Příští revoluce v automobilovém průmyslu: roboti se budou učit od lidí

Automobilový průmysl využívá roboty už více než půl století. Svařování, lakování a manipulace s těžkými díly karoserie jsou natolik automatizované, že si moderní automobilku bez průmyslových robotů lze jen těžko představit. Přesto v konečné montáži stále pracují tisíce lidí.

Důvod není sentimentální. Lidé jsou mimořádně schopní univerzální manipulátoři. Prsty dokážou vycítit, zda konektor zapadl na místo, najít kabelový svazek mezi ostatními součástmi, přizpůsobit pohyb nesprávně usazenému dílu a bez přeprogramování pochopit, co dělat, když na výrobní linku dorazí vůz s odlišnou výbavou. Běžný průmyslový robot je naproti tomu fantasticky rychlý a přesný, pokud svět kolem něj zůstává přesně takový, jak jej naprogramoval technik. Automobilky nyní chtějí tento rozdíl zmenšit.

400 000 robotů neznamená 400 000 zrušených pracovních míst

Toyota na toto téma výrazně upozornila svým odhadem, podle něhož může být k modernizaci výrobní sítě společnosti, dalších firem ve skupině a hlavních dodavatelů zapotřebí přibližně 400 000 robotů. Podle agentury Reuters by Toyota mohla od roku 2028 vydávat na automatizaci zhruba ¥1 bilion ročně, tedy při současných směnných kurzech asi €5,4 miliardy.

Čtyři sta tisíc je obrovské číslo, je však nutné je vykládat správně. Neznamená 400 000 humanoidních robotů ani plán nahradit stejný počet pracovníků. Údaj zahrnuje běžné průmyslové roboty, nová automatizační řešení i náhradu stávajícího vybavení. Odhadem 150 000 robotů by mohlo zamířit do vlastních továren Toyoty, zbytek připadá na širší výrobní síť. (reuters.com)

Podstatné je především to, jakou práci bude příští generace robotů vykonávat.

Dosavadní automatizace nejprve přebírala úkoly, při nichž roboti překonávali lidi rychlostí, silou a opakovatelností. Další vlna se zaměřuje na práci, v níž lidé dosud nad roboty vynikali flexibilitou.

Automobilka je pro robota překvapivě náročné prostředí

Bodové svařování karoserie je pro automatizaci téměř ideální úkol. Robot pokaždé uchopí stejný nástroj, přesune se do známého bodu a provede přesně definovanou operaci. Tentýž cyklus se opakuje tisíckrát. Konečná montáž je úplně jiný svět.

Robot v ní musí uchopovat díly různých tvarů, manipulovat s měkkými materiály, zapojovat konektory, osazovat těsnění, vést kabely a pracovat vedle lidí. Situaci dále komplikuje skutečnost, že po stejné výrobní lince mohou bezprostředně po sobě projíždět vozy s různými pohonnými ústrojími, výbavou a interiéry. Člověk mnoho takových problémů řeší téměř podvědomě. Robota je nutné naučit, jak předmět rozpoznat, správně jej uchopit, vyvinout odpovídající sílu a reagovat na situaci, kterou programátor podrobně nepředvídal.

Proto příští průlom nespočívá jen v lepší robotické ruce. Vyžaduje strojové vidění, silové a hmatové senzory, umělou inteligenci a učicí systémy schopné převést lidskou ukázku do činnosti robota.

Toyota chce digitalizovat ruce řemeslného mistra

Systém ELEY od Toyoty dobře ukazuje, jakým směrem se vývoj ubírá. Embodied Learning robot for Enhanced Yield je dvouramenný robot o hmotnosti přibližně 50 kg, který se pohybuje na kolech a učí se z pohybů předváděných lidmi.

Operátor robotovi předvede úkol pomocí speciálních ovládacích zařízení. Systém z těchto ukázek shromažďuje data a využívá je k trénování modelu, který robotovi umožní úkol samostatně opakovat.

Toyota systém předvedla při skládání triček. Po přibližně 1 500 pokusech během dvou týdnů dokázal ELEY úkol opakovat téměř bez chyb. Samotné skládání trička výrobu automobilů nezmění. Změnit ji může způsob, jakým se robot učí.

U tradičního průmyslového robota technici kolem konkrétní operace vybudují celý automatizovaný proces. U učícího se robota by dovednost mohl předvést člověk, který už danou práci umí. Tím se mění výchozí bod automatizace.

Nejcennějším aktivem mohou být zkušenosti pracovníků

Výrobní filozofie Toyoty se po desetiletí opírá o vysoce zkušené kvalifikované pracovníky. Japonský průmysl pro takové mistry používá výraz takumi. Problém nastává, když s pracovníkem odcházejícím do důchodu zmizí i praktické znalosti nashromážděné během desítek let.

Ne všechno lze zapsat do pracovního návodu. Zkušený montážní pracovník dokáže pohmatem poznat, zda díl správně dosedl. Ze zvuku může zjistit, že je něco v nepořádku, nebo automaticky upravit pohyb, když se součást chová trochu jinak než obvykle.

Jedním z největších příslibů učících se robotů je možnost převést část těchto implicitních znalostí do podoby dat.

Pokud se jeden robot naučí konkrétní operaci od nejlepšího pracovníka Toyoty, dalšího robota už v zásadě není nutné učit vše od začátku. Naučený model lze dále rozvíjet a sdílet, takže se dovednost jednoho člověka může stát aktivem celé výrobní sítě.

To je mnohem větší změna než pouhá instalace dalšího robotického ramene na montážní linku.

Proč nemusejí být všichni roboti humanoidní?

