Priemysel 4.0

Priemysel zažil v histórii ľudstva niekoľko vlastných revolúcií. Za týmito revolúciami vždy stálo vynájdenie a následné využívanie nových výrobných technológií. Tieto revolúcie mali poväčšine rýchly nástup, po ktorom nasledovalo masívne zvýšenie produkcie a zväčšenie výrobných kapacít. V dnešnom modernom svete môžeme na vlastné oči pozorovať novú priemyselnú revolúciu, ktorú podporuje rýchly vývoj a rýchle nasadzovanie nových technológií. Jedná sa o takzvanú 4. priemyselnú revolúciu, často označovanú ako Priemysel 4.0.

Vráťme sa do histórie

Z histórie vieme, že súčasnému vývoju priemyslu a výrobných technológií predchádzali 3 priemyselné revolúcie. Je dôležité si uvedomiť, že bez týchto priemyselných revolúcií by dnešný svet vyzeral úplne inak. Každá z týchto revolúcií priniesla technológie, aj na základe ktorých mohla prebehnúť a nastať tá ďalšia.

Obrázok 1
[1] Znázornenie vývoja priemyselných revolúcii a ich charakteristických míľnikov

Prvá priemyselná revolúcia

Prvá priemyselná revolúcia prebiehala zhruba od roku 1760 do roku 1820. Jednalo sa o prechod metód ručnej výroby ku produkcii za využitia prvých strojov. Veľký pokrok zaznamenala aj chemicko-technologická výroba, kde sa jednalo najmä o výrobu nových typov liečiv. Zefektívnilo sa spracovanie železa, na základe čoho ľudstvo zaznamenalo masívne zvýšenie produkcie strojov, nástrojov, zbraní a všetkých vecí, ktoré boli vyrábané z kovu.

Obrázok 2
[2] Počas tohto obdobia prišlo k prvému výraznému znečisteniu životného prostredia
Azda najdôležitejšou fázou celej revolúcie bolo masívne zaradenie pary, parných motorov a začiatok využívania parnej sily vo všetkých odvetviach priemyslu. Táto sila poskytla dovtedy nevídanú automatizáciu, ktorá niekoľkonásobne zvýšila ročnú produkciu oproti obdobiu, kedy sa využívali konvenčné ručné nástroje. Para taktiež poskytla možnosť prepravovať náklad prvými parnými vozidlami, ktorými boli najmä vlaky, čo bolo oproti starej technológií využívajúcej konskú silu nevídaný pokrok.

Obrázok 3
[3] Prvá žiarovka na svete, ktorá bola jedným z najvýraznejších vynálezov tejto doby
Medzi nové priemyselné odvetvia sa v tom období zaradili najmä spracovanie ocele, využívanie palív a elektriny generovanej najmä parnými strojmi. Medzi najväčšie vynálezy patrí telefón, žiarovka, fonograf (predchodca gramofónu) a prvé piestové motory.

Druhá priemyselná revolúcia

Po skončení prvej priemyselnej revolúcie nastalo na viac než 50 rokov signifikantné spomalenie vývoja a konštrukcie nových vynálezov. Toto obdobie avšak nemalo dlhého trvania. Druhá priemyselná revolúcia sa datuje zhruba od roku 1870 až do roku 1914, do začiatku 1. svetovej vojny.

Obrázok 4
[4] Jedna z prvých automobilových výrobných liniek na svete
V tomto období došlo k inovácií stávajúcich technológií, ktoré boli zdedené z prvej priemyselnej revolúcie, a navyše bola odštartovaná slávna doba nových revolučných vynálezov. Moderné krajiny, ktorých sa táto revolúcia týkala, začali s masívnou elektrifikáciou veľkých miest a mestských častí. Vznikali nové typy fabrík, ktoré po prvýkrát plnohodnotne fungovali na báze výrobných liniek, ktoré ešte väčšmi zvýšili mieru automatizácie.

