Koncepcja Przemysłu 4.0 łączy światy informacji i maszyn, co zapewnia szybką produkcję krótkich serii, a nawet pojedynczych produktów zgodnie z preferencjami zamawiającego.
Dziś to nie moda, tylko konieczność i… wyzwanie dla przemysł
Najważniejsze trendy współczesnych czasów – Internet Rzeczy (IoT – Internet of Things) oraz Przemysł 4.0 (Industry 4.0), a w tle automatyzacja jako ich nieodłączny element – są ze sobą silnie powiązane. Termin Przemysł 4.0 ogłoszono w 2011 r. podczas targów w Hanowerze. To trend odpowiadający zmieniającym się dynamicznie potrzebom rynku, polegający na niwelowaniu różnic pomiędzy sferą fizyczną a cyfrową. Przemysł 4.0, czyli czwarta rewolucja przemysłowa, oznacza wyższą wydajność, poprawę efektywności produkcji, obniżenie jej kosztów, większą szybkość i skalę produkcji, a także lepsze produkty i usługi dzięki gromadzeniu i przetwarzaniu informacji w czasie rzeczywistym. Koncepcja opiera się na trzech głównych elementach: Internet Rzeczy oraz systemy CPS (Cyber-Physical Systems), obsługa dużej liczby danych (Big Data) i zaawansowane analizy (BA/BI), odpowiednia infrastruktura komunikacyjna. Dzięki Industry 4.0 firmy będą produkowały taniej i szybciej, miasta staną się bardziej przyjazne, a jakość naszego życia powinna się poprawić. Od kilku lat przekonują o tym dostawcy rozwiązań IoT oraz firmy analityczne. Jak się jednak okazuje, do wzajemnej komunikacji maszyn i urządzeń polskie firmy na razie podchodzą dość sceptycznie.
Szczypta historii
Pierwszą rewolucję przemysłową zapoczątkowało wynalezienie silnika parowego (wiek pary), druga wiązała się z wdrożeniem technik masowej produkcji (wiek elektryczności), trzecia to wprowadzenie elektronicznych systemów i technologii IT automatyzujących procesy produkcyjne (wiek elektroniki, komputeryzacji, internetu) Czwarta rewolucja przemysłowa (lata 10. XXI w.: wiek zanikania bariery ludzie-maszyny) obejmuje techniki i zasady funkcjonowania łańcucha wartości, z użyciem systemów cyberfizycznych, Internetu Rzeczy i przetwarzania w chmurze, zgodnie ze współczesnym wykorzystywaniem automatyzacji, przetwarzania i wymiany danych (Big Data ) oraz technik wytwórczych. To w zasadzie kontynuacja trzeciej rewolucji. Wśród rozwiązań niezbędnych do jej przeprowadzenia wymienia się standaryzowane protokoły przesyłania danych dla zakładów produkcyjnych, oprogramowanie symulacyjne, oparte na współpracy portale ułatwiające inżynierię w czasie rzeczywistym.
Światowe trendy
Świat przemysłu zaczyna z powodzeniem adaptować technologie znane z rynku konsumenckiego, takie jak media społecznościowe, wizualizacja i analiza danych (wideo/SCADA), zarządzanie głosem, uczenie maszynowe (Machine Learning), cloud computing, Big Data/BI, IoT, a w nim: internet ludzi (sieci społecznościowe i biznesowe), internet rzeczy (inteligentna mobilność), internet usług (inteligentne sieci i logistyka), internet danych (inteligentne budynki i mieszkania). Ze względu na dynamicznie rosnącą liczbę źródeł danych, a także złożoność informacji ręczna klasyfikacja i analiza stają się nieopłacalne. Dzięki uczeniu maszynowemu, które polega na przewidywaniu trendów, zjawisk i szukaniu wzorców na podstawie analizowanych danych, można budować stale aktualizujące się modele pracy podzespołów, urządzeń czy nawet całych fabryk, aby np. z wyprzedzeniem identyfikować wczesne symptomy awarii lub przewidywać i optymalizować wydajność linii produkcyjnej.
