9-те технологични стълба на Industry 4.0

Ускореното навлизане на новите цифрови технологии в индустрията е мощен процес на трансформация, станал известен като Industry 4.0. Той позволява да се събират и анализират данни от оборудването, които от своя страна дават възможност за реализиране на по-бързи, по-гъвкави и по-ефективни производствени процеси и за създаване на продукти с по-високо качество при по-ниски разходи. Тази революция в производството увеличава значително неговата ефективност, променя икономиката, насърчава индустриалния растеж и променя профила на работната ръка, като в крайна сметка подобрява конкурентоспособността на фирмите и на регионите.

Усъвършенстваните цифрови технологии вече се използват активно в производството, но Industry 4.0 трансформира качествено и бизнес процесите. Това от своя страна довежда до по-голяма ефективност и промяна на традиционните връзки между доставчици, производители и клиенти, както и между човека и машината.

По тази тема е публикувана бяла книга с кратък обзор на тема “Industry 4.0: Бъдещето на производителността и растежа в преработващата промишленост”. Там са откроени девет технологични стълба, които стоят в основата на Industry 4.0 - големи масиви от данни (Big Data), автономни роботи, софтуер за симулация, универсална системна интеграция, индустриален интернет, киберсигурност, облачни технологии, адитивно производство и добавена реалност (Augmented Reality).

Големи масиви от данни
В днешно време големи масиви от данни се събират от повечето компании, но остава въпросът какво се случва с тях. Бялата книга очертава, че вместо просто да събират данни, компаниите следва да използват това за по-нататъшни действия и подобрени процеси.
Анализът, базиран на голям набор от данни, започна да се използва ефективно едва наскоро в света на производството, където може да послужи за оптимизиране на качеството на продукцията, енергоспестяване и подобрено обслужване на оборудването. В контекста на Industry 4.0 събирането и цялостната оценка на данните от множество различни източници - производствено оборудване и системи, както и системи за управление на предприятието и на отношенията с клиентите, ще станат стандартни за подпомагане на вземането на решения в реално време.

Някои производители на полупроводници например вече са намалили значително рисковете от повреди на крайните продукти чрез сравняване на данни от едночипова система, записани във фазата на изпитване в края на производствения процес, с данните, записани във фазата на производство на пластината в по-ранен етап. По този начин могат да бъдат идентифицирани модели, с чиято помощ да се премахнат дефектните чипове в началото на производствения процес и да се подобри качеството на продукцията.

Автономни роботи
Компаниите в много отрасли отдавна използват роботи за справяне със сложните производствени задачи. През последните години роботите еволюират и стават още по-полезни, по-автономни, гъвкави и кооперативни, като в крайна сметка взаимодействат един с друг, работят безопасно заедно с хората и се учат от тях. Тенденцията е тези роботи да струват все по-малко и да имат все по-голям набор от функционалности.

Автономните технологии позволяват на оборудването и роботите да действат и да работят самостоятелно, след като бъдат програмирани да го правят. Това пък позволява на системите да мислят, действат и реагират автономно, което от своя страна дава възможност за вземане на дистанционни решения, ако системите в предприятието поддържат отдалечено управление. Тази технология може да допринесе за конкурентоспособността на компанията, производителността и, разбира се, доходността.

Някои производители на роботизирано оборудване вече предлагат автономни роботи, които взаимодействат помежду си. Тези роботи са взаимосвързани, така че да могат да работят заедно и автоматично да коригират своите действия, за да се адаптират към различните производства. Високоусъвършенстваните сензори и контролни блокове позволяват тясно сътрудничество с хората. Други доставчици на индустриални роботи предлагат роботи с две ръце, специално предназначени за сглобяване (например на изделия от потребителската електроника) заедно с хора. Двете ръце на робота и машинното зрение позволяват безопасно взаимодействие и разпознаване на компонентите.

Софтуер за симулация
Софтуерът за симулация позволява имитация на ситуация, процес или среда. Много компании от цял свят в широк спектър от отрасли започват да използват виртуални реалности в собствения си бизнес, включително в медицинския сектор.
Във фазата на инженеринг вече се използват 3D симулации на продукти, материали и производствени процеси, но в бъдеще симулациите ще се използват по-широко в бизнес процесите на предприятието. Тези симулации ще използват данните в реално време, за да отразят физическия свят във виртуален модел, който може да включва машини, продукти и хора.