K najslávnejším vynálezom tejto doby určite patria nové technológie v oblasti železničnej dopravy, technológie masívnej produkcie pohonných hmôt, nové vodovodné systémy zásobujúce fabriky a domácnosti alebo vynájdenie gumy. V tomto období boli skonštruované prvé modernejšie bicykle a najmä započala výroba prvých automobilov, ktorá indikovala skoré odštartovanie ďalšej priemyselnej revolúcie. Túto indíciu potvrdzoval aj úspešný let prvého lietadla na svete a rozvoj leteckej dopravy.

Obrázok 5
[5] Prvé lietadlo na svete skonštruované bratmi Wrightovcami v roku 1903
Mohli by sme tvrdiť, že toto obdobie bolo ranou fázou informatizácie, ktorú podporoval rozvoj v oblasti telekomunikácii a prvé prepájanie veľkých miest telefónnymi káblami. Za zmienku určte stojí aj vytváranie prvých skutočných business procesov a vývoj v oblasti business manažmentu.

Tretia priemyselná revolúcia

Po konci prvej a druhej svetovej vojny sa svet spamätával z škôd, ktoré vojny napáchali. Je dôležité povedať, že počas vojny došlo aj k rapídnemu rozvoju nových technológií. Na tieto nové technológie nadviazali výskumníci a inžinieri z celého sveta.

Obrázok 6
[6] Jeden z prvých integrovaných obvodov skonštruovaných Jackom Kilbym v roku 1958
Tretia priemyselná revolúcia je označovaná aj pojmom Digitálna revolúcia. Charakterizuje ju prechod od mechanických a analógových technológií ku digitálnym technológiám. Pokrok v tejto oblasti bol sčasti podnietený prebiehajúcou Studenou vojnou a snahou vyrovnať sa a predbehnúť svojho súpera.

Začiatok tejto revolúcie nie je presne definovaný a rôzne sa datuje od konca 50. do konca 70. rokov 20. storočia. Je dôležité si uvedomiť fakt, že táto revolúcia stále prebieha a voľne na ňu nadväzuje naša zmienená štvrtá revolúcia. Do značnej mieri sa tieto dve éry priemyslu prekrývajú a štvrtá priemyselná revolúcia skutočne popisuje skôr súčasný vývoj a trendy v rozmedzí posledných pár rokov.

Obrázok 7
[7] Apple 2, jeden z najúspešnejších osobných počítačov 70-80 rokov 20. storočia
Vráťme sa ešte nachvíľu k tej tretej. Túto dobu symbolizuje najmä vývoj a konštrukcia digitálnych logických obvodov, ktoré sa stali revolučným vynálezom v oblasti masovej produkcie. Z tejto technológie vychádza aj niekoľko zdedených vynálezov ako osobné počítače, mobilné telefóny a samozrejme Internet, ktoré ešte väčšmi podporili zvýšenie celosvetovej produkcie v oblasti priemyselných, ale aj iných odvetví.

Súčasnosť a Priemysel 4.0

Ako bolo už zmienené vyššie, my všetci sme momentálne súčasťou štvrtej priemyselnej revolúcie. Jadrom tejto revolúcie, inak označovanej ako Priemysel 4.0, je Internet of Things (IoT), inteligentné výrobne a efektívne plánovanie výroby. Hlavnou myšlienkou je, že komponenty a výrobné stroje budú zbierať a zdieľať dáta v reálnom čase.

Obrázok 8
[8] Ilustrácia toho ako IoT prechádza cez všetky línie nielen výrobného životného cyklu
Tento fakt vedie k premene centralizovaného kontrolného systému výrobne k decentralizovanej inteligencii.

