„Нито най-силният оцелява, нито най-интелигентният. Оцелява този, който е най-приспособим към промените.“

Leon C. Megginson

Винаги сме се опитвали да видим общата картина и да синтезираме същността на макро тенденциите засягащи дейноста ни. Понякога, поради постоянния поток от информация, е трудно различимо кое е истинско и кое просто реклама. Фокусът върху основните тенденции ни помага да разберем по-добре какво се случва в динамичната средата около нас и да правим по-добри стратегически решения свързани с дейността ни. Когато промените са очаквани, човек има повече време да създаде правилната стратегия, да планира и и приспособи бизнеса или кариерата си към тях.

Най-видимата тенденция в нашият инженерен сектор е ускорения напредък на автоматизацията и дигитализацията в производството. Тази тенденция е от съществено значение за бизнес ни, защото ние решаваме производствени проблеми точно чрез автоматизация и дигитализация. За това, трябва да знаем какво движи тази тенденция, каква е силата ѝ и какви са фундаменталните предпоставки да се случва точно сега.

През последните няколко години събрахме много информация, както от външни източници, така и от собствените ни проекти. Често ни се налага да решаваме сложни производствени проблеми, в които тестваме възможностите на текущите технологии. За това е изключително важно е да познаваме задълбочено лимитите на текущите технологии и тяхното възможно развитие в близко бъдеще. 

Тази информация е интересна и ценна за хора работещи в производството. За това решихме да я организираме и споделим в поредица от няколко статии. Те са фокусирани върху основните тенденции, които е малко вероятно да се променят в следващото десетилетие. За това информацията в тези статии също ще е актуална в следващите години. Надяваме се тя да е интересна и полезна.

Трите мега тенденции в производството, които водят до повече автоматизация

Основното ни наблюдение е, че има три основни тенденции, които водят до използването на повече интелигентна автоматизация и дигитализация в производството:

1. Технологичното развитие и напредък, породени от нарастващата изчислителна мощ,
2. Приложенията на тези технологии, и
3. Съвременните демографски тенденции в Европа и България.

Очакванията са, че интелигентна автоматизация и дигитализация ще помогнат на производствените компании да подобрят своята производителност и качество, да намалят разходите и да увеличат гъвкавостта си. И още по-важно е, че това ще ускори темповете на въвеждане на подобрения и иновации. Настоящите маркетингови кампании обаче са толкова интензивни, че човек лесно може да повярва, че бъдещето ще бъде толкова радикално различно, че ако съвременен производствен експерт влезе във фабрика на бъдещето, няма да може да разбере какво се случва в нея.

Промените в производството ще приличат на ускорена еволюция

Не можем да знаем какво ще се случи в далечното бъдеще, нито пък някой друг знае със сигурност. Очакваме, че през нашия живот промените ще приличат по-скоро на ускорена еволюция, отколкото радикална революция. Първата причина е, че има някои основни принципи в производството, които не са се променили от началото на индустриалната революция през 1800-те. Те ще останат същите, до тогава докато производството е физически процес, който произвежда стоки от суровини. Можете да прочетете повече за принципите на производство в нашата статия, в която говорим по-подробно за тях. Другата причина е, че производството е по-консервативно към прилагането на нови технологии, които не са стабилни и доказани. А много от най-новите технологии са точно такива.

Дори и промените да не са толкова радикални, те все пак ще са с изключително силен ефект. Интелигентната автоматизация и цифровизацията ще дадат силни конкурентни предимства на определени икономики или компании. Те ще създадат повече възможности за растеж, иновации и подобрения. Тези, които вече инвестират и проучват новите възможности, ще оцелеят и ще просперират в променящата се световна икономика. За разлика от тях, компаниите, които не разбират тази тенденция, нито се интересуват от нея, ще изпитат доста затруднения. За това се надяваме се да видим повече български и европейски компании, които инвестират в интелигентна автоматизация и цифровизация.

Информационната епоха

„Наистина сме в ранните етапи на голяма технологична трансформация, която е много по-мащабна, отколкото дори най-възторжените експерти осъзнават… Триста години развитие на технологията приключи след Втората световна война. През тези три века моделът за технология беше механичен: събитията, които се случват в звезда като Слънцето. Всичко започна, когато един иначе почти неизвестен френски физик, Денис Папен, изобрети парната машина около 1680 г. Той завърши, когато възпроизведохме с ядрените експлозии процесите случващи се в една звезда. За тези три века напредъкът в технологиите означаваше – както при механичните процеси – повече скорост, по-високи температури, по-високо налягане. От края на Втората световна война обаче моделът на технологията се превърна в биологичен процес, събитията в организма. И в организма процесите не са организирани около енергията, в смисъла на термина от физиката. Те са организирани около информация. ”

Питър Дракър, 1985 г., „Иновации и предприемачество“^[1]

Продължаващото технологично развитие е първата голяма сила, която движи нарастващото използване на автоматизацията и цифровизацията в производството. Технологичният напредък прави технологичните решения едновременно по-мощни и достъпни. В резултат това увеличава тяхната полезност и инвестиционна привлекателност. В тази статия ще разгледаме въздействието на нарастващата изчислителна мощ и някои свързани технологични постижения, които ще окажат влияние върху индустрията през следващите от 5 до 10 години. Също така ще обясним защо се фокусираме точно върху нарастващата изчислителна мощ като най-важната тенденция в съвременния технологичен свят.

