Innowacyjność w Przemyśle 4.0

Przemysł 4.0 odnosi się do całkiem nowej fazy rewolucji przemysłowej. Faza ta skupia się  w szczególności na wzajemnych połączeniach, automatyzacji, uczeniu maszynowym oraz danych w czasie rzeczywistym. Przemysł 4.0 jest ściśle powiązany z IIoT (ang. Industrial Internet of Things) i Inteligentną Produkcją. Umożliwia łączenie ze sobą fizycznej produkcji oraz operacji z inteligentną technologią cyfrową, potrzebnej do stworzenia bardziej wszechstronnego i lepiej połączonego ekosystemu dla firm (zwłaszcza tych koncentrujących się na produkcji i zarządzaniu łańcuchem dostaw). Aktualnie każda firma i organizacja jest inna, ale wszystkie stoją przed wspólnym wyzwaniem: potrzebą łączności i dostępu do informacji w czasie rzeczywistym, która dotyczy procesów, partnerów, produktów oraz ludzi.

Czym jest Przemysł 4.0?

Określenie Przemysł 4.0 stosuje się zamiennie z czwartą rewolucją przemysłową i reprezentuje nowy etap w kontroli oraz organizacji przemysłowego łańcucha wartości. Cyberfizyczne systemy są podstawą Przemysłu 4.0 (są to np. inteligentne maszyny). Posiadają wbudowane systemy oprogramowania, wykorzystują nowoczesne systemy sterowania oraz zarządzają adresem internetowym po to, aby łączyć się przez IoT – Internet Rzeczy.

Przeczytaj więcej o tym czym jest Internet Rzeczy tutaj

Do tej pory w historii przemysłu nowe technologie już trzy razy zasadniczo się zmieniały:

Pierwsza rewolucja przemysłowa (określana jako mechanizacja) pojawiła się wraz z wyłonieniem się mechanizacji, mocy oraz energii pary wodnej.

Po niej nastąpiła druga rewolucja przemysłowa (nazywana elektryfikacją). Obracała się wokół masowej produkcji i linii montażowych, które wykorzystywały energię elektryczną. Elektryczność sprawiła, że silniki parowe zniknęły, a liniom produkcyjnym umożliwiono wyrabiać produkty w coraz większych seriach.

Trzecia rewolucja przemysłowa (określana cyfryzacją) pojawiła się wraz z elektroniką, systemami informatycznymi i automatyką. Skuteczność komputerów oraz systemy przetwarzania danych umożliwiły obsługiwać maszyny dzięki oprogramowaniu. Sprawiło to, że stały się bardziej precyzyjne, wydajne i elastyczne. Doprowadziło to do czwartej rewolucji przemysłowej, która jest związana z sieciowymi systemami fizycznymi.

 

 

Przemysł 4.0 ewoluował od inicjatywy mającej na celu zwiększenie konkurencyjności niemieckiego przemysłu wytwórczego „Industrie 4.0” do terminu przyjętego na całym świecie.

Charakteryzuje się m.in.:

• jeszcze większą niż dotychczas automatyzacją niż w trzeciej rewolucji przemysłowej;
• połączeniem dwóch światów: fizycznego i cyfrowego poprzez systemy cyberfizyczne umożliwione dzięki IoT;
• odejściem od centralnego sterowania przemysłowego do takiego, w którym inteligentne produkty definiują poszczególne etapy produkcji;
• określonymi modelami danych i systemów sterowania;
• personalizacją/dostosowywaniem produktów

 

Otoczenie Przemysłu 4.0 pomaga organizacji jak nigdy wcześniej. Gwarantuje wgląd do każdej przydatnej informacji w dowolnym czasie oraz z dowolnego miejsca. Pozwala to na ekonomiczną produkcję indywidualnych wyrobów i krótkich serii czyli Mass Customization. Osoby, które wdrażają rozwiązania Przemysłu 4.0, mogą zdecydowanie obniżyć koszty produkcji i szybko odpowiadać na zapytania ze strony klientów. Dzięki temu zyskują oni szczególną przewagę nad konkurencją.

Integracje w Przemyśle 4.0: integracja pionowa
i pozioma wraz ze zmianami wszystkich systemów

Istnieją dwie kluczowe integracje w modelu 4.0. Pierwszą z nich jest integracja pionowa, w ramach której wpływa się na wszystkie systemy w tradycyjnej piramidzie automatyzacji: od poziomu pola i poziomu sterowania po poziom produkcji, poziom operacji czy poziom planowania przedsiębiorstwa.

