Τέταρτη βιομηχανική επανάσταση

Τέταρτη βιομηχανική επανάσταση (4ΒΕ ή και Βιομηχανία 4.0) ονομάστηκε η  τρέχουσα τάση της αυτοματοποίησης και της ανταλλαγής δεδομένων στις τεχνολογίες παραγωγής. Περιλαμβάνει τα κυβερνο-φυσικά συστήματα, το Διαδίκτυο των πραγμάτων, το cloud computing  και την γνωστική υπολογιστική.

Η 4η βιομηχανική επανάσταση ενισχύει αυτό που ονομάστηκε "έξυπνο εργοστάσιο". Μέσα σε δομοστοιχειωτά δομημένα έξυπνα εργοστάσια, τα κυβερνο-φυσικά συστήματα παρακολουθούν και εποπτεύουν τις φυσικές διαδικασίες, δημιουργούν ένα εικονικό αντίγραφο του φυσικού κόσμου και παίρνουν αποκεντρωμένες αποφάσεις. Μέσω του Διαδικτύου των πραγμάτων, τα κυβερνο-φυσικά συστήματα επικοινωνούν και συνεργάζονται μεταξύ τους αλλά και με ανθρώπους σε πραγματικό χρόνο τόσο εσωτερικά όσο και σε οργανωτικές υπηρεσίες που προσφέρονται και χρησιμοποιούνται από συμμετέχοντες της αλυσίδας αξίας.

Ονομασία σε άλλες γλώσσες
Ο όρος "Βιομηχανία 4.0", συντομευμένος σε I4.0 ή απλώς I4, προέρχεται από ένα έργο της στρατηγικής υψηλής τεχνολογίας της γερμανικής κυβέρνησης, το οποίο προωθεί τη μηχανοργάνωση της μεταποίησης.

Ο όρος "βιομηχανία 4.0" αναβίωσε το 2011 στην Έκθεση του Ανόβερο. Τον Οκτώβριο του 2012, η Ομάδα Εργασίας για τη Βιομηχανία 4.0 παρουσίασε στη γερμανική ομοσπονδιακή κυβέρνηση μια δέσμη προτάσεων εφαρμογής του Industry 4.0. Τα μέλη και οι συνεργάτες της ομάδας 4.0 της βιομηχανίας 4.0 αναγνωρίζονται ως ιδρυτές και κατευθυντήρια δύναμη της βιομηχανίας 4.0.

Στις 8 Απριλίου 2013 στην Έκθεση του Ανόβερου, παρουσιάστηκε η τελική έκθεση της ομάδας εργασίας της βιομηχανίας 4.0. Αυτή η ομάδα εργασίας ήταν επικεφαλής των Siegfried Dais (Robert Bosch GmbH) και Henning Kagermann (Γερμανική Ακαδημία Επιστήμης και Τεχνολογίας).

Οι αρχές του Industry 4.0 έχουν εφαρμοστεί από εταιρείες που έχουν επανεξεταστεί μερικές φορές, για παράδειγμα η κατασκευάστρια εταιρία εξαρτημάτων αεροσκαφών Meggitt PLC έχει πραγματοποιήσει το δικό της ερευνητικό έργο M4 πάνω στο Industry 4.0.

Αρχές σχεδιασμού
Υπάρχουν τέσσερις αρχές σχεδιασμού στη βιομηχανία 4.0. Αυτές οι αρχές υποστηρίζουν τις εταιρείες για τον προσδιορισμό και την εφαρμογή σεναρίων του Industry 4.0.
 Διασύνδεση: Η ικανότητα των μηχανών, των συσκευών, των αισθητήρων και των ανθρώπων να συνδέονται και να επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω του Ίντερνετ των πραγμάτων (IoT) ή του Ίντερνετ των Ανθρώπων (IoP)
 Διαφάνεια πληροφοριών: Η διαφάνεια που παρέχεται από την τεχνολογία Industry 4.0 παρέχει στους χειριστές τεράστιες ποσότητες χρήσιμων πληροφοριών που απαιτούνται για τη λήψη των κατάλληλων αποφάσεων. Η διασύνδεση επιτρέπει στους φορείς εκμετάλλευσης να συλλέγουν τεράστιες ποσότητες δεδομένων και πληροφοριών από όλα τα σημεία της παραγωγικής διαδικασίας, βοηθώντας έτσι τη λειτουργικότητα και εντοπίζοντας βασικούς τομείς που μπορούν να επωφεληθούν από την καινοτομία και τη βελτίωση.
 Τεχνική βοήθεια: Πρώτον, η ικανότητα των συστημάτων υποστήριξης να υποστηρίζουν το εργατικό προσωπικό, συγκεντρώνοντας και οπτικοποιώντας τις πληροφορίες εκτενώς για λήψη τεκμηριωμένων αποφάσεων και επίλυση επειγόντων προβλημάτων σε σύντομο χρονικό διάστημα. Δεύτερον, η ικανότητα των κυβερνο-φυσικών συστημάτων να υποστηρίζουν φυσικά τον άνθρωπο διεξάγοντας μια σειρά καθηκόντων που είναι δυσάρεστες, υπερβολικά εξαντλητικές ή μη ασφαλείς για τους ανθρώπινους «συνεργάτες» τους.
 Αποκεντρωμένες αποφάσεις: Η ικανότητα των κυβερνο-φυσικών συστημάτων να λαμβάνουν αποφάσεις από μόνα τους και να εκτελούν τα καθήκοντά τους όσο το δυνατόν πιο αυτόνομα. Μόνο στην περίπτωση εξαιρέσεων, παρεμβολών ή αντικρουόμενων στόχων, τα καθήκοντα μεταβιβάζονται σε υψηλότερο επίπεδο.

