
Dyskusja na temat, czy automatyka zastąpi ludzi w przemyśle produkcyjnym i czy spowoduje zwiększenie wydajności, jakości i bezpieczeństwa, trwa od dawna.
Artykuły dotyczące automatyki w przemyśle produkcyjnym, w szczególności robotyki i robotów współpracujących (zwanych czasem kobotami), często pojawiają się w prasie, a ich tytuły zwykle wskazują na eliminację miejsc pracy i zastępowanie ludzi przez maszyny. Zawsze gdy słyszę lub czytam, że automatyka zastępuje ludzi, zaczynam się wiercić i szykuję się do dyskusji.
Wydaje się, że zapomnieliśmy już o czasach, gdy komputery z arkuszami kalkulacyjnymi, edytorami tekstu i programami do prezentacji zastąpiły zarówno suwaki logarytmiczne, kalkulatory, maszyny do pisania oraz rzutniki slajdów, jak i stenografów oraz inne osoby używające tych nieskomplikowanych technicznie (w porównaniu z dzisiejszymi) narzędzi. Oczywiście, wykorzystujemy komputery i jesteśmy bardziej produktywni. Połączenie sprzętu i oprogramowania komputerowego może być traktowane jako forma automatyki (tak samo jak komunikacji, rozrywki oraz innych funkcji) i społeczeństwo to zaakceptowało.
Przemysł produkcyjny inaczej wprowadza innowacje
JW automatyce przemysłowej, wykorzystywanej w zakładach produkcyjnych, dynamika wprowadzania nowych technologii jest jednak inna. Ludzie nadal pracują na hali fabrycznej ? a przynajmniej wielu z nich ? i w sytuacjach, gdy automatyka umożliwia wyeliminowanie pewnej liczby miejsc pracy, jest ona czasami postrzegana jako zagrożenie dla pracowników. Wszyscy słyszeliśmy np. historie o sabotażach dokonywanych przez niezadowolonych pracowników fabryk samochodów, chociaż takie przypadki były prawdopodobnie wyolbrzymione. Źródłem niezadowolenia może być (albo i nie) maszyna ? w każdym z tych przypadków była ona jednak niewinną ofiarą.
Jaki jest cel wprowadzania automatyki? Czy jest nim zastąpienie ludzi? Przeanalizujmy następujące dane. Według bazy danych centralnego systemu bankowego USA (Federal Reserve Economic Data, FRED) amerykański indeks produkcji przemysłowej (U.S. Industrial Production Index) pokazuje stały wzrost produkcji przemysłowej od lat 20. XX wieku. Wzrost ten jest niezależny od krótkotrwałych recesji, np. w 2009 roku. Ponadto według FRED zatrudnienie w przemyśle produkcyjnym w USA osiągnęło szczytową wartość niemal 20 milionów ludzi w 1979 roku; od tego czasu spadło do niewiele ponad 12 milionów w 2017 roku. Natomiast wydajność produkcji na jednego pracownika wg FRED dosłownie podwoiła się od roku 1990.
Sytuacja jest jasna: firmy produkcyjne w USA wytwarzają więcej, choć zatrudniają mniej pracowników. Może to nie brzmieć dobrze, może kojarzyć się z dużą liczbą bezrobotnych ? wszystko zależy od perspektywy. Jeśli wszyscy ci ludzie straciliby pracę, to wskaźnik bezrobocia powinien drastycznie wzrosnąć. Zmienna sezonowo stopa bezrobocia spadła jednak z 6?8% w końcu lat 70. do około 4% tuż przed pandemią COVID-19. Tak więc automatyka (oraz inne czynniki) umożliwiły osiągnięcie znacznie większej wydajności produkcji przy zatrudnieniu mniejszej liczby ludzi. Uczciwie przyznaję, że redukcja kosztów pracy jest tu rzeczywiście jednym z celów.
Wyższe cele wprowadzania automatyki w przemyśle
Jak na ironię, w ciągu wielu lat mojej pracy w branży automatyki przemysłowej rzadko czułem, że jedynym czy głównym celem inwestycji w automatykę jest wyeliminowanie stanowisk pracy. Częściej nadrzędnym celem było zwiększenie produkcji, poprawa BHP lub poprawa jakości i precyzji wykonania wyrobów. Weźmy np. linię rozlewniczą napojów o wydajności 1800 puszek na minutę. Taką wydajność może osiągnąć tylko linia automatyczna. Wyobraźmy sobie teraz prasę do tłoczenia, która bez prawidłowego sterowania mogłaby uciąć ręce operatora lub nawet go zabić. Pomyślmy o wymaganiach dotyczących higieny, czystości i precyzji przy produkcji urządzeń medycznych czy półprzewodników. Wiele z tych procesów produkcyjnych jest możliwych jedynie dzięki automatyce.