Na początku 2016 r. bank inwestycyjny BofA Merrill Lynch opublikował raport specjalny na temat robotyzacji gospodarki (Robot Revolution – Global Robot & AI Primer). Zgodnie z nim, do roku 2025 roboty będą wykonywać 45 proc. zadań produkcyjnych (10 proc. obecnie). Roboty stają się nieodzowne w wielu sektorach, takich jak automatyka przemysłowa, motoryzacja i transport (pojazdy autonomiczne), obronność (drony), opieka zdrowia (roboty chirurgiczne), rolnictwo i górnictwo (maszyny autonomiczne) oraz sektor użytku osobistego i domowego (roboty czyszczące czy zapewniające rozrywkę). Wprowadzenie robotów oraz sztucznej inteligencji mogłoby zwiększyć produktywność w wielu sektorach nawet o 30 proc., doprowadzając do zmniejszenia kosztów produkcji o 18-33 proc. Analitycy spodziewają się, że światowy rynek robotów osiągnie do 2020 r. wartość 152,7 mld dol. W kwocie tej zawierać się będzie rynek systemów robotycznych (82,7 mld dol.) oraz analitycznych opartych na sztucznej inteligencji (70 mld dol.). Według badaczy, istnieje 50 proc. szans na stworzenie pełnej sztucznej inteligencji (uczące się maszyny) do 2040- 2050 r. oraz 90 proc. szans, że stanie się to do 2075 r. Eksperci spodziewają się, że systemy te przejdą do stadium superinteligencji w mniej niż 30 lat później.
Inteligentna fabryka
Urzeczywistnieniem Przemysłu 4.0 jest inteligentna fabryka (Smart Factory), w której systemy cyberfizyczne sterują procesami fizycznymi, tworzą wirtualne (cyfrowe) kopie świata realnego i podejmują zdecentralizowane decyzje, a przez Internet Rzeczy w czasie rzeczywistym komunikują się i współpracują ze sobą oraz z ludźmi. Z kolei usługi wewnętrzne i międzyoperacyjne oferowane są i użytkowane dzięki przetwarzaniu w chmurze. Jaka powinna być fabryka przyszłości? W 100 proc. zautomatyzowana, samooptymalizująca i komunikująca z wytworzonymi przez siebie produktami w celu ich ulepszania. Dostosowująca się natychmiast do informacji, jakie przesyła klient. To na razie pieśń przyszłości… ale wcale nie tak odległej. Inteligentna fabryka oferuje możliwość produkcji pojedynczych towarów na indywidualne zamówienie klienta.
To także szybka adaptacja do zmian i sytuacji awaryjnych, efektywne wykorzystanie zasobów i energii, budowanie nowych modeli współpracy z partnerami w ramach rozszerzania procesu produkcyjnego na dostawców i odbiorców. To efektywne współdzielenie wiedzy, kompetencji i innowacyjności pracowników niezależnie od czasu i miejsca, w którym się znajdują. W inteligentnej fabryce powszechnie stosowane są rozwiązania mobilne, m.in. smartfony, tablety, gadżety typu wearable, sprawdzające się w całym łańcuchu procesów – od kontaktu z klientem, przez obsługę produkcji i magazynu, po wysyłkę zamówień. Według danych Ericsson Mobility Report, w 2021 r. aż 28 mld różnego typu urządzeń będzie połączonych z siecią, a rozwiązania z zakresu IoT zdominują większość branż przemysłowych na świecie.
Korzyści z IoT
Internet of Things to czynnik napędowy budowania wartości biznesowej. W raporcie ze stycznia 2015 r. Accenture prognozowała, że Przemysł 4.0 może dostarczyć światowej gospodarce 14,2 trylionów dol. do 2030 r. w samej tylko Wielkiej Brytanii. Z kolei firma IDC zaprezentowała w kwietniu 2016 r. raport „Cyfrowa transformacja z perspektywy Internetu Rzeczy”. Zgodnie z nim, 75 proc. średnich i dużych przedsiębiorstw zainwestowało w IoT. Oczekuje się, że do 2020 r. ich wydatki na rozwiązania IoT wyniosą prawie 1,5 bln dol. (700 mld dol. w 2015 r.). Najwięcej na rozwiązania IoT wydadzą sektory: produkcyjny, transportowy, energetyki, użyteczności publicznej i sprzedaży detalicznej, w ramach których realizowanych będzie wiele różnych planów biznesowych. Przemysł 4.0 diametralnie zmieni sposób naszego życia i pracy. W przemyśle wytwórczym otwiera ogromne możliwości: od optymalizacji całych łańcuchów dostaw, przez analizę predykcyjną, która umożliwia identyfikację problemów przed ich wystąpieniem, po redukcję kosztów energii. Analitycy IDC Manufacturing Insights prognozują, że do 2020 r. w co najmniej połowie procesów w firmach będą stosowane automatyczne systemy gromadzenia danych, a w jednej czwartej będą dostępne funkcje autokorekty.