Това ще позволи на операторите да тестват и оптимизират настройките на производственото оборудване във виртуалния свят, преди да стартират реалното производство, като по този начин намалят времето за настройки и повишат качеството на продукцията.
Виртуалната машина може да симулира например металообработка, използвайки данни от физическата машина. Това намалява времето за настройка при реалния процес с до 80%.

В медицината някои болници вече са реализирали успешни проекти с инженери, които са използвали данни от реален пациент, за да създадат виртуално сърце. Това позволява по-добро изследване, по-безопасно предоперативно планиране и намаляване на рисковете от операцията преди влизане в операционната зала. От друга страна, индустриалните производители могат да използват софтуер за симулация с цел обучение, като демонстрират на работниците производствените рискове, без да се налага да бъдат в опасна физическа среда. Освен за такъв тип обучение, софтуерът за симулации в предприятието може да служи ефективно и за планиране на конкретни производствени сценарии.

Универсална системна интеграция
Универсалната системна интеграция позволява различни компютърни системи да бъдат свързани помежду си, което дава възможност за ефективна комуникация и предаване на данни между тях, като софтуерът може да действа и да бъде координиран централизирано. Тази технология е идеално решение за всички производствени предприятия, тъй като оборудването от цялата фабрика може да бъде свързано по цялата производствена линия, за да се гарантира, че всички процеси се извършват гладко и ефективно.

Повечето от днешните ИТ системи не са напълно интегрирани. Фирмите, доставчиците и клиентите рядко са тясно свързани, като същото се отнася за отделите по инженеринг, производство и сервиз. Работните процеси от ниво производство до ниво търговско обслужване не са напълно интегрирани. Дори при самия инженеринг - от продуктите и фабричното производство до автоматизацията - липсва пълна интеграция. С навлизането на Industry 4.0 компаниите, бизнес отделите и възможностите стават много по-интегрирани с помощта на универсални мрежи за интегриране на данни, които дават възможност за изграждане на наистина автоматизирани процеси.

Пример за успешно приложение на тази технология е новата интегрирана платформа за сътрудничество, която стартира европейската космическа и отбранителна промишленост. Платформата служи като общо работно пространство за проектиране и производство и е достъпна като услуга в частен облак. Тя управлява сложната задача за обмен на продуктови и производствени данни между множество партньори.

Индустриален интернет на нещата
Интернетът на нещата (Internet of Things) включва свързването на интернет с обекти от ежедневието, които могат да изпращат, получават и обработват данни. В промишлеността това може да доведе до намаляване на времето за производство и по-ефективно управление на риска, и да спести на производителите ценни ресурси като време и пари.

Днес само някои от сензорните системи и производственото оборудване на предприятието са свързани в мрежа и използват компютърни алгоритми. Те обикновено са организирани във вертикална пирамида за автоматизация, в която сензори и полеви устройства и контролери за автоматизация изграждат всеобхватна система за управление на производствените процеси. С помощта на индустриалния интернет на нещата повече устройства - понякога дори и незавършени продукти - ще бъдат обогатени с цифрови данни и свързани чрез стандартни протоколи. Това ще позволи на полевите устройства да комуникират и взаимодействат както помежду си, така и с повече централизирани контролери, ако е необходимо. Тази технология също децентрализира анализите и вземането на решения, като дава възможност за реакции в реално време.

Киберсигурност
Използването на интернет на нещата и облачни системи в бизнеса може да предложи редица предимства, но всички те имат нужда от защита. Повечето компании искат да защитят най-ценните си данни, включително интелектуална собственост, данни за клиентите и техните продукти.
Множество предприятия все още разчитат на системи за управление и производство, които не са свързани или затворени. С повишената свързаност и използването на стандартизираните комуникационни протоколи, които са разработени за Industry 4.0, драматично нараства необходимостта от защита на ключовите промишлени системи и производствени линии от киберзаплахи. В резултат на това съществена важност придобиват сигурността и надеждността на комуникациите, както и усъвършенстваното управление на достъпа до машините и потребителските профили.

