Aktuální vydání

celé číslo

11

2020

Systémy řízení výroby a výrobních podniků

Elektrické, pneumatické a hydraulické pohony

celé číslo

Technický pohled na automatizaci nestačí

číslo 4/2003

Technický pohled na automatizaci nestačí

Autor se zamýšlí nad obsahem knihy Petera G. Martina Bottom-Line Automation [1], jejíž podrobnou recenzi přináší časopis Automa v tomto čísle na str. 43.

Jde skutečně o bottom-line?

Co autor myslí onou „poslední řádkou“ (bottom-line) automatizace? Vývoj automatizace procházel od počátků kolem poloviny minulého století až po dnešek jednotlivými fázemi. Počáteční z nich lze charakterizovat jako technickou ve smyslu soustředění se na vlastní prostředky pro automatizaci technologických procesů. V této etapě primárně šlo o zabezpečení uspokojivého fungování výroby, k čemuž se ukázaly být vhodné automatizační prostředky. Další fáze byla fází zdokonalování automatizačních prostředků – šlo tedy o jakousi techniku pro techniku. Orientace na dokonalé nástroje přitom zastínila skutečné cíle automatizace. V současné době nastává další fáze vývoje, pro kterou je charakteristická orientace na splnění skutečného, nezpochybnitelného cíle automatizace, kterým je ekonomický přínos, nebo jinak řečeno efektivita automatizované výroby, a s ním úzce svázaná bezpečnost výroby a vysoká kvalita výrobků. Že autor jakoby považuje tuto fázi za konečnou etapu vývoje automatizace, je jistě poněkud nadnesené. Vývoj nikdy není konečný. Obor může ztrácet na významu, může měnit své metody a posouvat cíle, avšak konečnému „pevnému cíli“ se může jen více či méně blížit. Je tomu tak mimo jiné i proto, že aktuální cíl a z toho vyplývající metody jeho dosažení jsou vždy formulovány na základě minulých a nejvýše současných znalostí. Nové poznatky a zkušenosti jen dočasně pevné body rozostřují a posouvají.

S představou o konečné odpovědi na otázku „K čemu je automatizace?“ však současně lze do určité míry souhlasit. Autor ve své knize snesl množství příkladů, které potvrzuje i naše zkušenost a které lze zobecnit a  shrnout do věty uvedené v knize hned jako druhá věta předmluvy. V ní se konstatuje, že když byly zaváděny počítače jako životaschopné nástroje automatizace, projektanti soustřeďovali svoji pozornost spíše na tyto nástroje než na skutečně aktuální cíle automatizace. Výsledkem byly stále dokonalejší prostředky, které však nebyly využity buď vůbec, anebo jen neúplně a ne zcela správně.

Intuitivní cíle a minimalistický přístup k automatizaci

I naše zkušenost potvrzuje, že cíle automatizace byly a většinou zatím i nadále jsou stanovovány spíše intuitivně. Tím není řečeno, že vždy chybně. Alespoň některé dílčí cíle chybné nebyly a nejsou zpochybnitelné ani z dnešního pohledu. Nikdy však, pokud je známo, nebyly provedeny věrohodné ekonomické rozvahy, a tím méně došlo na detailní a průkazné vyhodnocení realizovaných automatizačních projektů v průběhu činnosti projektovaných automatizovaných systémů. To však rozhodně nelze kvalifikovat jako „trestuhodnou“ nedbalost jejich projektantů a provozovatelů. Tyto rozbory v potřebné kvalitě a rozsahu nebyly uskutečnitelné a zřejmě nejsou uskutečnitelné ani dnes, i když autor knihy, nad kterou se zamýšlíme, ukazuje, že jsme na počátku etapy, kdy to možné být začíná.

