Praca
YASEL COSTA
Wykładowca w Międzynarodowym Programie Logistycznym MIT Saragossa
W ciągu ostatnich trzech stuleci kolejne fale rozwoju technologicznego i przemysłowego spowodowały zupełne przeobrażenie społeczeństw na całym świecie. W większości zakątków świata nastąpiła ogólna poprawa w takich aspektach jak odżywianie, zdrowie, średnia długość życia i dostęp do rozrywki. Nie da się jednak zaprzeczyć, że zmiany zachodzą powoli, a skutkiem ubocznym każdej z nich jest istnienie osób, które mogą odczuwać wykluczenie, brak decyzyjności i niepewność jutra.
Patrząc z perspektywy czasu, każda fala rozwoju niosła ze sobą większe szanse zatrudnienia, bardziej ergonomiczne i lepiej płatne miejsca pracy. Jednak niektóre zmiany, które zaszły w przeszłości wywoływały w społeczeństwach przeciwne odczucia: obniżenia płac, zaniku miejsc pracy dla wykwalifikowanej siły roboczej itp., z którymi związana jest utrata godności. Powodem takich następstw jest fakt, że przemiany te nie były skoncentrowane na człowieku, co czasami prowadziło do gwałtownych reakcji społeczeństwa, takich jak na przykład zniszczenie krosien mechanicznych dwa wieki temu.
Z pewnym wyjątkiem procesu elektryfikacji Związku Radzieckiego w 1920 roku społeczne konsekwencje zmian technologicznych nigdy nie były brane pod uwagę z odpowiednim wyprzedzeniem. Dziś, kiedy zmierzamy ku czwartej rewolucji przemysłowej (choć niektórzy twierdzą, że nastała już piąta), mamy możliwość – a raczej obowiązek – lepszego zarządzania zmianami poprzez usytuowanie człowieka na pierwszym miejscu.
Inne stulecie, inna rewolucja
Pierwsza rewolucja przemysłowa, która rozpoczęła się w drugiej połowie XVIII wieku, polegała na wykorzystaniu siły mechanicznej (najpierw wody, a potem pary) do zadań, które wcześniej były wykonywane przy użyciu siły mięśni ludzi lub zwierząt. Doprowadziło to do powstania fabryk, najpierw włókienniczych, w których ręczną pracę prządek i tkaczek zastąpiły maszyny obsługiwane przez operatorów. Ta rewolucja rozprzestrzeniła się na inne gałęzie wytwórczości i przyczyniła się do narodzin nowych branż, takich jak przemysł maszynowy.
Sto lat później nastąpiła druga rewolucja przemysłowa – dzięki możliwości wykorzystywania energii elektrycznej w znacznej odległości od miejsca jej wytworzenia. Elektryczność najpierw spowodowała rozwój mechanizacji, a tym samym produkcji na liniach montażowych. W późniejszym okresie umożliwiła lokowanie fabryk w pobliżu klientów, a nie w zagłębiach węglowych.
Trzecia rewolucja przemysłowa, która rozpoczęła się wraz z II wojną światową i trwa do dziś, opierała się na upowszechnieniu elektromechaniki (np. magnetofony), a następnie elektronicznie programowalnej automatyki. Elektronika rozwijała się stopniowo, od pierwszych programowalnych sterowników logicznych (PLC – programmable logic controller) po najnowsze innowacje informatyczne. W odróżnieniu od poprzednich rewolucji zmiany te wpłynęły nie tylko na procesy produkcyjne, lecz także na procesy biznesowe – m.in. projektowanie, zaopatrzenie, finanse oraz administrację – ponieważ technologie informacyjne umożliwiają gromadzenie, przetwarzanie i wymianę dużych ilości danych.
Stworzyliśmy świat cyfrowy, a dokładniej mówiąc – wirtualny. Dotychczas jednak maszyny wykonywały tylko to, co mogli robić ludzie. Czynności wykonywane ręcznie zostały po prostu zautomatyzowane, dzięki czemu są szybsze, bardziej niezawodne, bezpieczniejsze i często tańsze.
