Пътят към Industry 5.0

АвтоматизацияТенденцииСпециален брой: Високотехнологична автоматизация • 05.05.2022

  • Индустрия 4.0 се съсредоточава по-малко върху изначалните принципи на социална справедливост и устойчивост и повече върху дигитализацията и базираните на изкуствен интелект технологии

  • Вместо да се налага работникът да адаптира уменията си спрямо бързо променящите се технологии, стремежът е да се използват технологиите, за да се адаптира производственият процес към потребностите на работника

  • Зад Индустрия 5.0 стоят технологии, представляващи набор от комплексни системи, като всяка една от категориите може да реализира потенциала си само ако бъде комбинирана с останалите

Идеята за Индустрия 5.0 се корени в концепцията за Индустрия 4.0, въведена в Германия през 2011 г., като бъдещ проект и част от високотехнологичната стратегия на страната, който да бъде внедрен повсеместно от бизнеса, науката и лицата, отговорни за вземането на решения. Първоначално тя е свързана с това как и до каква степен страната е успяла през първото десетилетие на 21-и век и по какъв начин би могла да стане по-ефективна, така че броят на служителите в производството да се запази стабилен. Фокусът е върху осигуряването на по-добро съответствие не само с икономическите, но и със специалните екологични изисквания на зеленото производство за една въглеродно неутрална и енергийно ефективна индустрия.

През 2013 г. Германската академия по инженерни науки Acatech представя изследователска програма и препоръки за внедряване, които са разработени по инициатива на Федералното министерство на науката. Програмата описва влиянието, което ще окаже интернет на нещата (IoT) върху организацията на производството благодарение на новото взаимодействие между хора и машини. Deutsche Bank предлага внедряването на Индустрия 4.0 да се превърне в стандарт за света. Професор Клаус Шваб, основател и председател на Световния икономически форум публикува две книги, в които описва как Индустрия 4.0 се различава фундаментално от всички предходни промишлени концепции, характеризиращи се предимно с технологичен напредък.

Терминът има международно влияние и се използва по няколко различни начини от бизнес лидери, интернационални организации и политици. Напреднали и интензивно ангажирани с производство икономики като Китай определят как би се прилагала концепцията в техния собствен контекст. Инициативата “Made in China 2025” черпи директно вдъхновение от Индустрия 4.0, фокусирайки се върху съживяването на китайската производствена индустрия и постигането на плавен преход.

След повече от 10 години живот, Индустрия 4.0 се съсредоточава по-малко върху изначалните принципи на социална справедливост и устойчивост и повече върху дигитализацията и базираните на изкуствен интелект технологии за повишаване на ефективността и гъвкавостта на производството. Концепцията за Индустрия 5.0 предоставя различен фокус и акцентира върху значимостта на изследователската дейност и иновациите в подкрепа на индустрията.


Дефиниране на Индустрия 5.0

Въпреки че Индустрия 5.0 е сравнително нова концепция, някои ранни научни публикации описват основните й характеристики. Според документ на Европейската комисия (ЕК) анализът на съществуващата литература на тема Индустрия 5.0 показва, че има висока несигурност по отношение на това какво ще донесе внедряването на концепцията и как точно ще промени бизнеса, както и по отношение на потенциала й да премахне бариерите между реалния и виртуалния свят.

Експертите от ЕК смятат, че Индустрия 5.0 ще бъде дефинирана от преоткрита и разширена целенасоченост, надминаваща производството на стоки и предоставянето на услуги само заради печалбата. Тази разширена целенасоченост включва три основни елемента – ориентираност към човека, устойчивост и издръжливост.

Подходът, насочен единствено към печалба, става все по-несъстоятелен. В един глобализиран свят стесненият фокус върху приходите не може да отчете правилно екологичните и социалните разходи и ползи. За да се превърне индустрията в източник на реален просперитет, дефинирането на действителната й цел трябва да обхване социалните аспекти и съображенията относно опазването на околната среда. Това включва отговорна иновационна дейност, насочена не само към подобряване на разходната ефективност или максимизиране на приходите, но и към повишаване на просперитета за всички участници във веригата – инвеститори, работници, потребители, обществото и околната среда.