Nejčastěji jsme se v praxi setkávali s požadavky na automatizovaný systém převzatými z již realizovaných děl. Úskalí tohoto postupu je v tom, že tato vzorová díla rovněž nebyla důkladně analyzována co do efektivnosti jejich automatizace. Nejčastěji byl požadavek vznášen jako projev snahy, „aby to zde bylo stejně jako tam“, „abychom to měli také“. Znovu však konstatujme, že lepší nástroje nebyly k dispozici. Důsledkem byl „skromný“ přístup automatizátorů, spočívající v tom, že reagovali na jasné a relativně jednoduché požadavky – aby např. veličina byla regulována s danou přesností, s minimálním překmitem, s minimální dobou dosažení ustáleného stavu apod. Projektant řídicího systému se o důvody vedoucí k těmto často vlastně jen náhradním požadavkům hlouběji nezajímal a ani zajímat nemohl. Nebyl k tomu ani vybaven šíří vzdělání, ani neměl k dispozici potřebné údaje a ani ho o to nikdo nežádal.

Nezbytná jsou obecná pravidla

Autor metody „konečného řešení problému automatizace“ P. Martin se ve své knize snaží nalézt obecná kriteria, která by mohla zachytit míru splnění skutečných, konečných a definitivních požadavků na automatizovaný systém. Tato kritéria by měla překrýt nebo zahrnout všechna kritéria dílčí, mnohdy dobře známá a i teoreticky dobře zvládnutá. Projektant automatizovaného systému by měl být vždy schopen do těchto obecných kritérií transformovat aktuální požadavky na automatizovaný systém.

Obecná kritéria lze podle P. Martina rozdělit do dvou tříd. Na ta, která se týkají kvality, a na týkající se vyhodnocování ekonomické efektivnosti – účetnictví. V obou případech jde o velmi obecné pojetí těchto pojmů. Kvalita zahrnuje kvalitativní znaky výrobků i výrobního procesu, včetně vlivů na životní prostředí. Účetnictví zahrnuje ekonomické vyhodnocení konečného efektu výrobního procesu, obecně složeného z velkého množství dílčích faktorů. To vše představuje nesmírně komplikovaný problém, ale bez jeho postupného řešení nedojde k zásadnímu obratu a k výraznému zvýšení ekonomického efektu (automatizovaných) výrobních a provozních činností.

Zvolený přístup s sebou nese množství specifických problémů. Jejich analýzou však lze dospět k některým obecným zjištěním.

Automatizovaný proces není neměnný, a vyvíjí se v čase. Jde o vývoj relativně rychlý, a proto je předpokladem úspěšnosti nového přístupu dynamické vyhodnocování efektivity automatizovaného procesu. To znamená, že vhodně navržená kritéria ze zmíněné dvojice tříd kritérií je nezbytné vyhodnocovat v reálném čase. To dále značí, že jádro potřebných údajů se získá přímým měřením ve výrobním procesu. Z toho plyne, že automatizace se neomezí pouze na realizaci lokálních regulačních smyček a ovládacích algoritmů a že řídicí systém nebude změřená data mimo tento základní účel shromažďovat jen pro archivaci a případné budoucí vyhodnocování, popř. zpracování v navazujícím ekonomickém subsystému, ale že bude využívat většinu naměřených dat pro průběžné vyhodnocování kvalitativních a ekonomických ukazatelů, podle nichž bude v reálném čase zasahováno do výrobního procesu. Výraz zasahováno je zvolen úmyslně, abychom zdůraznili, že vedle automatických zásahů nerezignujeme na účast člověka jako rozhodujícího prvku v systému řízení výrobního procesu.

Všechny tyto funkce mohou být splněny jen pomocí automatizačních prostředků současné výkonnosti a kvality a za předpokladu, že se tyto jejich technické atributy budou v dohledné době i nadále výrazně zlepšovat.

Transformace představ o plně automatické výrobě

Automatizace ve svém vývoji prošla i mnohé slepé uličky, které se na počátku zdály vést k úchvatným koncům. Jednou z nich byly plně automatizované výroby. Technická realizovatelnost těchto snů byla zřejmá již v začátcích prvních kontaktů automatizace s výpočetní technikou. Slibné myšlence však zlomil vaz vývoj, jehož kořeny byly spíše v oblasti společenské a ekonomické. Plně automatizovaná výroba by byla ekonomicky přijatelná jen tehdy, kdyby existovala společenská potřeba ohromného množství totožných výrobků a tato potřeba by trvala přiměřeně dlouhou dobu.