Законът на Мур – Нарастващата изчислителна мощност

Живеем в информационната ера от края на Втората световна война. От създаването на първия компютър, изчислителната мощ нараства с необикновените 35% годишно и се е превърнала в основния двигател на технологичните промени. Един от основателите на производителя на чипове Intel, Гордън Мур, за първи път наблюдава тази тенденция през 1965 г. Той забелязва, че броят на транзисторите в една интегрална схема се удвоява приблизително на всеки две години, докато цената за компютрите се намалява наполовина.  Това наблюдение е известено като „Закон на Мур“.

Закон на Мур за последните 120 години

Увеличението на изчислителната мощност позволи създаването на много нови технологии като електронния цифров компютър с общо предназначение, интернет и милионите му уебсайтове, всякакъв вид софтуер – от счетоводен софтуер до игри и софтуер компютърно подпомаган дизайн (CAD), смартфони и други преносими компютри, впечатляващи специални ефекти и 3D анимация, цифрова фотография, изкуствен интелект и машинно обучение, компютърно цифрово управление (CNC) и роботика, самоуправляващи се автомобили и много, много други технологии. То също така промени значително начина, по който общуваме, пазаруваме и работим.

Следващата графика показва експоненциалния ръст на евтината изчислителна мощност. При изчислителната техника операциите с плаваща запетая в секунда (FLOPS, флоп или флоп / s) са мярка за производителност на компютъра, полезна в области на научни изчисления, които изискват изчисления с плаваща запетая.

Закон на Мур в GigaFLOPS за 1 USD

Пресъздаването на първият цифров компютър с общо предназначение ENIAC на силициев микрочип с размери 7,4 х 5,2 mm.

Ръстът на изчислителната мощ е много впечатляващ, особено ако се сравнява със стандартния темп на подобрения от 1% до 3% на годишна база в други по-стари технологии, като самолети или помпи. Двата следващи примера са идеална илюстрация на двете фигури по-горе.

Първият пример сравнява първия електронен цифров компютър с общо предназначение ENIAC, създаден през 1945 г., с пресъздаване направено 50 години по-късно през 1996 г .:

ENIAC притежавал 17 648 вакуумни тръби от 16 различни вида (както и десетки хиляди резистори, кондензатори, ръчни превключватели и релета) с общ обем от 80 м³ (площ от 167 м² или около два корта за бадминтон) и с електрозахранването и въздушното охлаждане тежи около 30 t. Около 90% от прекъсванията в работата се дължат на повтарящи се повреди на тръби, налагащи трудоемка поддръжка и подмяна (само рутинната проверка отнема около 8 часа).

Половин век по-късно ENIAC е реконструиран върху силициев микрочип с размери 7,4 x 5,3 mm, който съдържа 174 569 транзистора: общата им стойност е десет пъти по-голяма от първоначалната бройка на вакуумните тръби, тъй като транзисторите заместват и всички резистори, кондензатори и други компоненти. ENIAC е бил над 5 милиона пъти по-тежък, консумирал е с около 40 000 пъти повече електричество, но скоростта му е била не повече от 0,002% от тази на реконструирания процесор (100 kHz срещу 50 Mhz), всичко това е благодарение на полупроводниковата електроника и нейното непрекъснато подобрение.^[2]

ENIAC – първия електронен цифров компютър с общо предназначение

ENIAC-on-a-Chip създаден през 1996

Една заявка за търсене на Google използва повече изчисления от цялата програма Apollo

Вторият пример подчертава огромната изчислителна мощ, с която разполагаме днес:

Компютърът Apollo Guidance Computer (AGC) на борда на лунния модул (LM) изпълнява инструкции със скорост от около 40 KHz (или 0,00004 GHz), около 100 000 пъти по-бавно от лаптоп от висок клас днес. Имаше и подобен компютър в реално време, вграден в ракетата Saturn V. На земята НАСА имаше достъп до някои от най-мощните компютри за времето си: пет мейнфрейм компютъра на IBM модел 360/75, всеки около 250 пъти по-бърз от AGC. Те работеха почти 24 часа в денонощието, 7 дни в седмицата, изчисляваха данните за излитане и орбитите, наблюдаваха биомедицински данни по време на мисията и извършваха множество други изчисления.

Сравнихме това с това, което Google прави днес, и установихме, че:

Отнема приблизително същото количество изчисления, за да се отговори на една единствена заявка за търсене в Google, колкото за всички извършени изчисления – в полет и на земята – за цялата програма Apollo!^[3]

Технологичен напредък в производството

Всяка година от 2001 г. насам, списание MIT Technology Review избира десетте най-важни нови технологични пробиви за годината.^[4] Това е списък с технологии, които почти без изключение са възможни само поради напредъка в изчислителната мощ, описан от закона на Мур.^[5] По-голямата част от настоящите технологични разработки в индустриалната автоматизация също се базират на изчислителни и софтуерни постижения. Дори това, което се счита за „стари“ или „традиционни“ технологии, се възползват от все по-мощните програмируеми логически контролери (PLC), индустриалните компютри и устройствата за компютърно цифрово управление (CNC) и съответния софтуер.