Вместо да се взима една нова технология като начална точка и да се разглежда потенциалът й за повишаване на ефективността, ориентираният към човека подход в индустрията поставя човешките потребности и интереси в основата на производствения процес. Вместо да се пита какво може да се направи с технологията, въпросът е какво може да направи технологията за хората. Тоест вместо да се налага работникът да адаптира уменията си спрямо бързо променящите се технологии, стремежът е да се използват технологиите, за да се адаптира производственият процес към потребностите на работника, например като го насочват или обучават. Това означава също да се гарантира, че прилагането на нови технологии няма да наруши фундаменталните права на работниците.

Индустрията трябва да бъде устойчива и да се разработват кръгови процеси, които използват повторно и рециклират природните ресурси и редуцират генерирането на отпадъци и въздействията върху околната среда. Устойчивостта означава намаляване на енергопотреблението и емисиите на парникови газове, предотвратяване на изчерпването и влошаването на качеството на природните ресурси, за да се гарантира посрещането на потребностите на настоящите поколения, без да се застрашават нуждите на бъдещите. Тук голяма роля могат да изиграят технологии като изкуствения интелект и адитивното производство, които оптимизират ресурсната ефективност и минимизират отпадъците.

Издръжливостта се отнася до необходимостта да се постигне по-висока степен на стабилност в индустриалното производство, осигурявайки по-добра защита срещу прекъсвания и гарантирайки възможността за предоставяне на ключова инфраструктура в критични моменти. Геополитическите промени и кризите като пандемията от COVID-19 подчертават уязвимостта на настоящия подход към глобализираното производство. Той трябва да бъде балансиран чрез развитие на достатъчно издръжливи стратегически вериги на стойността, адаптируем производствен капацитет и гъвкави бизнес процеси, особено когато веригите на стойността обслужват основни човешки потребности, например здравеопазването или сигурността.

Концепцията на ЕК за Индустрия 5.0 е отворена и в процес на развитие, осигурявайки основа за разработване на колаборативна визия за бъдещето на европейската индустрия. Според дефиницията на Комисията Индустрия 5.0 отчита способността на промишления сектор да постигне социалните цели отвъд осигуряването на работни места и ръста, за да се превърне в стабилен източник на просперитет, отчитайки ограниченията на нашата планета и поставяйки благосъстоянието на работника в центъра на производствения процес.


Технологиите зад Индустрия 5.0

Зад Индустрия 5.0 стоят технологии, представляващи набор от комплексни системи, като всяка една от категориите може да реализира потенциала си само ако бъде комбинирана с останалите.

Първата категория включва решения за индивидуализирано взаимодействие между човека и машината, насочени към свързване на хората с технологиите, подпомагане на хората и комбиниране на разработените от хората иновации с възможностите на машините. Следните технологии подпомагат хората във физическите и когнитивните задачи: разпознаване на многоезична реч и жестове и прогнозиране на човешките намерения; технологии, следящи менталното и физическото натоварване и нивото на стрес на служителите; колаборативни роботи, работещи редом с хората и подпомагащи тяхната дейност; технологии за добавена, виртуална или смесена реалност, особено за обучение и приобщаване; подсилване на физическите възможности на човека – екзоскелети, вдъхновено от биологичните организми оборудване; подсилване на когнитивните човешки способности – технологии за съчетаване на силните страни на изкуствения интелект и на човешкия мозък (например комбиниране на креативност с аналитични умения), системи, подпомагащи вземането на решения.

