อุตสาหกรรม 4.0

อุตสาหกรรม 4.0 หรือ การปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่ 4 คือ แนวโน้มการเปลี่ยนแปลงของอุตสาหกรรมการผลิตและแปรรูปสินค้าต่าง ๆ ที่มีแนวโน้มเข้าสู่ระบบอัตโนมัติ (automation) เป็นระบบอุตสาหกรรมที่ใช้เทคโนโลยียุคใหม่ที่ล้ำสมัยในการผลิต เน้นการใช้เทคโนโลยีการสื่อสารระหว่างเครื่องจักร (machine-to-machine หรือ M2M) และเทคโนโลยีอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) ในการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตของระบบอัตโนมัติ, เพิ่มประสิทธิภาพของการสื่อสารและการตรวจสอบระบบ, และเพื่อให้เครื่องจักรสามารถทำการวิเคราะห์ปัญหาและแก้ไขปัญหาเอง โดยปราศจากการแทรกแซงจากมนุษย์

ที่มาของชื่อ 
ชื่อเรียก "อุตสาหกรรม 4.0" มีที่มาจากโครงการ Industrie 4.0 ของรัฐบาลประเทศเยอรมนีในกลยุทธ์การวางแผนพัฒนาอุตสาหกรรมที่นำระบบดิจิตัลเข้ามาเป็นแกนหลัก

ประวัติศาสตร์ 
วลี "การปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่ 4" (Fourth Industrial Revolution) ได้มีการกล่าวถึงและใช้อย่างกว้างขวางโดยประธานบริหารสภาเศรษฐกิจโลก (World Economic Forum) นายเคลาส์ ชวาบ (Klaus Schwab) ในบทความ ปี ค.ศ.2015 ที่มีการตีพิมพ์โดย "ฟอเรียน แอฟแฟร์ (Foreign Affairs)" หัวข้อ "การเชี่ยวชาญในการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่ 4 (Mastering the Fourth Industrial Revolution)" คือหัวข้อในการประชุมสภาเศรษฐกิจโลก ปี 2016 World Economic Forum Annual Meeting ในเมืองดาวอส-คลอสเตอร์ส (Davos-Klosters) ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ หัวข้อเรื่องอุตสาหกรรม 4.0 ยังเป็นทีมหนังสือของชวาบใน ค.ศ.2016 ชวาบได้กล่าวว่าเทคโนโลยีในยุคอุตสาหกรรม 4.0 ประกอบด้วยการรวม ฮาร์ดแวร์ ซอฟต์แวร์ และ ชีววิทยา (ระบบไซเบอร์กายภาพ; cyber-physical systems) โดยเน้นเรื่องของเทคโนโลยีการสื่อสารและการเชื่อมต่อระหว่างกัน ชวาบได้กล่าวว่าในยุคสมัยนี้ สิ่งที่จะนิยามยุคสมัยคือการค้นพบที่เปลี่ยนแปลงโลกและการเกิดขึ้นของเทคโนโลยีล้ำสมัย เช่น วิทยาการหุ่นยนต์ (robotics), ปัญญาประดิษฐ์ (artificial intelligence),เทคโนโลยีนาโน (nanotechnology),คอมพิวเตอร์ควอนตัม (quantum computing),เทคโนโลยีไบโอเทค (biotechnology), อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (internet of things), อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่งสำหรับอุตสาหกรรม (industrial internet of things), ระบบคอมพิวเตอร์คลาวด์ (cloud computing), เทคโนโลยีไร้สายรุ่นที่ห้า (fifth-generation wireless technologies), การพิมพ์สามมิติ (3D printing), และพาหนะไร้คนขับ (fully autonomous vehicles)

