Przemysł 4.0 (ang. Industry 4.0) stanowi obecnie rozwijający się trend w automatyzacji i wymianie danych wśród technologii produkcyjnych. Całość obejmuje zagadnienia związane z: systemami cyber-fizycznymi, Internetem Rzeczy (IoT), przetwarzaniem w chmurze, a także obliczeniami kognitywnymi.

Zatem czwarta rewolucja przemysłowa jest zbiorem składającym się ze zintegrowanych inteligentnych systemów, których nadrzędnym celem jest poprawa wydajności wytwarzania, uelastycznienie procesów produkcyjnych i dopasowanie ich do obecnych, a także przyszłych potrzeb rynku.

Warto mieć na uwadze, że pojęcie Przemysłu 4.0 dotyczy także nowych sposobów pracy i nowatorskiego wykorzystywania zasobów ludzkich w przemyśle. W ramach modułowej struktury inteligentnych fabryk, systemy cyber-fizyczne obierają za cel monitorowanie procesów fizycznych, tworzenie wirtualnych kopii świata fizycznego, a także podejmowanie zdecentralizowanych decyzji.

Przemysł 4.0 – jak powstała nazwa nowej rewolucji technologicznej?

Termin Przemysł 4.0 został ukuty w ramach projektu w high-tech’owej strategii niemieckiego rządu promującego komputeryzację produkcji. Przemysł 4.0 został ponownie użyty w 2011 roku na targach w Hanowerze, a następnie w 2012 roku, gdy grupa robocza ds. Przemysłu 4.0 zaprezentowała rządowi federalnemu zalecenia dotyczące niezbędnych wdrożeń w ramach tej zmiany. To właśnie członkowie tej grupy uznawani są za protagonistów i siłę napędową czwartej rewolucji przemysłowej.

Zasady projektowania systemów w ramach Przemysłu 4.0

Istnieją cztery główne zasady projektowania systemów Przemysłu 4.0. Zasady te są niezbędne w prawidłowym identyfikowaniu i wdrażaniu scenariuszy z sektora 4.0.

  1. Współdziałanie

Jest to zdolność maszyn, urządzeń, czujników i osób do łączenia się i komunikowania ze sobą za pośrednictwem Internetu Rzeczy lub Internetu Osób (IoP – ang. Internet of People).

  1. Przejrzystość informacji

Umiejętność systemów informatycznych do tworzenia wirtualnej kopii świata fizycznego poprzez wzbogacanie cyfrowych modeli o dane uzyskane z czujników. Wymaga to agregacji danych z czujników i transformowania ich do danych o kontekście zapewniającym wyższą wartość informacji.

  1. Pomoc techniczna

Aktywne wsparcie ludzi przez systemy, które objawia się w formie gromadzenia i wizualizacji informacji w sposób zrozumiały. Prezentacja informacji umożliwia podejmowanie świadomych decyzji i rozwiązywanie pilnych problemów w możliwie krótkim czasie. Pomoc techniczna związana jest również z pomocą systemów cyber-fizycznych do fizycznego wspierania ludzi poprzez wykonywanie szeregu nieprzyjemnych, niebezpiecznych lub zbyt wyczerpujących dla ludzkich pracowników zadań.

  1. Realizacja zdecentralizowanych decyzji

Zdolność cyber-fizycznych systemów do podejmowania samodzielnych decyzji i wykonywania zadań w sposób autonomiczny. W przypadku interferencji, wyjątków lub sprzecznych celów, zadania delegowane są na wyższy poziom.

Ewolucja przemysłu – od 1.0 do 4.0

Przemysł 4.0 stanowi kolejny rewolucyjny krok w przemyśle. Prześledźmy jednak trzy wcześniejsze kamienie milowe dotychczasowej historii technologii i przemysłu.

Przemysł 1.0. Na tym etapie rewolucja polegała przede wszystkim na mechanizacji. W czasach rewolucji Przemysłu 1.0 wynaleziono i wdrożono silnik parowy, co wprowadziło nas w erę industrializacji.

Przemysł 2.0. Pojawienie się i upowszechnienie elektryczności stanowiło kolejny duży krok w rozwoju linii produkcyjnych, a także dało potężne podwaliny pod powstanie nowych technologii. Elektryczność znacząco poprawiła wydajność i efektywność zakładów produkcyjnych.

Przemysł 3.0. Kolejny kamień milowy w historii przemysłu dotyczył cyfryzacji i automatyzacji produkcji. Wdrożenie komputerów oraz układów przetwarzania pozwoliło wydajniej i w bardziej automatyczny sposób sterować liniami produkcyjnymi. Cyfryzacja i automatyzacja zapewniły większą precyzję, wydajność i elastyczność produkcji.

Przemysł 4.0. W skrócie Przemysł 4.0 to rewolucja mająca na celu intensyfikację integracji systemów oraz tworzenie zaawansowanych sieci w ramach IoT, integracji zasobów ludzkich i technologii informatycznych.