Έννοια
Τα χαρακτηριστικά που δίδονται στη στρατηγική της Γερμανίας για την βιομηχανία 4.0 είναι: η ισχυρή προσαρμογή των προϊόντων υπό συνθήκες εξαιρετικά ευέλικτης (μαζικής) παραγωγής. Η απαιτούμενη τεχνολογία αυτοματοποίησης βελτιώνεται με την εισαγωγή μεθόδων αυτο-βελτιστοποίησης, αυτοδιάσπασης, αυτοδιάγνωσης, νοημοσύνης και ευφυούς υποστήριξης των εργαζομένων στο ολοένα και πιο πολύπλοκο έργο τους. Το μεγαλύτερο έργο της βιομηχανίας 4.0 από τον Ιούλιο του 2013 είναι το κορυφαίο σύμπλεγμα BMBF "Intelligent Technical Systems Ostwestfalen-Lippe". Ένα άλλο σημαντικό έργο είναι το έργο BMBF RES-COM, καθώς και το Σύμπλεγμα Υπεροχής (Cluster of Excellence) "Τεχνολογία Ολοκληρωμένης Παραγωγής για Χώρες Υψηλών Μισθών". Το 2015, η Ευρωπαϊκή Επιτροπή ξεκίνησε το διεθνές ερευνητικό πρόγραμμα CREMA (Παρέχοντας ελαστική βιομηχανία βασισμένη στα μοντέλα XaaS και Cloud), ως σημαντική εκκίνηση για την προώθηση του θέματος της Βιομηχανίας 4.0.

Αποτελέσματα
Τον Ιούνιο του 2013, η συμβουλευτική εταιρεία McKinsey  έδωσε μια συνέντευξη με ειδικούς σε στελέχη του Robert Bosch - Siegfried Dais (Συνεργάτης Robert Bosch Industrietreuhand KG) και τον Heinz Derenbach (CEO της Bosch Software Innovations GmbH) - καθώς και εμπειρογνώμονες του McKinsey. Αυτή η συνέντευξη εξέτασε την επικράτηση του Διαδικτύου των Πραγμάτων στον τομέα της μεταποίησης και τις επακόλουθες αλλαγές που βασίζονται στην τεχνολογία, οι οποίες υπόσχονται να προκαλέσουν μια νέα βιομηχανική επανάσταση. Στη Bosch, και γενικά στη Γερμανία, το φαινόμενο αυτό αναφέρεται ως Βιομηχανία 4.0. Η βασική αρχή της Βιομηχανίας 4.0 είναι ότι με τη σύνδεση μηχανών, εργατών και συστημάτων, οι επιχειρήσεις δημιουργούν έξυπνα δίκτυα σε όλη την αλυσίδα αξίας που μπορούν να ελέγχουν ο ένας τον άλλον αυτόνομα.

Μερικά παραδείγματα για τη βιομηχανία 4.0 είναι μηχανές που μπορούν να προβλέψουν τις αποτυχίες και να ενεργοποιήσουν διαδικασίες συντήρησης με αυτόνομη ή αυτο-οργανωμένη εφοδιαστική, οι οποίες αντιδρούν στις απρόσμενες αλλαγές στην παραγωγή.

