Przemysł 4.0
Przemysł 4.0 to nazwa czwartej rewolucji przemysłowej, której jesteśmy świadkami. To nie są jakieś futurystyczne wizje, tylko procesy które zachodzą już teraz. Jeśli spojrzymy na wcześniejsze rewolucje przemysłowe, to nikt nie powie że nie były mu one potrzebne - fabryki które się im nie poddały, zostały wypchnięte z rynku. I tak pierwsza rewolucja przemysłowa nastąpiła w wyniku odkrycia mocy pary i wynalezienia silnika parowego, co sprawiło że produkcja rozpoczęła się mechanizować. Druga rewolucja nastąpiła w wyniku wynalezienia elektryczności i koncepcji linii montażowej. Trzecią rewolucję przemysłową wywołał rozwój komputerów – programowalnych sterowników, które pozwalały zautomatyzować niektóre procesy, czyli wykonać je bez udziału człowieka (np. otwarcie zaworu przy przekroczeniu określonego poziomu ciśnienia).
Co zatem wywołało czwartą rewolucję przemysłową? Opiera się ona na dwóch głównych filarach:
Choć już trzecia rewolucja przemysłowa opierała się na rozwoju komputerów, to dopiero w XXI wieku dostępne są technologie pozwalające na bardzo zaawansowane analizy danych i procesowanie ogromnych zbiorów danych. Uczenie maszynowe oraz sztuczna inteligencja zastępują ludzi w wielu obszarach, a cyfrowe bliźniaki są nieocenionym wsparciem przy podejmowaniu decyzji. Nie wspominając o wirtualnej rzeczywistości, przetwarzaniu chmurowym, druku 3D, technologii blockchain itp. Drugim filarem Przemysłu 4.0 jest powszechność internetu i jego rozwój w kierunku coraz bardziej wydajnych sieci bezprzewodowych. Z internetu korzystają nie tylko komputery, ale też inne urządzenia - telefony, czujniki, drukarki, maszyny, roboty itp. W sektorze przemysłu mówimy o mariażu IT z OT – czyli technologii komputerowych i operacyjnych, a urządzenia komunikujące się między sobą poprzez internet to urządzenia IoT (Internet of Things).
Dojrzałość cyfrowa organizacji
Koncepcję Przemysłu 4.0 można zrozumieć lepiej w kontekście poziomu dojrzałości cyfrowej przedsiębiorstwa. Organizacja acatech wydzieliła 6 poziomów dojrzałości cyfrowej organizacji, przypisując im różne wartości.
Pierwsze dwa to komputeryzacja i zdolność łączności (połączenia między maszynami, połączenie poprzez protokół internetowy) – są to fazy digitalizacji. Dopiero po digitalizacji następują fazy, które przybliżają nas do Przemysłu 4.0 i inteligentnej fabryki. Są to faza zapewnienia widzialności i faza transparentności – w skrócie zastosowanie takich technologii, które pozwolą managerom i systemom śledzić to co dzieje się w fabryce, a także zrozumieć dlaczego tak się dzieje. Jest to osiągalne przy wykorzystaniu cyfrowego bliźniaka, który odwzorowuje procesy produkcyjne. Takim systemem może być MOM, który zbiera automatycznie lub do którego wprowadzane są ręcznie duże ilości danych o tym, co się dzieje. Natomiast technologie Big Data pozwalają te dane uporządkować, przetworzyć, a następnie wnioskować na ich podstawie. Kolejna faza to zdolności predykcyjne fabryki. Na przykład co się stanie jak wpłynie nowe zlecenie od klienta – czy wydłużą się terminy innych zleceń a jeśli tak, to na kiedy? Albo jak bardzo zakup nowej maszyny usprawni realizację zleceń typu X? Ostatni, najwyższy stopień dojrzałości cyfrowej to zdolność autonomicznego dostosowywania się. Oznacza to wdrożenie takich rozwiązań, które są w stanie samodzielnie podpowiadać najlepsze decyzje w możliwe najkrótszym okresie czasu i samodzielnie wdrażać je w życie. Na przykład, po otrzymaniu informacji o awarii maszyny system sam rozsuwa harmonogram jej pracy dodając przerwę o określonym czasie na konserwację, dostosowuje harmonogramy innych stanowisk pracy i wysyła powiadomienie do osoby odpowiedzialnej za utrzymanie ruchu. Dodatkowo sprawdza czy w wyniku niespodziewanej awarii jest ryzyko opóźnień w realizacji zleceń i wysyła stosowne powiadomienia do klientów.