Większość firm produkcyjnych, a nawet całe gałęzie przemysłu, może dziś istnieć tylko wtedy, gdy wykorzystuje automatykę. Dla osób pracujących w branży automatyki przemysłowej jest to wielka korzyść. Pomagamy naszym klientom w różnych sprawach ? i technicznych, i ekonomicznych. Często jest to jedyny sposób, aby mogli oni kontynuować działalność produkcyjną w Stanach Zjednoczonych. W odróżnieniu od nas Chiny były postrzegane jako kraj z przemysłem niezautomatyzowanym w tak wysokim stopniu ze względu na niskie koszty pracy. Od roku 2013 Chiny stały się jednak największym rynkiem robotów na świecie, a powodem było nie tylko dążenie do redukcji kosztów pracy, lecz także chęć poprawy jakości produkcji.
W bardziej ogólnym sensie automatyka dotyczy maszyn. Weźmy np. komputerowe sterowanie urządzeń numerycznych (CNC) w maszynach, takich jak maszyny pakujące artykuły spożywcze oraz inne wyroby konsumenckie czy przenośniki transportujące produkty od jednego stanowiska do drugiego. Wystarczy też rozejrzeć się dookoła i popatrzeć na otaczające nas obiekty. Okna w naszym domu, komputer i jego wyposażenie, nasze oprawki okularów, panele podłogowe, karty kredytowe ? wyprodukowanie tego wszystkiego było możliwe dzięki zautomatyzowanym maszynom. Nawet nasz samochód jest maszyną, która zastąpiła konia, i nie słyszałem, aby ktoś się na to skarżył.

Roboty będące żywą reklamą
Pewna forma automatyki jest często żywą reklamą dla tych, którzy chcą się skoncentrować nie na zaletach automatyki i konieczności jej wprowadzania, lecz na wynikającej z niej zwiększonej efektywności i wydajności produkcji. Chodzi tu o wykorzystanie robotów.
Roboty nie są czymś nowym. Pierwszym wynalazkiem, który mógłby być uważany za robota, było urządzenie stworzone przez George?a Devola z Louisville (stan Kentucky) w latach 50. Nazwał on swój wynalazek ?Unimate? ? to skrót od ?uniwersalna automatyka? (universal automation). Był on uważany za ?uniwersalny?, ponieważ w odróżnieniu od większości maszyn, które zostały skonstruowane w określonym celu, mógł być wyposażony i zaprogramowany do wykonywania różnych zadań (chociaż daleko mu było do w pełni ?uniwersalnego?). George Devol nie odniósł sukcesu komercyjnego. Jego patent w latach 60. odkupił Joseph Engleberger, któremu bardziej poszczęściło się we wdrażaniu robotów pod marką ?Unimation?. Od tego czasu wiele innych firm na świecie wypuściło wiele innych modeli, zwykle rozpoznawalnych głównie dzięki rzucającemu się w oczy kolorowi ? często był to jasnożółty, pomarańczowy lub niebieski. Roboty te były i są używane w coraz większym stopniu wraz z maszynami we wszystkich gałęziach przemysłu.
Tu mała dygresja. W artykule koncentrujemy się na robotach przemysłowych wykorzystywanych w produkcji. Ostatnio pojawiły się w sprzedaży wynalazki robotyczne do zupełnie innych zastosowań, np. roboty odkurzające podłogę. To już całkowicie inny temat do dyskusji, chociaż upowszechnienie tych urządzeń może wpłynąć na większą społeczną akceptację krytykowanego wcześniej robota.
Dlaczego roboty są tak często obiektem krytyki? No cóż, robot ma ramiona. Właściwie zwykle ma tylko jedno ramię, w przemyśle jest on po prostu zwany ?ramieniem? (arm). Ramię robota jest szybsze, bardziej precyzyjne i zwykle silniejsze od ludzkiego (patrz fot.1). Nigdy się nie męczy, nie potrzebuje wychodzić do toalety, nie bierze zwolnień lekarskich. Jest zaprogramowane do wykonywania specyficznych, powtarzalnych zadań i zwykle wymaga niewiele konserwacji.