Най-важните нови технологии в производството

Ще има много нови или подобрени технологии, които ще виждаме все по-често във фабриките или веригите за доставки в близко бъдеще като:

• Усъвършенствана роботика. В сравнение с конвенционалните роботи, усъвършенстваните роботи имат превъзходно възприятие, интегрируемост, адаптивност и мобилност.
• Индустриален интернет на нещата. Отнася се до взаимосвързани сензори, инструменти и други устройства, свързани в мрежа заедно с индустриалните приложения на компютрите.  Той е част от индустриалните системи за контрол, включващо модерните системи за надзорен контрол и събиране на данни (SCADA) и системите за управление на производството (MES).
• Машинно зрение. Обхваща всички приложения, при които комбинация от хардуер и софтуер осигурява оперативно водене на устройствата при изпълнение на техните функции въз основа на заснемане и обработка на изображения.
• Тримерният печат. Известно още като 3D печат, е компютърно контролиран процес, който създава триизмерни обекти чрез полагане на материали, обикновено на слоеве. Тази технология използва 3D CAD модели.
• Изкуствен интелект (AI) и машинно обучение (ML). AI е по-широката концепция за създаване на машини, които могат да изпълняват задачи по начин, който ние бихме сметнали за „умен“. ML е текущото приложение на AI, базирано на идеята, че просто трябва да дадем на машините достъп до данни и да ги оставим да се учат сами.
• Усъвършенствана аналитичност. Това е общ термин за няколко подраздела на аналитиката, които работейки съвместно използват възможности за прогнозиране. Усъвършенстваната аналитика използва методи и инструменти на високо ниво за предсказване на бъдещи тенденции, събития и поведения.
• Разширена реалност. Това е технология, която наслагва компютърно генерирано изображение върху погледа на потребителя за реалния свят, като по този начин осигурява композитен изглед.
• Виртуална реалност. Това е използването на компютърни технологии за създаване на симулирана среда.
• Блокчейн. От снабдяването със суровини до доставката на крайния продукт, блокчейнът може да увеличи прозрачността и доверието на всеки етап от веригата от доставки в индустриална среда.

Най-добър резултат може да се получи чрез комбиинацията на тези технологии

Този списък от технологии не е изчерпателен и постоянно се променя и разраства. Но вероятно това ще са новите технологии, които ще имат най-голямо въздействие върху производствените фирми през следващите 5 до 10 години, защото предлагат решения за най-много производствени проблеми.

Най-голямото въздействие, обаче, може да бъде постигнато ако тези технологии се комбинират. Тази концепция обикновено се обобщава като Четвъртата индустриална революция или Индустрия 4.0. Индустрия 4.0 обхваща продължаващата автоматизация на традиционните производствени и индустриални практики чрез използването на съвременни интелигентни технологии. Според поддръжниците ѝ, в бъдеще ще бъдем свидетели на една всеобхватна комуникация между машините чрез подобрените възможности на системите за индустриален контрол, което ще доведе до повишено ниво на автоматизация, подобрена комуникация и самоконтрол.  В производството ще се използват интелигентни машини, които могат да анализират и диагностицират проблеми без нужда от човешка намеса. Освен това експертите предвиждат сливане между физическия и дигиталния свят, което ще ни помогне да управляваме производствените процеси много по-добре, отколкото днес.

Няма да обсъждаме подробно Индустрия 4.0, защото в интернет има много информация написана по темата.^[6] Вместо това, в следващите две статии ще се спрем на две технологии, с които сме най-добре запознати – индустриалните роботи и системите за индустриален контрол. Тези две ключови технологии със сигурност ще получат голямо внимание в България и в световен план през следващите години поради нарастващата им полезност, приложимост и възвращаемост на вложените инвестиции.

Ще причини ли краят на законът на Мур спиране напредъка в производството?

Законът на Мур не е естествен закон. Той е просто наблюдение на реалността. Много експерти, включително Гордън Мур, очакват, че в даден момент растежът на изчислителната мощ ще се забави и дори ще спре. Причината е, че съществува физическа бариера в това колко малки могат да станат транзисторите. В момента те са толкова малки, че се доближават до размерите на няколко атома. Някои учени дори твърдят, че законът на Мур вече не е валиден и има признаци, че растежът на изчислителната мощност се е забавил.

Хардуерните иновации, оптимизираното програмиране и квантовите компютри вероятно ще удължат валидността на закона на Мур

Според Intel^[7] обаче това не е вярно и няма да се случи през следващите 10 години, защото все още има място за иновации като нови архитектури и нов дизайн на транзистори. Също така може да се постигне по-нататъшно подобряване на изчислителната производителност чрез по-добър софтуер, алгоритми и специализирана архитектура на чипове. Например, една възможност е да се намали така нареченото „раздуване“ на софтуера (“software bloat”), за да се извлече максимума от съществуващите чипове. Досега, с постоянно нарастващото изобилие от изчислителна мощ, програмистите не трябваше да се притесняват много за писането на по-ефективен код от гледна точка на хардуера.

Експерименти направени от изследователи от MIT показват, че е възможно едно изчисление, което изисква много изчислителна мощност, да се изпълни около 47 пъти по-бързо, само като се премине от Python, популярен език за програмиране с общо предназначение, на по-ефективния C. Това е така защото C, макар че изисква повече работа от програмиста, значително намалява необходимия брой операции. Това позволява на програмата да се изпълнява много по-бързо. По-нататъшното адаптиране на кода, за да се възползва напълно от чип с 18 процесорни ядра, ускорява нещата още повече. Само за 0,41 секунди изследователите от MIT получават резултат, който отнема седем часа с кода писан на Python.^[8]

Не на последно място, в момента квантовите компютри все още са в най-ранните етапи от своето развитие. Смята се, че квантовите компютри могат да решават определени изчислителни проблеми, значително по-бързо от класическите компютри. Което допълнително ще удължи валидността на закона на Мур.

Производственият сектор изостава в развитието в сравнение с общите тенденции

Нашето лично наблюдение е, че индустриалната автоматизация обикновено изостава в развитието в сравнение с общите тенденции, тъй като както доставчиците, така и клиентите са по-консервативни и предпочитат добре тествани и доказани технологии. Причината е, че обикновенно става на въпрос за огромни инвестиции, които веднъж осъществени, е трудно и скъпо да се променят. Освен това много от съществуващите ограничения, като несъвместимост на хардуера или софтуера, са резултат от търговски и лицензионни решения на доставчиците, а не реални технологични ограничения. И накрая, но не на последно място, все още има огромно пространство за разработване и подобряване на софтуера.