Do pewnego stopnia rozróżnienie trzech rewolucji przemysłowych jest problemem czysto akademickim, podobnie jak podział na epoki kamienia, brązu i żelaza. Tak jak ludzie nie przestali łupać kamienia z powodu wynalezienia stopu miedzi z cyną, tak samo ręczne krosna funkcjonowały jeszcze w latach 60. i 70. XX wieku nawet w krajach uprzemysłowionych. Inaczej karty perforowane wynalezione przez Josepha Marie Jacquarda w celu stworzenia pierwszego automatycznego krosna nie zainspirowałyby programistów komputera typu mainframe w latach 70. Również wiele naszych obecnych technologii przemysłowych będzie wciąż aktualnych jeszcze przez dziesiątki lat. Wiodące firmy oraz branże przemysłowe i handlowe rozpoczynają jednak proces określany mianem przemysłu 4.0, czyli nową, nieco inną rewolucję przemysłową.
Systemy cyberfizyczne
Oprócz nazwy przemysł 4.0 nowy paradygmat ma jeszcze jedno określenie: niektórzy mówią o systemach cyberfizycznych, natomiast analitycy z firmy Gartner używają terminu hiperautomatyzacja. Niezależnie od nazewnictwa nie mamy już do czynienia z procesami, które są monitorowane, kontrolowane i sterowane przez moc obliczeniową – bez względu na to, jak byłaby zaawansowana – zaprojektowaną tak, by naśladować możliwości i umiejętności człowieka. Są to raczej elementy cyfrowe i fizyczne, które tworzą jedną całość. Przedsiębiorstwa nie pytają już, jak maszyna może lepiej wykonać zadanie dotychczas wykonywane ręcznie, lecz jak maszyna może to zadanie zoptymalizować. W ten sposób mogą powstawać nowe metody pracy, których ludzie nawet sobie nie wyobrażają.
Nowy przemysł integruje zaawansowane technologie, które dojrzały w ostatnich latach. Najbardziej znaną jest internet rzeczy (IoT), system, którego elementy – urządzenia, czujniki, narzędzia, a nawet ludzie – mogą wchodzić ze sobą w interakcje. Rośnie również znaczenie technologii big data, która pozwala przetwarzać i analizować ogromne zbiory danych w celu znajdowania i oceny obecnych w nich wzorców i znaczeń, nawet w przypadku pracy z niepełnymi lub wątpliwymi informacjami. Z kolei chmura obliczeniowa umożliwia łączenie, przetwarzanie i udostępnianie danych z dowolnego źródła. A wszystko to może się dziać w czasie rzeczywistym, w ciągu zaledwie mikrosekundy.
Rozwój nowo powstałych nauk związanych ze sztuczną inteligencją i uczeniem maszynowym umożliwia systemom cyberfizycznym znajdowanie własnej drogi do pożądanego celu i nieograniczanie się do podejścia „ludzkiego”.
W mniejszym lub większym stopniu sztuczna inteligencja będzie brała udział w każdym procesie. W ten sposób w produkcji towarów rozwinie się inteligentny łańcuch dostaw, który będzie stale przewidywał zmieniające się warunki rynkowe i elastycznie się do nich dostosowywał. Sztuczna inteligencja stworzy także nowe procesy produkcyjne, oparte na samokontroli, autokorekcie i samoorganizacji, a także predykcyjne i proaktywne systemy dystrybucji. W rezultacie wytwarzane produkty również będą inteligentne, dzięki czemu będą w stanie skorygować procesy produkcyjne i łańcuchy dostaw.
Nie będzie już typowych dla dzisiejszych procesów przemysłowych zautomatyzowanych i zrobotyzowanych wysp, które współdziałają ze sobą, ale nie są ze sobą zintegrowane. Wysoki stopień autonomii nastanie w całym procesie produkcji, a nawet w cyklu życia produktów. Na przykład urządzenie mogłoby samo stwierdzić, że nadszedł czas na serwis albo zdecydować, że jego okres użytkowania dobiegł końca i zamówić swojego następcę na wymianę, biorąc pod uwagę koszty i organizując swoją utylizację w sposób bezpieczny dla środowiska.