Dnešní doba však vyžaduje výrobky současně v mnoha variantách, které se průběžně časem mění. Stačí pohlédnout na současný trh televizorů, automobilů a podobných výrobků, abychom vyjmenovali zástupce produktů vhodných pro plně automatizovanou výrobu (lights out manufacturing, tj. výrobu „s vypnutým osvětlením“). Tvůrci vizí o výrobě bez lidí si zřejmě představovali miliony domácností vybavených zcela shodnými televizory atd. Současná automatizace však musí být především flexibilní. Musí být nástrojem pro automatizovaný výrobní proces, jehož nezastupitelným účastníkem je člověk disponující vhodnými nástroji, kterými jsou moderní automatizační prostředky.

Dalším zobecňujícím zjištěním je skutečnost, že vyhodnocení kritérií na úrovni systému jako celku není možné, je příliš hrubé, a je proto nezbytná dekompozice. Bylo vyvinuto několik metod, které vedou k dekompozici vyhodnocovacích postupů na dílčí celky a jim příslušná dílčí kritéria. To usnadní návrh a realizaci vyhodnocovacích postupů, avšak současně to umožní vhodně dekomponovat rozhodovací procesy, kterých se účastní člověk.

Jiným obecných znakem nově koncipovaných systémů, vyznačujících se uzavřením řídicích smyček sestávajících z prvků člověk, automatizovaný řídicí systém a řízený proces, je, že oproti obvyklému uspořádání prezentuje automatizovaný řídicí systém hodnoty kriteriálních funkcí nejlépe v podobě zobrazení na vhodné zobrazovací jednotce, v číselné podobě nebo grafem.

Dalším znakem, který se tentokrát týká automatizovaného výrobního procesu, je orientace na současně aktuální výrobní procesy označované jako „útlé“ (lean manufacturing). Útlá výroba, na rozdíl od hromadné výroby orientované na maximální produkci za jednotku času, se orientuje na schopnost vyhovět požadavkům trhu (demand-pull, tzv. výroba tažená poptávkou).

Útlá výroba je založena na těchto principech:

  • tok výroby je plynulý,
  • výroba probíhá téměř beze zmetků (kvalita v šesti sigma),
  • řídicí týmy vybavené pravomocí zasahovat do procesu zabezpečení kvality průběžně působí na její zlepšování,
  • v řízení se využívá vizualizace,
  • na pracovištích je pořádek, čisto a bezpečno,
  • všudypřítomná je snaha o dokonalost.

Všechny tyto principy mají netechnický charakter pouze zdánlivě. Veskrze je lze totiž převést na technické požadavky na funkce automatizačního systému a všechny jsou nutnou podmínkou, bez jejíhož splnění nelze dosáhnout skutečného zvýšení efektivity výroby.

Tolik k obsahu knihy. Nyní vyvstává otázka, jak naznačených cílů dosáhnout.

Změna paradigmatu v projektování automatizovaných systémů

Týmy projektantů automatizovaných systémů se musí vymanit z diktátu zadavatelů. Úloha automatizace musí být řešena komplexně v plném smyslu toho slova. Východiskem ovšem není výměna pozic mezi zadavatelem a řešitelem zadané úlohy. Zadavatel musí sám dojít k přesvědčení, že může a musí své požadavky formulovat obecněji a že může od řešitele očekávat jejich kvalifikované a co nejúplnější vyřešení. Pro automatizátora bylo jistě pohodlnější plnit daný technický úkol bez toho, že by se vážně zamýšlel nad jeho hlubším smyslem a nad širšími souvislostmi jeho realizace. I tak bylo jeho vyřešení zajímavým a obtížným úkolem. Vývoj však naznačuje, že pro budoucnost s tím nevystačíme.

V první řadě si musí automatizační týmy osvojit nové metody a prostředky, bez kterých nelze zvládnout nově formulované úkoly. Jde skutečně o nové přístupy, což ovšem neznamená, že by dosavadní metody a prostředky ztrácely na významu.