Integracja pionowa sprawia, że tradycyjny widok piramidy automatyzacji zanika. To samo dotyczy kilku systemów oraz aplikacji będących aktualnie na różnych poziomach. Inne systemy, takie jak np. ERP, zmienią się całkowicie. Nastąpi to wtedy, gdy będą zastąpione przez szybko pojawiające się aplikacje w zakresie platform Przemysłowego Internetu Rzeczy. W szczególności będą to platformy produkcyjne służące różnorodnym zadaniom i przypadkom ich użycia w wielu aspektach przemysłu. Zdobywają coraz więcej funkcji i zostają połączone w taki sposób, który wymaga współpracy systemów, platform transformacji cyfrowej oraz aplikacji biznesowych. Ponadto, muszą integrować się również z wyżej wspomnianymi platformami IoT i ich wszystkimi funkcjami.

Druga integracja to integracja pozioma, która nie dotyczy hierarchicznego spojrzenia na kilka systemów (jak w integracji pionowej), ale kompleksowego łańcucha wartości. Rozkłada się od dostawcy i procesów, przepływów informacji i systemów IT już na etapie rozwoju produktu oraz produkcji do logistyka, dystrybucji i docelowego klienta. To także ma istotny wpływ na wiele różnych systemów stosowanych na rynkach przemysłowych. Ostatecznie jednak chodzi o dane oraz o to, jak, dlaczego i gdzie są one używane.

Dodatkowym elementem, o którym należy wspomnieć jest możliwość podejmowania decyzji na wpół samodzielnych i całkowicie samodzielnych przez firmy. Okazują się być one jednak kamieniami węgielnymi zarówno w Przemyśle 4.0 jak i Logistyce 4.0. Istotną rolę odgrywa tutaj także wizja/marzenie przedsiębiorców o całkowicie niezależnej produkcji, możliwości jak największej automatyzacji z IoT, sztucznej inteligencji oraz nowych zintegrowanych systemów i ich zaawansowaną analizie.

8 najważniejszych trendów Przemysłu 4.0 w 2021r.

Cyberbezpieczeństwo, przejrzystość i prywatność

Przepływ informacji ze względu na łączność w Przemyśle 4.0 stwarza pewne obawy dotyczące bezpieczeństwa, przejrzystości i prywatności. Ze względu na to, że praktyki produkcyjne stają się coraz bardziej osobiste i można je odpowiednio dostosowywać to praktyki zarządzania danymi wykonywane na zewnątrz i wewnątrz hali produkcyjnej będą miały ogromny wpływ na atrakcyjność firmy.

Transmisja i przetwarzanie wrażliwych danych przemysłowych musi odbywać się bezpiecznie, aby uniknąć cyberataków na obiekty przemysłowe. Cyfrowa etyka i prywatność, technologie zwiększające prywatność, samodostosowujące się bezpieczeństwo, kompleksowe bezpieczeństwo komunikacji to tylko niektóre z nowych osiągnięć. Skupienie się na cyberbezpieczeństwie musi być odpowiednio zrównoważone z prywatnością.

Przetwarzanie brzegowe, w mgle i w chmurze

Duża ilość danych wytwarzanych przez Internet rzeczy (IoT) napędza przyjęcie możliwości przetwarzania brzegowego, mgły i przetwarzania w chmurze w Przemyśle 4.0. Niestandardowe rozwiązania sprzętowe i programowe takie jak: połączone chmury, rozproszone chmury, rozproszone obliczenia i pamięć masowa, przetwarzanie hybrydowe, platformy programistyczne o niskim kodzie, mikrousługi, przetwarzanie mobilne i przetwarzanie brzegowe z wieloma dostępami, kształtują ten trend w branży 4.0.

Sztuczna inteligencja

Sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe pozwalają przyśpieszyć innowacje w różnych branżach i obszarach. Opracowane zostały nowe algorytmy i specyficzny sprzęt dla sztucznej inteligencji, aby zoptymalizować istniejące systemy i sprostać nowym wyzwaniom stojącym przed produkcją. Fabryki zaczynają integrować sztuczną inteligencję w swoich systemach i procesach produkcyjnych. Zaawansowana sztuczna inteligencja pozwala prowadzić:

• konserwację predykcyjnej,
• obliczenia kognitywne,
• inteligencję roju,
• obliczenia kontekstowe,
• inteligentne maszyny,
• akceleratory sprzętowe
• projektowanie generatywne

Wszystkie te technologie napędzają zakłady produkcyjne do przejścia w kierunku kompletnej produkcji.

Ludzka Augmentacja i Rozszerzona Rzeczywistość (XR)

Fizyczna oraz poznawcza augmentacja ludzi to kolejny ważny trend w branży 4.0. Ograniczenia ludzi są zwiększane za pomocą technologii, takich jak urządzenia służące do noszenia i egzoszkielety. Ponadto, przemysłowe urządzenia mobilne, naturalny i intuicyjny interfejs użytkownika oraz przenośne ekrany sterowania maszynami zwiększają łatwość korzystania z takiej technologii.