Istota problemu
Nowy paradygmat technologiczny zakrawa na prawdziwy przewrót (i jest w nim w istocie) i do tego bardzo kosztowny (co też jest prawdą, choć może nie aż tak, jak mogłoby się wydawać), nasuwa się więc pytanie: czy światu potrzebny jest przemysł 4.0?
Owszem, jest. Ostatnimi czasy okazuje się, że świat to miejsce coraz bardziej niepewne, a my, ludzie, nie jesteśmy zbyt dobrzy w podejmowaniu decyzji w niepewnych i probabilistycznych środowiskach. Kiedyś komputerom nie najlepiej wychodziło podejmowanie decyzji, ponieważ mogły robić tylko to, do czego zostały zaprogramowane z wykorzystaniem określonych danych. Ale to się zmieniło. Dzisiaj komputery potrafią wykrywać ukryte trendy, oceniać prawdopodobieństwo z bezstronnej perspektywy oraz znajdować optymalne rozwiązania dla procesów produkcyjnych i logistycznych, nawet nie dysponując ogólnym obrazem całości. Komputery nie działają w sposób uwarunkowany myśleniem sekwencyjnym ani drzewem decyzyjnym pomagającym w podejmowaniu decyzji w celu rozwiązania problemu. Dzięki temu mogą one pogodzić sprzeczne cele w sposób bardziej efektywny, co byłoby trudne, a wręcz niemożliwe, dla ludzi. Przykładem jest planowanie transportu: komputer potrafi pogodzić koszty, czas i wpływ na środowisko.
Pomimo ograniczoności zasobów, jakimi dysponują, przedsiębiorstwa produkcyjne i dystrybucyjne muszą stale podnosić efektywność i sprawność działania. Wymogi konsumentów zmieniają się w szybkim tempie i w nieprzewidywalnym kierunku, to samo dotyczy rynków dostaw i zasobów wewnętrznych, takich jak siła robocza. Trzeba uwzględniać kwestie dotyczące ochrony środowiska i zmian społecznych – będące wymogiem czy to przepisów prawnych, czy samych klientów. Świat biznesu, którego analiza już teraz jest często zbyt skomplikowana dla człowieka, staje się coraz bardziej złożony. Aby wciąż świadczyć usługi wysokiej jakości, firmy będą musiały znaleźć skuteczne sposoby pracy w złożonym i turbulentnym środowisku.
Obszary działań
Nadejście przemysłu 4.0 wymaga znacznych postępów na kilku frontach. Na wielu już się one dokonały, ale obszary te są od siebie wzajemnie zależne, dlatego postępy w jednym muszą wspomagać rozwój w pozostałych.
- Cyfryzacja. Przekształcenie lub odzwierciedlenie przedmiotów i czynności fizycznych w formie cyfrowej, która może być przetwarzana przez technologie i systemy informatyczne.
- Autonomizacja. Wyposażenie urządzeń w inteligencję i umiejętność uczenia się, aby mogły działać i podejmować własne decyzje przy minimalnym udziale człowieka.
- Przejrzystość. Wszystkie ogniwa łańcucha, zarówno ludzie, jak i roboty, mają pełny wgląd w tę samą „wersję prawdy”, dzięki czemu wiedzą, co robią lub jakie usprawnienia proponują inne elementy. Takim paradygmatem jest technologia blockchain, czyli łańcuch bloków.
- Mobilność. Mobilność, zarówno urządzeń informatycznych i komunikacyjnych, jak i procesów fizycznych, umożliwia zastosowanie nowych metod produkcji. Na przykład produkcja addytywna, taka jak druk 3D, może przybliżyć produkcję do punktu sprzedaży, ograniczając wielkoskalowe inwestycje w środki trwałe.
- Modularyzacja. Wykorzystanie znormalizowanych komponentów i podsystemów w różnych (i rekonfigurowalnych) kombinacjach umożliwiających osiąganie różnych celów.
Dwa inne rozwijające się obszary są zarówno natury społecznej, jak i technologicznej – należą do nich sieci współpracy i socjalizacja. Chodzi o to, by wykonując zadania, ludzie i maszyny współpracowali w sposób „zsocjalizowany”, tzn. na zasadzie komunikacji dwukierunkowej. Człowiek nie tylko programuje maszynę lub wykonuje polecenia komputera, lecz wchodzi z nimi w prawdziwą interakcję.