Zdá se, že nejobtížnější bude integrace ekonomických přístupů do automatizovaných systémů. Zde je nutné začít hledáním společného jazyka. Budou rozvíjeny metody dynamického vyhodnocování ekonomických ukazatelů za využití zejména v reálném čase měřených veličin. Současně však bude nutné řešit obtížnou úlohu dekompozice automatizovaného systému a příslušných kritérií na hierarchicky nižší a snadněji zvládnutelné celky. Tato problematika je zcela nová a vyžaduje rozšíření projektových týmů a doplnění znalostí, kterými vládnou jejich členové. V našich podmínkách bude jistě náročným úkolem spolupráce s ekonomy. Pro ten účel bude zřejmě vhodné vychovat si v automatizačních týmech odborníky schopné s ekonomy komunikovat.

Na ekonomický pohled a dekompozici úzce navazuje zpracování dat. Výrazně vzrůstá význam databázových systémů v automatizaci, a to i nejnovějších výdobytků v této oblasti. Další opět úzce související oblastí je statistické zpracování dat. Nutnost osvojit si statistické metody a moderní programové systémy zaměřené na statistické zpracování dat je zřejmá.

Potřebná změna paradigmatu v oboru automatizace bude klást větší požadavky také na hloubku a kvalitu systémové analýzy. Pokud se v současnosti ještě stále zdá, že kvalitní systémová analýza je zbytným přepychem, bude jistě již v blízké budoucnosti nezbytnou podmínkou úspěchu. Totéž beze zbytku platí o moderních metodách projektování a jejich počítačové podpoře (např. V-Modell a podobné prostředky).

Automatizátory tedy zjevně čeká mnoho práce. Automatizace nikdy nebyla oborem, který by připomínal klidné vody. Stálý vývoj, někdy až překotný, s ní byl spojen v minulosti a vše nasvědčuje, že tomu nebude jinak ani v dohledné budoucnosti. Teď jde o to, na změny se včas a dobře připravit, či – nejlépe – být dokonce jejich hybateli.

Poznámka na závěr

Namísto shrnující závěru připojme na konec tohoto zamyšlení krátkou lingvistickou poznámku. Slovní spojení bottom line má, jak je tomu v angličtině zvykem, větší počet významů, pro nás středoevropany nepochopitelně odlišných. K tomu přistupují ještě odlišnosti americké angličtiny. V tomto případě však není tato mnohotvárnost významů bez zajímavosti. Vedle poslední řádky lze nalézt i významy další. „Bottom line“ může znamenat také poslední řádku účtu, a tedy jakousi souhrnnou bilanci. V USA „bottom line“ znamená něco jako jádro věci. Ani výklad tohoto termínu jako základní úroveň jistě nebude zcela chybný. I bez složitých a násilných úvah je zřejmé, že všechny tyto významy s naším tématem více méně souvisejí, a je dobře možné, že autor tento nezvyklý termín zvolil právě proto. „Bottom-line automation“ je nepochybně předkládána jako poslední podstatný krok ve vývoji přístupu k automatizaci. Tento přístup je založen především na vyhodnocování celkového ekonomického přínosu, tedy na souhrnné ekonomické bilanci. Jistě budeme s autorem souhlasit, že svým přístupem obrátil pozornost k jádru věci. A konečně i to, že ukázal, že tyto nové přístupy nelze aplikovat bez toho, že bychom je dekomponovali i na základní, technologickou úroveň automatizovaného systému.

Literatura:

[1] MARTIN, P. G.: Bottom-line Automation. ISA 2002, ISBN 1-55617-759-3.

[2] CENDELÍN, J.: Databáze, datové sklady a automatizace – změna paradigmatu? Automa, 2002, roč. 8, č. 8–9, s. 97.

Jiří Cendelín

Autor, doc. Ing. Jiří Cendelín, CSc., pracoval 30 let v podniku Škoda Plzeň, kde realizoval projekty informačních a řídicích systémů (IŘS) v oblasti těžkého strojírenství, energetiky a vodárenství. Od roku 1989, kdy působí jako pedagog na současné katedře kybernetiky Fakulty aplikovaných věd Západočeské univerzity v Plzni, se i nadále v různé míře podílel na projektech a realizacích projektů IŘS mimo uvedené obory i např. v plynárenství, dopravě a skladovém hospodářství. Je členem redakčního kruhu časopisu Automa.

Inzerce zpět