Firmy z sektora produkcyjnego liczą na obniżenie kosztów operacyjnych dzięki technologiom IoT. Będą mogły tworzyć inteligentne sieci maszyn, niezależnie komunikujące się i synchronizujące ze sobą, co zmniejszy konieczność interwencji operatora. Inteligentne systemy ułatwią wykrywanie niedociągnięć i podejmowanie działań naprawczych. Oferując takie narzędzia, jak analiza predykcyjna oraz wgląd w stan zapasów i łańcuch dostaw, Przemysł 4.0 pomoże zmniejszyć koszty związane ze spodziewanym ryzykiem, co jest jedną z najważniejszych korzyści.
Przemysł 4.0 w Polsce
Z badania przeprowadzonego w III kw. 2015 r. przez działającą w branży automatyki przemysłowej firmę ASTOR wśród 100 przedstawicieli polskich firm produkcyjnych (raport „W jakie technologie inwestują firmy produkcyjne w Polsce?”) wynika, że firmy te coraz chętniej sięgają po rozwiązania z zakresu automatyki i informatyki już 91 proc. z nich deklaruje częściowe lub całkowite zautomatyzowanie produkcji (w 2014 r. 80 proc. badanych), a 67 proc. postrzega się jako przedsiębiorstwa zinformatyzowane. Badanie ujawnia jednak, że polskie firmy czeka jeszcze sporo pracy. Tylko około 36 proc. ankietowanych deklaruje, że ich systemy sterowania maszyn są zintegrowane z oprogramowaniem przemysłowym na tyle, aby mogły automatycznie gromadzić dane. Podobne wnioski wypływają z danych Urzędu Komunikacji Elektronicznej (publikacja raportu w maju 2016 r.). Choć o Internecie Rzeczy słyszał co czwarty przedstawiciel działającego w Polsce przedsiębiorstwa, z rozwiązania korzysta obecnie zaledwie 3 proc. firm. Największym odbiorcą IoT są duże przedsiębiorstwa – do wykorzystywania tej technologii przyznaje się 8 proc. dużych firm, zatrudniających powyżej 50 pracowników. Najmniejszym odbiorcą są firmy zatrudniające od 10 do 49 pracowników. W tej grupie zaledwie 2 proc. korzysta z rozwiązań M2M (Machine-to-Machine), ale nawet te, które wdrożyły IoT, stosują tę technologię w ograniczonym zakresie. Obecnie najwięcej firm wykorzystuje Internet Rzeczy w obszarze transportu i logistyki, np. do pomiaru zużycia paliwa czy powiadamiania o zdarzeniach drogowych. 29 proc. firm wykorzystuje IoT w obszarze handlu, a 1 proc. do monitoringu pojazdów i budynków oraz zarządzania ruchem. W przyszłości, według danych UKE, zmieni się niewiele. Okazuje się, że im bardziej zaawansowane rozwiązanie, tym mniejsza chęć do jego wdrażania. W monitoringu zarządzania ruchem, przestrzenią czy transportem publicznym zastosowanie widzi 13 proc. ankietowanych. Zaledwie 8 proc. firm deklaruje wykorzystanie IoT w przemyśle, co stawia pod znakiem zapytania realizację koncepcji Przemysłu 4.0. Miałaby ona szansę dzięki modernizacji fabryk i wdrożeniu nowoczesnych technologii w zakresie analizy danych (Big Data), systemów zarządzania cyklem życia produktów (PLM) czy popularyzacji robotów.
Bezpieczeństwo
Przedsiębiorstwa, które wykorzystują IoT zwracają uwagę, że technologia ta daje możliwość monitorowania istotnych parametrów (96 proc. wskazań w tej grupie) oraz zwiększa poczucie bezpieczeństwa (70 proc.) – wynika z badania UKE. Ale wśród największych zagrożeń związanych z IoT ankietowani wymieniali bezpieczeństwo. Aż 69 proc. badanych wskazało możliwość ataku na urządzenia IoT, 31 proc. – nieuprawniony dostęp do informacji oraz danych. Dla 28 proc. wdrożenie IoT oznacza mniejsze poczucie bezpieczeństwa. Jak wykazują eksperci, te obawy nie są bezpodstawne. Należy bowiem zapewnić bezpieczną i niezawodną
komunikację pomiędzy urządzeniami i maszynami. Dopiero wtedy możliwe będzie m.in. skrócenie czasu wprowadzania nowych produktów na rynek i obniżenie kosztów produkcji, a w konsekwencji wzrost konkurencyjności.
Przyszłość Przemysłu 4.0
W Europie Zachodniej czwarta rewolucja przemysłowa trwa już w najlepsze. Takie czynniki jak powszechny dostęp do internetu, mobilność urządzeń czy obniżenie kosztów przechowywania danych poszerzają i pogłębiają jej zasięg. My jesteśmy dopiero w drodze do Przemysłu 4.0.
