Průmysl 4.0 neboli čtvrtá průmyslová revoluce je označení pro současný vývoj průmyslu, který prochází rozsáhlou inovací. Součástí je celková změna trhu práce a automatizace výrobních procesů (Korbel, 2015). Tento koncept byl poprvé představen na veletrhu v Hannoveru v roce 2013, ovšem základní prvky čtvrté průmyslové revoluce se objevily již v roce 2011 (ČMKOS, 2017).
Základní myšlenkou je vytvoření takzvaných „chytrých továren“, které budou využívat kybernetické a fyzikální systémy. Tím budou schopny převzít opakující se činnosti, které do současné doby vykonával personál. Jedná se o navazující výrobní systémy, které již používají počítače, ovšem jsou doplněny o připojení k internetu.
Tím je umožněna komunikace mezi jednotlivými výrobními podniky, které navzájem vnímají své skladové zásoby. Propojí se nejenom výrobní stroje, zpracovávané produkty a rozpracované produkty (polotovary), ale také další systémy a subsystémy celých výrobních podniků.
Vznikají takzvané „kyberneticko-fyzikální výrobní systémy“. Jejich úkolem spolupracovat s dodavatelskými či odběratelskými společnostmi a celý proces logistiky se tak urychluje. Úkolem těchto „chytrých továren“ je včasné zajištění potřebného materiálu či dodání hotových výrobků do dalšího článku celého logistického řetězce, a to od počátečního získání surovin, přes kompletní výrobu, až po distribuci hotového výrobku ke koncovému zákazníkovi (Korbel, 2015).
Cílem této čtvrté průmyslové revoluce je interoperabilita a vytvoření zcela autonomních systémů, které by propojovaly výrobní systémy se všemi komponenty, a lidmi komunikující přes internetovou síť. Tím by se zajistila kontinuita celkového výrobního procesu a odběr hotových výrobků. Vše by mělo probíhat prostřednictvím internetu věcí a internetu služeb za předpokladu, že budou tyto systémy využity zcela maximálně. K dosažení cílů bude zapotřebí využití všech těchto systémů, které spolu musí vzájemně spolupracovat (Mařík, 2016).
Dalším klíčovým prvkem je internet věcí (IoT) či Big data, která budou muset zajistit přenos dat a řízení mezi jednotlivými výrobními stroji či podniky, čímž mohou být řízeny na dálku a společně reagovat na případné změny (Kopetz, 2011).
S nástupem Průmyslu 4.0 lze podle Forda (2015) predikovat, že umělá inteligence vezme časem většinu práce nejen lidem na nejhůře placených místech, ale i vysoce vzdělaným lidem, protože automatické systémy už umí nahradit i myšlení, roboti jsou čím dál chytřejší, nepotřebují mzdu ani odpočinek. Velkými hráči se stávají společnosti, které mají zkušenosti s automatizací průmyslu.
1.1 Kyberfyzikální systémy (CPS)
S Průmyslem 4.0 se pojí pojem „kyberneticko-fyzikální systémy“, které také označujeme jako CPS (Cyber-Physical System). S tímto pojmem se lze setkat přibližně v roce 2006 ve Spojených státech amerických, kde se jimi označují systémy z fyzických entit řízených počítačovými algoritmy. Společným základem je tedy spolupráce samostatných řídících jednotek, jež jsou schopny samy rozhodovat a řídit celý technologický celek. To znamená řídit ho zcela autonomně, čímž se tyto systémy stávají nedílnou součástí kompletních výrobních struktur (Design World, 2015).
Dle Českomoravské konfederace (2017) odborových svazů můžeme tyto kyberneticko-fyzikální systémy rozdělit na dva hlavní typy:
1. Multiagentní systémy – zde hovoříme o takzvaných systémech samostatně se chovajících agentů, kteří nemusí být fyzické, ale může se jednat například o softwarový systém. Příkladem takovýchto systémů mohou být například automatické dopravníky. Tyto systémy mají výhodu ve velké flexibilitě a odolnosti vůči poruchám, ovšem i zde existují nevýhody v podobě výpočetní a časové náročnosti.
2. Holonické systémy – jedná se multiagentní systémy, kdy je holonický agent schopen činnosti koordinovat, řídit, plánovat či aktivně provádět. Agent může být například snímač, kompletní stroj, ale i výrobní linka či firma.
Kyberneticko-fyzikální systémy tvoří základ průmyslu 4.0, a jsou již na takové úrovni, kdy jsou schopny převzít i složitější úkony, a zcela je automatizovat.