Niestety, w odróżnieniu od ludzi, ramię robota nie ma oczu, chociaż niektóre programy telewizyjne i filmy science fiction wyposażyły te urządzenia w cechy człowieka, nawet nogi (tak naprawdę wiele robotów posiada systemy wizyjne, chociaż sprzęt ten nie próbuje naśladować człowieka, z wyjątkiem produktu jednej firmy, która bez przemyślenia wprowadziła na rynek robota z oczami na wyświetlaczu ? oczy te nawet mrugały).
Ramię robota jest zwykle zamocowane w ustalonym położeniu ? na podłodze, na postumencie czy stole ? oraz zaprogramowane tak, aby wykonywało czynności według specyficznej ścieżki. Często ruchy te są dość gwałtowne, zaś przemieszczane przez serwonapędy o wysokiej mocy ciężary są duże i lepiej nie znaleźć się na drodze robota. Czasami w takich aplikacjach, jak np. spawanie ramię robota nie musi się poruszać gwałtownie, jednak samo jego działanie jest niebezpieczne dla osób będących w pobliżu. Dlatego obszar działania robota musi być podczas jego pracy zabezpieczony przed dostępem ludzi. Istnieje wiele norm i standardów, które to opisują. Czasami zabezpieczenie stanowi klatka otaczająca robota i obszar jego działania, zwana gniazdem robota (robot cell). W innych przypadkach, takich jak spawanie punktowe wykonywane przez roboty na linii montażowej samochodów, cały obszar otaczający roboty pracujące w zespole jest oddzielony barierą zabezpieczającą przed dostępem ludzi. Gdy drzwi do obszaru pracy robotów zostaną otwarte albo skaner wykryje w tym obszarze obiekt, który nie powinien się tam znaleźć, cała linia zostanie zatrzymana.
Wprowadzenie robotów współpracujących
Do ostatniej dekady roboty pracowały oddzielone barierami ochronnymi. Dopiero niedawno pojawiły się roboty współpracujące. Termin ?współpracujący? (collaborative) oznacza, że robot może współpracować z ludźmi albo pracować obok nich. Jak to jest jednak możliwe i co z bezpieczeństwem ludzi? Konstrukcja robota zakłada ograniczoną moc napędu i siłę ramienia, a układy zabezpieczające natychmiast zatrzymują pracę maszyny, gdy zostanie wykryta jakaś kolizja. Jest to zrealizowane na różne sposoby. W wielu aplikacjach robot może być wdrożony bez zastosowania barier ochronnych. Zawsze jednak należy dokonać oceny zagrożeń, której wyniki czasami powodują, że instalowane są bariery ochronne, nawet gdy wykorzystywanym robotem jest kobot (collaborative robot). Przykładem może tu być sytuacja, gdy robot porusza ostrą lub długą częścią, która może zranić człowieka nawet przy najlżejszym uderzeniu.
Określenie ?współpracujący? może też mieć wtórne znaczenie, odnoszące się do metody trenowania robota. Zamiast czystego programowania maszyny, czyli wprowadzania prędkości i współrzędnych ruchu ramienia z klawiatury czy programatora wiszącego, można często ?wytrenować? robota przesuwając jego ramię ręcznie od punktu A do punktu B, co jest przyjemną formą współpracy człowieka z maszyną. Łatwość programowania nie jest główną wartością robota współpracującego, jednak często jest to bardzo konkurencyjna zaleta, dzięki której sprzedano bardzo dużo takich urządzeń.

Czy roboty wyeliminują niektóre stanowiska pracy?