Σύμφωνα με τον Dais, «είναι πολύ πιθανό ο κόσμος της παραγωγής να γίνει όλο και περισσότερο συνδεδεμένος με το δίκτυο έως ότου όλα να συνδέονται με όλα τα υπόλοιπα». Ενώ αυτό ακούγεται σαν μια δίκαιη υπόθεση για την κινητήρια δύναμη πίσω από το Διαδίκτυο των πραγμάτων, σημαίνει επίσης ότι η πολυπλοκότητα των δικτύων παραγωγής και προμηθευτών θα αυξηθεί πολύ. Τα δίκτυα και οι διαδικασίες έχουν μέχρι στιγμής περιοριστεί σε ένα εργοστάσιο, αλλά σε ένα σενάριο του Industry 4.0, αυτά τα όρια των επιμέρους εργοστασίων πιθανότατα δεν θα υπάρχουν πλέον. Αντ 'αυτού, θα αρθούν για να διασυνδέσουν πολλά εργοστάσια ή ακόμα και γεωγραφικές περιοχές.

Υπάρχουν διαφορές μεταξύ ενός τυπικού παραδοσιακού εργοστασίου και ενός εργοστασίου της βιομηχανίας 4.0. Στο σημερινό βιομηχανικό περιβάλλον, η παροχή υπηρεσιών υψηλής ποιότητας ή προϊόντος με το μικρότερο κόστος είναι το κλειδί για την επιτυχία και τα βιομηχανικά εργοστάσια προσπαθούν να επιτύχουν όσο το δυνατόν μεγαλύτερη απόδοση για να αυξήσουν τα κέρδη τους καθώς και τη φήμη τους. Με αυτόν τον τρόπο διατίθενται διάφορες πηγές δεδομένων για την παροχή αξιόλογων πληροφοριών σχετικά με διάφορες πτυχές του εργοστασίου. Σε αυτό το στάδιο, η αξιοποίηση δεδομένων για την κατανόηση των τρεχουσών συνθηκών λειτουργίας και η ανίχνευση σφαλμάτων και αποτυχιών είναι ένα σημαντικό θέμα για την έρευνα. π.χ. στην παραγωγή, υπάρχουν διάφορα εμπορικά εργαλεία που είναι διαθέσιμα για να παρέχουν πληροφορίες σχετικά με την αποτελεσματικότητα του εξοπλισμού (ΟΕΕ) στη διεύθυνση του εργοστασίου, προκειμένου να επισημανθούν οι βαθύτερες αιτίες των προβλημάτων και πιθανών σφαλμάτων στο σύστημα. Αντίθετα, σε ένα εργοστάσιο Industry 4.0, εκτός από την παρακολούθηση της κατάστασης και τη διάγνωση σφαλμάτων, τα εξαρτήματα και τα συστήματα είναι σε θέση να αποκτήσουν αυτογνωσία και αυτοπροβλεψιμότητα, γεγονός που θα δώσει στη διοίκηση περισσότερες πληροφορίες για την κατάσταση του εργοστασίου. Επιπλέον, η μεταφορά δεδομένων μεταξύ συστημάτων και η ανταλλαγή πληροφοριών για την «υγεία» αυτων των συστημάτων από διάφορα μηχανήματα παρέχει μια ακριβή πρόβλεψη για την «υγεία» σε επίπεδα συνιστωσών και συστημάτων και αναγκάζει τη διοίκηση της επιχείρησης να ενεργοποιήσει την απαιτούμενη συντήρηση στην καλύτερη δυνατή στιγμή ώστε να μειωθεί στο ελάχιστο δυνατό ο απαιτούμενος χρόνος παύσης λειτουργίας των μηχανημάτων για να συντηρηθούν.

Κατά τη διάρκεια της Ανοικτής Καινοτομίας EDP  που πραγματοποιήθηκε τον Οκτώβριο του 2018 στη Λισαβόνα, στην Πορτογαλία, η εννοιοποίηση της Βιομηχανίας 4.0 επεκτάθηκε από την Sensfix B.V., μιας ολλανδικής εταιρείας, με την εισαγωγή ορολογίας M2S. Είναι ουσιαστικά ένας κορυφαίος κλάδος εξυπηρέτησης που εξυπηρετεί εκατομμύρια μηχανές που διαχειρίζονται οι ίδιες οι μηχανές, ευτυχώς χρησιμοποιώντας Τεχνητή νοημοσύνη που αναπτύσσεται από τον άνθρωπο!