Współpraca ta oznaczałaby na przykład, że ciężarówki, urządzenia transportu wewnętrznego, produkty, systemy składowania i personel magazynu miałyby swój stopień autonomii, ale działałyby wspólnie w ramach wspólnej sieci. Dzięki tej współpracy firma mogłaby uzyskać ogólną widoczność realizowanych procesów, które byłyby reprezentowane w formie cyfrowej jako bliźniak cyfrowy przechowywany w chmurze.
Podejście to ma zastosowanie w równym stopniu do czynności fizycznych i procesów biznesowych, na przykład z wykorzystaniem robotów współpracujących (cobotów). Są to autonomiczne maszyny, które działają intuicyjnie i wiedzą, czego oczekują i chcą od nich ludzie. Cobot może zatem nie tylko reagować na bieżące potrzeby, ale także przewidywać zmiany i wychodzić im naprzeciw. Coboty będą wyposażone w „czynnik ludzki”, zarówno dosłownie, za sprawą postępów w dziedzinie systemów wizyjnych (dzięki którym roboty „widzą”) i technologii haptycznej (która pozwala im „dotykać” i „czuć” dotyk), jak i w przenośni, z uwagi na sposób interakcji z ich ludzkimi współpracownikami.
Niektóre z nowych technologii mogą wywoływać obawy i opór: na przykład funkcjonalna spektroskopia bliskiej podczerwieni (fNIRS) pozwoliłaby robotowi wykrywać aktywność mózgu jego ludzkiego współpracownika i odpowiednio do niej się zachowywać.
Dzięki cyfryzacji logistyki zarówno coboty, jak i ludzki personel będą w pełni przygotowani do wykonywania swoich zadań i do interakcji bez ryzyka dla zdrowia lub procesu produkcyjnego. Postępy w takich dziedzinach jak technologia haptyczna, sztuczna inteligencja i uczenie głębokie sprawią, że coboty będą w stanie uczyć się poprzez obserwację i praktykę. Ponadto cyfrowa forma umożliwi przenoszenie uzyskanej wiedzy. Podczas gdy w przypadku człowieka istnieje granica, po której przekroczeniu dodatkowe doświadczenie nie poprawia znacząco jego wydajności, coboty mogą doskonalić się bez ograniczeń.
Współpracę cobota z człowiekiem można porównać do wspólnej pracy pielęgniarki i chirurga na sali operacyjnej. Pielęgniarka nie tylko zna procedury obowiązujące podczas operacji chirurgicznej, ale także wie, jak pracuje chirurg i jak zareaguje, gdy zajdzie coś nieoczekiwanego. Dzięki temu lekarz zawsze ma pod ręką odpowiednie narzędzia. Z drugiej strony pielęgniarka na sali operacyjnej wykonuje również wiele innych czynności, w tym związanych z monitorowaniem stanu pacjenta i alarmowaniem w razie pogorszenia – zadania, które mógłby wykonywać cobot wspomagający ludzkiego chirurga. Nie przypadkiem więc chirurgia znajduje się w ścisłej czołówce robotyki i technologii.
„Nie” dla maszyn
Z technologicznego punktu widzenia wszystko jest możliwe. Inną kwestią jest to, czy nowe technologie można wdrażać w sposób zrównoważony pod względem społecznym i środowiskowym, czy – przeciwnie – jesteśmy skazani na powtarzanie błędów, które popełniono w przypadku poprzednich rewolucji przemysłowych.
Zrozumiałe jest, że wiele osób obawia się społecznych konsekwencji przemysłu 4.0, jeśli nie zostaną nałożone żadne ograniczenia. Idealnie byłoby, gdybyśmy po raz pierwszy w dziejach zaplanowali, w jaki sposób najnowsza rewolucja przemysłowa mogłaby przynieść korzyści – a przynajmniej nie przynieść szkód – większości ludzi z tego pokolenia. Niektórzy autorzy – w tym Saeid Nahavandi z Uniwersytetu Deakin w Australii – opowiadają się za przemysłem 5.0 skoncentrowanym na człowieku. Podstawą tej idei jest „interakcja robotów z ludzkim mózgiem i praca z człowiekiem oparta na współpracy, nie na rywalizacji”. Innymi słowy, należy zagwarantować pomyślną współpracę i socjalizację robotów i ludzi.