Втората категория обхваща вдъхновени от биологичните организми технологии и интелигентни материали. Тези технологии и процеси могат да бъдат интегрирани например със следните характеристики: самостоятелно отстраняване на неизправности; олекотен дизайн; рециклируемост; получаване на суровини от отпадъци; интегриране на живи материали; интегриране на сензорни технологии и биосензори; адаптивни свойства на повърхностите и ергономичност; материали, изначално предлагащи проследимост.

Третата категория обхваща технологии за дигитални двойници и симулация, с които може да се оптимизира производството, да се тестват продуктите или да се идентифицират възможни вредни ефекти, например чрез: дигитални двойници на продукти и процеси; виртуална симулация и изпитване на продукти и процеси (например за ориентираност към човека, трудова и оперативна безопасност); многомащабно динамично моделиране и симулация; симулация и измерване на екологичните и социалните въздействия; кибер-физични системи и дигитални двойници на цели системи; планирана поддръжка.

За реализацията на концепцията Индустрия 5.0 са необходими и технологии за енергийно ефективни и сигурни пренос, съхранение и анализ на данни с характеристики като: мрежови сензори; оперативна съвместимост по отношение на данни и системи; мащабируема многостепенна киберсигурност; сигурна/безопасна облачна ИТ инфраструктура; проследимост (например на данни и изпълнение на спецификации); обработка на данни за обучителни процеси; периферни изчисления.

Изкуственият интелект, който днес все още се отнася до усъвършенствани технологии за корелационен анализ, трябва да бъде развит в няколко допълнителни направления: базиран на причинно-следствен принцип изкуствен интелект; показване на взаимовръзки и мрежови ефекти извън корелациите; възможност за реагиране на нови или неочаквани условия без човешка намеса; колективен интелект; интерфейси мозък – машина; индивидуален, ориентиран към личността изкуствен интелект; информирано дълбоко обучение (експертни знания, комбинирани с изкуствен интелект); сигурен и енергийно ефективен изкуствен интелект; възможност за справяне с и откриване на корелации сред комплексни, взаимосвързани данни с различен произход и мащаб в динамични системи в рамките на система от системи.

Тъй като повечето от споменатите технологии изискват огромни количества енергия, за да функционират, са нужни следните технологии и характеристики за постигане на неутралност по отношение на емисиите: интегриране на възобновяеми енергийни източници; насърчаване на водородни и Power-to-X технологии; енергийно автономни сензори; нискоенергиен пренос и анализ на данни.


Ползите за индустрията

Индустрия 5.0 носи ползи както за работниците, така и за компаниите. Ползите за промишлеността са в широк диапазон – от привличане и задържане на таланти, през енергийни спестявания, до повишена обща устойчивост. За европейската индустрия основната полза е дългосрочна – продължителна конкурентоспособност чрез успешно адаптиране към променящия се свят и нови пазари. В по-краткосрочен план необходимите инвестиции могат да изложат европейските промишлени сектори на риска от временна загуба на конкурентоспособност спрямо тези, които все още не инвестират в Индустрия 5.0. Ще бъде от критично значение инвестициите да се насрочат и координират така, че този риск да бъде ограничен. Експертите обаче смятат, че най-големите рискове за индустрията ще се материализират, ако тя не се ангажира с прехода към ориентираност към човека и издръжливост, което би довело до дългосрочна загуба на конкурентоспособност.

Капитализацията, навлизането на пазара, приходите, печалбите и всички конвенционални икономически индекси не отразяват нито точното настоящо състояние, нито общите перспективи за конкурентоспособност на една индустрия. Например печалбите могат да се базират на използването на невъзобновяеми ресурси, съществуваща силна репутация на бранда или на временни условия на пазара. Концепцията за Индустрия 5.0 насърчава икономическата ефективност на индустриите при същевременно зачитане на потребностите и интересите на работниците, както и на устойчивостта по отношение на околната среда. Това я прави привлекателна не само за предприемачи, но и за потенциални инвеститори и за потребители, които биха могли да се възползват от наличието на по-конкурентоспособни продукти.