Така че дори ако законът на Мур престане да бъде валиден днес, което изглежда не е така, технологичното развитие в индустрията, породено от увеличената наличност на изчислителна мощност, няма да бъде сериозно засегнато през следващите 20 до 30 години. По времето когато ефектът от  Закона на Мур спре да действа, повечето хора от нашето поколение ще са се пенсионирали. И кой знае, може би до тогава ще са станали нови технологични открития, които за които днес дори не подозираме.

Чрез този линк може да прочете част 2: Усъвършенствани индустриални роботи.

Използвани източници

[1] Innovation and Entrepreneurship, Peter Drucker (1985)

[2] Growth, Vaclav Smil (2019)

[3] Fun fact: One Google search uses the computing power of the entire Apollo space mission

[4] https://www.technologyreview.com/10-breakthrough-technologies/2020/

[5] We’re not prepared for the end of Moore’s Law

[6] Някои от добрите публикации на тема Industry 4.0 са на McKinsey и BCG

[7] https://www.youtube.com/watch?v=QPHlXbDmIbU

[8] We’re not prepared for the end of Moore’s Law

The post Технологично развитие в производството. Мега тенденции, част 1. appeared first on Siviko.

Индустриалните роботи са сред най-обещаващите технологии за увеличаване на степента на автоматизация в производството. Те предлагат голяма гъвкавост поради трите или повече оси на движение и възможността да бъдат препрограмирани и преизползвани за други задачи. Освен това, те са много надеждни, изключително прецизни и с увеличаването на изчислителната мощност могат да осмислят заобикалящата ги среда. Те могат да се използват в много индустриални приложения като монтаж, боядисване, дъгово или точково заваряване, палетизиране, обработка на материали, обслужване на машини, фрезоване, 3D печат и много други.

Въпреки, че индустриалните роботи са машини като всички останали, те винаги са запленявали човешкото въображение поради своята елегантност, бързина, сила и прецизност. Индустриалните роботи са се превърнали в символ на високо-технологичното производство. Може да прочетете повече за индустриалните роботи и за техните преимущества и недостатъци на нашия сайт. 

Историческо развитие на индустриалните роботи

Първите индустриални роботи се появяват през 60-те години на миналия век. Първият значим скок в употребата им в САЩ се случва когато автомобилните производители автоматизират заваръчните си процеси. Втория значим скок се случи през последните 10 години. Това се дължи на увеличените технически възможности, съчетани с значително по-добрите цени. Средната цена на индустриалните роботи е намаляла с повече от 50% спрямо 90-те години на XX век.

В България промишлените роботи навлизат за първи път през 80-те години на XX век благодарение на сътрудничество на Българската държава с FANUC. През 1983 г. е открит завод „Берое“ в Стара Загора, който доставя около 80% от всички роботи и манипулатори в СИВ. Производството спира през 1990 след разпада на СИВ. Внедряването на модерни индустриални роботи изживява истински скок през последните 10 години. Както и в останалата част от света, причините за това са увеличените технологични възможности,  по-достъпната цена, по-привлекателната възвращаемост и чуждестранните инвестиции в нови производствени мощности.

Текущо развитие на пазара за индустриални роботи

Количество инсталирани роботи в България и по света

През 2019 г. по света има функциониращи около 2,7 млн. самостоятелни индустриални робота. Тази бройка се увеличи с 373 240 броя през 2019 г. и очаквания ръст е 12% годишно. Средната наситеност с роботите в производствената индустрия в Европа е била 114 единици на 10 000 служители през 2019 г.[1]

Годишни инсталации на индустриални роботи по света [хиляди бройки]; Източник McKinsey & Company

Няма подробна статистика за България, но според наличните данни страната е сред най-малко роботизираните държави в Европейския съюз. Основната причина е, че все още липсва производство на автомобили, а в автомобилния сектор се използват най-много роботи. Вероятно в 2020 г. в България има между 1000 и 2000 броя инсталирани индустриални робота.

Двигатели на растежа на пазара

McKinsey & Company публикува отличен доклад за пазара на роботика. Основните заключения на доклада са, че растежът на пазара на индустриални роботи се дължи главно на:

• Все по-голямо разнообразие от модели, което дава възможност за създаване на много нови приложения. Първия електрически, 5-осен, микропроцесорен робот е създаден 1974 г., а в днешно време има над 300 модела. Нещо повече, роботите са станали по-големи и могат да се справят с по-големи товари, поради експоненциално нарастване на товароносимостта от 6 кг до 2300 кг. Също така, контролерите са станали по-мощни. В някои случаи, един контролер може да синхронизира работата на повече от 30 оси.
• По-големи технически способности на работите разширяват обхвата на приложението им и ги направи по-безопасни. Например, колаоборативните роботи могат да работят заедно с хората по задачи, които преди това е нямало как да се автоматизират. Мобилността е друг технически напредък, който може да спомогне за автоматизацията и роботизацията на вътрешната логистика.
• Увеличаване на разходите за труд. С нарастването на разходите за труд в производството, възвръщаемостта на инвестициите в роботи става все по-привлекателна. Това е валидно не само в развитите държави (в САЩ, от 1990 г. насам разходите за труд са се увеличили с 24%), но и в страни с традиционно ниски разходи като Китай или Индия. България не е изключение  – разходите за труд са се удвоили спрямо 2010 г.
• Наличен талант. Докато инженерите по роботика някога са били рядкост, днес хората с умения необходими за проектиране, инсталиране, експлоатация и поддръжка на роботизирани производствени системи стават все повече. Това важи в известна степен и за България, въпреки че роботиката тук е в по-ранна фаза на развитие спрямо водещите пазари.
• По-лесна интеграция. Напредъкът в изчислителната мощ, техниките за разработка на софтуер и мрежовите технологии направиха изработката, инсталирането и поддръжката на роботизирани системи по-бързо и по-евтино от преди.