Z punktu widzenia ochrony środowiska nowa rewolucja przemysłowa może przynieść znaczącą poprawę w zakresie zarządzania zasobami i wyeliminować marnotrawstwo na wszystkich etapach – od surowców po transport. Stosowanie technologii informacyjnych ma jednak także swoje wady: zużywają one duże ilości energii i wody.
Z punktu widzenia ochrony środowiska nowa rewolucja przemysłowa może wyeliminować marnotrawstwo i przynieść znaczącą poprawę w zakresie zarządzania zasobami
W Irlandii znajduje się ponad 70 dużych centrów danych, z których każde zużywa 500 000 litrów wody dziennie (co prowadzi do niedoborów wody w lecie). Europejski Zielony Ład wymaga, aby do 2030 roku centra danych stały się neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla, co jest celem bardzo optymistycznym. W Wielkiej Brytanii, która jednak nie należy już do Unii Europejskiej, serwery zużywają ponad 12% wytwarzanej tam energii elektrycznej. Natomiast wykorzystywanie bitcoina sprawia, że islandzkie moce wytwarzania energii wodnej i geotermalnej osiągają swoje limity (to skrajny przypadek, ale blockchain nie jest zbyt energooszczędny).
Najinteligentniejszy ludzki mózg, zdolny wykonywać bardziej złożone zadania, niż pozwalają na to obecne możliwości obliczeniowe komputerów, ma moc ok. 20 W (porównując ją do żarówki, można powiedzieć, że człowiek świeci niezbyt jasno). Mając na uwadze zużycie energii i wody potrzebne do analizy danych, należy zatem zadać sobie pytanie, czy wszystkie problemy, które mogą być rozwiązywane przez komputery, trzeba rozwiązywać za ich pomocą. Projektanci systemów powinni skłaniać się ku przetwarzaniu brzegowemu, które jest rozwiązaniem wykorzystującym elastyczność chmury do zarządzania danymi i masowego przesyłania informacji do i ze zdalnych serwerów i centrów danych. Tak więc choć poszczególne autonomiczne urządzenia muszą widzieć, jakie decyzje podejmują inne elementy systemu, nie muszą widzieć surowych danych leżących u podstaw tych decyzji i zasadniczo powinny podejmować swoje własne decyzje lokalnie.
Jeśli zaś chodzi o społeczne konsekwencje przemysłu 4.0 i przemysłu 5.0, niełatwo je wymienić, ponieważ niektóre technologie są trudne do zaakceptowania z psychologicznego punktu widzenia: wielu pracowników (choć z pewnością nie wszyscy) nie jest zachwyconych pomysłem, że miałyby im wydawać polecenia maszyny. Czy zatem stosowanie technologii fNIRS zostałoby zaakceptowane w świecie, w którym niektórzy ludzie wierzą, że szczepionki przeciwko COVID-19 zawierają microchipy? Nie wiadomo też, czy pojazdy samojezdne zostaną dopuszczone do ruchu po drogach publicznych, nawet jeśli się okaże, że obiektywnie są bezpiecznymi systemami transportowymi. A jeżeli zamiast kierowcy będą wymagały „asystenta”, jaki problem ekonomiczny czy pracowniczy rozwiążą?
Niewątpliwie wpływ technologii na miejsca pracy jest przedmiotem troski wielu osób. Jak powiedziałby makler giełdowy, nie możemy opierać się na przeszłości, aby przewidzieć przyszłość. Jednakże każda rewolucja przemysłowa miała jeden ważny efekt, a mianowicie spowodowała znaczny wzrost zapotrzebowania na pracowników, i to, ogólnie rzecz biorąc, na coraz bardziej wykwalifikowanych i lepiej opłacanych. Nawet trudne warunki panujące w XIX-wiecznych fabrykach były uważane za lepsze od alternatywy, jaką było rolnictwo.
