Systemy automatyczne będące częścią przemysłu 4.0 stają się coraz bardziej autonomiczne

Przemysł 4.0 – czwarta rewolucja przemysłowa

22 kwiecień 2021

Przemysł 4.0, znany również pod nazwą czwartej rewolucji przemysłowej, przyjmuje cyfryzację i wszechstronną komunikację jako punkt wyjścia dla transformacji struktury organizacyjnej przedsiębiorstw. Według badania przeprowadzonego przez PwC nawet 86% kadry kierowniczej spodziewa się ograniczenia kosztów i zwiększenia korzyści dzięki inwestycjom w przemysł 4.0.

W naszym artykule wymieniamy najważniejsze cechy tzw. przemysłu inteligentnego lub przemysłu opartego na łączności, technologie przyczyniające się do transformacji sektora oraz skutki dla organizacji logistyki i realiów łańcucha dostaw.

Czym jest przemysł 4.0?

Przemysł 4.0 charakteryzuje się całkowitą integracją informacji pomiędzy światem fizycznym a cyfrowym w kontekście procesów produkcyjnych. Podstawą czwartej rewolucji przemysłowej jest ogromna ilość danych gromadzonych dzięki wzajemnym połączeniom technologicznym o coraz wyższym poziomie inteligencji.

Aby zrozumieć genezę przemysłu 4.0, przypomnijmy pokrótce poprzednie rewolucje przemysłowe:

  • Pierwsza rewolucja przemysłowa (nazywana po prostu rewolucją przemysłową) rozpoczęła się w Anglii pod koniec XVIII wieku wraz z wynalezieniem maszyny parowej i mechanizacją przemysłu włókienniczego.
  • Druga rewolucja przemysłowa nastała pod koniec XIX wieku i była związana z wdrożeniem produkcji masowej.
  • Już w połowie XX wieku opracowanie pierwszych komputerów zwiastowało nadejście trzeciej rewolucji przemysłowej, bazującej na wykorzystywaniu rozwiązań informatycznych w przemyśle oraz doskonaleniu technologii informacyjno-komunikacyjnych (ICT).

Przemysł 4.0 zakłada kolejny krok naprzód – rewolucja obejmuje nie tylko metodologię wytwarzania produktów, ale także sposoby ich dystrybucji i składowania, a zarazem sposoby komunikacji klientów z przedsiębiorstwami.

Wyzwania związane z przemysłem 4.0 dla przedsiębiorstw

Proces transformacji w kierunku przemysłu 4.0 stawia przedsiębiorstwa w obliczu szeregu nowych wyzwań, takich jak:

- Zwiększenie globalnej konkurencyjności:

Przedsiębiorstwa muszą być w stanie dostosować swoje procesy produkcyjne do szybkich zmian popytu, a jednocześnie zmaksymalizować ich wydajność. W tym celu konieczne jest sprawne wdrażanie nowych rozwiązań technologicznych. Zgodnie z raportem Digital Factories 2020 opracowanym przez PwC 98% przedsiębiorców, którzy wzięli udział w badaniu, zgadza, że dążenie do zwiększenia wydajności procesu produkcyjnego stanowi główną przyczynę cyfryzacji zakładów.

- Niezbędna transformacja cyfrowa przemysłu:

Inwestycje w prace badawczo-rozwojowe i innowacje w ramach procesów logistycznych stały się fundamentem warunkującym długoterminowy wzrost wielu przedsiębiorstw, a bardzo często również kluczowym czynnikiem przesądzającym o ich przetrwaniu na dynamicznie zmieniającym się rynku konsumenckim. Innowacyjność w kontekście przemysłu 4.0 obejmuje:

  • Tworzenie nowych produktów dla społeczeństwa bazującego na technologiach cyfrowych.
  • Wdrażanie zaawansowanych i inteligentnych systemów produkcyjnych (smart factories).
  • Prawidłowe zarządzanie złożonym łańcuchem dostaw w erze globalizacji.

- Szkolenia i zarządzanie kapitałem ludzkim:

Przemysł 4.0 stwarza zapotrzebowanie na pracowników posiadających nowe umiejętności: tzw. pracowników 4.0, aby zapewnić przedsiębiorstwom niezbędną wiedzę do wdrażania nowoczesnych rozwiązań technologicznych w realizowanych procesach.

- Nowe zagrożenia cyfrowe – cyberbezpieczeństwo w przemyśle 4.0:

Głównym wyzwaniem dla planów cyberbezpieczeństwa w ramach przemysłu 4.0 jest wzrost częstotliwości ataków hakerskich. Kradzież informacji, kradzież tożsamości, blokada systemów informatycznych… Zagrożenia są bardzo zróżnicowane i mogą mieć kluczowe znaczenie w kontekście przemysłu 4.0 opartego na wielopłaszczyznowej sieci łączności.

Cyberbezpieczeństwo ma kluczowe znaczenie dla stabilnego funkcjonowania systemów automatycznych w przemyśle 4.0
Cyberbezpieczeństwo ma kluczowe znaczenie dla stabilnego funkcjonowania systemów automatycznych w przemyśle 4.0

Technologia 4.0 w służbie przemysłu opartego na łączności

Czwarta rewolucja przemysłowa powinna być rozpatrywana przez pryzmat technologii, których upowszechnienie ją zapoczątkowało:

  • Internet rzeczy, tzw. IoT (Internet of Things): zapewnia stałą komunikację między wszystkimi maszynami przemysłowymi oraz wymianę informacji zgromadzonych w czasie rzeczywistym dzięki licznym czujnikom, w które zostały wyposażone. Umożliwia to gruntowną analizę całego systemu oraz podjęcie natychmiastowego działania w przypadku wystąpienia wszelkich nieprawidłowości.
  • Big data, sztuczna inteligencja (AI) i uczenie maszynowe (machine learning): te trzy dziedziny są ściśle powiązane z gromadzeniem ogromnych ilości danych z różnych źródeł oraz zarządzaniem nimi (big data). Dzięki procesom tzw. machine learning AI uczy komputery i pozwala im na samodzielne doskonalenie procesów w oparciu o historię danych oraz powtarzalność wykonywanych operacji.
  • Rozszerzona rzeczywistość: uwzględnia nakładanie wirtualnej warstwy informacji na środowisko rzeczywiste. Za pomocą urządzeń elektronicznych, takich jak okulary czy ekrany, użytkownicy zyskują dostęp do rzeczywistości mieszanej, łączącej elementy rzeczywiste z cyfrowymi.
  • Cyfrowe bliźniaki (digital twins): technologia ta wykorzystuje dane pozyskane ze świata fizycznego w celu odtwarzania scenariuszy w świecie wirtualnym. Dzięki temu procesowi można przeanalizować dany problem lub sprawdzić funkcjonowanie danego systemu w realiach cyfrowych, a następnie zastosować rozwiązanie w świecie rzeczywistym.
  • Łańcuch bloków, tzw. blockchain: to nowy sposób organizacji przesyłania danych podzielonych na zaszyfrowane i wzajemnie połączone bloki, oznaczone unikatowymi, niepowtarzalnymi numerami. Wykorzystując złożone algorytmy matematyczne, system zapewnia nienaruszalność danych, ponieważ pozwala na wykrywanie i odrzucanie wszelkich nieuprawnionych zmian.
Oprogramowanie w chmurze dostosowuje się do wymogów przemysłu 4.0
Oprogramowanie w chmurze dostosowuje się do wymogów przemysłu 4.0

Supply Chain 4.0: bardziej inteligentna logistyka

Analogicznie do przemysłu, również sektor logistyki staje przed koniecznością zmierzenia się z wymagającym i zmiennym rynkiem. W tym kontekście podmioty uczestniczące w łańcuchu dostaw muszą wykorzystywać najnowsze technologie w ramach wszystkich procesów, umożliwiając wypracowanie sprawniejszej i bardziej wydajnej sieci logistycznej:

1. Model chmury obliczeniowej (tzw. „cloud computing”) w zarządzaniu magazynem

Z uwagi na konieczność zapewnienia coraz bardziej zglobalizowanej łączności między systemami i ogniwami łańcucha dostaw oprogramowanie w chmurze SaaS (oprogramowanie jako usługa, ang. Software as a Service) staje się niemal nieodzownym elementem podczas wdrażania modelu przemysłu 4.0. Według szacunków firmy konsultingowej Gartner przewiduje się, że rynek aplikacji w chmurze w dalszym ciągu będzie się rozwijać, osiągając dwucyfrową wartość wzrostu w kolejnych latach. Na rok 2020 prognozowano wzrost obrotów tego sektora o 17%, co odpowiadało wartości 266,4 mln dolarów amerykańskich w skali światowej.

W odróżnieniu od tradycyjnej infrastruktury informatycznej (on-premise) obejmującej własne serwery zainstalowane w obiektach firmy, przetwarzanie danych w chmurze umożliwia dostęp do informacji z dowolnego miejsca oraz integrację z innymi aplikacjami, a także automatyczne dokonywanie aktualizacji służących poprawie cyberbezpieczeństwa.

System zarządzania magazynem (jak np. Easy WMS) to dobry przykład oprogramowania logistycznego możliwego do wykorzystania zarówno w chmurze, jak i w trybie on-premise.

2. Technologia umożliwiająca śledzenie i automatyczną identyfikację towarów

Dokładna kontrola informacji oraz identyfikowalność przepływów logistycznych ma kluczowe znaczenie, ponieważ umożliwia w dowolnym momencie ustalenie lokalizacji i stanu danego produktu.

W tym kontekście jednym z najpopularniejszych rozwiązań wykorzystywanych w logistyce w ramach urządzeń IoT jest automatyczna identyfikacja za pomocą etykiet RFID. System ten umożliwia zwiększenie dokładności oraz tempa przeprowadzania inwentaryzacji zapasów w magazynie. Na etapie transportu i dystrybucji technologia ta pomaga ograniczyć takie zjawiska, jak np. efekt byczego bicza (ang. bullwhip effect).

3. Robotyzacja magazynów

Jednym z celów wewnętrznych procesów logistycznych (tzw. intralogistyki) jest optymalizacja przepływu materiałów i personelu w obiektach magazynowych. Według danych Międzynarodowej Federacji Robotyki (International Federation of Robotics, IFR) opracowanie systemów pozwalających na przyspieszenie przepływów przyczyniło się do zwiększenia automatyzacji magazynów jako głównej siły napędowej wzrostu światowego rynku robotów usługowych.

Magazyny zrobotyzowane i automatyczne posiadają systemy usprawniające proces załadunku i rozładunku towaru, a także transport ładunków i umieszczanie ich na regałach. Są to między innymi układnice paletowe, magazyny pojemnikowe miniload oraz systemy przenośników łączące poszczególne obszary magazynu.

Przykłady skutecznego wdrożenia czwartej rewolucji przemysłowej w sektorze logistyki

Funkcjonowanie magazynu istotnie wpływa na pozostałe obszary firmy, zatem skutki jego automatyzacji mają bardzo duże znaczenie dla zarządzania prowadzoną działalnością. Oto kilka przykładów modelu przemysłu 4.0 zastosowanego w dziedzinie logistyki:

  • Magazyn dystrybutora Cogeferm: układ obiektu podzielony na strefy, w których towar jest składowany zgodnie z analizą ABC, układnica miniload i przenośniki pojemnikowe do przygotowywania drobnych zamówień oraz inteligentne zarządzanie za pomocą oprogramowania do zarządzania magazynem Easy WMS firmy Mecalux to elementy wchodzące w skład magazynu 4.0 stworzonego dla tego francuskiego dystrybutora wyrobów metalowych.
  • Magazyn firmy Dafsa: jest to magazyn samonośny wyposażony w rozległą sieć przenośników, które wraz z wózkami samojezdnymi AGV przewożą palety pochodzące z zakładu produkcyjnego i umieszczają je w miejscu wyznaczonym przez oprogramowanie do zarządzania magazynem (za pomocą wózków wahadłowych i układnic) lub kierują bezpośrednio do wysyłki. Instalacja jest całkowicie zintegrowana z pozostałymi systemami wykorzystywanymi w zakładzie, a jej projekt przewiduje możliwość rozbudowy w przyszłości.

Prognozy na przyszłość dotyczące modelu logistycznego i przemysłu 4.0

Elastyczność produkcji, większa integracja poszczególnych obszarów prowadzonej działalności oraz transformacja cyfrowa zakładów stanowią podstawowe filary przemysłu 4.0. Jednak przemysł oparty na łączności nie może sprawnie funkcjonować bez solidnych narzędzi informatycznych sprawujących kontrolę nad przepływami materiałów i informacji w zakresie każdego produktu.

Dzięki zastosowaniu rozmaitych czujników, wdrożeniu wielopłaszczyznowej sieci łączności i zwiększeniu możliwości przetwarzania danych dynamiczny postęp technologiczny dostarcza coraz więcej rozwiązań ukierunkowanych na stworzenie modelu logistycznego wymaganego przez przemysł oparty na łączności. Są to rozwiązania, które stanowią odpowiedź na wiele wyzwań, takich jak złożony charakter przestrzeni magazynowej, standard dostawy w ciągu 24 godzin czy tzw. model omnichannel.