Powróćmy do pytania: czy roboty współpracujące mogą wyeliminować niektóre stanowiska pracy i czy dynamika ich wprowadzania jest inna niż w przypadku jakiejkolwiek innej formy automatyki? Pokazaliśmy już, że bezpośrednia redukcja czasu pracy jest ogólnie jednym z celów wprowadzania automatyki w przemyśle, zaś odpowiednie dane potwierdzają wzrastający poziom produkcji przemysłowej w ciągu wielu lat przy jednoczesnym spadku zatrudnienia w branży. Jestem generalnie zwolennikiem automatyki, jednak postulowałbym wykorzystywanie faktu, że roboty współpracujące są szczególnie dopasowane do redukowania liczby osób pracujących w fabrykach na zasadzie ?jeden za jednego? ? usuwamy człowieka, wprowadzamy robota. Dlaczego? Jeśli pracownik wykonuje powtarzalne zadania przez wiele godzin każdego dnia, to stosunkowo łatwo jest wprowadzić na jego miejsce robota współpracującego w stosunkowo krótkim czasie. Spowodowane jest to łatwością konfiguracji i programowania robota oraz brakiem konieczności zamontowania barier ochronnych, wymaganych w przypadku robotów tradycyjnych. Z tych samych powodów robot współpracujący jest znacznie bardziej przystępny pod względem kosztów (nie chodzi tu o cenę samego robota, ale koszty zainstalowane, dzięki czemu oszczędza się wiele czasu na prace inżynierskie i na kosztach budowy ?gniazda robota?), a zatem jego nabycie jest uzasadnione finansowo. Wniosek jest prosty ? prawdopodobnie coraz więcej takich robotów będzie wdrażanych.
Mówimy, że stosunkowo łatwo jest wdrożyć kobota, jednak z pewnością jest wiele aplikacji, w których wdrażanie jakiejkolwiek automatyki stanowi wyzwanie. Znakomitymi przykładami są tu sytuacje, w których wytwarzany albo przetwarzany produkt albo jest trudny w obchodzeniu się z nim, albo nie jest zbytnio powtarzalny. Na przykład odzież, której produkcja ciągle była przenoszona w poszukiwaniu najtańszej siły roboczej, czy przemysł mięsny, który (w momencie pisania tego artykułu) często występuje w wiadomościach podawanych przez media w kontekście pandemii COVID-19. Przyczyną nagłaśnianych przypadków zarażeń wirusem jest to, że w przemyśle mięsnym pracuje obok siebie duża liczba ludzi, wykonując prace masarskie na nieregularnych i złożonych ?produktach?. Prawdopodobnie zastosowanie większej ilości automatyki w zakładach przetwórstwa mięsnego odniesie sukces; uzyskane do tej pory osiągnięcia były raczej ulotne.
W naszej dyskusji na temat wykorzystywania robotów współpracujących do redukcji pracy ludzkiej nie może zabraknąć najlepszych przykładów skutecznego wdrażania kobotów. Chodzi tu o zakłady produkcyjne, w których jest wiele stanowisk roboczych wykonujących ten same procesy, takie jak obróbka za pomocą maszyn CNC, np. zakład posiadający 30 maszyn CNC obrabiających komponenty do samochodów (patrz fot. 2 i 3). Bez zastosowania robotów zakład ten musiałby zatrudnić 20 pracowników do obsługi tych wszystkich obrabiarek (dostarczanie surowych elementów, umieszczanie ich w maszynie, a następnie odbieranie gotowych). Natomiast przy wykorzystaniu kobotów do obsługi tych obrabiarek, a przynajmniej większości z nich, obróbka może wymagać tylko od 5 do 10 operatorów, co oznacza znaczną redukcję pracy ludzkiej oraz jako bonus ? prawidłową, bezpieczną pracę z punktu widzenia dystansu społecznego.
Perspektywy na przyszłość
Warto zauważyć, że opisani tu pracownicy muszą być znacznie lepiej przeszkoleni do współpracy z robotami. Ważne jest również, aby zakład przemysłowy koniecznie zatrudnił albo wynajął specjalistę od instalowania i programowania robotów. To prawda, że zakład po wdrożeniu robotów potrzebuje mniej pracowników, jednak osoby obsługujące roboty powinny być dobrze przeszkolone i opłacane. Jak się okazuje, przemysł produkcyjny jest znowu doskonałym miejscem do robienia kariery zawodowej. Co za ironia ? redukcja kosztów pracy za pomocą lepiej opłacanych pracowników.
Joseph H. Schwartz, wiceprezes Grupy Mi ds. Rozwiązań Automatyki (Mi Automation Solutions Group) w firmie Motion Industries. Na Uniwersytecie Purdue uzyskał tytuł magistra inżyniera mechanika (BSME), a na Uniwersytecie Waszyngtona w St. Louis ? Master of Business Administration (MBA). Był dyrektorem generalnym (CEO) firmy BRAAS, gdy została ona wykupiona przez Motion Industries w 2016 r.