ก่อนการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่ 4 
การปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งแรก (First Industrial Revolution) คือ การเปลี่ยนจากวิธีการผลิตด้วยมือไปสู่เครื่องจักรโดยใช้พลังไอน้ำและพลังงานน้ำ เป็นช่วงเวลาระหว่างปี ค.ศ.1760-1820 ในสหราชอาณาจักร (เกาะอังกฤษ) หรือปี ค.ศ.1840 ในยุโรปและสหรัฐอเมริกา ผลกระทบของเครื่องจักรไอน้ำ มีผลต่อการผลิตสิ่งทอ อุตสาหกรรมเหล็ก การเกษตร และ การทำเหมืองแร่ ทำให้ชนชั้นกลางแข็งแกร่งขึ้น

การปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่สอง (Second Industrial Revolution) หรือที่เรียกว่า การปฏิวัติเทคโนโลยีเป็นช่วงเวลาระหว่างปีพ. ศ. 2414 ถึง 2457 ซึ่งเป็นผลมาจากการติดตั้งเครือข่ายทางรถไฟและโทรเลขที่กว้างขวางซึ่งทำให้สามารถถ่ายโอนผู้คนและความคิดได้เร็วขึ้น รวมถึงเทคโนโลยีด้านไฟฟ้าและการเพิ่มพลังงานไฟฟ้า ซึ่งทำให้โรงงานต่างๆสามารถพัฒนาสายการผลิตที่ทันสมัยได้ เป็นช่วงที่เศรษฐกิจเติบโตอย่างมากโดยมีผลผลิตเพิ่มขึ้น แต่ก็ทำให้เกิดการว่างงานเพิ่มขึ้นเนื่องจากคนงานในโรงงานจำนวนมากถูกแทนที่ด้วยเครื่องจักร

การปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่สาม หรือ ที่เรียกว่า การปฏิวัติดิจิทัล (Digital Revolution) เกิดขึ้นในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 หลังจากสงครามโลกทั้งสองสิ้นสุดลง ซึ่งเป็นผลมาจากการชะลอตัวของอุตสาหกรรมและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเมื่อเทียบกับช่วงก่อนหน้า อันมีชนวนจากภาวะเศรษฐกิจตกต่ำครั้งใหญ่ ค.ศ.1929 ซึ่งส่งผลกระทบต่อประเทศอุตสาหกรรมหลายประเทศ การผลิตคอมพิวเตอร์ Z1 (Z1 computer) ซึ่งใช้เลขทศนิยมฐานสอง (floating-point numbers) และพีชคณิตแบบบูล (Boolean logic) ในอีกทศวรรษต่อมาเป็นจุดเริ่มต้นของการพัฒนาดิจิทัลขั้นสูง การพัฒนาที่สำคัญต่อไปในเทคโนโลยีการสื่อสาร คือ ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ และ การใช้คอมพิวเตอร์และเทคโนโลยีการสื่อสารอย่างกว้างขวางในกระบวนการผลิต เครื่องจักรเริ่มยกเลิกความต้องการกำลังของมนุษย์

ยุทธศาสตร์เยอรมัน 
คำว่า "Industrie 4.0 หรือ อุตสาหกรรม 4.0" หรือเขียนย่อสั้น ๆ ว่า I4.0 หรือ I4 คำ ๆ นี้มีต้นกำเนิดในปี ค.ศ.2011 จากโครงการในยุทธศาสตร์ไฮเทคของรัฐบาลเยอรมันซึ่งส่งเสริมการใช้คอมพิวเตอร์ในการผลิต  โดยคำว่า"Industrie 4.0" ได้รับการนำเสนอสู่สาธารณะในปีเดียวกัน ณ งาน Hannover Fair (ฮันโนเฟอร์แฟร์) และในเดือนตุลาคม ค.ศ.2012 Working Group Industry 4.0 (คณะทำงานเกี่ยวกับอุตสาหกรรม 4.0) ได้นำเสนอชุดคำแนะนำสำหรับการประยุกต์ใช้แนวทาง Industry 4.0 ให้กับรัฐบาลกลางเยอรมนี โดยสมาชิกคณะทำงานและพันธมิตรได้รับการยอมรับว่าเป็นผู้ก่อตั้งและเป็นแรงผลักดันที่อยู่เบื้องหลังอุตสาหกรรม 4.0

