Automatizácia – sluha či pán?
6 min. čítania
29.1.2023 07:00
6 min. čítania

Automatizácia – sluha či pán?

Zdroj: Wikimedia
Uložiť článok
Automatizácia je dynamicky sa rozvíjajúcou oblasťou súčasného poznania. Napriek tomu, alebo aj práve preto je technológiou, ktorá môže vyvolávať aj strach.

Článok je súčasťou rubriky Veda, výskum - naša šanca.

Pod automatizáciou obyčajne rozumieme nahradzovanie niektorých činností človeka akýmsi zariadením alebo nástrojom, ktoré vykonáva preddefinované činnosti.

Kľúčovou hnacou silou nasadzovania automatizácie bolo vždy zvyšovanie efektívnosti. A, ako hovoria skeptici, skôr lenivosť človeka.

História a rozvoj automatizácie

Výraz automatizácia pochádza zo starého Grécka a bohyne Automatia, bohyne slobody, šťastia a udalostí plynúcich bez ľudského zásahu.

Neskôr v starom Ríme bola známa pod menom Fortuna. Bola znázorňovaná slepá, spojená a asociovaná s náhodou a osudom. Odtiaľ pochádza aj slovné spojenie slepé šťastie.

Pri histórii automatizácie hovoríme najprv o mechanizácii, vývoji jednoduchších či zložitejších mechanických zariadení, ktoré zvýšili, alebo nahradili ľudskú silu. Medzi najstaršie príklady patria páka alebo koleso.

Energia, ktorá bola potrebná pre pohon strojov, bola najčastejšie vodná alebo veterná. Toto nám dokumentujú najmä vodné a veterné mlyny, ktoré premieňali tieto formy energie na pohybovú. Prvé známe zmienky o bucharoch poháňaných tečúcou vodou z Číny sú staré viac ako 2000 rokov.

Ďalší významný rozvoj automatizácie prinieslo 18. storočie a nový zdroj energie – para. Vďaka nej a parnému stroju hovoríme o prvej priemyselnej revolúcii.

Škótsky mechanik, vynálezca a fyzik James Watt vyvinul v roku 1769 svoj parný stroj, ktorého výkon bol asi 6 konských síl. Oproti dovtedy existujúcim parným strojom bol oveľa menší a potreboval menej uhlia (o 20 rokov neskôr bol už výkon 200 konských síl).

Mimochodom, bol to práve J. Watt, ktorý vymyslel jednotku konskej sily, aby dokázal presvedčiť vlastníka pivovaru o úsporách, ak už nebude používať kone na pohon mlyna na mletie sladu.

Pre nastavenie množstva pary určujúcej výkon motora navrhol a použil odstredivý regulátor s rotujúcimi guľami. Je zložený zo závaží, ktoré rotujú a sú poháňané regulovaným strojom. Čím rýchlejšie sa závažia točia, tým viac sa vychýlia od zvislej osi a tento pohyb sa pákou prevedie na privretie ventilu privádzajúceho paru. Toto predstavuje proporcionálny regulátor a zápornú spätnú väzbu, ktorá je základným princípom automatizácie a fungovania prírody (napr. kolobeh vody).

Rovnaký princíp proporcionálnej zápornej spätnej väzby využíva aj plaváková regulácia výšky hladiny v záchodovom splachovači – čím je hladina nižšia, tým viac páka spojená s plavákom otvára prívodový ventil. Pri stúpajúcej hladine stúpa nahor aj plavák a páka s ním spojená zavrie ventil.

Každý obvod automatickej regulácie teda potrebuje meranie (plavák), rozum vyhodnocujúci meranie a žiadaný stav (regulátor) a akčný člen (ventil).

V elektrickej rúre meria teplotu termostat, ktorý pri nízkej teplote zopne elektrický okruh ohrevu a pri vysokej teplote ho zas vypne. Takýto spätnoväzbový regulátor voláme dvojpolohový a stretneme sa s ním napríklad aj pri udržiavaní teploty v chladničke.

Priemyselné revolúcie a moderná technológia

Od 18. storočia a veku parných strojov hľadalo ľudstvo ďalšie zdroje energie a vyvíjalo popritom prevratné technológie. V 19. storočí to bola ropa a plyn (druhá priemyselná revolúcia) a spaľovací motor, v 20. storočí nukleárna energia (tretia priemyselná revolúcia) a počítače, v 21. storočí obnoviteľné zdroje energie a internet.

A ako sa zdokonaľovali stroje, rástol aj počet veličín, ktoré sú v nich regulované. Napríklad obyčajný mobilný telefón obsahuje viacero regulačných obvodov pre riadenie jasu displeja, zosilnenia signálu, vysielacieho výkonu, kódovania, modulácie.

Na automatizáciu sa dnes môžeme pozerať ako na technológiu, ktorá ovláda nejaký riadený proces pomocou naprogramovaných príkazov využívajúc spätnú väzbu.

Výsledný systém je schopný prevádzky bez zásahu človeka, pracuje autonómne. Automatizáciu často označujeme aj ako skrytú technológiu – keď pracuje správne, tak o nej ani nevieme.

V porovnaní s ľuďmi má viacero výhod: efektívnejšie využitie materiálu a energií, nižšia variabilita a vyššia kvalita produktov, menšie množstvo odpadu. Tiež sa zvyšuje miera bezpečnosti priemyselných prevádzok a osôb v nich.

Nasadenie automatizácie viedlo v priebehu storočí k zníženiu týždenného pracovného času. Na druhej strane, automatizácia je investične náročnejšia a menej flexibilná, každú zmenu je komplikované realizovať. Takisto aj údržba je výrazne nákladnejšia.