Současný trend v robotice přeje humanoidům. Argument je přesvědčivý: továrny, nástroje a logistické systémy byly vybudovány s ohledem na lidské tělo. Pokud má robot dvě paže, dvě nohy a dosah podobný člověku, továrnu není nutně třeba přestavovat podle jeho potřeb.

Lidská podoba však automaticky nepředstavuje nejlepší technické řešení.

Chůze po dvou nohách vyžaduje energii, složité řízení a neustálé udržování rovnováhy. Na hladké podlaze továrny může být robot na kolech jednodušší, levnější, stabilnější a energeticky úspornější.

ELEY od Toyoty používá kola.

Hyundai Motor Group se vydává jiným směrem. Společnost Boston Dynamics, kterou skupina vlastní, vyvíjí elektrického humanoidního robota Atlas a Hyundai plánuje začít humanoidy využívat ve svých výrobních provozech v roce 2028.

Atlas má základní uspořádání podobné člověku, Boston Dynamics se však nesnaží přesně napodobit lidskou anatomii. Elektrické klouby robotovi umožňují provádět pohyby, které by pro člověka byly nemožné nebo přinejmenším krajně nepohodlné.

V automobilovém průmyslu tak vzniká zajímavý experiment. Toyota zkoumá mimo jiné učící se manipulátory na kolech, zatímco Hyundai sází na humanoida v životní velikosti. Obě společnosti se snaží vyřešit stejný problém: jak přimět univerzálního robota, aby pracoval v prostředí, které lidé vybudovali pro lidi.

Největším konkurentem robotů zůstává tradiční automatizace

Uprostřed nadšení kolem humanoidů se často zapomíná na jednu důležitou otázku: proč používat univerzálního robota za €100 000, když může stejnou operaci po dobu 20 let vykonávat jednodušší jednoúčelový stroj?

Automobilky na tuto otázku musejí odpovědět u každého automatizačního projektu. Pokud robot milionkrát provede stejný svar, nepotřebuje umělou inteligenci, nohy ani ruce podobné lidským. Jednoúčelový průmyslový robot pravděpodobně zvládne práci rychleji, levněji a spolehlivěji. Ekonomická výhoda univerzálního robota se projeví tehdy, když se úkoly mění.

Pokud stejný stroj může ráno třídit díly, odpoledne montovat součásti a v následujícím modelovém roce se naučit zcela nový úkol, začne jeho vyšší pořizovací cena dávat smysl.

Proto není nejdůležitějším ukazatelem příští generace robotů nosnost ani rychlost chůze. Důležitější je doba potřebná k naučení nového úkolu.

Čína nutí zrychlit

Robotizace má také velmi konkrétní důvody související s konkurenceschopností. Automobilový průmysl musí současně vyvíjet elektromobily, bateriové technologie, software a nové výrobní procesy. Čínští výrobci stále více zkracují vývojové cykly modelů, zatímco cenová konkurence zvyšuje význam nákladů na každou hodinu výroby.

Běžná automobilka představuje obrovskou kapitálovou investici. Pokud nový model vyžaduje přestavbu velké části výrobní linky, stojí to čas i peníze. Flexibilní robotizace teoreticky slibuje, že továrna bude méně svázaná s konkrétním modelem.

Robot, kterého lze pomocí softwaru a ukázek naučit novou operaci, by výrobci umožnil měnit modelovou nabídku bez nutnosti přepracovat celý automatizační řetězec.

To se může ukázat jako mnohem důležitější než přímé snížení nákladů na pracovní sílu.

Lidé z továren nezmizí, jejich práce se změní

Nejnespravedlivějším způsobem by bylo popisovat robotizaci rovnicí „jeden robot rovná se jedno zrušené pracovní místo“. Ekonomika automobilky je složitější. Robot skutečně může převzít práci, kterou dříve vykonával člověk. To platí zejména pro opakující se, fyzicky náročné a ergonomicky nevhodné činnosti.

Stále složitější automatizovaná továrna zároveň potřebuje lidi, kteří budou roboty učit, sledovat, udržovat a opravovat. Roste poptávka po znalostech a dovednostech v oblasti automatizace, softwaru, dat a údržby. Největšímu tlaku budou pravděpodobně čelit jednoduché opakující se činnosti. Čím standardizovanější a předvídatelnější práce člověka je, tím snáze lze její automatizaci ekonomicky odůvodnit.

Viceprezident Toyoty Hiroki Nakajima popsal cíl společnosti jako svět, v němž lidé a roboti pracují společně, nikoli jako situaci, kdy roboti lidi jednoduše nahrazují. Jde o deklarovaný cíl společnosti, nikoli o záruku, že automatizace v budoucnu nesníží potřebu některých druhů práce.

Jeden učící se robot je nakonec důležitější než 400 000 robotů

Odhad Toyoty počítající se 400 000 roboty vypadá v titulku působivě, pro příští desetiletí automobilového průmyslu však může být mnohem důležitější otázka, zda se jeden robot dokáže od člověka naučit novou dovednost a předat ji dalšímu robotovi.

Pokud odpověď zůstane záporná, automatizace bude pokračovat známým směrem. Roboti budou rychlejší a přesnější, každá nová operace však bude nadále vyžadovat nákladnou práci techniků.

Pokud bude odpověď kladná, charakter automobilky se změní.

Výrobní linku by už netvořily pouze stroje naprogramované k plnění pevně stanovených úkolů. Vedle nich by vznikla třída strojů, jejichž úkoly lze měnit prostřednictvím softwaru a které lze učit novým dovednostem podle lidského vzoru. Robot by pak už nebyl jen součástí automatizace. Stal by se digitálním kvalifikovaným pracovníkem.