1.2 Coboti
Cobota lze definovat jako „kolaborativního“ robota, který se snadno programuje či rychle implementuje. Pro správné pochopení pojmu Cobot (nebo také “kobot”) je vhodné si nejprve uvést, co znamená pojem robot. Robot představuje samostatnou jednotku, případně stroj, jež vykonává určené úkoly dle instrukcí na základě pevného programu. To vše provádí bez ohledu na lidi kolem sebe, proto jsou často tito roboti umístěni v klecích, či ohraničeni ploty. Ovšem kolaborující robot neboli cobot je vytvořen tak, aby spolupracoval s lidským protějškem. To znamená, že takový robot není umístěn v žádné kleci, ale schopen plně vnímat člověka jako svého partnera, kterému nesmí ublížit, ale musí s ním spolupracovat. V takovém případě je tedy schopen například podávat komponenty svým lidským spolupracovníkům. Je tedy schopen vyhodnotit okolní situaci, které se umí cobot
1.3 Internet věcí (IoT)
Internetem věcí, z anglického Internet of Things (IoT), je v informatice název pro fyzická zařízení, mezi nimiž je možné vytvořit internetovou síť, pomocí které se jednotlivá zařízení propojují a komunikují spolu. Může se jednat například o vozidla, domácí spotřebiče, ale také stroje ve výrobních podnicích. To vše probíhá za pomocí elektroniky, softwaru, senzorů či dalších technických částí, jež jsou nutné k vzájemné kompatibilitě (Ashton, 2009).
Podobnou definici uvádí také dokument od Hallera et al. (2008), kde je uvedena tato definice: „Internet věcí je jako svět, v němž jsou fyzické objekty bez sebemenších problémů integrovány do informační sítě, čímž se stávají velice aktivními účastníky v rámci celého procesu, komunikují s dalšími zařízeními, a to vše s přihlédnutím na bezpečnost či ochranu.“
Britský matematik Turing uvedl, že je velice dobrým tahem vytvořit takový stroj s nejlepšími „smyslovými“ orgány, který by byl schopen učit se, chápat či mluvit.
Úkolem Turingova stroje je pochopení algoritmu, na jehož základě by byl schopen například odpovídat na otázky. Touto myšlenkou se velice přiblížil dnešní představě o internetu věcí (Turing, 1950).
Internet věcí se stává čím dál více nedílnou součástí domácností, ale i průmyslových podniků. Tato vysokorychlostní internetová síť vznikla na základě nutnosti uspokojit potřeby konkrétních uživatelů nebo potenciálních uživatelů, kterými většinou jsou klienti v podnikatelské sféře. Propojením internetu věcí (IoT, Internet of Things) a komunikace mezi stroji (M2M, Machine-to-Machine Communications) na IP platformě se hlavními komunikujícími subjekty stávají stroje a tím je minimalizována chybovost (Link Labs, 2018).
1.4 3D tisk
3D tisk neboli „3D printing“ je výrobní proces pro fyzickou výrobu trojrozměrných (třídimenzionálních) pevných předmětů. Předměty jsou nejprve vytvořeny v digitálním souboru, jenž se označuje jako adiktivní výroba. Z toho také plyne, jak probíhá proces výroby. Výsledný produkt je vytvořen postupným přidáváním jednotlivých vrstev do doby dokončení zadaného předmětu. Nejrozšířenější technologií 3D tisku je FDM (Fused Depositon Modeling), kdy dochází k natavování materiálu, který je tiskárně dodán ve formě struny (filamentu). Pomocí 3D tisku lze vytvářet náročné tvary a konstrukce, které by nebylo možné zhotovit žádným jiným způsobem (Průša, 2014). Existuje ještě celá řada těchto technologií, ovšem jedno mají společné. Pro obsluhu 3D tisku je zapotřebí značných znalostí. Pracovník totiž musí být schopen vytvořit model v příslušném softwaru.
1.5 Automatizace
Automatizace je chápána jako označení pro používání samočinných, řídících systémů, které slouží pro řízení různých technologických zařízení či procesů (ISA, 2010). Pokud vezmeme automatizaci z hlediska industrializace, jedná se o následující krok po mechanizaci. V období implementace mechanizace došlo ke značným změnám v industrializaci, kdy byla fyzická práce nahrazována prací strojů, jež usnadňovaly lidem práci. Mechanizace je tedy velice prospěšná, ovšem zavedením automatizace se snižuje také potřeba přítomnosti člověk u vykonávání práce (Švarc et al., 2007).
Pokud by celý výrobní proces přešel do kompletní automatizace, lze předpokládat úplné vyřazení člověka z procesu. Zakoupení a zprovoznění nových strojů však úspěch nezaručí. Základním předpokladem je, aby byla přijata organizační změna (Brynjolfsson a McAfee, 2015). Automatizace by se měla stát nástrojem pro budoucí inovaci průmyslových podniků. Tato technologie se postupně prolíná do všech oborů, a postupem času nebude součástí pouze výrobních procesů, ale i součástí dopravy, informačních technologií, obrany a dalších odvětví (Prnka et al., 2003).
Podle výroční zprávy Mezinárodní federace robotiky (2020) v továrnách po celém světě pracuje 2,7 milionu průmyslových robotů. Oproti předchozímu roku se jedná o 12 % nárůst. České podniky v roce 2019 nainstalovaly 2 624 robotů, což je o 4 % méně než v předchozím roce. Přesto Česká republika zůstává v hustotě robotů stále vysoko nad světovým průměrem. Hustota využívaných robotů činí 147 robotů na 10 000 zaměstnanců. Českou republiku předběhlo Polsko, které do svých továren loni nainstalovalo 2 651 robotů. Roční přírůstek ve sledovaných zemích si lze prohlédnout na Obrázku 1.
Obrázek 1 – Roční instalace průmyslových robotů v TOP 15 zemí v roce 2019 (v tisících)