W idealnym modelu fabryka działająca zgodnie z zasadami przemysłu 4.0 powinna stać gdzieś w szczerym polu, być pozbawiona okien, z niezauważalnym, szczątkowym personelem, ale wyposażona w panele fotowoltaiczne, pompę cieplną i turbinę wiatrową. W środku zamiast tradycyjnych maszyn napotkalibyśmy zrobotyzowaną taśmę produkcyjną, chociaż zapewne byłby to rząd drukarek 3D, nadzorowanych zdalnie z dowolnego zakątka świata. Wszystkie plany i dane zapisywane byłyby w chmurze obliczeniowej. Transport materiałów, a następnie gotowych wyrobów odbywałby się za pomocą pojazdów elektrycznych.

Słowem, trafilibyśmy do fabryki-robota, stworu przyjaznego środowisku o zerowej emisji gazów cieplarnianych, korzystającego z energii elektrycznej powstałej na miejscu i zarządzanego poprzez sieć. Wbrew pozorom, to nie są mrzonki.

Zobacz również:

• Ruszył konkurs z programu Fundusze Europejskie dla Polski Wschodniej na automatyzację i robotyzację firm

Fabryka z klocków

Pierwszą rewolucję przemysłową datuje się na koniec XVIII wieku. To tzw. wiek pary, którego ucieleśnieniem było mechaniczne krosno tkackie (1784). Produkcja mechaniczna jest wspomagana siłą pary i wody. Drugą rewolucję świat przechodzi pod koniec XIX wieku, w chwili upowszechnienia energii elektrycznej i powstałej dzięki niej linii produkcyjnej. Wreszcie w latach 70. XX wieku wchodzimy w czas komputerów, w którym następuje automatyzacja produkcji przemysłowej. Pojawienie się w fabrykach internetu rzeczy i przetwarzania chmurowego prowadzących do powstania systemów cyberfizycznych ma być początkiem czwartej rewolucji przemysłowej. Autorką pojęcia przemysł 4.0 jest kanclerz Niemiec Angela Merkel, która jako pierwsza go użyła publicznie podczas targów CeBIT w Hanowerze w 2011 r.

Nie była to bynajmniej chęć przypodobania się branży teleinformatycznej, lecz koncepcja reindustrializacji Europy. Gospodarkę nadmiernie obciążają koszty i czas transportu wyrobów z Chin i krajów Azji Południowo-Wschodniej. Do tego dochodzi znaczny ślad węglowy, który generuje comiesięczna wędrówka towarów. Politycy dostrzegli też koszty społeczne oddania Azji produkcji przemysłowej. Na to nakłada się ignorowanie przez tamtejsze rządy i firmy skali zanieczyszczenia środowiska naturalnego, co przyspiesza tzw. globalne ocieplenie

Europa ma potencjał, by na nowo stać się liderem światowej gospodarki. Przedsiębiorcy wraz z naukowcami potrafią konstruować roboty i pokrewne maszyny; firmy europejskie opanowały techniki analizy danych, czyli Big Data; koncerny telekomunikacyjne osiągają coraz lepsze wyniki w transmisji danych, zaś zielona energia jest oczkiem w głowie większości rządów. Jest na czym budować.

Jak to działa

Przyjrzyjmy się dwóm kluczowym koncepcjom przemysłu 4.0: przetwarzaniu danych w chmurze (cloud computing) oraz internetowi rzeczy. Cloud computing pozwala na zdalny dostęp do aplikacji, usług i przechowywanych danych. Internet rzeczy opiera się na podobnej idei: chmura służy do przechowywania i automatyzacji procesów w obiektach, które są zsynchronizowane z internetem, wystarczy wyposażyć urządzenia w stosowne czujniki.

Przemysł 4.0 wykorzystuje obie koncepcje. Każdy element produkcji może być widoczny z dowolnego miejsca na świecie, co pozwala na lepszą organizację pracy. Można skorzystać z wiedzy specjalistów bez konieczności ich ściągania fizycznie do fabryki.

Z tego punktu widzenia czwarta rewolucja przemysłowa podważa tradycyjny sposób organizacji produkcji przemysłowej, w której wciąż dominują scentralizowane i pozostające poza siecią systemy teleinformatyczne. Jeśli zatem firma zdecyduje się na zmiany w duchu przemysłu 4.0, musi zacząć od uelastycznienia swojej teleinformatyki.

Wyzwania przemysłu 4.0

Zakłada się, że urządzenia teleinformatyczne odpowiadają za 25% lub więcej całkowitego zużycia energii. Aby przekształcić firmę zgodnie z wymogami czwartej rewolucji przemysłowej, należy sprawdzić energochłonność całej infrastruktury, w tym zwłaszcza teleinformatycznej.

W tym obszarze można znaleźć spore możliwości redukcji kosztów. Gdy zastąpi się stare urządzenia IT (stacje robocze, komputery, serwery) nowymi, z wbudowanymi „zielonymi” technologiami, które mogą znacząco obniżyć całkowite zużycie energii oraz wymagania co do chłodzenia, dodatkowo zwalnia się miejsce w hali produkcyjnej. Niższe zapotrzebowanie na energię, większa efektywność, instalacje wykorzystujące mniejszą przestrzeń w połączeniu z dwu- lub trzykrotnie większą mocą obliczeniową w stosunku do starego sprzętu komputerowego pozwolą na zwrot poczynionych inwestycji.

