Etické a morálne otázky sú tiež náročným bodom pre mnohé technologické aplikácie a vyžadujú starostlivé zváženie, ide napr. o aplikácie rozhrania mozog – počítač a virtuálna realita. Tieto nové technológie by mali zohľadňovať nielen humanizáciu a pohodlie, ale aj súkromie pracovníkov a podnikov. Bezpečnostné otázky sú v rámci HMI tretím dôležitým faktorom. So zvyšujúcou sa úrovňou automatizácie sa bude čoraz častejšie prerozdeľovať práca pracovníkov a strojov vo výrobnom prostredí, čo prinesie nové bezpečnostné riziká a úvahy o nich.

Orientácia na človeka ako jeden z pilierov Priemyslu 5.0 nie je v existujúcom HMI dizajne dostatočne zohľadnená. Súčasná inteligentná výroba je stále orientovaná na efektivitu práce a výrobu bez toho, aby sa venovala dostatočná pozornosť blahu pracovníkov. Napríklad údaje súvisiace s výrobou sú z hľadiska priority zberu tými najdôležitejšími, čo vedie k nedostatočnej podpore zberu iných typov údajov potrebných práve pre HCSM (z angl. Human Centric Smart Manufacturing). V priemyselných scenároch sú existujúce snímače orientované hlavne na monitorovanie prostredia a zariadení, takže v ďalšej fáze sa budú musieť vo väčšej miere venovať pracovníkom a ich podmienkam.

V scenári HCSM sa počíta s profesionálnymi aj neprofesionálnymi pracovníkmi. Vďaka vysokému stupňu automatizácie a inteligencie systému budú pracovníci oslobodení od opakujúcej sa každodennej práce, aby mohli robiť kreatívnejšiu prácu a zlepšiť osobný rozvoj a profesionálne schopnosti. Zároveň by sa od nich nemalo očakávať, že budú mať všetky znalosti na pochopenie fungovania celého komplexného systému. Preto sa budúci výskum zameriava na navrhovanie vhodných školiacich kurzov a usmerňovanie práce, ktoré pracovníkom pomôže prispôsobiť sa pracovnému prostrediu a zlepšiť sa.

V HCSM sa bude v oblasti HMI naďalej venovať pozornosť aj takým témam, ako je distribúcia úloh a pracovnej záťaže či dôvera. So zmenou koncepcie dizajnu sa však v týchto oblastiach nevyhnutne objavia nové problémy. Novým cieľom bude vytvorenie bezpečného a inkluzívneho pracovného prostredia. Preto bude racionálne rozdelenie úloh a pracovného zaťaženia a vytvorenie dôvery medzi pracovníkmi a strojmi na zaistenie bezpečnosti a udržateľnosti stále výzvou pre aplikácie HMI v HCSM.

Príležitosti

Vznik HCSM preto prinesie veľa príležitostí pre HMI, rozdelených do nasledujúcich troch perspektív: 1) aplikácia nových technológií a interdisciplinárny výskum, ktorý prináša zavedenie konceptu orientovaného na človeka, pričom dizajn HMI sa zameriava na udržateľnosť a odolnosť, 2) zlepšenie blahobytu pracovníkov a 3) zlepšenie vzťahu spoluprácou medzi ľuďmi a strojmi.

Keď sa ľudia stanú centrom výroby, bude potrebné zamerať sa na pochopenie stavov a zámerov ľudí. Napríklad zhromažďovaním údajov súvisiacich s pracovníkmi a vytvorením ich stavového modelu môžu stroje lepšie spolupracovať s ľuďmi. Zároveň pomocou analýzy vonkajších signálov ľudského správania môže stroj lepšie pochopiť krátkodobé a dlhodobé zámery pracovníkov. Pri návrhu rozhrania HMI môže dizajn orientovaný na človeka lepšie interpretovať vzťah medzi ľuďmi a strojmi. Takýto prístup bude vyžadovať, aby výskumníci komplexne spájali kognitívnu vedu, inžinierstvo, psychológiu, informatiku a ďalšie oblasti. Keďže udržateľnosť a odolnosť sa stanú stredobodom nasledujúcej výskumnej fázy, zmenia sa aj usmernenia a prístupy k návrhu HMI. Tieto návrhy budú zahŕňať viac technológií využívajúcich obnoviteľné zdroje energie a inteligentné materiály na zlepšenie schopností snímačov, pričom tie budú energeticky účinnejšie a recyklovateľnejšie.

Blaho pracovníkov bude novou príležitosťou v HCSM, pričom vnímanie pracovníkov zo strany majiteľov podnikov sa presunie od „nákladov“ k „investícii“. Táto úprava môže lepšie chrániť práva pracovníkov a zároveň pomôcť pracovníkom lepšie využívať svoje odborné znalosti a kreativitu.

V HCSM sa HMI bude zameriavať aj na vytvorenie užšieho kooperatívneho vzťahu, od starého modelu distribúcie úloh po model kolaboratívnej inteligencie. V minulosti niektoré štúdie uvádzali, že umelá inteligencia vezme pracovníkom prácu. Výskum v posledných rokoch však ukázal, že schopnosti systému možno zlepšiť, keď umelá inteligencia a ľudia vzájomne spolupracujú. Preto HMI v HCSM vytvorí dôverný vzťah medzi človekom a strojom prostredníctvom humanizovanejších a inteligentnejších riešení v podobe „empatických“ strojov.

