Przemysł 4.0 teraz jeszcze bardziej potrzebny

Za start czwartej rewolucji przemysłowej przyjmuje się 2013 rok, jednak termin przemysł 4.0 został użyty po raz pierwszy w 2011 podczas międzynarodowych targów Hannover Messe. W październiku 2012 roku w Niemczech utworzono grupę roboczą, której podstawowym zamiarem było zdefiniowanie kolejnych kroków zmierzających do sformułowania zasad przyszłości automatyzacji fabryk. Rezultatem działań stały się zalecenia skierowane do rządu niemieckiego dotyczące niezbędnych wdrożeń prowadzących do osiągnięcia poziomu tzw. inteligentnego przemysłu.

Raport końcowy z prac został zaprezentowany w kwietniu 2013 roku (również na podczas Hannover Messe). Wśród podstawowych wytycznych uwzględniono wtedy:

• pomysł rozwoju globalnych sieci obejmujących maszyny, systemy magazynowe i urządzenia produkcyjne do postaci systemów cyber-fizycznych,
• rozwój inteligentnych maszyn, systemów magazynowania i urządzeń produkcyjnych zdolnych do autonomicznej wymiany informacji, wyzwalania działań i wzajemnej kontroli,
• doskonalenie procesów przemysłowych związanych z projektowaniem, produkcją, zarządzaniem materiałami i łańcuchem dostaw, a także cyklem życia produktu,
• projektowanie, uruchamianie i rozwój inteligentnych fabryk i produktów,
• rozwój nowoczesnych metod komunikacji i diagnostyki obiektów przemysłowych (obejmujących swoim zakresem jednoznaczną identyfikację oraz lokalizację awarii w czasie rzeczywistym, gromadzenie danych historycznych i bieżących stanów operacyjnych).

Na opisanym etapie prace nad rozwojem koncepcji wdrożenia industry 4.0 były prowadzone przez platformę, którą stworzyły trzy stowarzyszenia przemysłowe: Niemieckie Stowarzyszenie Technologii Cyfrowej Bitkom, Stowarzyszenie Przemysłu Mechanicznego VDMA oraz Stowarzyszenie Producentów Przemysłu Elektrycznego i Elektronicznego ZVEI. Od tej pory idea przemysłu 4.0 stała się tematem przewodnim w rozwoju przedsiębiorstw, produktów, usług, modeli biznesowych, współczesnego społeczeństwa, budynków oraz całych miast – w wielu krajach na całym świecie. Pomimo różnych charakterystyk branż poszczególnych państw istnieje silna zbieżność w zakresie rozwiązań i używanych narzędzi. Wszystkie z podjętych inicjatyw obejmują prowadzenie badań dotyczących rozwoju przemysłu 4.0, a priorytetem jest przyśpieszenie wdrożenia i stosowania technologii.

Przemysł 4.0 w Polsce

W 2016 roku do rządowej Strategii na rzecz Odpowiedzialnego Rozwoju trafił pomysł powołania Platformy Przemysłu Przyszłości. W czerwcu tego samego roku powstał Zespół ds. Transformacji Przemysłowej z pięcioma grupami roboczymi, które skoncentrowały się na:

• standardach, wymaganiach odnośnie infrastruktury oraz na specjalizacji inteligentnego przemysłu,
• wsparciu branży cyfrowej,
• inteligentnym oprogramowaniu i przetwarzaniu danych,
• zdefiniowaniu zasad odnośnie edukacji, wymaganych kompetencji i na kadrach potrzebnych przemysłowi 4.0,
• ramach prawnych funkcjonowania p4.0.

Utworzenie fundacji było konsekwencją projektu pt. „Inicjatywa dla polskiego przemysłu 4.0 – Platforma Przemysłu Przyszłości”. 25 stycznia 2019 roku prezydent podpisał ustawę dotyczącą Platformy Przemysłu Przyszłości. W ten sposób stało się możliwe przejście od koncepcji do działania na rzecz cyfrowej transformacji polskich firm produkcyjnych.

