Témata
Reklama

Ergonomika v době Industrie 4.0

Industrie 4.0 přináší podnikům rozmanité příležitosti z hlediska efektivity, snižování nákladů a hospodářské úspěšnosti. K tomu přistupují faktory, které dosud hrály podřadnou roli při sílícím zaměření na růst produktivity, například zatížení pracovníka na pracovišti.

Pojem Industrie 4.0 byl použit, aby bylo možné popsat čtvrtou průmyslovou revoluci. Začneme tedy nejlépe pohledem do minulosti na dosavadní tři revoluce. První revoluce začala na konci 18. století, kdy bylo možné použít sílu vody a páry pro pohon mechanických výrobních zařízení. Další revoluční mezník ve výrobě přineslo 20. století, kdy využití elektrické energie umožnilo provést dělbu práce a hromadnou výrobu. Henry Ford v roce 1913 zdokonalil pásovou výrobu svého legendárního automobilu Model T. Začátek 70. let 20. století potom přinesl plošné používání počítačů a IT systémů, digitální řízení výrobních procesů a konečně použití robotů ve výrobě, které převzaly automatizované úkoly. Tyto tři průmyslové revoluce trvají dodnes.

Reklama
Reklama
Reklama

Čtvrtá průmyslová revoluce

A nyní má nastat čtvrtá revoluce. Zdůrazněme, že ještě nenastává. Spíše se v tomto okamžiku uvažuje o tom, jak by bylo možné vysvětlit, proč se dá tak těžko popsat a proč v současnosti vyvolává spíše zmatek než pochopení. Technologie, která do této revoluce patří, je internet, popřípadě zcela obecně to jsou digitální sítě.

Stání a shýbání: obě činnosti vyvolávají negativní ergonomické efekty.

Komunikační infrastruktura je cenově stále příznivější, přenos dat se stále vyvíjí a je nyní rychlejší a bezpečnější. V privátním sektoru již vedly smartphony, sociální sítě a bohaté internetové služby k základním změnám všedního dne – můžeme dokonce říci, že zrevolucionalizovaly každý všední den. Při zavádění takových obsáhlých technických řešení se průmysl dosud držel poněkud zpátky. Zesítěním dat o objektech, výrobě, řízení a organizaci se daří zajistit vznik úplně nových možností. A tak můžeme hovořit zcela právem o revoluci.

Důležitý technický základ pro měnící se výrobní podmínky – a snad hlavní motor Industrie 4.0 – tvoří tak zvané cyber-physisches systeme (CPS). To jsou reálné objekty, které disponují příslušnými softwary. Proto mají možnost data ukládat a vyhodnocovat. Konečně mají také senzory, které mohou přijímat informace z okolních zařízení, jakož i ovladače, které jsou vhodné ke sledování samotného vlivu na fyzikální životní prostředí. Senzor může být v jednoduchém případě laserové zařízení, které je umístěno na neřízeném transportním systému a automaticky pomocí RFID čipu zabraňuje přetížení. Uložené informace jsou automaticky zpracovány a odeslány na místo řízení k dalšímu jednání.

RFID – čipy umožňují objektům společnou komunikaci.

Jsou-li tyto CPS také ještě vzájemně propojeny digitální sítí, mohou se vzájemně sladit a koordinovat. Hovoříme o internetu věcí, virtuálním zobrazení objektů v digitální formě. Vzniklými možnostmi, které v reálném čase porovnají interní a externí podniková data a tato dodají na příslušné místo, jsou dány samoregulující se výrobní systémy. Přitom, čím více je v CPS reálných objektů a tyto se vzájemně propojí, tím jsou možnosti rozsáhlejší. Ultimativní scénář Industrie 4.0 popisuje stav, ve kterém se tyto vztahují na samotné objekty a dodatečně jsou integrovány na všechny manažerské, dodavatelské, zákaznické a řídicí systémy.

Člověk v internetu věcí

Jedna komponenta, která sice není „objekt“, ale přesto je elementární součástí každého výrobního procesu – a také hypoteticky samoregulující se továrna – je člověk. Proto se jeví jako smysluplné zahrnout ho také do internetu věcí. Člověk přináší tu vlastnost, že od přírody disponuje mnoha senzory, totiž svými smysly a samotným jednáním. Co mu bohužel chybí, aby se mohl stát součástí internetu věcí, je zesíťování s ostatními systémy (obr. 4). Je-li člověk integrován do internetu věcí, má to výhody pro celý systém, protože to nyní tvoří ještě detailnější realitu a tím může generovat ještě přesnější informace. Ale může to mít také výhody pro člověka? Jak už bylo široce probráno výše, má plošné zavedení CPS vliv také na způsob a znalost, jak řídit produkční systémy. Rozhodnutí, co ve výše uvedeném příkladu s neřízeným transportním systémem, kdy a kam má dopravit, není již více dáno centrálně, nýbrž je to rozhodnuto inteligentním objektem. Proto jsou v internetu věcí všechna existující relevantní data zpracována a vyhodnocena. Aby CPS mohl sám správně rozhodnout, musí být ovšem uložena pravidla, podle kterých rozhoduje. Nyní je-li pracovník v internetu věcí uveden, mohou do systému natéct specifická data o řízení a práci lidí, která mohou být v produkčním systému integrována jako proměnná veličina.