Нови тенденции 

Ако роботите могат да изпълняват по-сложни „интелигентни“ задачи и тяхната интеграция е по-бърза и по-евтина, те биха били ползвани от още повече производствени фирми. Очакванията в индустрията са, че ще има три основни области на подобрение през следващото десетилетие свързани с адаптивност, лекота на програмиране и лекота на интеграция. Това развитие на технологията се нарича усъвършенствана роботика (advanced robotics).

Адаптивност: основни ограничения пред използването на индустриални роботи

Адаптивността е способността на роботите да „усещат“ заобикалящата среда и да адаптират действията си спрямо нея. Въпреки големия напредък в областта на роботиката и непрекъснатите усилия да се създават все по-усъвършенствани роботи,  които да достигнат човешките възможности, роботите все още са много по-малко адаптивни в сравнение с хората. 

Творческите и базираните на знанието работни места са по-малко податливи на автоматизация. Това важи и за работни позиции, които включват физически труд, но средата на работа е непредсказуема и променлива. Ние разчитаме на човешката изобретателност и способността ни да се учим и адаптираме, без да сме обучени за всеки възможен сценарий предварително. Например, мениджър може да нареди на работник, който работи на бормашина, да се прехвърли на нова работна позиция, на която ще боядисва, опакова или полира. Физическото преместване и усвояването на новата работа ще се случи сравнително лесно и бързо, защото ученето на нови неща е вродено умение при хората.

При роботите това не е така. Първо, те са физически ограничени от обсега на ръката си, функциите на техните инструменти, наличието на сензори и др. Още по важно – роботите не могат да действат по различен начин от начина, по който са програмирани. Освен това, роботите все още имат нужда от добре структуриран и с минимално количество вариации поток от входящи материали. Такива мога да бъдат кутии, части и други материали или елементи. Дори най-модерните роботизирани системи днес, които се самообучават чрез алгоритми за машинно обучение, са далеч по-малко адаптивни от хората.

Адаптивност: новите постижения на роботиката

Независимо от това, напредъка на машинното зрение и други интелигентни сензори, усъвършенстваните хващачи (грипери) и приложения за изкуствен интелект и машинно обучение ще увеличат адаптивността на роботите. Това ще позволи на роботите да променят своите функции и поведение спрямо промените в заобикалящата ги среда. Ще могат да работят и в не толкова добре структурирана и подредена среда. Интересен пример идва от FedEx, който е успял да внедри роботи в област, която преди няколко години е била невъзможна – роботи изпълняващи поръчки в логистичен склад. Това е много трудна задача за робот, защото работата е много разхвърляна и неструктурирана. В следващото видео може да научите повече за нарастващата адаптивност на роботите:

Увеличаването на адаптивността също ще позволи създаване на повече приложения, в които роботите работят безопасно рамо до рамо с хората. Когато роботите за съвместна работа (т. нар. коботи) са оборудвани с усъвършенствани вградени зрителни системи и с адаптируеми хващачи, добавянето на машинно обучение създава една изключително сложна и способна роботизирана система. В допълнение, това би могло да увеличи интерактивността между роботите и хората. Когато те започнат да работят съвместно по по-сложни задачи, лесната комуникацията между тях ще стане необходимост. Коботите биха могли да бъдат така проектирани, че да разпознават и реагират на определени гласови команди или жестове с ръка. По този начин се избягва необходимостта от препрограмиране и принудително спиране на работния процес.

Друго ограничение на индустриалните роботи е тяхната неспособност да се движат. Това също се променя, тъй като роботите вече могат да разбират по-добре заобикалящата ги средаи да се движат безопасно, изпълнявайки полезни задачи. Най-интересните примери в тази сфера идват от фирмата Boston Dynamics и различните техни модели роботи:

Все oще практическото приложението на такива роботи е ограничено, но в близко бъдеще това ще се промени когато роботите могат да да изпълняват самостоятелно повече различни „умни“ задачи.

Лесното програмиране: друга основна бариера за използването на индустриални роботи

Промишлените роботи първоначално са разработени, за да обслужват производството на автомобили. При него има малко на брой различни продукти, произвеждани в голям обем, което позволява същата програма на робота да се използва в продължение на няколко години без съществени промени. Това означава, че благодарение на големия производствен обем, производителите на автомобили могат бързо да амортизират цената на персонализираната интеграция на роботите. Освен това, в този контекст надеждността, скоростта и точността са по-важни от това колко бързо и лесно може да се препрограмира робота. Много от наличните на пазара роботи все още оптимизирани за такъв тип работа.

Лесното програмиране: опростяване на програмирането и офлайн програмиране

В днешно време има все по-голям интерес към използването на роботи в индустрии, които имат много на брой продукти, произвеждани в малки серии. Лесното програмиране е от първостепенно значение за по-бързата първоначална интеграция и подобрената поддръжка и препрограмиране през жизнения цикъл на робота. 

Има две основни тенденции в тази посока. На първо място, производителите на роботи опростяват програмирането на своите роботи. Днес повечето индустриални роботи се програмират по същия начин, както през 80-те години на XX век – на място, чрез използване на свързан към робота пулт за обучение (teach pendant) и използването на функции в „заключени“ програмни езици. Това обаче се променя, особено при колаборативните роботи, където програмирането е опростено и достъпно дори за не програмисти. Например новите колоборативни роботи FANUC CRX имат нов сензорен таблет с интерфейс за програмиране с плъзгане и пускане (drag and drop), което улеснява създаването и промяната на програми. Очакваме да видим тази тенденция за опростяване на програмирането и в по-консервативния сегмент на индустриалните роботи.