Napríklad Federálne ministerstvo pre vzdelávanie a výskum Spolkovej republiky Nemecko definuje Priemysel 4.0 následne:

„Flexibilita, ktorá existuje v sieťach vytvárajúcich hodnotu, je znásobená aplikáciou kyber-fyzikálnych produkčných systémov (CPPS). Tento fakt umožňuje strojom a továrňam adaptovať ich správanie na základe meniacich sa príkazov a operačných podmienok použitím vlastnej optimalizácie a rekonfigurácie. Tento proces sa sústreďuje najmä na schopnosť systémov chápať informácie, dediť z nich pozorovania a na základe toho meniť svoje správanie. Sústreďuje sa na ukladanie znalostí nadobudnutých zo skúsenosti. Inteligentné produkčné systémy a procesy a taktiež vhodné inžinierske metódy a nástroje budú kľúčovým faktorom k úspešnej implementácii decentralizovaných a prepojených výrobných zariadení v budúcich Inteligentných Fabrikách.“

Obrázok 10
[9] Priemysel 4.0 do seba spája množstvo technológií a zariadení s cieľom vytvoriť prepojené a komplexné výrobné prostredie
Klaus Schwab  porovnáva toto obdobie k „druhému veku strojov“ v zmysle efektu digitalizácie a umelej inteligencie na ekonomiku a poukazuje na dôležitosť tohto pokroku v biologických technológiách.

Obrázok 10
[10] Kniha Druhý vek strojov, ktorá popisuje technologický pokrok a jeho dopad na súčasný vývoj sveta, ktorý je do veľkej mieri ovplyvnený práve štvrtou priemyselnou revolúciou
Schwab vidí ako súčasť tejto revolúcie vznikajúce technologické prelomy v odvetviach ako umelá inteligencia, robotika, IoT, autonómne vozidlá, 3D tlač, kvantové počítače a nanotechnológia.

Dizajnové princípy

Priemysel 4.0 sa skladá zo 4 dizajnových princípov celého konceptu. Tieto princípy podporujú spoločnosti v tvorbe a implementácii vlastných scenárov Priemyslu 4.0.

Interoperabilita

Jedná sa o schopnosť strojov, zariadení, senzorov a ľudí sa navzájom spojiť a komunikovať prostredníctvom IoT alebo Internet of People (IoP). Pridaním IoT dokážeme do veľkej mieri automatizovať celý proces výroby.

Obrázok 11
[11] Princípy interoperability vo všeobecnosti

Informačná transparentnosť

Ide o schopnosť informačných systémov vytvoriť virtuálnu kópiu fyzického sveta obohatením digitálnych tovární o dáta zo senzorov. Tento proces vyžaduje zoskupenie fyzických dát zo senzorov do komplexnejších a hodnotnejších kontextových informácií.

Technická asistencia

Tento druh strojovej asistencie sa skladá z dvoch dôležitých a špecifických častí. Prvou časťou je schopnosť asistenčných systémov podporovať ľudských pracovníkov zhromažďovaním a vizualizovaním zrozumiteľných informácií za cieľom tvorby rozhodnutí a riešení urgentných problémov  v krátkom časovom pásme.

Obrázok 12
[12] Typickou technickou asistenciou sú roboty v automobilovom priemysle
Druhou časťou je priama schopnosť kyber-fyzikálnych systémov fyzicky podporovať ľudských spolupracovníkov vykonávaním úloh zo širokej škály, ktoré sú nepríjemné, priveľmi únavné alebo nebezpečné pre ich ľudských kolegov.

Decentralizované rozhodnutia

Jedná sa o schopnosť kyber-fyzikálnych systémov tvoriť vlastné rozhodnutia a vykonávať úlohy čo najviac autonómne. Iba v prípade výnimiek, intervencií alebo konfliktných cieľov sú úlohy delegované na vyšší level inteligentnej továrne.

Referenčná architektúra pre Inteligentné Továrne na báze IoT

Na Obrázku 13 môžeme vidieť referenčnú architektúru pre továrne v Priemysle 4.0. Táto architektúra zahŕňa niekoľko rôznych typov technológií a rôznych pohľadov na tieto technológie.