Odpowiednio zastosowana technologia teleinformatyczna może także znacząco obniżać niekorzystny wpływ na środowisko w firmowym otoczeniu: budynków, logistyki oraz transportu przez zoptymalizowanie czy wprowadzenie całkiem nowych, bardziej wydajnych energetycznie procesów. Przewiduje się, że ilość energii, która może być w ten sposób zaoszczędzona, jest wielokrotnie większa niż jej zużycie przez urządzenia ICT. Do 2020 r. będzie możliwe osiągnięcie pięciokrotnie większej redukcji emisji CO2 niż całościowa emisja wywołana przez urządzenia ICT.

Mimo to pojawia się problem wymagający pilnego rozwiązania. Biznes opiera się dziś na gromadzeniu i przetwarzaniu gigantycznych ilości danych. Wymaga to coraz więcej serwerów lub zwiększenia pojemności tych już istniejących, by sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu na cyfrowe dane. Potrzebne są nowe rozwiązania ułatwiające pracę firmowych centrów danych. Być może należy zadać sobie pytanie: czy takie centrum musi być na miejscu, czy nie należy wykupić usług prywatnej chmury obliczeniowej? Rodzi się więc kolejne pytanie: jakiej klasy zabezpieczenia potrzebujemy, by podstawę naszej wiedzy i pozycji rynkowej – dane – powierzyć obcej firmie?

W ślad za zmianą sposobu organizacji pracy należy zainwestować w szkolenia dostawców, pracowników, inżynierów i analityków. Każdy z nich musi zrozumieć swoją rolę w nowym modelu.

Zalety przemysłu 4.0

Wśród zalet tego nowego sposobu prowadzenia produkcji przemysłowej wymienia się zwiększoną wydajność i rentowność. W ocenie PwC z 2014 r. firmy, które przeszły transformację, uzyskają w ciągu najbliższych pięciu lat większą o 18% wydajność. Lada chwila będzie to można namacalnie potwierdzić.

Analitycy raczej się nie pomylili. Wdrażanie systemów zdecentralizowanych, które wymuszają efektywność, elastyczność i energooszczędność, aby produkować więcej materiałów przy mniejszym zużyciu surowców i energii, jest koniecznością. Również sensownym pomysłem jest inwestycja w systemy, które potrafią same zdiagnozować, co im dolega i jak można usprawnić ich pracę.

Na tym skorzystają także klienci. Wiemy już, że automatyzacja produkcji może poprawić jakość, spójność i niezawodność, ale dotychczas dotyczyło to długich serii wyrobów. Robotyzacja wsparta o drukarki 3D powoduje, że można realizować niszowe, wręcz pojedyncze zamówienia znacznie niższym kosztem.

Wpływ na przemysł: gdzie jesteśmy dzisiaj

Do roku 2020 europejskie przedsiębiorstwa przemysłowe będą inwestować po ok. 140 mld euro rocznie w reorganizację swojego biznesu. Powinny to wykorzystać ich klienci, domagając się produktów zgodnych z filozofią przemysłu 4.0. Przykładowo, linie lotnicze zrozumiały, że warto korzystać z oczujnikowanych silników, przesyłających dane bezpośrednio do producenta, niezależnie od pozostałych systemów pokładów. Radykalnie przyspiesza to diagnozę potencjalnych problemów i zwiększa bezpieczeństwo podróży.

Gdy linie produkcyjne ciągle są monitorowane przez różne czujniki, pozwala to na wydłużenie okresów międzyserwisowych. Wiąże się to z zapobieganiem błędom w procesie produkcyjnym. Czujniki do pomiaru położenia i odległości sprawdzają prawidłową pozycję narzędzi. Natomiast wszystkie ruchy obrotowe kontrolują systemy do pomiaru położenia kodowane magnetycznie.

Balluf, czołowa firma automatyki przemysłowej, promuje systemy RFID do wykrywania zmian w produkowanym obiekcie odbiegającym od zadanego wzorca. Dostępne są trzy metody sterowania odchyleniami: poprawa, ponowna kwalifikacja lub usunięcie. RFID rejestruje każdą fazę procesu: wszystkie zastosowane elementy produkcyjne, wszystkie wykorzystane materiały i środki eksploatacyjne wraz z czasem, miejscem i przebiegiem. Informacje dotyczące wykonania, procesu i pochodzenia dokumentowane są automatycznie. Wszystkie informacje dostępne są w czasie rzeczywistym. To umożliwia kompletne śledzenie i korekty w bieżącym procesie. Wadliwe produkty są usuwane z dalszego procesu: ponownie kontrolowane, poprawiane lub odrzucane. W przypadku poprawy są one z powrotem wprowadzane do produkcji. Już wykonane etapy są pomijane.

Właściwie większość opisanych wyżej rozwiązań spotyka się na co dzień w polskich fabrykach. Im większa konkurencyjność na rynku, tym bardziej firmy są skłonne do drobiazgowej kontroli produkcji, wymiany danych, inwestycji w coraz sprawniejsze systemy teleinformatyczne. Ale jest jedna kwestia, która nas znacząco różni od pozostałych krajów europejskich: sposób pozyskiwania energii elektrycznej i efektywność energetyczna.

Tylko nieliczni próbują eksperymentować z odnawialnymi źródłami energii vel budować zero-emisyjne hale fabryczne. To dla wielu ciągle fanaberia i nadmierne wydatki. Ale bez uwzględnienia tego czynnika nie zbudujemy przemysłu 4.0. Pociąg odjedzie nam sprzed nosa.