Втората тенденция е, че има все по-мощни приложения за офлайн програмиране на роботи. Те позволяват създаването на желаното роботизираното приложение първо в цифровия свят, чрез използване на CAD модели, преди то да бъде приложено в реалния свят. Този модел на работа позволява голяма степен на автоматизиране на програмирането на много различни приложения. Освен това, физическото внедряване на нов робот в производството е по-бързо, защото голяма част от програмата на робота е създадена предварително. Допълнителна ползва е, че по този начин се намалява и принудителнто спиране на производството. Все пак, основно ограничение на офлайн програмирането идва от отклоненията между CAD модел и физическия свят. Очакванията са, че с увеличената адаптивност на роботите, приложенията създадени офлайн ще станат по-използваеми и полезни. Можете да прочетете повече по темата за офлайн програмирането на роботи в тази статия.

Лесна интеграция на промишлените роботи

При внедряването на роботи има много работа без добавена стойност поради липсата на стандарти в силно фрагментирания пазар за индустриални роботи. Всеки производител на роботи има свой уникален контролер и операционна система (ОС). И всеки от тях поддържа различни комуникационни протоколи, които в много случаи не са безплатни. На пазара няма нито една доминираща операционна система и нито един производител не контролира повече от 15% от пазара. В резултат на това е техническо предизвикателство да се интегрират технологии, които никога не са били предназначени да работят заедно, и организационно предизвикателството да се координират различни доставчици и заинтересовани страни по даден проект.[2]

Очаква се това положение да се подобри през следващото десетилетие. На първо място, в индустрията вече има примери за внедряване на OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) информационен модел за комуникация при роботите.[3] Това ще опрости комуникацията с роботите и тяхната интеграция с други устройства и приложения като PLC, SCADA, MES или ERP.

Освен това, с увеличеното използване на роботизирани приложения, ще има нарастващ интерес към решения за опростяване на интеграцията и поддръжката на роботите. Много предприятия са натрупали през годините роботи от различни марки и поддържането им е скъпо и трудно. Тъй като всяка марка роботи има свой собствен контролер и софтуер, е трудно в една фирма да има експерти, които разбират и поддържат всички марки роботи еднакво добре. Едно възможно решение на този проблем би било да има само една операционна система за всички марки роботи. Дори вече съществуват такива варианти. Например инициатива с отворен код, наречена Robot Operating System (ROS) или все по-големия брой стартъпи, които предлагат операционни системи за роботи, които са независими от доставчиците на роботи.

В хаотичния физически свят, интеграцията на роботи ще остане сложна задача

Не знаем дали ще се появи играч, който ще доминира на пазара по същия начин, както Windows или Android доминират на пазара на компютри и смарт телефони. Причината е, че при роботите има много уникални специфики.  Напълно вероятно е пазара да остане фрагментиран. Със сигурност, обаче, ще се увеличи пазарния натиск върху доставчиците на роботи да отворят своя софтуер и да улеснят интегрирането и поддръжката на роботите.

Но докато роботите трябва да боравят с обекти от реалния свят, интегрирането им ще остане сложна задача. За разлика от компютрите, които се занимават с цифрова информация, роботите трябва да се справят с физическия свят. Информационният свят е чист и подреден, тъй като е изцяло изграден от нули и единици. Аналоговият свят е разхвърлян, хаотичен и с безброй вариации. Така че дори ако роботите притежават стандартизиран хардуер, комуникационни протоколи и софтуер, светът около тях никога няма да бъде стандартизиран. 

Заключение: усъвършенстваните роботи значително ще променят производствените процеси

Развитието на адаптивността на роботите, лекотата на програмиране и интеграцията ще създадат усъвършенстваната роботика. Тези роботизирани системи ще трансформират индустриалните операции. В сравнение с конвенционалните роботи, усъвършенстваните роботи имат по-развито възприятие, по-лесна интеграция, по-добра адаптивност и мобилност. Тези подобрения ще позволяват по-бърза настройка, пускане в експлоатация и преконфигуриране, както и постигане на по-ефективни и стабилни операции. Освен това, цената на това сложно оборудване ще намалее, тъй като цените на сензорите и изчислителната мощност също намаляват, а софтуерът все повече ще замества хардуера като основен фактор при функционалността. Взети заедно, тези подобрения означават, че усъвършенстваните роботи ще могат да изпълняват много повече задачи, по-икономично от предишното поколение автоматизирани системи.

Използвани източници

[1] Executive Summary World Robotics 2020 Industrial Robots

[2] Lean Robotics, Samuel Bouchard

[3] VDMA and OPC Foundation – OPC UA Information Model for Robots

[4] OPC UA Robotics Companion Specification

The post Технологично развитие в производството: усъвършенствани индустриални роботи. Мега тенденции, част 2. appeared first on Siviko.

Демографското развитие на Европа и България, по-специално, ще бъде една от основните причини за все по-широкото използване на индустриална автоматизация. Ако погледнем настоящите демографски тенденции в Европа, се откроява един основен факт – населението бързо остарява и намалява, тъй като хората имат все по-малко деца. Резултатът от тази тенденция може да се наблюдава в настоящите пирамиди на населението на европейските страни: European Demographics, Distribution of the populations in European countries by age and sex ratio, Eurostat 2013. 