Προκλήσεις
Οι προκλήσεις στην εφαρμογή της βιομηχανίας 4.0:
 Θέματα ασφάλειας πληροφορικής, τα οποία επιδεινώνονται σε μεγάλο βαθμό από την εγγενή ανάγκη να ανοίξουν τα εργοστάσια παραγωγής που είχαν κλείσει προηγουμένως
 Αξιοπιστία και σταθερότητα που απαιτούνται για την κρίσιμη επικοινωνία μεταξύ μηχανής (M2M), συμπεριλαμβανομένων των πολύ σύντομων και σταθερών χρόνων καθυστέρησης
 Ανάγκη διατήρησης της ακεραιότητας των διαδικασιών παραγωγής
 Αναγκαία αποφυγή τυχόν σφαλμάτων πληροφορικής, καθώς αυτά θα προκαλούσαν δαπανηρές διακοπές παραγωγής
 Ανάγκη προστασίας της βιομηχανικής τεχνογνωσίας (που περιέχεται επίσης στα αρχεία ελέγχου για το εργαλείο βιομηχανικού αυτοματισμού)
 Έλλειψη κατάλληλων δεξιοτήτων για να επιταχυνθεί η πορεία προς την τέταρτη βιομηχανική επανάσταση
 Απειλή απόλυσης του εταιρικού τμήματος πληροφορικής
 Γενική απροθυμία αλλαγής από τα ενδιαφερόμενα μέρη ή και μετόχους
 Απώλεια πολλών θέσεων εργασίας σε αυτόματες διαδικασίες και διαδικασίες που ελέγχονται από τεχνολογίες πληροφορικής, ειδικά για τα χαμηλότερα μορφωμένα τμήματα της κοινωνίας
 Χαμηλή δέσμευση ανώτατης διαχείρισης
 Ασαφή νομικά ζητήματα και ασφάλεια των δεδομένων
 Ασαφή οικονομικά οφέλη / Υπερβολικές επενδύσεις
 Έλλειψη ρυθμίσεων, προτύπων και μορφών πιστοποιήσεων
 Ανεπαρκής εξειδίκευση των εργαζομένων

Ο ρόλος των big data και των analytics
Οι σύγχρονες τεχνολογίες πληροφοριών και επικοινωνιών, όπως το κυβερνο-φυσικό σύστημα, οι μεγάλες αναλύσεις δεδομένων (big data) και οι υπολογιστικές εφαρμογές cloud, θα βοηθήσουν στην έγκαιρη ανίχνευση ελαττωμάτων και αποτυχιών παραγωγής, επιτρέποντας έτσι την πρόληψή τους και την αύξηση της παραγωγικότητας, της ποιότητας και της ευελιξίας.

Οι μεγάλες αναλύσεις δεδομένων αποτελούνται από 6Cs στο ολοκληρωμένο περιβάλλον βιομηχανικών συστημάτων 4.0 και Cyber Physical Systems.
Το σύστημα 6C περιλαμβάνει:
 Σύνδεση (αισθητήρας και δίκτυα)
 Cloud (υπολογισμός και δεδομένα κατόπιν ζήτησης)
 Cyber (μοντέλο & μνήμη)
 Περιεχόμενο / Πλαίσιο (έννοια και συσχέτιση)
 Κοινότητα (κοινή χρήση & συνεργασία)
 Προσαρμογή (εξατομίκευση και αξία)
Σε αυτό το σενάριο, για να δοθούν χρήσιμες πληροφορίες για τη διαχείριση του εργοστασίου, τα δεδομένα πρέπει να επεξεργαστούν με προηγμένα εργαλεία (αναλύσεις και αλγόριθμοι) για τη δημιουργία σημαντικών πληροφοριών. Λαμβάνοντας υπόψη την παρουσία ορατών και αόρατων προβλημάτων σε ένα βιομηχανικό εργοστάσιο, ο αλγόριθμος παραγωγής πληροφοριών πρέπει να είναι ικανός να ανιχνεύει και να αντιμετωπίζει αόρατα ζητήματα όπως η υποβάθμιση του μηχανήματος, η φθορά εξαρτημάτων κλπ. στις εγκαταστάσεις του εργοστασίου.