Zarówno w krajach rozwiniętych, jak i w innych częściach świata niedobór siły roboczej jest faktem. Wskaźnik urodzeń jest dużo niższy od wskaźnika zastępowalności pokoleń. Ponadto starsze pokolenia żyją znacznie dłużej po przejściu na emeryturę, a młodzi ludzie odkładają wejście na rynek pracy, szukając możliwości dalszego kształcenia. W gospodarce światowej, która jeszcze nie w pełni otrząsnęła się ze skutków pandemii COVID-19, niedostatek siły roboczej widoczny jest w każdym procesie łańcucha dostaw – od operatorów magazynów, poprzez inżynierów i techników, po kierowców ciężarówek. Dlatego wszelkie osiągnięcia technologiczne, które mogą przyczynić się do bardziej wydajnego i efektywnego wykorzystania ograniczonej siły roboczej, są pożądane.
Nowych miejsc pracy będzie dużo, ale oczywiście nie będą one dokładnie takie same jak dawniej. Konieczne będzie silne zaangażowanie rządu i przemysłu w szkolenia i przekwalifikowanie pracowników.
Lokalizacja jest kolejnym kluczowym czynnikiem w procesie transformacji przemysłu. Podczas poprzednich rewolucji przemysł przenosił się w inne miejsca, porzucając stare zakłady i ich pracowników. Tym razem nie musi tak być: technologie mobilne, druk 3D i inne zdobycze technologiczne powinny uwolnić firmy od przywiązania do infrastruktury stacjonarnej: budynków, linii produkcyjnych, materiałów i źródeł energii. Powinno być możliwe sprowadzenie produkcji i innej pracy do ludzi zamiast zmuszać ich do przeprowadzki. Taka zmiana mogłaby również zmniejszyć nadmierną zależność ekonomiczną od kilku głównych aglomeracji, bardziej równomiernie rozkładając dobrobyt oraz łagodząc niektóre problemy logistyczne i środowiskowe wielkich miast.
Ponadto niektórych miejsc pracy nie należy automatyzować tylko dlatego, że można. Za przykład niech posłuży internetowy sklep spożywczy: mógłby on mieć wyposażonego w systemy haptyczne i wizyjne robota, który zajmowałby się kompletacją dojrzałych jabłek, a potem można by tego robota zaprogramować, aby robił to samo z bananami. Czy warto jednak inwestować duże pieniądze w przypadku zadania, które w mniej niż minutę jest w stanie opanować nastolatek?
Kolejną komplikacją jest wybór alternatywnych rozwiązań. Kontynuując przykład internetowego sklepu spożywczego: jeśli nie ma on na stanie produktu, który zamówił klient, może mu zaproponować inny. Teoretycznie firma mogłaby wykorzystać uczenie maszynowe do podjęcia najlepszej decyzji. Czasami jednak wyboru dokonanego przez klienta nie da się logicznie uzasadnić (wybrany produkt nie jest pozycją listy składników potrzebnych do przygotowania konkretnego dania). Ponadto klient rzadko wyraża opinię na temat produktu otrzymanego w zamian za zamówiony pierwotnie. W rezultacie firma nie dysponuje wystarczającą ilością danych, na podstawie których mogłaby nauczyć robota. Intuicja operatora będzie tutaj prawdopodobnie lepsza niż wiele algorytmów.
Idzie nowe
Zmiany, jakie niesie przemysł 4.0, nastąpią wcześniej niż się spodziewamy, i szybciej niż poprzednie rewolucje przemysłowe. Jeśli społeczeństwo, rządy, przemysł i specjaliści od technologii zdecydują, że będzie to pierwsza rewolucja przemysłowa skoncentrowana na człowieku, będziemy mieli wielką szansę na poprawę sytuacji na całym świecie. Jeśli natomiast nie nadamy technologii właściwego kierunku, ryzykujemy, że wyrządzimy nieodwracalne szkody całemu społeczeństwu i naszej planecie.
Doktor Yasel Costa jest wykładowcą zarządzania łańcuchem dostaw w Międzynarodowym Programie Logistycznym MIT Saragossa, dyrektorem studiów doktoranckich w zakresie logistyki i zarządzania łańcuchem dostaw oraz dyrektorem akademii letniej dla doktorantów w Międzynarodowym Programie Logistycznym MIT-Saragossa.