Според Евростат в ЕС-28 общото намаляване на населението в трудоспособна възраст през следващите шест и половина десетилетия се очаква да бъде 41,5 милиона души. В следващата таблица може да се види какво е прогнозираното развитие на населението във възрастовата група 15-64 години за всяка отделна държава.

Таблица 1: Население във възрастовата група 15-64 години

Евростат обаче предполага, че ще има приблизително 72 милиона имигранти нетно, което частично ще компенсира естественото намаляване на населението, особено в Западна Европа. Изглежда, че тяхното предположение е, че страните, които са привлекли най-много имигранти до момента, ще продължат да привличат още повече в бъдеще. Но това може и да не се сбъдне, тъй като този процес има и непредвидени социално-политически последици. Готови ли са тези страни да приемат още повече имигранти от Азия и Африка?

Колко надеждни са демографските прогнози?

Бях доста впечатлен, когато за първи път прочетох тези данни и споделих информацията с мой приятел. Като типичен българин, който е много скептичен по отношение на статистиката и авторитети като цяло, той коментира: „Да, всичко е много интересно. Но се съмнявам, че това някога ще се случи. Добре знаеш, че прогнозите за бъдещето почти винаги са погрешни.“

Наистина, той е прав за повечето прогнози. Има толкова много неща, които са били прогнозирани и никога не са се случили. Когато обаче говорим по отношение на демографските данни, някои прогнози са по-надеждни от други. Например, ако искаме да знаем колко деца ще започнат първи клас след 7 години просто трябва да видим броя на децата родени тази година. Броят ще е приблизително същия. По същия начин, ако искаме да прогнозираме колко хора ще навлязат на пазара на труда след 20 години, просто трябва да видим колко деца се раждат тази година.

Единственото нещо, което може да се промени е или някакво непредвидено бедствие с много смъртност, или големи промени в нетната миграция. В противен случай тези видове демографски прогнози са много надеждни. Това, разбира се, не е така за по-дългосрочните периоди, които включват по-голяма несигурност и спекулации. Например, няма как да знаем със сигурност колко деца ще се родят догодина, и още по-малко след 10 години.

„Пирамидата“ на българското население всъщност е „гъба“

„Пирамидата на населението“ е графично представяне на населението във възрастови групи. Най-възрастните хора са на върха, докато най -младите са на дъното. Нарича се „пирамида“, защото така са изглеждали данните в началото на ХХ век. Хората са имали много деца, докато възрастните хора са били много по-малко поради по-ниската продължителност на живота.

Разпределение на населението в България по възраст и пол 2021. НСИ 2021.

Сегашната „пирамида” на българското население прилича повече на гъба. Той има малка основа поради много по-малките поколения, родени през последните 25 години. През следващите две десетилетия тези на възраст 0-20 години ще навлязат на пазара на труда и ще заменят много по -големите поколения, които сега са на възраст 40-60 години. Дори ако по някаква неизвестна причина започнем да имаме много повече деца, това ще се отрази на пазара на труда 20 години по-късно. А най-вероятно следващите поколения ще бъдат още по-малки, тъй като поколението от 20 до 40 години, което предимно създава деца, вече ще бъде по-малко.

Накратко, до 2030 г. броят на хората на възраст от 15 до 64 години ще намалее с 496 218 души. Това е почти толкова, колкото цялото настоящо население на област Пловдив, която е сред най-проспериращите региони в момента. Така че, за да си представите как изглежда демографската криза, си представете, че България до 2030 г. може да изглежда така:

Карта на България без област Пловдив

Във всички останали региони, населението е останало същото, а Пловдивска област е изчезнала. В периода 2030 до 2040 г. тя ще намалее с приблизително същото количество – приблизително 0,5 милиона души. Към Пловдив, ще може да добавим и цяла Северозападна България, заедно с областите Плевен и Ловеч.

Въздействие върху пазара на труда

Повечето европейски предприятия се оплакват, че няма достатъчно работници, за да запълнят съществуващите работни позиции. Лошата новина е, че през следващите десетилетия недостигът на работна ръка ще се задълбочи още повече. Ситуацията е особено мрачна в България, в която възрастовата група от 15 до 64 години ще намалее с почти половин милион души през следващите 10 години.

Това ще окаже голямо влияние върху пазара на труда. Конкуренцията за работници ще увеличи заплатите. През последното десетилетие разходите за труд в България се увеличават средно със 7%:

Индекс на общите разходи на работодателите за труд за периода 2000 – 2021 година (календарно изгладени, спрямо същото тримесечие на предходната година). НСИ 2021.

Индекс на разходите на работодателите за труд в Индустрията (2010 Q1 – 2021 Q2; 2016 = 100). НСИ 2021.

Тенденцията вероятно ще продължи през следващото десетилетие, тъй като ще има по-малко предлагане и увеличено или стабилно търсене поради местните и чуждестранните инвестиции. Все пак България все още е евтино място, с ниски заплати, за производство в сравнение със Западна Европа и дори повечето страни в Източна Европа. 

В тази жестока конкуренция за работници много индустрии или компании, които зависят от нископлатения ръчен труд или имат много ниска рентабилност, ще фалират или ще се изнесат от страната. Едно правдоподобно решение, и може би единственото реално, е да се увеличи производителността на човек чрез автоматизация, дигитализация и подобрени работни процеси. С други думи, трябва да се научим да правим повече с по-малко хора.

Други начини за решаване на проблеми на пазара на труда извън повишаването на ефективността

Има ли други начини за решаване на този проблем освен автоматизация и повишена ефективност? Според мен има поне три възможни решения, които имат потенциал да подобрят ситуацията. Вероятността да се случат е малка, тъй като повечето от тях или имат ограничен ефект, или зависят от реформи в публичния сектор. A българските политици, поне до момента, рядко са правили реформи, освен ако не са били абсолютно наложителни и закъснели. За съжаление, не очаквам това да се промени през следващото десетилетие. Има три възможни решения, които биха могли да подобрят ситуацията.