Енергийно интензивните сектори са в основата на множество стратегически вериги на стойността, които са отговорни за повече от половината от енергопотреблението в индустрията и за около 8% от емисиите на ЕС. Следователно преследваната цел за неутралност по отношение на климата и неизбежните флуктуации в цените на енергията оказват непропорционално въздействие върху техните разходи. Затова, за да се реализира енергийният преход и едновременно с това да се поддържа конкурентоспособността на енергийно интензивните индустрии на глобално ниво, са необходими енергийни технологии, осигуряващи издръжливост и възможност за намаляване на разходите, както и осъвременена политическа рамка.

Операторите на ИКТ мрежи използват около 1% от генерираната в световен мащаб електроенергия (242 TWh през 2015 г.), съответстващ на 0,34% от общите глобални емисии на парникови газове. Тоест, делът на сектора не е маловажен спрямо устойчивостта по отношение на околната среда и икономическата ефективност. В рамките на последните 5 години, въпреки нарастващото търсене на данни, енергопотреблението на сектора остава почти постоянно, тъй като увеличената ефективност се противопоставя на повишения интернет трафик и товари от данни. Този ефект обаче може да отслабне с времето и според много прогнози консумацията на електрическа енергия от центровете на данни ще расте през 2020-те. Ролята на ИКТ за ограничаване на климатичните промени е двустранна. На първо място, секторът може да редуцира емисиите и разходите си чрез допълнително подобряване на енергийната ефективност и внедряване на възобновяеми източници на енергия. Второ, ИКТ секторът има потенциала да допринесе за намаляване на емисиите и в рамките на по-широката икономическа дейност.

Издръжливостта се отнася до способността за гъвкаво справяне с промените. Глобализираните пазари и вериги на стойността все по-често са уязвими на водещи до сътресения промени, причинени например от геополитически изменения (Брекзит, търговски войни, протекционизъм и др.) и природни извънредни ситуации (пандемии, въздействия в резултат на климатичните промени и др.). Ще е необходимо индустрията на бъдещето да може да се адаптира бързо към изменящите се обстоятелства за ключови вериги на стойността, за да затвърди ролята си на устойчив източник на просперитет. Устойчивата индустрия може да се справи с възникващите на много нива уязвимости, включително на ниво заводи, мрежи на доставка и промишлени системи.

При стабилни социални и екологични обстоятелства иновациите в индустрията обикновено се съсредоточават върху повишаване на ефективността на производствените линии и веригите на доставка. Такива подобрения на ефективността обаче често са съпроводени с понижаване на устойчивостта. Една верига с ниска стойност може да е уязвима в единични звена, но най-ефективните фабрики могат да страдат от липса на гъвкавост и поради това да се наложи да прекратят или значително да намалят производството си в случай на непредвидени обстоятелства.

Изследователската дейност в областта на индустриалната издръжливост може да спомогне за по-добро разбиране на глобалните, локалните и техническите рискове, пред които все по-често се изправя промишлеността. Тя ще допринесе за разработване и внедряване на ограничаващи стратегии, които могат да бъдат основни елементи на оптимално и устойчиво функционираща индустрия на бъдещето. Иновативни техники, включително по-модулни производствени линии, дистанционно управлявани заводи, използване на нови материали и наблюдение и мениджмънт на рисковете в реално време, могат да помогнат за осигуряване на устойчивостта, от която се нуждае индустрията.

Дигиталните технологии ще имат специална роля. Въпреки че цифровата взаимосвързаност ще опосредства внедряването на редица устойчиви технологии (включително събиране на данни, автоматизиран анализ на рисковете и автоматизирани ограничителни мерки), повишената зависимост от дигиталните технологии излага индустрията на риск от технически сътресения в резултат на малфункции и кибератаки. Изследователската дейност и иновациите ще изиграят ключова роля за осигуряването на нужното ниво на кибесигурност за устойчивата индустрия на бъдещето.

 

ЕКСКЛУЗИВНО

Top