Efekty i zalety Przemysłu 4.0

Wedle raportu firmy McKinsey, dotyczącego wdrażania IoT, podstawową zasadą Przemysłu 4.0 jest łączenie maszyn, elementów, pracowników i całych systemów w łańcuchy wartości, które mogą w sposób autonomiczny sprawować nad sobą kontrolę.

Łańcuch wartości obejmuje proces produkcji w sposób kompleksowy – od złożenia zamówienia, aż po jego wysyłkę i obsługę posprzedażową. Zasady Przemysłu 4.0 zakładają znaczną poprawę ekonomiczną przy produkcji zindywidualizowanych wyrobów oraz krótkich nakładów. Dzięki temu producenci wdrażający rozwiązania Przemysłu 4.0 są w stanie efektywnie obniżać koszta produkcji oraz uelastycznić się na wymagania rynku, co zapewnia im miażdżącą przewagę nad konkurencją.

Systemy oparte na Przemyśle 4.0 umożliwiają także łatwe i szybkie modyfikowanie narzędzi produkcyjnych, by dostosowywać je do nowych zadań, a także ograniczanie marnotrawienia materiałów podczas produkcji.

Transparentność łańcucha wartości umożliwia tworzenie innowacyjnych modeli biznesowych i systemów produkcji, które wykazują wyższe stopnie integralności funkcjonalnej i użyteczności. Warto zaznaczyć potencjał wykorzystywania kompleksowych produktów w nowoczesnej produkcji w ramach Przemysłu 4.0.

Na bazie wdrażanych gotowych rozwiązań opartych na łańcuchu wartości powstawać mają sieci wartości z systemami IT i liniami produkcyjnymi producentów maszyn i ich dostawców, którzy będą współdzielić ze sobą dane. W ten sposób tzw. Sieci tworzenia wartości dodanej wytworzą model produkcji zwany „just-in-time”.

Istnieją znaczące różnice między typowymi tradycyjnymi fabrykami a fabrykami funkcjonującymi zgodnie z zasadami Przemysłu 4.0. W obecnym środowisku przemysłowym kluczem do sukcesu wciąż pozostaje zapewnienie wysokiej jakości usług lub produktów przy możliwie najniższych kosztach produkcji – fabryki dążą do zachowania jak największej wydajności.

Fabryki tradycyjne a fabryki zgodne ze standardami Przemysłu 4.0

W obecnych fabrykach możemy uzyskać wiele źródeł danych, które zapewniają cenne informacje na temat różnych aspektów funkcjonowania zakładów przemysłowych. Na tym etapie ważnym tematem badań jest wykorzystanie zgromadzonych danych do zrozumienia bieżących warunków pracy oraz do skutecznego wykrywania usterek i awarii. Przykładowo w produkcji dostępne są różne komercyjne narzędzia, które dostarczają informacje o ogólnej efektywności sprzętu (OEE) kierownictwu zakładu. Ma to na celu uwydatnienie podstawowych przyczyny powstawania możliwych usterek w systemie.

W fabrykach zgodnych ze standardami Przemysłu 4.0 oprócz monitorowania stanu i diagnozy usterek, komponenty i systemy są w stanie uzyskać samoświadomość i samo-przewidywanie, co zapewni kierownictwu lepszy wgląd w stan fabryki. Co więcej, agregacja informacji umożliwi precyzyjne przewidywanie przyszłego stanu komponentów fabryki i samodzielnie uaktywni działania konserwacyjne, by podtrzymać model produkcji „just-in-time” gwarantujący brak przestojów w produkcji.

Wyzwania napotykane przy implementacji założeń Przemysłu 4.0

  • Zapewnienie bezpieczeństwa IT przy transformacji zakładów produkcyjnych oraz modernizacji modelu produkcyjnego i biznesowego.
  • Zachowanie niezbędnej stabilności i niezawodności w komunikacji między maszynami (M2M), w tym zapewnienie możliwie szybkiego połączenia i transferu danych.
  • Unikanie problemów informatycznych, które mogą determinować powstawanie przestojów w produkcji.
  • Zapewnienie integralności procesów produkcyjnych.
  • Konieczność zapewnienia odpowiedniej ochrony wiedzy przemysłowej.
  • Brak wypracowanych modeli zachowań i działań mających na celu przyśpieszenie rozwoju rewolucji przemysłowej.
  • Zagrożenie dotyczące redundandności działów IT.
  • Niewielkie zaangażowanie sektora kierowniczego w produkcję.
  • Niejasne i nieregulowane kwestie prawne dotyczące założeń i wdrożeń Przemysłu 4.0.
  • Brak opracowanych certyfikatów, nrom, regulacji i standardów.
  • Konieczność szkolenia pracowników.

 

 

W następnym artykule poruszymy jedną z kluczowych definicji kolejnej, czwartej rewolucji przemysłowej. Już niedługo więcej o Internecie Rzeczy (IoT).

Nieodłącznym elementem Przemysłu 4.0 jest technologia przyrostowa. Więcej o druku 3D dowiesz się w tym wpisie.

 

Jeśli jesteś zainteresowany implementacją wyżej wymienionych rozwiązań, bądź budowy urządzenia zgodnego z tą ideologią, odwiedź zakładkę prototypowanie.