Viac ako 95% všetkých používaných regulátorov je dnes veľmi jednoduchých – ako vyššie spomenutý dvojpolohový alebo PID (proporcionálno-integračno-derivačný) regulátor. V porovnaní s ľudským mozgom ide naozaj o veľmi primitívne zariadenia, ktoré sa nijakým spôsobom nemôžu vyrovnať kvalite regulácie, ktorú vie realizovať človek.

Výhodou regulátorov môže byť spájanie do väčších celkov, či práca bez prestávky a únavy. V uplynulých 30 rokoch je venovaná veľká pozornosť vývoju pokročilejších regulátorov, ktoré by sa priblížili tým, ktoré aplikuje ľudský mozog.

Veľmi populárny smer je vytvoriť digitálny model (dvojča) riadeného procesu, vyskúšať na ňom viacero riadiacich stratégií a z nich skutočne použiť tú najúspešnejšiu.

Ďalšou z možností nie je navrhnúť nové pokročilé princípy, ale nechať regulátory naučiť sa svoju činnosť základe existujúcich príkladov. Tu už smerujeme do oblasti umelých neurónových sietí, strojového učenia a umelej inteligencie.

Sociálne aspekty

Už od 18. storočia sa zároveň s rozvojom automatizácie rieši problém sociálny – postupné vytláčanie človeka strojom.

Najmä v začiatkoch tohto rozvoja boli tieto otázky obzvlášť kritické. Spomeňme napríklad luddizmus (18. storočie), čo bolo hnutie britských textilných remeselníkov, ktorí bojovali proti zavádzaniu strojov a ničili krosná.

Sociálne problémy sa dotýkajú zamestnanosti, produktivity práce, kvality života, vzdelania. Hlavným zdrojom obáv je predstava, že použitie automatizácie bude redukovať viac pracovných pozícií, ako ich vďaka nej bude vznikať. Ako nám ukázala história v predošlých dvoch storočiach, táto obava sa ukazuje ako neopodstatnená.

Aj keď ľudia strácajú konkrétny typ práce na základe zlepšenej automatizácie, rastie dopyt po lacnejších výrobkoch. Zároveň sa uvoľnení pracovníci adaptujú na iné pracovné pozície, často také, ktoré vznikajú a sú dôsledkom zvýšenej produktivity práce.

Napríklad, treba viac servisných pracovníkov, ktorí sú na dôvažok aj lepšie platení. Moderné továrne využívajú roboty, programovateľné stroje, počítačové systémy, siete. Zároveň vyžadujú vyššiu mieru údržby, plánovania, optimalizácie, analýz, spracovania veľkých objemov údajov, prispôsobovanie programov. To všetko vyžaduje kompetentný ľudský kapitál.

Zvýšená produktivita v spoločnosti zároveň generuje väčšiu mieru blahobytu a menší pomer výdajov nutných na prežitie. S tým spojené sú potom nové a posilnené odvetvia ako starostlivosť o zdravie, trávenie voľného času, šport, či cestovanie.

Otázka, či a ktoré konkrétne oblasti ľudskej činnosti budú automatizáciou nahradzované, tu s nami bola a ostane. Nevieme teraz povedať, ako to bude v ďalekej budúcnosti.

V tej blízkej si automatizácia ukradne najmä jednoduché, namáhavé a monotónne činnosti. Aj slovo robot vymyslené Karlom Čapkom v minulom storočí bolo odvodené od namáhavej roboty.

Na opačnej strane, stále bude ťažké nahradiť profesie, ktoré kombinujú viaceré rutinné a analytické zručnosti. Napríklad tie, ktoré vyžadujú kombinácie znalostí matematiky, logiky, analytického myslenia a vied o živote. Ale aj remeselné profesie ako napríklad opravári, elektrikári, stavbári.

Sluha či pán?

Automatizácia, ako každá technológia, môže byť dobrý sluha alebo zlý pán. Závisí od toho, či ju vieme nasadiť a použiť efektívne. Ako nám ukazuje história, automatizácia umožňuje odľahčiť ľudí od namáhavej a opakujúcej sa práce.

V priebehu tisícročí sa posunula od slepej bohyne ku skrytej technológii. Je dôležité, aby sme sa vedeli prispôsobiť. Prispôsobiť musíme najmä vzdelávacie systémy, ktoré budú vychovávať odborníkov s takými znalosťami a vedomosťami, ktoré nielen nebude možné nahradiť strojmi, ale budú potrebné pre udržateľný rast kvality nášho života.

V rámci Slovenskej technickej univerzity v Bratislave poskytujú vzdelanie v oblasti automatizácie, robotiky a mechatroniky 4 fakulty, ktoré sú zapojené do projektu Európskej únie FrontSeat (Fostering Opportunities Towards Slovak Excellence in Advanced Control for Smart Industries) zameraného na excelentný výskum v automatickom riadení.

prof. Ing. Miroslav Fikar, DrSc., akademik Učenej spoločnosti Slovenska

  • Fakulta chemickej a potravinárskej technológie Slovenskej technickej univerzity v Bratislave
  • vedec v oblasti automatizácie a riadenia procesov
  • dlhodobo rozvíja oblasť optimálneho procesného riadenia, založil slovenskú školu prediktívneho riadenia
  • zástupca Slovenska v medzinárodnej asociácii automatického riadenia IFAC
  • pôsobil ako rektor STU v Bratislave
  • 1. podpredseda Slovenskej komisie pre vedecké hodnosti
  • koordinátor medzinárodného projektu Horizon Europe: FrontSeat
  • web stránka: https://www.uiam.sk/~fikar
Pridajte si Aktuality do svojho kanála správ Google.