Нетна имиграция

Първият вариант е да започнем да привличаме повече имигранти, отколкото губим като емигранти. С други думи, трябва да имаме стабилна положителна нетна миграция. Има някои чужденци, които работят в България, но те не са толкова много. По-голямата част от тях всъщност са българи, които се завръщат или живеят в чужбина.

Нетните миграции в периода 2012 до 2019 г. са отрицателни всяка една година. Трудно е да се прогнозира дали това ще се промени по някакъв начин. Но е малко вероятно нетната миграция през следващите 10 години да бъде толкова голяма, че да компенсира половин милион хора, които са излезели извън трудоспособната възраст. Теоритично за да стане това в България трябва да се случи много бързо подобрение на обстановката във всички сфери. България трябва да стане едно изключително привлекателно място. Да има работещо правосъдие, да се изкорени корупцията, да се подобри цялостната среда за живот, работата на институциите, възможностите за работа и бизнес. Дори ако се намерят политици-реформатори, всичко това ще отнеме години да се реализира. За това мисля, че в следващите 10 години едва ли ще има огромно преобръщане на тенденцията.

Увеличаване на равнището на заетост

Друг вариант би бил да се увеличи процентът на заетост. Коефициентът на заетост проследява какъв процент от хората на възраст от 20 до 64 години действително работят. На теория, нисък процент би означавал, че има възможност да работят повече хора. През 90-те години България има много по-нисък процент на заетост от средния в ЕС. Коефициентът на заетост обаче се подобрява през последните две десетилетия и в края на 2019 г. достига рекордните 75%. За първи път той надмина средния коефициент на заетост в ЕС от 73% за същата година.

Коефициенти на заетост (20 – 64 навършени години) по тримесечия. НСИ 2021.

Може ли процентът на заетост да се увеличи още повече? Някои от най-добрите икономики в ЕС, като Швеция и Германия от години работят със заетост от около 80%. Най-вероятно границата в една икономиката е около 80%. Ако това предположение е вярно, това означава, че на теория остава малък резерв по отношение на достигане на максимална заетост. Всяко допълнително увеличение на процента обаче ще бъде много трудно постижение, защото означава в работната сила да се включат хора, които до момента не са могли или не са искали да се включат. В българския случай предполагам, че реалните данни за заетостта са дори по-високи от официалните, тъй като много хора вече работят в чужбина или работят в сивия сектор. Предполагам, че статистическата служба едва ли е толкова прецизна и едва ли отчита това, защото все пак борави с предоставените им данни.

Преструктуриране на пазара на труда и оптимизация на обществения сектор

Когато преглеждах всички статистически данни, забелязах, че в публичния сектор работят много хора – в него са заети 662 хиляди души, като около 98 хиляди в централната и общинска администрация. В българския публичен сектор работят над 21% от всички заети хора в България. Този процент е подобен на социалните страни като Швеция или Франция, но много по-висок, отколкото в Германия (13%), или подобни на България държави като Полша (17%) или Румъния (16%). За това предполагам, че има възможности за оптимизиране на броя на хората в публичния сектор. Електронното управление не е добре развито и държавата е претоварена с институции със съмнителна полезност. Много от работата, като например свързана с обработката на хартиени документи, отдавна можеше да бъде автоматизирана и дигитализирана.

Оптимизация на обществения сектор е добра стъпка ако е свързана с повишена ефективност, а не просто съкращаване на служители. Но както и да се случи, това няма да реши големия проблем на трудовия пазар причинен от демографската криза, а просто ще го облекчи краткосрочно. Причината е, че хората заети в публичния сектор са част от същата демографска „гъба“. Освен това, е много вероятно, много от тези осободени хора да нямат нужните умения и квалификация търсени в частния сектор. Вливането им в частния сектор ще отнеме време. Не на последно място, много от заетите в обществения сектор работят във важни обществени институции като здравеопазване и образование, които ще изпитат същия неостиг на служители както частния сектор. Няма как да имаме съвременна държава без такива институции.

Заключение

Демографското развитие в България и останалата част от ЕС е основна тенденция, която ще оформи икономическото развитие през следващите 20 години. Тя ще стимулира автоматизацията и дигитализацията на производствения сектор. С увеличаване на разходите за труд, възвръщаемостта на инвестициите в автоматизацията се подобрява. Ако няма смисъл да се инвестира в автоматизация, когато разходите за труд са 700 лв. на месец, това може да не е така, когато те достигнат 1400 лв. или дори повече.

Истинският проблем в България не е в намаляването на населението, а по-скоро в това, че голяма част от нашата икономика произвежда продукти с ниска добавена стойност и зависи от ниските разходи за труд. Този модел ще бъде (и вече е) сериозно затруднен поради липсата на евтина работна ръка. Преминаването към по-висока добавена стойност е изключително трудна задача и имаме много ограничено време и ресурси, за да извършим този преход.

Най-доброто ни решение, заедно с иновациите и търсенето на по-рентабилни пазарни ниши, е да приемем автоматизация, дигитализация и подобряване на процесите като основна задача. Трябва да бъдем ревностни фанатици на тема увеличаване на ефективността, защото при нас нуждата ще е най-голяма спрямо останалите държави в Европа. Имаме същински късмет, че това се случва по време на силен технологичен прогрес, за който писахме в последните две статии: 

The post Демографски тенденции в България. Мега тенденции, част 3. appeared first on Siviko.