Експертите в областта на киберсигурността се съсредоточават върху четири ключови области, които включват: средства за защита на системите срещу кибератаки; мрежи за подпомагане на разпределените операции на системите; техники за подобряване на потребителското взаимодействие и визуализация; софтуер и изкуствен интелект за автономна и интелигентна защита на системите.

Облачни технологии
Т. нар. облачно базирани системи използват мрежа от отдалечени сървъри за съхранение, управление и обработка на данни. Тази технология може да бъде много полезна за производствените предприятия, които могат да използват собствените си данни и познания във всички търговски ситуации, както и да въведат по-бързи нови процеси за разработване на продукти, пускайки нови продукти на пазара в по-кратки срокове.

Компаниите вече използват софтуер, базиран на облачни технологии, за някои корпоративни и аналитични приложения, но с Industry 4.0 повече начинания, свързани с производството, ще изискват голям обмен на данни от цялата структура на предприятието. В същото време, ефективността на облачните технологии ще се подобри, постигайки време за реакция от само няколко милисекунди. В резултат на това данните от оборудването и функционалността му ще се интегрират все повече в облака, което ще даде възможност за реализиране на повече услуги в производствените системи. Дори системите, които наблюдават и контролират процесите, могат да станат облачни.
Доставчиците на производствени изпълнителни системи (MES) са сред фирмите, които вече предлагат облачни решения.

Адитивно производство
Цифровите 3D данни се използват за изграждане на компоненти слой по слой, чрез наслагване на материали. През последните години компаниите започнаха да прилагат адитивно производство като 3D печат, използвайки го предимно за прототипиране и производство на отделни компоненти. С Industry 4.0 адитивните производствени методи стават по-широко използвани за производство на малки партиди персонализирани продукти, които предлагат конструктивни предимства. Високоефективните децентрализирани системи за адитивно производство намаляват изискванията по отношение на транспорта на материалите и поддържането на наличности.

Производителите на самолети например могат да използват 3D печат за производство на по-леки части, които не са пълни с излишен материал. Това може да бъде от съществена полза, тъй като в този случай целият самолет ще е по-лек и ще използва по-малко гориво при по-висока скорост.

Добавена реалност
Станалата известна в световен мащаб благодарение на игри и мобилни приложения добавена реалност позволява разполагането на цифрови изображения в реалния свят. Редица компании вече са въвели тази технология в бизнеса и мобилните си приложения. Системите, базирани на добавена реалност, поддържат различни други услуги като избор на части от склада и изпращане на инструкции за ремонт през мобилния телефон.

Тези системи в момента са в начален стадий, но в бъдеще се предвижда компаниите да ги използват много по-широко, за да предоставят на служителите информация в реално време, която подобрява процеса на вземане на решения и на работа. Например работниците могат да получат инструкции за това как да се замени определена част, докато пред тях е реалната система, която се нуждае от ремонт. Информацията може да бъде изобразена директно пред работниците с помощта например на очила с добавена реалност.

Друго приложение на тази технология е виртуалното обучение. Във виртуална среда операторите могат да се научат да взаимодействат с дадена машина, като първо боравят с нейно виртуално копие. Те също могат да променят параметрите и да изтеглят оперативни данни и инструкции за поддръжка.
Производителите биха могли да използват добавената реалност, за да покажат на клиентите как ще изглеждат техните продукти, без да създават физическо копие. По този начин те ще са в състояние да покажат как би изглеждал даден продукт или как би работил без разходи за физическо изпитание.

Бъдещето
Компаниите и държавите приемат Industry 4.0 по различни начини и с различна скорост. Отрасли с по-голяма вариация на крайните продукти като автомобилостроенето и хранително-вкусовата промишленост могат да се възползват от по-високата степен на гъвкавост, която да доведе до повишаване на производителността, докато отрасли, които изискват високи производствени технологии, като електронното производство и фармацевтичната промишленост, се възползват от подобренията, базирани на анализи на данни, за да намалят процента на грешки.

Държавите с висококвалифицирана работна ръка ще могат да се възползват от по-високата степен на автоматизация, съчетана с повишеното търсене на по-висококвалифицирани кадри. Редица нововъзникващи пазари с млада работна ръка биха могли да създадат изцяло нови производствени концепции от технологична гледна точка. За да моделират активно индустриалната трансформация, производителите и системните доставчици са на път да предприемат решителни мерки, с които ще въведат деветте стълба на технологичния напредък.