Przemysł 4.0, czyli nowe porządki w serwerowni

Koncepcja czwartej rewolucji przemysłowej przewiduje znaczący wzrost skali i znaczenia wymiany danych między urządzeniami uczestniczącymi w procesach wytwórczych. Miliony – a w przyszłości nawet miliardy – maszyn zostaną włączone w obręb internetu przedmiotów. Tam będą mogły się ze sobą bezpośrednio komunikować w czasie rzeczywistym już nie za pomocą przemysłowych protokołów ale powszechnie dostępnych technologii internetowych. To zupełnie nowe wyzwania dla dostawców i administratorów infrastruktury IT w zakresie bezpieczeństwa danych, zasilania, wysokiej dostępności i odporności na awarie oraz skalowalności. Jak im podołać?

Na targach w Hanowerze w 2011 r. zaprezentowane zostało hasło „Przemysł 4.0”. Tym samym zainicjowano długofalowy cykl innowacji wpływający nie tylko na świat produkcji, lecz także na odpowiednie środowisko IT.

Realizacja całkowicie zintegrowanych łańcuchów tworzenia wartości implikuje szereg wymagań zarówno od przemysłu, jak i od środowiska IT. Dany punkt widzenia wynika przy tym jeszcze z historycznego kontekstu. Ważnym aspektem w świecie przemysłu jest optymalizacja procesów produkcji, zaopatrzenia w materiały i planowania zasobów. Szczególnie duże znaczenie ma znaczna ilość danych, które muszą być przetwarzane w czasie rzeczywistym.

Zobacz również:

Rysunek 1. Centrum danych (po lewej) jako baza dla produkcji przemysłowej.

Rysunek 1. Centrum danych (po lewej) jako baza dla produkcji przemysłowej.

W tradycyjnym IT interfejs do produkcji ogranicza się do dostarczania usług oraz danych dla inżynierii czy niezbędnych systemów ERP i PDM. W samej maszynie były implementowane tylko interfejsy dla przemysłowych protokołów komunikacji. W nowych trendach i technologiach – jak „internet przedmiotów“ – struktury te ulegają przełamaniu. Maszyny komunikują się ze sobą w oparciu o popularne (i przez to także tańsze) technologie internetowe.

Aby móc w pełni wykorzystać w kraju potencjał Przemysłu 4.0, należy zająć się otwartymi kwestiami dotyczącymi kontroli, bezpieczeństwa, poufności, standaryzacji, ram prawnych i wyposażenia infrastruktury (rozbudowa nowoczesnych sieci zasilania i komunikacji) – nie ograniczając się przy tym do danego kraju czy Europy. [Ref. 2] W ten sposób IT oraz infrastruktura IT, jako „enabling technology”, zyskuje zasadnicze znaczenie dla powodzenia Przemysłu 4.0. Zalety oferowane przez „internet przedmiotów“ muszą zostać pogodzone z wymaganiami środowiska produkcji. Chodzi przy tym nie tylko o zarządzenie dużą liczbą uczestników komunikacji, lecz także o przetwarzanie stale rosnącej ilości danych.

Dane o produkcie lub półprodukcie mają podstawowe znaczenie, gdyż są one tak samo ważne jak sam produkt, umożliwiając jego dalsze używanie lub przetwarzanie. Właśnie ze względu na wrażliwość internetu w kwestii bezpieczeństwa − integralność, zabezpieczenie i jakość danych są dla każdego przedsiębiorstwa czynnikiem decydującym o sukcesie produktu.

Dlatego w kontekście Przemysłu 4.0 należy rozpatrywać nie tylko tematykę IT, lecz także niezbędne do tego celu infrastruktury IT. Podstawowych informacji na ten temat powinien dostarczyć niniejszy dokument.

Definicje pojęć

W pierwszej kolejności należy objaśnić podstawowe pojęcia, które są niezbędne do zrozumienia tematu. Okazuje się przy tym, że właśnie dla takich haseł jak Przemysł 4.0 decydujący dla interpretacji pojęcia jest punkt widzenia (producent, klient, branża).

W platformie „Industrie 4.0” tworzonej przez trzy duże organizacje − BITKOM, VDMA i ZVEI − pojęcie Przemysł 4.0 zostało zdefiniowane następująco:

Przemysł 4.0

„Przemysł 4.0 to określenie czwartej rewolucji przemysłowej, nowego stopnia organizacji i sterowania kompletnym łańcuchem tworzenia wartości w całym cyklu życia produktów. Cykl ten jest ukierunkowany coraz bardziej na zindywidualizowane życzenia klientów i rozciąga się od pomysłu, zlecenia, przez opracowanie i produkcję, dostawę produktu do klienta końcowego, aż po recykling wraz z powiązanymi usługami. Podstawą jest dostępność wszelkich ważnych informacji w czasie rzeczywistym dzięki połączeniu w sieć wszystkich elementów uczestniczących w tworzeniu wartości oraz możliwość stworzenia w każdej chwili optymalnego przepływu tworzenia wartości na podstawie danych. Przez połączenie ludzi, obiektów i systemów, powstają dynamiczne, zoptymalizowane w czasie rzeczywistym i samoorganizujące się, ogólnofirmowe sieci tworzenia wartości, które dają się optymalizować pod kątem różnych kryteriów, jak np. koszty, dostępność i zużycie zasobów“. [Ref. 1]

Określenie „4.0“ jest przy tym związane z postulatem czwartej rewolucji przemysłowej:

  • Pierwsza rewolucja przemysłowa: wykorzystanie energii wody i pary w przemyśle w XVIII wieku.
  • Druga rewolucja przemysłowa: użycie energii elektrycznej do masowej produkcji dóbr w XIX wieku.
  • Trzecia rewolucja przemysłowa: zastosowanie komputerów do automatyzacji procesów produkcji w XX wieku.
  • Czwarta rewolucja przemysłowa – Przemysł 4.0 − dalsza cyfryzacja fabryki (Cyber Physical Systems, internet przedmiotów) w celu osiągnięcia maksymalnej elastyczności, efektywności i optymalnego wykorzystania zasobów.

Nie optymalizuje się w izolacji poszczególnych etapów inżynierii, produkcji lub logistyki, ale ich synergię w łańcuchach lub sieciach tworzenia wartości w celu zagwarantowania efektywnej, opłacalnej realizacji przy maksimum elastyczności, a dzięki temu – korzyści dla klientów.

Łańcuch tworzenia wartości

Pojęciem „łańcuch tworzenia wartości“ są opisywane wszystkie czynności przedsiębiorstwa, niezbędne do całkowitego zrealizowania zamówienia klienta. Czynności te zostały przedstawione ogólnie na rysunku 1 (poniżej). Na początku jest klient, z którym wymienia się informacje za pośrednictwem odpowiednich interfejsów i platform komunikacji. Umożliwia to odzwierciedlenie jego potrzeb w ofercie rozwiązań. Ewentualnie może być potrzebne indywidualne dopasowanie lub też kompletne konstrukcje.

Rysunek 2. Łańcuch tworzenia wartości

Rysunek 2. Łańcuch tworzenia wartości

W zależności od potrzeb klienta, dostawa odbywa się wprost z magazynu albo odpowiednie zamówienie jest realizowane w fabryce. Dostarczenie, instalacja i ewentualny serwis są segmentami znajdującymi się na końcu łańcucha tworzenia wartości.

Sieci tworzenia wartości

Pojęcie „sieci tworzenia wartości” charakteryzuje współdziałanie zależnych od siebie łańcuchów tworzenia wartości (np. włączenie poddostawców). W powyższym przykładzie (rys. 2) symbolizuje to „zakup“, przez który są integrowani poddostawcy posługujący się podobnymi łańcuchami tworzenia wartości. Ważnym warunkiem stają się tutaj inteligentne, adaptacyjne systemy produkcji: Smart Factory.

Smart Factory / Smart Production

Pojęcie „Smart Factory“ (inteligentna fabryka) charakteryzuje środowisko produkcji, w którym wszystkie obiekty uczestniczące w procesie wytwarzania (np. maszyny, przedmioty, łańcuchy logistyczne, inżynieria) komunikują się ze sobą w celu osiągnięcia możliwie dużej elastyczności przy jednoczesnym efektywnym wykorzystaniu zasobów. Decydujące jest przy tym dopasowanie poszczególnych procesów produkcji tak, aby osiągnąć minimum przestojów, a także minimalne zużycie energii. Ważnymi technologiami bazowymi są tutaj systemy cybernetyczno-fizyczne (Cyber-Physical Systems), stanowiące podstawę dla łańcuchów tworzenia wartości oraz „internet przedmiotów”, który musi umożliwiać standardową, wysoko wydajną i ponadto bezpieczną komunikację pomiędzy wszystkimi uczestnikami.

Cyber-Physical Systems

Połączenie obiektów, takich jak maszyny, urządzenia i przedmioty, które mogą się ze sobą celowo komunikować, jest nazywane systemem cybernetyczno-fizycznym (Cyber Physical System, CPS). Systemy elektryczne, elektromechaniczne, hydrauliczne i komponenty systemów otrzymują własną inteligencję (sterowniki, czujniki, elementy wykonawcze) oraz interfejs komunikacyjny. Dane między poszczególnymi komponentami systemu są wymieniane przez protokół internetowy („internet przedmiotów”).

Internet przedmiotów

Pojęcie „internet przedmiotów” opisuje szersze wykorzystanie internetu, dzięki któremu z nowych możliwości technicznych mogą korzystać ludzie, maszyny, a także takie obiekty jak przedmioty lub towary. Wszyscy uczestnicy (np. komputery, maszyny) potrzebują jednoznacznej identyfikacji IT i komunikują się na tej samej podstawie. W ten sposób wymiana informacji standaryzuje się i ujednolica (identyfikacja, adresowanie, formaty danych, transmisja). W związku z tym technologie (sprzętu i oprogramowania) znane z domeny IT są wykorzystywane w nowych dziedzinach – jak procesy produkcji i łańcuchy logistyczne.