Założenia p4.0

Potrzeby konsumentów dyktują restrykcyjne warunki stawiane przedsiębiorcom, warunkując konieczność zmiany myślenia w zakresie podejścia do wytwarzania, zarządzania, logistyki, kultury pracy oraz ekologii. Głównym problemem współczesnego rynku jest krótki czas życia produktów i usług. Taki stan powoduje wymóg częstych zmian profilu produkcyjnego (usługowego) lub możliwość szybkiego dostosowania się do ciągle rosnących wymagań konsumentów. Można stwierdzić, że przejście na model przedsiębiorstwa zgodny z zasadami przemysłu 4.0 zwiększa istotną wartość nowych i istniejących produktów, modeli biznesowych i procesów. W ciągu dziewięciu lat od zdefiniowania głównych założeń pojawiło się wiele definicji i wytycznych dla industry 4.0. Zasadniczą ideę oddaje cytat z „Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0” (H. Kagermann, W. Wahlster i J. Helbig) pochodzący z 2013 roku:

W przyszłości przedsiębiorstwa będą ustanawiać globalne sieci obejmujące maszyny, systemy magazynowe i urządzenia produkcyjne w postaci systemów cyber-fizycznych. W środowisku produkcyjnym takie systemy obejmą inteligentne maszyny, systemy przechowywania i urządzenia produkcyjne zdolne do autonomicznej wymiany informacji, wyzwalania działań i kontrolowania siebie nawzajem. Ułatwi to fundamentalne usprawnienia procesów przemysłowych związanych z produkcją, inżynierią, zastosowaniem materiałów i łańcuchem dostaw oraz zarządzaniem cyklem życia. Inteligentne fabryki, które już zaczynają funkcjonować, stosują zupełnie nowe podejście do produkcji. Inteligentne produkty są jednoznacznie identyfikowalne, mogą być na bieżąco lokalizowane i znać swoją historię, bieżący status oraz alternatywne drogi prowadzące do osiągnięcia docelowego stanu.

Postać definicji p4.0 stopniowo ewoluowała, jednak koncepcja wdrożenia systemów cyber-fizycznych pozostała niezmienna. Kolejnym krokiem rozwoju było zdefiniowanie technologii bazowych, na których oparto podstawy opracowania rzeczywistych systemów produkcyjnych. Kompleksowe wdrożenie wszystkich technologii jest zadaniem, któremu sprostać mogą jedynie przedsiębiorstwa cechujące się wysokim stopniem automatyzacji produkcji oraz budżetem inwestycyjnym. Należy także pamiętać, że pomiędzy poszczególnymi składowymi występują silne powiązania, które przy implementacji jednego z rozwiązań powodują konieczność uzupełnienia wdrożenia o kolejne elementy.

Drugie podejście stanowi uproszczone spojrzenie na problem i odnosi się jedynie do wybranych grup technologii składowych. Brakuje w nim jednak bardzo ważnego czynnika w postaci digitalizacji produkcji, logistyki oraz zarządzania. W fazie rozwoju i testowania aplikacji przemysłowych do wstępnie zdefiniowanych technologii dodano kolejne, jednak sztuczna inteligencja staje się obecnie dominującym trendem w wielu aplikacjach przemysłowych.

Co dla mnie wyniknie z przejścia na poziom 4.0?

Wdrażanie nowych technologii produkcyjnych stanowi nieodłączną część działań wszystkich zakładów, a korzyści szybko występują w wielu obszarach:

• poprawa produktywności – wytwarzanie większej liczby produktów lub usług przy jednoczesnej alokacji zasobów w bardziej opłacalny i wydajny sposób, minimalizacja liczby przestojów (dzięki wdrożeniu monitorowania maszyn i zautomatyzowanemu podejmowaniu decyzji),
• poprawa wydajności – możliwość szybkiej zmiany wolumenów partii produkcyjnych, zastosowanie automatycznych procesów śledzenia i raportowania, usprawnienie procesu wprowadzenia nowych produktów oraz podejmowania decyzji biznesowych,
• zwiększenie stopnia dzielenia się wiedzą i współpracą – implementacja komunikacji między liniami produkcyjnymi, procesami biznesowymi i działami (bez względu na lokalizację, strefę czasową, platformę lub inne zewnętrzne czynniki), zautomatyzowana dystrybucja informacji na poziomie całej fabryki realizowana na bazie rozwiązań typu machine to machine i system to system, bez żadnej interwencji człowieka,
• elastyczność i zwinność – łatwiejsze skalowanie istniejących produktów oraz wprowadzanie nowych na dostępne linie produkcyjne, z drugiej strony możliwość wykonania jednorazowych i niepowtarzalnych serii produkcyjnych,
• ułatwienie uzyskania zgodności – automatyzacja metod i procesów oceny zgodności, w tym śledzenie, inspekcje jakości, kontrola i wprowadzenie seryjności produkcji, rejestrowanie danych i innych czynności pośrednich,
• poprawa obsługi klienta – eliminacja braku dostępności oferowanych produktów lub usług, zwiększenie dostępnego asortymentu oraz możliwość konfiguracji asortymentu produkowanego w małych seriach (na wyraźne żądanie odbiorcy),
• zmniejszenie kosztów – uzyskiwane w wyniku automatyzacji, integracji systemów, zarządzania danymi, obsługi napraw i przeglądów, logistyki itp. (ważnymi wskaźnikami w tym zakresie są także > zwiększenie stopnia wykorzystania zasobów, zarówno produkcyjnych, jaki i ludzkich, szybsza produkcja, minimalizacja lub całkowita eliminacja przestojów maszyn i linii produkcyjnych, stopniowa eliminacja problemów związanych z jakością produktów, zmniejszenie marnotrawstwa zasobów, materiałów i produktów, niższe ogólne koszty operacyjne wynikające z wdrożenia opisanych elementów),
• poszerzenie pola do tworzenia, rozwoju i wdrażania innowacji – poprzez zwiększenie wiedzy na temat procesu produkcyjnego, łańcuchów dostaw i dystrybucji, wydajności biznesowej, a także samych produktów,
• zwiększenie obrotu i przychodu,
• podniesienie rentowności – czynnik warunkowany przez wyższe przychody przy jednocześnie zmniejszonym poziomie kosztów, wytwarzanie produktów o wyższej jakości oraz wyższym stopniu innowacyjności technologicznej lub funkcjonalnej, możliwość oferowania klientom spersonalizowanych produktów przy jednoczesnym zastosowaniu metod produkcji masowej, zwiększenie jakości oraz dostępności usług oferowanych klientom i poprawa jakości obsługi klienta,
• ugruntowanie albo wzrost znaczenia marki produktu/przedsiębiorstwa, a także lepsza rozpoznawalność na rynkach lokalnym i globalnym.

Przedstawione koncepcje stanowią ogólne ujęcie problemu odnoszące się do wszystkich zastosowań (nie tylko przemysłowych). Jak jednak podejść do rozwoju nowoczesności zakładów produkcyjnych w kontekście przemysłu 4.0?

Inteligentna fabryka i przemysł 4.0

Doświadczenia związane z rozwojem przemysłu 4.0 doprowadziły do pojawienia się wielu pomysłów na wdrożenie innowacyjnych technologii w zakresie produkcji i zarządzania. Spojrzenie na nowoczesny przemysł w kontekście technologii bazowych może doprowadzić do wniosku, że przedsiębiorstwo musi wdrożyć wszystkie technologie składowe – tak jednak nie jest, a częściowe rozwiązanie problemu interpretacji zakresu wdrożenia stanowią dwa pojęcia:

• Inteligentny przemysł – idea zakładająca kompleksową cyfryzację, łączenie produktów, maszyn i ludzi oraz stosowanie nowoczesnych technologii produkcji, inteligentny przemysł łączy, bez względu na przyjęte składowe, trzy elementy > technologie produkcyjne, digitalizację oraz sieć pomiędzy uczestnikami rynku, systemami i użytkownikami końcowymi,
• Inteligentna fabryka – fabryka bazująca na systemach cyber-fizycznych, które komunikują się ze sobą przy pomocy internetu rzeczy oraz internetu usług, w zakresie inteligentnej fabryki występują także > internet danych oraz internet ludzi, tak sprzężone elementy tworzą kompleksowy system techniczny.

Inteligentny przemysł tworzą smart fabryki powiązane siecią. Stopień rozwoju fabryki klasyfikowany jest na podstawie czterech poziomów związanych z używaniem danych.

Digitalizacja oraz ustanowienie sieci nie są możliwe bez nowoczesnych maszyn warunkujących zastosowanie innowacyjnych metod wytwarzania, a podstawą zbudowania inteligentnej fabryki pozostaje wdrożenie zaawansowanej technologicznie produkcji. W tym celu warto poznać podstawowe aspekty i wytyczne dla transformacji zakładów przemysłowych wspomagające proces identyfikacji aktualnego stanu oraz rekomendacje na temat dalszych działań. Poziom dojrzałości cyfrowej swojej firmy można sprawdzić za pomocą internetowego narzędzia Platformy Przemysłu Przyszłości. Test trwa 15 minut, uczestnik natychmiast otrzymuje wynik i rekomendacje. A zaawansowanej produkcji w cyfrowej fabryce będzie poświęcony kolejny artykuł, który opublikujemy w portalu wkrótce.