W wyniku osiągnięcia najwyższego 6 poziomu tak zdefiniowanej dojrzałości cyfrowej, możemy mówić o fabryce inteligentnej. Systemy poziomu 5 i 6 przynoszą największą wartość właścicielom fabryki, która wynika przede wszystkim z szybkości reakcji na niespodziewane zdarzenia. Badania wskazują, że im więcej czasu upłynie od danego zdarzenia, tym większe straty lub mniejszy zysk może osiągnąć organizacja poprzez właściwą reakcję. W tradycyjnych, powiedzmy „ręcznie” zarządzanych organizacjach, czas reakcji jest bardzo długi – obejmuje czas pozyskania informacji (np. o awarii maszyny – operator musi poinformować pracownika utrzymania ruchu, ten musi poinformować kierownika zmiany), analizy tej informacji (kierownik musie się zastanowić, jak zmienić harmonogram prac, które zlecenie teraz realizować, ile potrwa naprawa itp.), podjęcia decyzji (kierownik musi skonsultować decyzję z managerem i planistami, sprawdzić terminy realizacji zlecenia przerwanego i innych, rozważyć ich priorytety, ułożyć nowy harmonogram) i wdrożenia jej w życie (kierownik musi poinformować każdego z operatorów, że jest nowy harmonogram i przydział zadań, pozyskać brakujące zasoby, zawiadomić dział obsługi klienta o możliwych opóźnieniach itp.).
Może to spowodować szereg niekorzystnych skutków, np. wydłużony czas oczekiwania operatorów na przydział zadań.
Wdrożenie nowoczesnych, zintegrowanych systemów wspierających zarządzanie operacjami produkcyjnymi w czasie rzeczywistym (MOM), pozwoli znacznie zredukować czas reakcji i tym samym ograniczyć straty lub zwiększyć korzyści z właściwej reakcji na zdarzenie. W fabryce korzystającej z takiego rozwiązania, informacja o awarii trafi do wszystkich zainteresowanych osób w ułamku sekundy (system odbierze sygnał od maszyny i pojawią się automatyczne alerty), zostanie wygenerowany automatycznie nowy optymalny harmonogram uwzględniający nadane priorytety oraz szacunkowy czas naprawy maszyny, zostanie wygenerowany nowy przydział prac, a jeśli będą możliwe opóźnienia w realizacji zleceń, klient otrzyma automatycznie wiadomość z nowym terminem realizacji.
Cechy inteligentnej fabryki
Inteligentna fabryka, dzięki zastosowanym rozwiązaniom, będzie posiadała szereg cech odróżniających ją od innych, tradycyjnych zakładów produkcyjnych.1
Będzie połączona w trzech wymiarach: 1) połączenia maszyn, czujników, komputerów, urządzeń lokalizacyjnych, 2) będzie pracować na jednej platformie danych, tak by każdy wewnętrzny adresat procesu (każdy dział i każdy pracownik ) posiadał zawsze aktualny komplet informacji niezbędny do realizacji jego zadań i podejmowania decyzji, 3) będzie elementem spójnego ekosystemu producentów i ich klientów, którzy dzięki zapewnionej komunikacji w czasie rzeczywistym będą mogli bardziej optymalnie planować swoje zlecenia produkcyjne uzależnione np. od dostaw innych producentów, a także współdzielić swoje moce produkcyjne między sobą.
Jej działalność będzie podlegać ciągłej optymalizacji pod względem użycia właściwych zasobów, we właściwym czasie i we właściwej kolejności.