Obrázok 13
[13] Referenčná architektúra inteligentnej továrne

Inteligentné stroje

Ide o stroje schopné M2M (machine-to-machine) komunikácie, komunikácie s inými zariadeniami a samozrejme so svojimi ľudskými kolegami.

Inteligentné zariadenia

V tejto kategórii sú zahrnuté prepojené zariadenia ako napríklad senzorové zariadenia, mobilné zariadenia, operačné zariadenia a iné.

Obrázok 14
[14] Inteligentné stroje a zariadenia spolupracujúce s ľuďmi na výrobe vojenských stíhacích lietadiel

Inteligentné výrobné procesy

Jedná sa o dynamickú, efektívnu, automatizovanú a real-time komunikáciu procesov pre management a kontrolu vysoko dynamického výrobného prostredia podporovaného IoT.

Výroba

Zahŕňa najmä softvérové aplikácie používané jednou alebo viacerými sieťami podporujúcimi business model. Ďalej zahŕňa inteligentné monitorovanie a kontrolovanie senzorov, inteligentných meracích zariadení a inteligentných mobilných zariadení. V neposlednom rade zahŕňa inteligentný produkčný management, ktorý integruje dáta z IoT do svojej logiky.

Inteligentná logistika

Jedná sa o procesy a nástroje inteligentnej logistiky. Bavíme sa o internej logistike, ktorá sa sama organizuje, a ktorá promptne reaguje na nečakané zmeny v produkcii.

Big Data a Cloud

Táto kategória sa skladá z algoritmov, analytických aplikácií atď. Analytika Big Data prinesie skutočné príležitosti na vylepšovanie budúcich fabrík, výrobných procesov a umožní fabrikám poskytovať nové produkty.

Inteligentné zásobovanie

Zahŕňa tvorbu vhodných vzťahov s dodávateľmi. Napríklad zvýšením zdieľania informácií v reálnom čase je možné nájsť vhodného dodávateľa, ktorý najlepšie vyhovie potrebám fabriky.

Obrázok 15
[15] Reťazec popisujúci vzájomné prepojenie procesov v životnom cykle inteligentného zásobovania

Inteligentná sieť

Skladá sa z inteligentných infraštruktúr fabrík z hľadiska dodávok energie. Spája sa aj s managementom kedy je nutné reagovať na zmeny v oblasti cien energií.

Výzvy

Jedná sa o najväčšie výzvy, ktorými si bude musieť prejsť každá výrobňa, ktorá sa rozhodne implementovať architektúru Priemyslu 4.0.

  • Problémy s IT bezpečnosťou
  • Spoľahlivosť a stabilita potrebná na kritickú machine-to-machine (M2M) komunikáciu zahrňujúc veľmi krátke a stabilné časy odozvy
  • Potreba udržiavať integritu produkčných procesov
  • Potreba vyhýbať sa hocijakým IT prekážkam a najmä tým, ktoré by spôsobili drahé škody na produkcii
  • Dôležitosť ochrany priemyselného „know how“
  • Nedostatok adekvátnych zručností na urýchlenie nástupu štvrtej priemyselnej revolúcie v danej výrobni
  • Hrozba nadbytočného množstva pracovníkov IT oddelení
  • Všeobecná neochota akcionárov podporiť túto zmenu
  • Strata pracovných pozícií ľudí s nižším vzdelaním spôsobená automatizáciou a procesmi riadenými informačnými technológiami
  • Nejasné právne podmienky a dátová bezpečnosť
  • Nejasné ekonomické prínosy / nadmerné investície
  • Nedostatok regulácie, noriem a foriem certifikácie
  • Nedostatočná kvalifikácia zamestnancov a mnohé iné…

Do budúcna bude esenciálne prihliadať na dôležitosť týchto výziev najmä vo fáze dôkladného plánovania implementácie nových procesov spojených s nasadzovaním technológií Priemyslu 4.0. Takto markantný pokrok vo svete výrobných technológií bude mať dopad nielen na to ako sa pozeráme na samotný proces výroby, ale najmä akým spôsobom sa budú spoločnosti vyrovnávať s morálnou stránkou automatizácie najmä z pohľadu nahradzovania ľudských pracovných pozícií výrobnými strojmi.