Operátor 4.0

Aby výrobné podniky úspešne prijali paradigmu Priemyslu 4.0 sociálne udržateľným spôsobom, budú musieť sprevádzať svoje technologické transformácie vzdelávacími a rozvojovými programami pre svojich zamestnancov, zamerané na nové nástroje a technológie, ktoré kvalifikovaná pracovná sila používa a ktorými sú prevádzkovatelia priamo a nepriamo ovplyvňovaní. Okrem toho nové pracovné prostredia, ako napríklad kybernetická fyzická továreň, priamo ovplyvnia operátora a povahu práce a vytvoria nové interakcie nielen medzi ľuďmi a strojmi, ale aj medzi digitálnym a fyzickým svetom.
Cieľom vízie Operátor 4.0 je vytvoriť vzťahy založené na dôvere a interakcii medzi ľuďmi a strojmi, čo inteligentným továrňam umožní využiť nielen silné stránky a schopnosti inteligentných strojov, ale aj poskytnúť ich „inteligentným operátorom“ nové zručnosti a vybavenie, aby mohli naplno využiť príležitosti, ktoré vytvárajú technológie Priemyslu 4.0. Sociálne udržateľná továreň v rámci Priemyslu 4.0 je teda pracoviskom, kde návrh a inžiniering pracovných systémov využívajú kolaboratívnu robotiku, kinematiku, riadiace systémy typu „človek v spätnoväzbovom riadení“, snímače, manipuláciu, navigáciu a adaptívnu automatizáciu na zlepšenie znalostí a schopností operátorov.

V nasledujúcej časti seriálu bližšie predstavíme niekoľko typov operátorov, napr.:

  • operátor so super silou,
  • operátor s rozšírenou realitou,
  • operátor s virtuálnou realitou,
  • operátor so sledovaním životných funkcií,
  • operátor s inteligentnou asistenciou,
  • operátor využívajúci služby podnikových sociálnych sietí,
  • operátor využívajúci analýzu rozsiahlych údajov.

Operátor + exoskeleton = operátor so super silou (fyzická interakcia)

Priemyselné exoskelety s pohonmi sú ľahké, flexibilné a mobilné. Predstavujú typ biomechanického systému, kde ľudsko-robotický exoskeleton poháňaný systémom motorov, pneumatiky, pák alebo hydrauliky spolupracuje s operátorom, aby umožňoval pohyb končatín a ponúkol zvýšenú silu a vytrvalosť.

Myšlienka nositeľných exoskeletonov nie je v priemysle žiadnou novinkou a je zameraná na využitie mechaniky na zvýšenie sily ľudského operátora pri nenáročných manuálnych funkciách (úlohy). Exoskelety s pohonmi vypĺňajú medzeru medzi manuálnymi a automatizovanými činnosťami vo výrobných systémoch – inými slovami, medzi flexibilitou a efektívnosťou vo vyvážených automatizačných systémoch. Ich nemenej zaujímavou úlohou je zvýšiť sociálnu udržateľnosť priemyselných prevádzok z dlhodobého hľadiska, najmä pri vyššom podiele starších pracovníkov v dôsledku meniacej sa demografie.

Poháňané exoskelety môžu umožniť (napr. v montážnej oblasti, kde sa vykonáva väčšina ručnej práce), aby ľudia a technológia spolupracovali s cieľom zjednodušiť prácu a znížiť fyzický stres, čím sa celý systém stane efektívnejší a produktívnejší pomocou pomocných procesov, ako je napr. bezpečné zdvíhanie a presúvanie ťažkých predmetov, zvýšenie fyzických schopností (vytrvalosti) s ohľadom na dlhšie zotrvanie v náročnej polohe či dodatočná sila pri manipulácii s ťažkými nástrojmi. Vo všeobecnosti môžu poháňané exoskelety poskytnúť operátorom dodatočnú ochranu, podporu a silu a prispieť k sociálnej udržateľnosti pracovnej sily zlepšením ergonómie manuálnych operácií (ochrana zdravia pri práci).

To pomôže znížiť počet zranení a nehôd v dôsledku ťažkej práce (bezpečnosť), zvýšiť produktivitu a kvalitu práce zlepšením schopností operátora zvládať pracovné zaťaženie (napríklad znížením fyzického pracovného zaťaženia a premiestnením energie do senzorických a kognitívnych schopností) a pomocou kompenzácie ich straty dlhšie udržať starších/skúsených operátorov v kritických pozíciách, pričom stále využívajú svoje znalosti a skúsenosti. Ďalšou výhodou je možnosť vybaviť exoskelet nástrojmi a (ťažkým) podporným vybavením, ktoré by pri absencii exoskeletu znížilo produktivitu človeka.

Literatúra

[1] Xu, X. – Lu, Y. – Vogel-Heuser, B. – Wang, L.: Industry 4.0 and Industry 5.0 – Inception, conception and perception. In: Journal of Manufacturing Systems, 2021, č. 61, s. 530 – 5 5.

[2] Yang, J. – Liu, T. – Liu, Y. – Morgan, F.: Review of Human-Machine interaction towards Industry 5.0: Human-Centric Smart Manufacturing. In: Proceedings of the ASME 2022, International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, August 14-17, 2022, St. Louis, Missouri.

[3] HMI – The Future Mainstream of Industry4.0. Market Prospect. [online]. Publikované 21. 6. 2022. 

[4] Liu, S.: 3 key considerations for the next generation of HMI. Texas Instruments. [online]. Publikované 1. 6. 2022. 

[5] Romero, D. – Wuest, T. – Stahre, J. – Noran, O.: Towards an Operator 4.0 Typology: A Human-Centric Perspective on the Fourth Industrial Revolution Technologies. [online]. 

-tog-