Technologie XR, takie jak:

• rzeczywistość mieszana (MR) ,
• rzeczywistość rozszerzona (AR)
• rzeczywistość wirtualna (VR)

wykorzystuje się w Przemyśle 4.0 od badań i rozwoju po procesy produkcji i postprodukcji na pełną skalę. Obejmuje to wiele doświadczeń i zmienia sposób funkcjonowania przemysłowych systemów produkcyjnych. Natura połączenia człowiek-maszyna jest bardziej dopasowana do pracowników obsługujących maszyny.

Zaawansowana robotyka

Rozwój robotyki sprawił, że procesy w Przemyśle 4.0 są szybsze, efektywniejsze i bezpieczniejsze. Do najbardziej znanych technologii robotycznych wpływających na produkcję należą:

• roboty autonomiczne,
• roboty współpracujące (coboty),
• autonomiczne roboty mobilne – współpracujące,
• humanoidy,
• roboty mobilne,
• robotyka w chmurze,
• interfejsy API,
• roboty typu „wybierz i umieść”
• roje robotów

Ich zastosowanie zapewnia większą precyzję i zwinność, jednocześnie poprawiając możliwości szybko rozwijających się robotów, które można w odpowiedni sposób dostosowywać. Roboty wyręczają również pracowników, którzy w tym czasie mogą skupić się na innych, nie powtarzających się zadaniach.

Sieć i łączność

Sieć i łączność są jednymi z głównych sił napędowych. Pozwalają na wprowadzenie Przemysłu 4.0. Osiągnięcia technologiczne np. Edge-to-cloud, gigabitowe sieci Ethernet, sieć rozległa o niskim poborze mocy (LPWAN), 5G , komunikacja M2M, wszechobecny dostęp radiowy, ujednolicona struktura IoT i sieci typu zero-touch skłaniają fabryki do wdrożenia IoT w celu przekształcenia się w obiekty Przemysłu 4.0. Te technologie stale poprawiają komunikację w kontekście maszyna-maszyna i człowiek-maszyna, a także transmisję danych. W efekcie innowacje w tym obszarze zwiększają szybkość, poprawiają bezpieczeństwo oraz wydajność, a także obniżają koszty łączności sieciowej.

Big Data i analityka

Wielkość skali zbierania danych przemysłowych umożliwia fabrykom przejście na obiekty Przemysłu 4.0. Ogromne zbiory danych są złożone i mają wartość tylko wtedy, gdy są przechwytywane, przechowywane i analizowane w szybki i jednocześnie opłacalny sposób. Postępy w wykorzystywaniu danych do uzyskiwania cennych informacji o systemach produkcyjnych, wraz z dostępnością danych natychmiastowych i w czasie rzeczywistym pozwalają na wiele istotnych rzeczy. W szczególności otwierają możliwości analizy nakazowej, predykcyjnej i rozszerzonej na różnych poziomach zakładów produkcyjnych firmy.

Digital Twin

Technologia Digital Twin czyli Technologia Cyfrowego Bliźniaka tworzy wirtualne modele idei przemysłowych, łącząc dynamiczne dane z dostępu do informacji bez współpracy z nadawcą i wizualizacji w czasie rzeczywistym. Niektóre przypadki użycia cyfrowych bliźniaków obejmują:

• projektowanie oparte na modelach,
• wirtualne prototypowanie,
• walidację systemów wirtualnych,
• optymalizację przepustowości,
• projektowanie ewolucyjne

Wykorzystanie Digital Twin napędza produkcję Przemysłu 4.0 w kierunku hiperautomatyzacji. Ten trend zapewnia cenny wgląd we wszystkie etapy procesu produkcyjnego.

Podsumowanie

Sektor produkcyjny mierzy się z wyzwaniami związanymi z montażem, które skupiają się w szczególności na optymalizacji produkcji i równoważeniu kosztów. Szybki postęp w powstających technologiach, takich jak: Przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT), zaawansowane roboty mobilne,  łączność przemysłowa i rozwiązania pozwalające wykorzystywać sztuczną inteligencję, pozwalają firmom stawić czoła tym wyzwaniom. Udaje się to dzięki wyborze najbardziej odpowiedniej technologii do inwestowania. W miarę postępu technologicznego ważnym jest, aby fabryki i zakłady produkcyjne były proaktywne oraz na wczesnym etapie odróżniały potencjalnie szkodliwe zmiany. Wyżej opisane aktualne trendy Przemysłu 4.0 to tylko wierzchołek innowacji. Identyfikacja nowych możliwości i pojawiających się technologii do wdrożenia w firmie na wczesnym etapie to długa droga do uzyskania przewagi konkurencyjnej.