naslednjem desetletju lahko pričakujemo hitro rast števila industrijskih robotov na 10.000 zaposlenih, hkrati pa tudi vse več samodejnih tovarn, ki bodo proizvajale kakovostneje in z naprednejšimi tehnologijami od današnjih. Odlične ideje z družabnih omrežij za razvoj novih podjetniških idej in njihovo financiranje, kot sta Kick Starter in Indiegogo, bodo s cenejšimi stroji CNC in poceni industrijskimi roboti dobile nov zagon, saj bodo avtorji projektov lažje izdelali začetne serije izdelkov, za katere naročniki plačajo ceno s popustom vnaprej in tako financirajo njihov razvoj.

Novi zagon svetovnega gospodarstva

Malo je ljudi, ki jih izpopolnjuje rutinsko delo v proizvodnji, veliko več pa takih, ki menijo, da je dolgočasno in fizično naporno, zaradi česar zavidajo pisarniškim delavcem. Samodejne tovarne bodo prinesle nekajkratne pocenitve in dvig kakovosti izdelkov, hkrati pa omogočile vgradnjo novih funkcionalnosti. Delovne naloge zaposlenega bodo zato zahtevale vse več miselnih sposobnosti, veliko manj pa fizičnih. Podobno kot lahko že danes bager pri kopanju jarka zlahka nadomesti 100 delavcev in več, a zato nihče več ne protestira, bodo v prihodnosti samodejne tovarne opravljale vsa dela v proizvodnji.

Cenejši stroji in roboti bodo odprli pot novemu razvoju in novim poslovnim priložnostim. A to ne pomeni, da bo za ljudi zmanjkalo dela. Še več ga bo! Svetovno gospodarstvo rabi nov zagon, vendar ne tako, da izropamo vse resurse našega planeta. Namesto tega moramo z vesoljskimi tehnologijami izkoriščati ogromne resurse drugih planetov našega osončja, kar bo v veliki meri razbremenilo naš planet, pri tem pa brez samodejnih tovarn ne bo šlo. Tega se »čez lužo« še kako dobro zaveda tudi Elon Musk.

Kam z delavci, bo zanje zmanjkalo dela?

Marsikdo ob zamisli o tovarnah brez luči sočutno pomisli na številne zaposlene z nižjo izobrazbo, ki bodo morda zaradi robotizacije v prihodnosti ostali brez zaposlitve, a kljub temu strah za večino ni upravičen. Sorazmerno počasna razvoj in uvajanje dragih robotskih tehnologij v proizvodnjo bosta omogočila mehak prehod v novo obdobje človeške zgodovine, saj si bodo mlajše generacije, ki z zanimanjem spremljajo tehnološki razvoj in razvoj človeške družbe, ob pestri izbiri novih obetavnih poklicev zagotovo vse manj želele manualnega dela. Vseeno ga bodo novi poklici tudi vključevali, saj bo potrebno pri postavitvi novih tovarn in vzdrževanju obstoječih. Delo vzdrževalca robotov in strojev CNC bo obsegalo tako računalniška znanja kot tudi nameščanje in pripravo teh naprav za delo. Pri tem bodo uporabljali različna električna orodja, delovne stroje in vozila, ki bodo zaradi zmogljive računalniške podpore učinkovitejši ter enostavnejši in manj naporni za uporabo, zato bo mogoče združiti delo, ki ga danes opravlja več ljudi z različnimi znanji.

Zmotno je misliti, da je delo najpomembnejša vrednota, enako pomembna sta tudi znanje in kapital. Cenejša proizvodnja bo omogočila rast novih podjetij ter izboljšala in popestrila ponudbo raznovrstnih izdelkov na svetovnem trgu. Mladi talenti bodo imeli več možnosti za uveljavljanje v poslovnem svetu, saj bo dobro poslovno zamisel lažje uresničili. Res pa je, da bodo morali znati sami poiskati in izkoriščati naraščajo množico poslovnih priložnosti. Inženirji bodo morali usvojiti ekspertna znanja, ki jih bodo potrebovali lastniki samodejnih tovarn za načrtovanje novih izdelkov ter zagon in vzdrževanje novih proizvodnih linij. Še naprej bodo naraščale potrebe po delavcih z univerzitetno izobrazbo, vendar bodo ob morebitnem pomanjkanju ustreznih kadrov inženirsko delo brez težav dobili tudi »domači znalci«, podobno kot na začetku informacijske dobe, ki se je začela v osemdesetih letih preteklega stoletja.

Naroči se na redna tedenska ali mesečna obvestila o novih prispevkih na naši spletni strani!

Komentirajo lahko le prijavljeni uporabniki

Monitor na Facebooku

Monitor TV na YouTube

JXGuB2E3qYI

  • Polja označena z * je potrebno obvezno izpolniti
  • Pošlji