Zatížení těla jako charakteristická veličina

Člověk jako pracovní síla je i v budoucnosti představován jako rozhodující faktor. To platí zejména pro montážní operace, které budou i v budoucnu obsahovat rozsáhlou ruční činnost. Montážní práce však představují vysoký a konstantní podíl fyzické práce a vedou ke značnému tělesnému zatížení. To staví podniky před ergonomické a zdravotní problémy svých pracovníků, které se projevují zejména onemocněním svalů a kostí. V Německu jsou odpovědné za téměř čtvrtinu pracovní neschopnosti. Ke zvýšené tělesné námaze vedou zejména následující příčiny:

• nevhodné držení těla (např. sklon těla, natočení horní poloviny těla);

• vynaložení velké síly v oblasti prstů – ruky – ramene (např. při použití velkého nástroje);

• velmi často se opakující pohyby prstů a rukou;

• manipulace se zatížením, především v souvislosti s velkou hmotou, časté, případně déle trvající nevhodné držení těla.

Časté používání větších nástrojů vede k zatížení oblastí prstů, paží a ramen.

K tomu ještě přistupuje závažný faktor daný opakovanou jednotvárnou činností, standardizací procesů a průběhu práce, čímž se ještě zvyšuje zatížení jednotlivých částí těla. Aby se zatížení vyrovnalo, nemělo by být pouze co možná nejmenší, ale také rovnoměrně rozdělené. Je-li nyní pracovník se svojí prací začleněn do internetu věcí, může být aktivně zahrnut do plánování produkce. Pro optimalizaci montážních kroků jsou k dispozici různé metody, které určují například, zda se mají utahovat šrouby ve stoje, nebo v sedě, tak může produkt rozhodnout sám jako inteligentní objekt, jak to chce pracovník provádět a kterou volbu má tento použít. K datům, která mají být zpracována, patří také dosavadní postup montáže a specifikace tělesných hodnot pracovníka. Tak je možné stanovit pro každého pracovníka optimální fyzické i duševní zatížení a je možné se zaobírat výpočtem zbytečného zatížení, ve vztahu k rozdílným tělesným schopnostem, jež jsou u různých pracovníků různé. Pro změření zatížení použijeme metody používané v ergonomii, kterými lze získat hodnoty tělesného zatížení podle velikosti a trvání zátěže a tyto pak můžeme vyhodnotit. Takové postupy představuje například Ovako Working Posture Analysis System (OWAS), který se soustředí na chování zad, paží a nohou a celkem měří 84 různých kombinací postojů (držení těla), bere v úvahu jejich časový podíl, jakož i závažnost zdvihání. Dalším příkladem je Ergonomic Assessment Worksheet (EAWS), který byl navržen speciálně pro práce v taktu (např. v montážních linkách). Jako velikost zatížení určují tyto metody číselné hodnoty, které s dalšími hodnotami z CPS jsou digitálně zpracovány a mohou být zahrnuty do konečného rozhodování. Faktory, které hrají roli při tomto rozhodování, jsou mimo jiné montážní činnosti, jež má pracovník vykonávat, jak vysoké přitom je zatížení, po jakou dobu při montáži zatížení trvá, jak vysoký je jeho průměrný podíl a další aspekty měnící se podle situace. Společně s dalšími relevantními cílovými hodnotami může na tomto základě být ergonomika zahrnuta do řízení přímo a adresně na osobu.

Spojení CPS a lidí v internetu věcí

Průmysl stojí před závažnými změnami. Můžeme-li označit poslední dění právem jako revoluční zlom, nechá se asi správně ocenit až po delší době. Skutečností však je, že musíme možnosti získané rámcovými podmínkami využívat. S ohledem na ergonomické aspekty se jeví možnost rozšířit řízení produkce o komponenty a zájmy lidí a integrovat je aktivně do optimalizace pracovního procesu. Kromě komplexní informační a technické výzvy se nesmí zapomínat, že ochrana citlivých osobních dat v takovémto systému vyvolá kritické oprávněné otázky, které se vyplatí také řešit.

Zdroj: MM Das Industriemagazin, č. 8, 2015

Christoph Krieger a Holger Müller, zpracoval Ing. Jaroslav Řasa, CSc.

jar.rasa@seznam.cz

Reklama
Vydání #6
Kód článku: 150604
Datum: 03. 06. 2015
Rubrika: Servis / Inovace
Autor:
Firmy
Související články
Na cestě ke zrození stroje, část 5: Zakázka

Série deseti článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje proces výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

Jste připraveni na budoucnost? Zjistěte to...

Každý den se probouzíme do situace, kdy nekonečný boj o nové zákazníky o kousek přitvrdí, je stále náročnější a vyhraje ten, kdo se nejlépe a nejrychleji přizpůsobí. Jak řekl rakouský psychiatr Viktor Frankl, základní lidskou vlastností je svoboda rozhodnout se, i když její uplatnění nemusí být lehké. Člověk není svobodný ve vztahu k podmínkám, v nichž žije, ale má svobodu v tom, jaké k nim zaujme stanovisko. Jak se rozhodnete vy?