Obrázok 16
[16] Pesimistická predstava o svete, kde roboti nahradia ľudskú pracovnú silu
Predpokladá sa, že s nasadzovaním nových technológií bude potrebné zamestnať celú radu odborníkov na danú problematiku. Je jasné, že tým pádom sa budú vytvárať nové pracovné pozície a bude sa istým spôsobom znižovať nezamestnanosť, ale nesmieme zabúdať, že týmto krokom príde veľké množstvo zamestnancov s nižším vzdelaním o svoju prácu a teda je v konečnom dôsledku veľká pravdepodobnosť skôr nárastu percenta nezamestnanosti.

Obrázok 17
[17] Motivácia dbať o pocity svojich zamestnancov na dosiahnutie lepších výsledkov celej spoločnosti
Takýto stav v spoločnosti môže viesť k všeobecnému odporu voči novým výrobným technológiám a teda k spomaleniu ich samotného vývoja. Veľkou výzvou bude týmto ľuďom nájsť nové pracovné pozície spojené s novými technológiami. Jednou z ciest bude zvyšovanie vzdelanosti spoločnosti formou rôznych rekvalifikačných kurzov, ktoré tak ľuďom prinesú nové možnosti byť súčasťou novej doby v oblasti výroby a samotným výrobným spoločnostiam bude umožnené zamestnať celú radu nových odborníkov hoci bez nutnosti ich vyššieho vzdelania.

Zhrnutie

Toto pozorovanie sumarizuje súčasné a najmä budúce fungovanie inteligentných výrobní. Nové technológie budú mať obrovský dopad na to ako sa pozeráme na výrobu, ale aj na jej vedľajší efekt, akým je napríklad hospodárenie s energiou a odpadom.

Obrázok 18
[18] Predstava o tom ako by mala vyzerať inteligentná továreň súčasnosti a blízkej budúcnosti
Predpokladá sa, že dôjde k výraznému pokroku vo využívaní obnoviteľných zdrojov energie a k pokroku v otázkach efektívneho energetického managementu, čo povedie k celkovej ekologizácii výroby a k ozdravovaniu životného prostredia. Bude potrebné myslieť na dôkladnú prípravu nasadzovania týchto nových technológií a nikdy nezabudnúť na morálny aspekt celého pokroku, ktorý bude výzvou najmä v hľadaní nových pracovných príležitostí pre ľudí, ktorých v budúcnosti nahradia výrobné stroje a automatizácia celého výrobného procesu.

Foto:
hlavička článku: neosoft.ca
[1] aberdeenessentials.com
[2] thinglink.com
[3] pinterest.com
[4] industrialrevolutiontwo.weebly.com
[5] upload.wikimedia.org
[6] upload.wikimedia.org
[7] oldcomputers.net
[8] computerweekly.com
[9] linkedin.com
[10] andile.co.za
[11] vigyanix.com
[12] themanufacturer.com
[13] ieeexplore.ieee.org
[14] lexleader.net
[15] ibtimes.co.uk
[16] pharmaceuticalcommerce.com
[17] officevibe.com
[18] indoo.rs

Tomáš Patro

Som človek, ktorý sa rád všeobecne rozvíja a napreduje v rôznych oblastiach. Možnosť zapojiť sa do verejných, fakultných alebo profesionálnych aktivít a rozvíjať svoje schopnosti vnímam ako jeden zo základných pilierov úspešného života. Články, ktoré píšem sa týkajú najmä technických oblastí, o ktoré sa osobne zaujímam a bavia ma. Byť súčasťou redakcie opäť vnímam ako jednu z možností posunúť a rozvinúť časť svojej osobnosti na vyšší level. Kontaktovat mě můžete na tomas.patro@gmail.com.