Fabryka inteligentna jest transparentna – dane pozyskiwane z maszyn, czujników, robotów i innych urządzeń pozwalają zrozumieć to, co się dzieje, wyciągnąć wnioski i podejmować decyzje, także te autonomiczne bez udziału ludzi. Transparentność to także wiedza o tym, jaką drogę przeszedł produkt, wykorzystania jakich zasobów wymagał, gdzie i w jakich warunkach był przechowywany itp. Taki zestaw informacji może być konieczny by wprowadzić produkt do obrotu (np. w przemyśle spożywczym), może być przydatny jako element marketingu albo być elementem cyrkularnej gospodarki (raportowanie o zużytych zasobach, kalkulacja śladu węglowego, instrukcja rozłożenia produktu i jego utylizacji lub odnowienia po zakończeniu użytkowania itp.).
Kolejne mocno związane ze sobą cechy fabryki inteligentnej to proaktywność i zwinność. Proaktywność nawiązuje do 5 poziomu dojrzałości cyfrowej – zdolności do przewidywania konsekwencji różnych decyzji i operacji. Chodzi tu o przewidywanie oparte o dane, precyzyjne prognozy i symulacje, wykonywane w bardzo krótkim okresie i pozwalające na podejmowanie decyzji optymalnych dla całej organizacji. Przewidywanie ma również na celu zapobieganie niechcianym wydarzeniom takim jak np. brakująca ilość surowca albo awaria maszyny. Zwinność to z kolei wdrażanie podjętych decyzji w życie natychmiast i bez zbędnej zwłoki oraz możliwości szybkiej korekty. Cecha ta jest szczególnie ważna przy wysokiej dynamice produkcji, kiedy zlecenia produkcyjne obejmują krótkie serie lub pojedyncze produkty.
Ostatnią cechą smart factories jest jej zrównoważony rozwój. Biorąc pod uwagę prognozy zniszczenia ekosystemów ziemi na kolejne kilkadziesiąt lat, a także cele jakie stawiają przed producentami organy Unii Europejskiej (neutralność klimatyczna do 2050 r., pakiet Fit for 55 zakładający ograniczenie emisji gazów cieplarnianych o 55% względem 1990 r. do roku 2030), musimy pamiętać o tych aspektach definiując fabryki jutra. Między innymi z tego nurtu wyrosła idea Przemysłu 5.0, która rozszerzyła Przemysł 4.0 właśnie o aspekty środowiskowe, ale również o zorientowanie na ludzi (human-centricity) oraz roboty i ich współpracę z człowiekiem.
Korzyści dla producentów z wdrożenia Przemysłu 4.0 i koncepcji Smart factory
Dopiero zdefiniowawszy te wszystkie pojęcia, możemy się zastanowić, co producentom daje digitalizacja i automatyzacja procesów w kierunku inteligentnej fabryki i wdrożenie systemów MOM nowej generacji.
Pierwszą grupą korzyści jest efektywność działania, a przede wszystkim efektywność wykorzystania zasobów. Dzięki systemom pozyskiwania danych i przetwarzania ich na wartościowe informacje, jesteśmy w stanie zautomatyzować układanie jak najbardziej optymalnych harmonogramów w zależności od określonych priorytetów (np. minimalizacji czasu przezbrojeń albo minimalizacji zużycia energii). Harmonogramy te będą podążać za wszelkimi pojawiającymi się niespodziewanymi zdarzeniami i automatycznie się aktualizować. Co więcej, będą dostępne natychmiast dla wszystkich zainteresowanych stron, co zapobiegnie przestojom w pracy. Automatyzacja procesu rozdzielania zadań wśród pracowników hali produkcyjnej i robotów, to kolejne narzędzie zwiększające efektywność wykorzystania zasobów. Wyobraźmy sobie, że pracownik nigdy nie czeka na nowy przydział zadań- każda zmiana w harmonogramie pracy od razu jest mu zakomunikowana, a zadania są przydzielone zgodnie z jego umiejętnościami albo preferencjami. Ponadto w inteligentnych fabrykach jest możliwe zwiększanie elastyczności produkcji, czyli skracanie serii czy też produkcja pojedynczych wyrobów. Manualne zarządzanie harmonogramami przy tak wysokiej zmienności nie miałoby ekonomicznego uzasadnienia. Przy wykorzystaniu odpowiedniego oprogramowania, efektywna produkcja elastyczna jest możliwa.
Drugą grupą korzyści jest polepszenie jakości produktów. Dzięki zautomatyzowaniu i robotyzacji procesów, możemy kontrolę jakości wplatać po każdym etapie produkcji, by wyłapywać wszelkie niedoskonałości jak najwcześniej, co z kolei prowadzi do ograniczenia marnotrawienia zasobów. Bez odpowiednich rozwiązań wspierających pracę ludzi i robotów, taka ciągła kontrola jakości byłaby trudna do wprowadzenia, gdyż każda wykryta wada prowadzi do zmiany harmonogramu produkcji ze względu na konieczność naprawy wadliwego wyrobu albo wyprodukowania go od nowa. Polepszenie procesów kontroli jakości prowadzi do mniejszej liczby reklamacji i wzrostu zaufania do danego wyrobu producenta.
Trzecią grupą korzyści, wynikającą po części z dwóch poprzednich, to obniżenie kosztów działalności. Większość efektywność wykorzystania zasobów (optymalne, zawsze aktualne harmonogramy, pracownicy którzy zawsze wiedzą co mają robić i monitorowani w zakresie postępu prac, ograniczenie wad, wykorzystanie odpadów itp.) prowadzi do zmniejszenia kosztów wyprodukowania danego wyrobu. To z kolei przekłada się na większe możliwości rozwoju organizacji oraz na lepszą pozycję konkurencyjną przedsiębiorstwa.
Czwartą grupą korzyści są te środowiskowe. Transformacja fabryki w kierunku produkcji cyrkularnej nie musi oznaczać rewolucji, bo każdy krok w tym kierunku ma istotne znaczenie dla ochrony klimatu oraz dla świadomych konsumentów. Dla przykładu korzystanie z aplikacji opartych na chmurze jest w skali globalnej dużo bardziej przyjazne środowisku niż korzystanie z rozwiązań wymagających lokalnych zasobów sprzętowych. Korzystanie ze zmiennych taryf na energię elektryczną i harmonogramowanie pracy w ten sposób by w skali globalnej zmniejszać szczytowe zapotrzebowanie na energię elektryczną jest również przyjazne środowisku. Wymieniona wcześniej polityka zero-waste (ewidencja i wykorzystywanie odpadów, ciągła kontrola jakości) to także działania możliwe do wdrożenia w prawie każdej gałęzi przemysłu przy wsparciu odpowiednich narzędzi.
Ostatnią grupą korzyści są te związane z pracownikiem. Sektor przemysłu cierpi w ostatnich latach z powodu odpływu siły roboczej do innych gałęzi gospodarki. Postrzegany był do tej pory wielokrotnie jako sektor, gdzie praca jest ciężka, często szkodliwa dla zdrowia i mało rozwijająca. Dzięki wdrożeniu odpowiednich rozwiązań, fabryki są w stanie przyciągać utalentowanych pracowników. Takich jak na przykład raportowanie o postępie prac za pomocą terminali na hali produkcyjnej, wyświetlania cyfrowych instrukcji dopasowanych do konkretnego pracownika, automatyczne zbieranie feedbacku o wykonanym zadaniu czy automatyzacja śledzenia ciężarów, które pracownicy podnoszą w pracy i nie dopuszczania do przekraczania limitów. Pracownicy korzystający z tego typu rozwiązań zwiększają swoje umiejętności cyfrowe oraz doceniają ułatwienia które te systemy im przynoszą. Tak jak dzisiaj żadna księgowa nie zechce pracować w firmie, w której księgi trzeba będzie prowadzić ręcznie na kartkach papieru, tak samo za jakiś czas stanie się w sektorze produkcyjnym.
Źródła:
Stay updated with our latest blog posts.