Evropa inovuje: Spojené království

Londýnská vláda může inspirovat tu naši v oblasti vědy a výzkumu, v oblasti spolupráce univerzit a podniků, jakož i v transferu akademických výsledků do průmyslových aplikací. V těchto oblastech za Spojeným královstvím v poměrovém hledisku zaostáváme. Pojďme společně nahlédnout pod pokličku inovací made in UK.

Související články
INDUSTRIE 4.0: čas kvapí

Jak dobře je Německo připraveno na Industrie 4.0? Ze studie MHP vyplynulo, že 24 % dotázaných neví, co to Industrie 4.0 je. Snad je to také proto, že pro tento pojem existuje 134 definic. Výzkum provedený institucí CSC dokonce ukazuje, že téměř každý druhý vedoucí pracovník se domnívá, že německé podniky technickou a strukturální přestavbu k zesítěné výrobě (Industrie 4.0) nezavedou. Přesto čas kvapí: kdo se již nyní tímto tématem nezabývá, ztrácí kontakt.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Průmysl 4.0 - význam digitalizace

Podle aktuálního průzkumu ČNOPK a partnerských svazů je digitální propojení procesů tvorby přidané hodnoty rozhodující nebo velmi důležité pro více než polovinu firem.

Průmysl 4.0 - Šance pro český průmysl

Nová průmyslová revoluce se nevyhne ani České republice. Česko má ty nejlepší předpoklady, aby ho tzv. průmysl 4.0 nepřeválcoval. Naopak jej může aktivně spoluvytvářet.

Made in Česko: Bezpečné bezdrátové spojení pro všechny

Prognózy, které se týkají internetu věcí (IoT) a průmyslového internetu věcí (IIoT), se mění stejně rychle jako možnosti této technologie samy. Už v roce 2008 bylo na světě víc připojených zařízení než lidí a odborníci ze Světového ekonomického fóra (WEF) tvrdí, že do roku 2025 bude 41,6 miliardy zařízení zachycovat data o tom, jak žijeme, pracujeme, pohybujeme se, jak fungují naše zařízení, stroje.

Stroje v pohybu – Autonomní studentská formule

Prostřednictvím našich článků už jsme vám na stránkách časopisu představili mezinárodní soutěž Formula Student a také několik týmů z českých technických univerzit, jež se do ní každoročně zapojují s vlastnoručně postavenými závodními auty. Tentokrát bude řeč o novince – prvním českém samořiditelném monopostu, s nímž se tým eForce z ČVUT účastní této soutěže v nové kategorii Driverless.

Další veletržní postřehy z EMO 2019

Z pohledu technika lze veletrh EMO v roce 2019 považovat za zdařilý, protože byl více o invenci, kreativitě, vylepšování stávajícího i hledání nových cest. Na veletrhu bylo možné vysledovat několik řekněme fenoménů, které se objevovaly napříč veletrhem. Přitom bych je přímo nepovažoval za trendy, protože obdobné počiny, technika, software i smýšlení byly (u asijských výrobců) k vidění o šest měsíců dříve na veletrhu obráběcích strojů v Pekingu. Nedávám tímto záminku k mezikontinentální diskusi o tom, kdo trendy určuje. V tomto textu zazní několik dalších veletržních postřehů.

Investice firem do Průmyslu 4.0

Svaz průmyslu a dopravy ČR realizoval během letního období průzkum, jehož cílem bylo zjistit, jak tuzemské firmy zavádějí prvky Průmyslu 4.0 a jak jsou na digitální transformaci připraveny. Z výsledků vyplynulo, že polovina firem chce v příštích pěti letech do této oblasti investovat větší objem financí. Nejvíce podniků má zatím na zavádění prvků Průmyslu 4.0 vyčleněno do 5 % investičního rozpočtu. Jak se dalo dedukovat, aktivnější a připravenější na zavádění prvků Průmyslu 4.0 jsou velké firmy.

Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

Made in Japan

V sídle společnosti Misan v Lysé nad Labem se pravidelně konají odborné semináře, které se těší veliké oblibě. Partnerem toho posledního jarního, který byl nazván Stroje, nástroje, automatizace – otevřené možnosti, byla společnost Tungaloy. „Dnešní seminář se ponese v duchu řešení ze země vycházejícího slunce,“ uvedl jednatel společnosti Misan Ondřej Svoboda.

Výborný ekonomický rok a inovované brusky

Švýcarská firma Fritz Studer, jeden z lídrů v konstrukci a výrobě brusek, pořádal ve dnech 13. - 15. března tiskovou konferenci. Na této tiskové konferenci zástupci firmy zhodnotili rok 2018 z hlediska prodeje a příjmů a zároveň proběhlo první představení inovovaných brusek S31 a S33. Výjimečností celé akce bylo to, že neprobíhala tradičně v místě sídla firmy, tj. v Thunu, ale na rozhraní kantonů Graubunden a St. Galen. Akce se zúčastnilo na šedesát novinářů v celého světa.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit