Filozofia kształtowania procesów produkcyjnych


19-07-2020 14:51:59

Przemysł 4.0 wymusza zmiany technologiczne, informatyczne i organizacyjne wywołane intensywną automatyzacją procesów oraz dogłębną cyfrową transformacją przemysłu. Oznacza unifikację świata rzeczywistego maszyn ze światem wirtualnym internetu i technologii informacyjnych, obejmując wszystkie etapy związane z produktem: od złożenia zamówienia do usług poprodukcyjnych. Integracja systemów produkcyjnych wskutek usieciowienia oddziałuje niemalże natychmiast na realizację procesu i to właśnie jest głównym elementem wygenerowania czwartej rewolucji przemysłowej.

Kolejne szczeble rewolucji

Przemysł 1.0, czyli pierwsza rewolucja przemysłowa, tj. mechanizacja, dokonała się pod koniec XVIII w. Para wodna jako źródło energii była podstawą pierwszej rewolucji technicznej. Jako charakterystyczne wynalazki wymienia się powstałe w 1784 r. mechaniczne krosno tkackie oraz wynalezienie i wdrożenie silnika parowego. To właśnie było początkiem industrializacji.

Przemysł 2.0, czyli drugą rewolucję przemysłową, umieszcza się na przełomie XIX i XX w. jako konsekwencje wynalezienia żarówki, elektryfikacji, skonstruowania silnika Diesela, opracowania metody rafinacji ropy naftowej, powstania linii produkcyjnych (1870 r.) i rozpoczęcia produkcji masowej z zastosowaniem energii elektrycznej.

Przemysł 3.0, czyli trzecia rewolucja przemysłowa, tj. cyfryzacja, rozpoczęła się w latach 70. XX w., gdy zaczął się rozwój elektroniki i coraz bardziej wydajnych komputerów, technologii informatycznych oraz sterowania procesami za pomocą oprogramowania. W okresie tym rozpoczęto opracowywanie systemów planowania i kontroli w celu koordynacji działań w obrębie procesu produkcyjnego. Okres ten był przede wszystkim czasem automatyzacji produkcji przemysłowej. W ramach trzeciej rewolucji ludzi zaczęły zastępować roboty i automaty, a dzięki komputerom procesy wytwórcze coraz bardziej przyspieszyły.

Na początku XXI w., przed niespełna dekadą, rozpoczęła się czwarta rewolucja przemysłowa, tj. Przemysł 4.0.

Oryginalnie brzmiącego terminu Industrie 4.0 użył po raz pierwszy w 2011 r. na targach w Hanowerze niemiecki profesor fizyki Henning Kagermann, a zaledwie rok później grupa robocza ze znanej firmy Robert Bosch GmbH przedstawiła rządowi Niemiec układ zaleceń opracowanych dla koncepcji wdrożeniowych tego systemu.

Czwarta rewolucja przemysłowa

Czwartą rewolucję przemysłową należy rozumieć jako intensywną kumulację innowacji wiedzy, a obecny okres nazywa się wiekiem zaniku bariery ludzie – maszyny. Środkiem do osiągnięcia tego celu jest cyfryzacja i informatyzacja produkcji. Powstają i będą powstawać systemy cyberfizyczne, które zostaną przekształcone w inteligentne ciągi produkcyjne, gdzie maszyny będą się komunikować i podejmować decyzje. Udział ludzi, którzy oczywiście muszą jednoznacznie sformułować stawiane produktowi wymagania, zostanie ograniczony do niezbędnego minimum.

Stanie się możliwe oddziaływanie między maszynami, maszynami i ludźmi oraz między całymi etapami produkcji, nawet takimi, które nie są powiązane ze sobą, czyli są niezależne. Produkcja stanie się bardziej elastyczna – na jednej linii produkcyjnej będzie można wytwarzać różne warianty określonego produktu bez konieczności przestrajania maszyn. Takie wydarzenia produkcyjne już istnieją!

Czwarta rewolucja przemysłowa wymusza zmiany społeczne, technologiczne, informatyczne i organizacyjne wywołane niezwykle intensywnie postępującą automatyzacją przemysłowych procesów wytwórczych oraz dogłębną cyfrową transformacją przemysłu. Czwarta rewolucja przemysłowa jest pojęciem z obszaru „rewolucji” dokonującej się w wyniku współczesnego wykorzystania automatyzacji, przetwarzania danych oraz technik procesowych stosowanych w liniach przetwórczych.

Pojęcie Przemysł 4.0 oznacza unifikację świata rzeczywistego maszyn produkcyjnych ze światem wirtualnym internetu i technologii informacyjnych. Maszyny, ludzie i systemy automatycznie wymieniają informacje w toku produkcji w obrębie fabryki oraz wybranych systemów IT. Usieciowienie i wymiana danych skutkują bardziej ekonomiczną produkcją. Przemysł 4.0 obejmuje stosowanie technik oraz zasad funkcjonowania organizacji łańcucha elementów włączających systemy cyberfizyczne, internet rzeczy oraz przetwarzanie chmurowe. Funkcjonowanie Przemysłu 4.0 dotyczy wszystkich etapów związanych z produkcją: złożenie zamówienia, dostarczenie surowców, wytworzenie towaru, wysłanie towaru do klienta oraz wykonanie usług poprodukcyjnych.

Koszt produktu

Jedną z przyczyn zaistnienia czwartej rewolucji przemysłowej stał się niski koszt wyrobów powstałych w produkcji masowej. Obecnie artykuł o niskiej cenie, będący wynikiem masowej produkcji, coraz częściej nie zadowala kupującego. Silna konkurencja i rosnące oczekiwania klientów wymuszają produkcję krótkich serii wyrobów według konkretnych upodobań. Jednakże istotnym warunkiem zbytu wyrobu jest cena, która nie powinna być wyższa od ceny towarów produkowanych masowo. Dlatego też żądania dotyczące ceny produktu stały się głównym elementem zaistnienia czwartej rewolucji przemysłowej.

W wyniku integracji systemów produkcyjnych łatwo jest zarządzać produkcją szeregu wariantów wytwarzanych produktów, a czas potrzebny na dostosowanie linii produkcyjnej do wymogów wytworzenia aktualnego produktu jest niezwykle krótki.

Dostosowując się do polecenia, urządzenia produkcyjne same modyfikują ciąg czynności wytwórczych. Wskutek usieciowienia oraz szybkiej wymianie informacji dotyczących danych procesowych, możliwe jest szybkie reagowanie na indywidualne zapotrzebowania klientów. Dzięki temu możliwe jest natychmiastowe przestawienie z produkcji masowej na niskoseryjną lub nawet na produkcję pojedynczych egzemplarzy po tak niskich kosztach, jakie są w produkcji seryjnej.

Przemysł 4.0 ma działać na rzecz poprawy wydajności produkcji, redukcji kosztów oraz skrócenia czasu wytwarzania. Ma umożliwić wytwarzanie produktów o przedłużonej trwałości i przydatności. Ma również stworzyć warunki ekonomiczne do powstawania pojedynczych sztuk produktu (obecnie przemysł jest rentowny tylko w przypadku produktów powstałych w produkcji masowej). Ponadto bardzo ważnym celem czwartej rewolucji przemysłowej jest umiejętność dostosowania ofert do szybko zmieniających się potrzeb rynku.

Rola państwa

Przemysł czwartej generacji jest skutkiem polityki gospodarczej i przemysłowej. Kumulacja innowacji w obszarze Przemysłu 4.0 dotyczy wielu dziedzin życia i gospodarki, w tym komercjalizacji badań naukowych, projektowania nowych technologii przemysłowych realizowanych w mniej uciążliwych dla pracowników warunkach niż dotychczasowe, projektowania technologii koniecznych do zapewnienia bezpieczeństwa i obronności państwa, a także procesów kształtujących rzeczywistość w sektorze cywilnym.

Ze względu na znaczenie dyskutowanego problemu, w rozwój i realizację czwartej rewolucji przemysłowej angażują się przemysł, nauka, środowiska biznesowe i politycy.

Czwarta rewolucja przemysłowa nie jest jednak wyłącznie procesem biznesowo- przemysłowym. Wymaga także zagwarantowania przez państwo i jego administrację odpowiednich ram prowadzenia działalności biznesowej. Niemiecka grupa robocza ds. Przemysłu 4.0 wymienia konieczność działań i dokonywania ciągłych zmian w wielu obszarach. Dotyczą one m.in.:

- oceny stanu posiadanych zasobów w celu dokonania wyceny potencjalnych kosztów przeobrażeń oraz potencjalnych korzyści powstałych w wyniku dokonanych przmienian związanych z Przemyslem 4.0,

- stworzenie odpowiedniej infrastruktury wysokiej jakości sieci i niezawodnych łączy nie tylko w obrębie kraju będącego twórcą, ale i między krajami współpracującymi;

- zagwarantowanie bezpieczeństwa we wszystkich obszarach: warunków pracy, jakości produktów, przekazywania danych oraz poufności informacji;

- dokonanie zmian w organizacji pracy w związku ze zmianą charakteru zadań pracowników,

- postawienie wymogu ustawicznego kształcenia pracownika równolegle z uzyskiwanym doświadczeniem na stanowisku pracy,

- dokonanie niezbędnych zmian prawa w związku z wprowadzaniem rozwiązań dla Przemysłu 4.0.

Przemysł 4.0 wymaga obsługi i zarządzania bardzo dużą liczby danych, w tym także danych spoza firmy. Przemysł 4.0 bazuje na metodzie Big Data – metodzie legalnego gromadzenia i analizowania informacji pochodzących z różnych źródeł, wyciągania wniosków i korzystania z nich dla realizacji własnych celów. W inteligentnej fabryce systemy cyberfizyczne sterują procesami przetwarzania lub wytwarzania, tworzą cyfrowe (wirtualne) kopie świata realnego, a poprzez internet rzeczy w rzeczywistym przedziale czasu komunikują się i współpracują ze sobą oraz pracownikami. Dzięki przetwarzaniu chmurowemu dokonują się decyzje dotyczące realizacji procesów i ich etapów.

Dla przemysłu czwartej generacji głównym problemem nie jest wyłącznie automatyzacja wysokiego stopnia, ale szersze podejście wsparte konkretną technologią. Analizy takie mogą rozpocząć się jednak dopiero po sformułowaniu konkretnego zamówienia na konkretną produkcję masową, obejmującą wirtualne testowanie i optymalizację linii produkcyjnej oczekiwanego produktu.

Szansa dla polski

Cyfryzacja procesów przemysłowych oraz biznesowych jest nieuchronna również w Polsce. Fakt ten muszą uświadomić sobie właściciele nie tylko dużych firm, ale także zarządzający małymi i średnimi przedsiębiorstwami. Czwarta rewolucja przemysłowa stanowi bowiem zagrożenie dla firm, które nawet w niewielkim stopniu opóźnią dostosowanie do zmieniających się realiów rynku. Cyfryzacja jest narzędziem stworzenia przewagi konkurencyjności firmy, a duże firmy są poważnym narzędziem dla tworzenia przewagi konkurencyjnej Polski. Implementacja nowego systemu, spełniającego plany i zamierzenia w ramach czwartej rewolucji przemysłowej, może spowodować wzrost wydajności produkcji o kilkadziesiąt procent. Jednakże obecnie jest to w Polsce poza zasięgiem większości przedsiębiorstw.

Rozważne podejście do problemu nakazuje traktować czwartą rewolucję przemysłową jako szansę wykorzystania własnego, wytworzonego potencjału stworzenia przewagi konkurencyjnej firmy. Oczywiście niezbędna jest wiedza na temat roli państwa w tym obszarze oraz wiedza dotycząca możliwości i ewentualnego powstania przeszkód na obranej drodze. Właściciel ponadto musi mieć stale na uwadze fakt, że wobec zmieniającego się poziomu wiedzy oraz sytuacji gospodarczej, konieczne jest ustawiczne kształcenie całej załogi zakładu.

Trzeba mieć także świadomość, że w cyberprzestrzeni występują, i to coraz częściej, przypadki kradzieży danych lub utraty danych. Szacuje się, że jeden przypadek skutkuje wielomilionowymi stratami. Nie ma wątpliwości, że cyberbezpieczeństwo jest sprawą zasadniczą zarówno ze względu na pracę firmy, jak i ze względu na powiązania z partnerami w łańcuchu dostaw. W odniesieniu do wdrażania Przemysłu 4.0 trzeba zdawać sobie sprawę, że w Polsce w firmach z kapitałem zagranicznym proces musi być realizowany zgodnie z decyzjami macierzystej firmy. Jeśli firma ma właściciela polskiego, proces w ramach Przemysłu 4.0 musi spełniać warunek oryginalności.

Podsumowanie

Zmiany, które zachodziły kolejno w różnych obszarach życia i gospodarki w poprzednich wiekach, były powolne. Obecnie, w dobie czwartej rewolucji przemysłowej, stają się szybkie, a ich skala jest niemożliwa do przewidzenia. W dawnych czasach uważano, że co pięć lat na nowe zmienia się ok. 30 % umiejętności potrzebnych w wykonywanej pracy. Aktualnie zmiany takie zachodzą znacznie szybciej i firmy są zmuszone do dokonywania zmian w sposobach pracy oraz ustawicznego uczenia pracowników.

Każdej rewolucji przemysłowej towarzyszyły zawsze takie same potrzeby i oczekiwania, aby móc działać szybciej, wydajniej oraz przy mniejszych nakładach sił i środków. Podstawowym wymogiem dokonania czwartej rewolucji przemysłowej w fabryce jest automatyczna akwizycja danych procesu produkcyjnego.

W Europie większość przedsiębiorstw znajduje się w obszarze rewolucji 3.0, co oznacza, że przedsiębiorstwa są w pełni zautomatyzowane. Badania dotyczące możliwości dokonania czwartej rewolucji przemysłowej zostały także przeprowadzone w polskich fabrykach. Stwierdzono, że 76 % fabryk jest częściowo zautomatyzowanych, a 15 % w pełni zautomatyzowanych. Należy jednak podkreślić, że 6 % polskich firm biorących udział w badaniach, opowiedziało się zdecydowanie za wejściem w obszar działalności Przemysłu 4.0. Wykształciła się m.in. opinia, że istnieje możliwość skutecznej rywalizacji z naszymi sąsiadami.

Przemysł 4.0 oznacza dokonywanie zmian w procesach produkcyjnych w celu uzyskania wzrostu wydajności oraz elastycznych zmian asortymentu. Nowe technologie mogą zwiększyć wydajność fabryk o kilkadziesiąt procent. Tu warto zaznaczyć, że powszechny jest punkt widzenia, iż głównym celem strategicznym Przemysłu 4.0. jest „monetyzacja” innowacji.

Jednakże należy podkreślić, że Przemysł 4.0 nie tylko koncentruje się na efektach procesów wytwórczych, ale także skupia się na nowych sposobach pracy i roli pracowników.

Ponadto filozofia Przemysłu 4.0 zapewnia rozwój procesów w pełni oparty na wiedzy. Zmierza się ku temu, aby komputery bardziej trafnie niż człowiek umiały analizować fakty i przewidywać skutek oddziaływań, tj. przyszłość produkcji. Rozwój wiedzy i analiza celów producentów prowadzą do wniosku, że w przyszłości powstanie wiele zawodów, które obecnie nie istnieją. Żyjemy w świecie ulegającym ciągłym zmianom. Nie ma wątpliwości, że obecna wiedza i umiejętności w przyszłości stracą na znaczeniu, bo będzie potrzebna inna wiedza.

W rozwoju procesów przemysłowych niezbędny jest udział inżynierów różnych specjalności. Niezbędny jest ich wzajemny bezpośredni kontakt zawodowy, by można było prowadzić dyskusje dotyczące realizacji projektów i modyfikacji procesów produkcyjnych.

Naczelna Organizacja Techniczna łączy zawodowo inżynierów wszystkich specjalności. Członkowie Naczelnej Organizacji Technicznej kształcą studentów jako nauczyciele akademiccy. Dzięki aktywnym członkom NOT tworzone są fora dyskusyjne i konferencje w określonych grupach tematycznych. NOT działa aktywnie na rzecz współpracy z młodzieżą, jej przedstawiciele m.in. prowadzą na zaproszenie wykłady związane z kształceniem w technikach oraz wykłady dotyczące ważnych wydarzeń i osiągnięć technicznych, w tym pogłębiających wiedzę słuchaczy o czwartej rewolucji przemysłowej.

Na zakończenie warto zaznaczyć, że problematyka czwartej rewolucji przemysłowej jest obecnie bardzo często, jeśli nie najczęściej dyskutowanym tematem wśród inżynierów, nauczycieli akademickich, w centrach badawczych i przedsiębiorstwach produkcyjnych.

prof. dr hab. inż. Bożenna Kawalec-Pietrenko

Autorka jest prezesem Pomorskiej Rady FSNT NOT

Zdjęcia: Gerd Altmann/Pixabay

Komentuje Waldemar Rukść

18-19
Aktualny numer WSZYSTKIE
eNOT.pl - Portal Naczelnej Organizacji Technicznej | eNOT.pl