Ο αντίκτυπος της 4ΒΕ
Οι υποστηρικτές του I4, ισχυρίζονται ότι μακροπρόθεσμα η Industry 4.0 θα επηρεάσει πολλούς τομείς, κυρίως:
 Τις υπηρεσίες και επιχειρηματικά μοντέλα
 Την αξιοπιστία και την συνεχή παραγωγικότητα
 Την ασφάλεια πληροφορικής: Οι εταιρείες όπως η Symantec, η Cisco Systems, η Cisco και η Penta Security έχουν ήδη αρχίσει να αντιμετωπίζουν το ζήτημα της ασφάλειας του Διαδικτύου
 Την ασφάλεια μηχανών
 Τις πωλήσεις κατασκευών: Εταιρείες όπως η LogicBay Corporation έχουν κυκλοφορήσει πολλαπλούς πόρους που αφορούν το Industry 4.0  στο κανάλι πωλήσεων κατασκευών.
 Τους κύκλους ζωής προϊόντος
 Την βιομηχανική αλυσίδα αξίας
 Την εκπαίδευση και δεξιότητες των εργαζομένων
 Τους κοινωνικοοικονομικούς παράγοντες
 Την βιομηχανική επίδειξη: Για να βοηθήσει την βιομηχανία να κατανοήσει τον αντίκτυπο της Βιομηχανίας 4.0, ο Δήμαρχος του Σινσινάτι John Cranley υπέγραψε μια διακήρυξη για να δηλώσει: «Cincinnati to be Industry 4.0 Demonstration City».
 Ένα άρθρο που δημοσιεύθηκε τον Φεβρουάριο του 2016 δείχνει ότι η βιομηχανία 4.0 μπορεί να έχει ευεργετικά αποτελέσματα για τις αναδυόμενες οικονομίες όπως η Ινδία.

Ο τομέας της αεροναυπηγικής βιομηχανίας έχει χαρακτηριστεί μερικές φορές ως «πολύ χαμηλού μεγέθους παραγωγής για εκτεταμένο αυτοματισμό», ωστόσο οι αρχές του Industry 4.0 έχουν διερευνηθεί από αρκετές εταιρείες αεροναυπηγικής, έχουν αναπτυχθεί τεχνολογίες για τη βελτίωση της παραγωγικότητας σε βιομηχανίας όπου το κόστος εκκίνησης του αυτοματισμού δεν μπορεί να δικαιολογηθεί. Ένα παράδειγμα είναι η κατασκευάστρια εταιρία εξαρτημάτων αεροσκαφών Meggitt PLC, M4. Η συζήτηση σχετικά με το πώς η μετατόπιση προς τη Βιομηχανία 4.0, ιδίως η ψηφιοποίηση, θα επηρεάσει την αγορά εργασίας συζητείται στη Γερμανία με θέμα το Work 4.0.

Τεχνολογικός οδικός χάρτης για τη 4ΒΕ
Ένας "χάρτης πορείας" δίνει τη δυνατότητα σε οποιονδήποτε στη βιομηχανία να πραγματοποιήσει άμεσα κάθε κίνηση και τι ενέργειες πρέπει να επιτελέσει, ποιος πρέπει να κάνει τι και πότε. Αυτή η μέθοδος αποκωδικοποιείται σε ένα σχέδιο έργου, ορίζοντας τα χαρακτηριστικά της κάθε δραστηριότητας σε κάθε ένα από τα συνοδευτικά στάδια του σχεδιασμού. Λαμβάνοντας υπόψη έναν διεθνοποιημένο κόσμο, η ανάγκη να υλοποιηθούν αναπτυξιακές στρατηγικές που μπορούν να εξασφαλίσουν τη βιώσιμη ανταγωνιστικότητα των εγκαταστάσεων είναι το κύριο ζήτημα. Σε αυτό το θέμα ο οδικός χάρτης Industry 4.0 προσφέρεται ως ένα εμφανές μονοπάτι για την ενίσχυση της ανταγωνιστικότητας των οργανισμών.

Τα οφέλη κλειδιά του οδικού χάρτη της τεχνολογίας
• Δημιουργία συμμαχίας τεχνικών και εμπορικών γενικών σχεδίων

• Την καλύτερη επικοινωνία μεταξύ ομάδων και εταιρειών

• Έλεγχος των αναμενόμενων ανταγωνιστικών στρατηγικών και τρόπων υλοποίησης αυτών των στρατηγικών

• Ικανότητα στον χρόνο διαχείρισης και σχεδίασης/χαρτογράφησης 

• Εννοιοποίηση των αποτελεσμάτων, συμπεριλαμβανομένων των στόχων, των δραστηριοτήτων και των εξελίξεων.

Δείτε επίσης
Computerized Numerical Control
Βιομηχανικά ρομπότ
Κοπή με λέιζερ
Κοπή με πλάσμα

Παραπομπές

Εξωτερικοί σύνδεσμοι