เมื่อวันที่ 8 เมษายน ค.ศ.2013 ที่งาน Hannover Fair ได้มีการนำเสนอรายงานฉบับสุดท้ายของ Working Group Industry 4.0 คณะทำงานนี้นำโดย Siegfried Dais จาก Robert Bosch GmbH และ Henning Kagermann จาก Acatech (German Academy of Science and Engineering; สถาบันวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์เยอรมนี)

เนื่องจากหลักการของ Industry 4.0 ถูกนำไปใช้โดยบริษัทเอกชน จึงได้รับการตั้งโปรเจกต์ต่าง ๆ โดยการนำเลขสี่ใส่เข้าไป เช่น บริษัทสัญชาติอังกฤษ Meggitt PLC ผู้ผลิตชิ้นส่วนการบินและอวกาศ ได้รีแบรนด์โครงการวิจัย Industry 4.0 ของตัวเอง โดยเรียกโปรเจกต์ว่า M4

มีการอภิปรายในหัวข้อที่ว่า การเปลี่ยนจากอุตสาหกรรมปัจจุบันไปสู่อุตสาหกรรม 4.0 โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กระแสการเปลี่ยนแปลงเป็นดิจิทัล (digitization) จะส่งผลกระทบต่อตลาดแรงงานในประเทศเยอรมนีอย่างไร ภายใต้หัวข้อ  Work 4.0

ยุทธศาสตร์ Industry 4.0 ของรัฐบาลเยอรมัน เน้นการปรับแต่งผลิตภัณฑ์ได้เองตามที่ลูกค้าต้องการ ภายใต้เงื่อนไขของการผลิตสินค้าที่มีความยืดหยุ่นในสายงานการผลิตสูง เทคโนโลยีระบบอัตโนมัติที่จำเป็นได้รับการปรับปรุงโดยการนำวิธีการหลายกระบวนการมาประยุกต์ใช้ ประกอบด้วยเทคโนโลยี self-optimization (การเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตสูงสุดด้วยตนเอง), self-configuration (การจัดเรียงงานด้วยตนเอง), self-diagnosis (การวินิจฉัยข้อผิดพลาดด้วยตนเอง), cognition(การสร้างการรับรู้ให้กับเครื่องจักรกล) และ ระบบสนับสนุนอัจฉริยะสำหรับแรงงานในโรงงาน ในการทำงานที่มีความซับซ้อนสูง

โครงการที่ใหญ่ที่สุดในยุทธศาสตร์อุตสาหกรรม 4.0 ในเดือนกรกฎาคม 2013 คือ คลัสเตอร์ระดับแนวหน้าของกระทรวงศึกษาธิการและการวิจัยแห่งสหพันธ์เยอรมัน (BMBF) โครงการ"ระบบเทคนิคอัจฉริยะ Ostwestfalen-Lippe (OWL)" โครงการหลักอีกโครงการหนึ่งคือ โครงการ RES-COM ของ BMBF และโครงการกลุ่มความเป็นเลิศ "เทคโนโลยีการผลิตเชิงบูรณาการสำหรับประเทศที่มีค่าจ้างสูง" ในปี คศ 2015 คณะกรรมาธิการยุโรปได้เริ่มโครงการวิจัยระหว่างประเทศ  Horizon 2020 โดย (ให้บริการ Rapid Elastic Manufacturing บนคลาวด์ตามแบบจำลอง XaaS และ Cloud) โดยเป็นโครงการริเริ่มที่สำคัญในการส่งเสริมหัวข้อ Industry 4.0

รูปแบบอุตสาหกรรมที่ผ่านมา 
ภาพรวมของการนิยามระบบอุตสาหกรรมภายใต้กรอบ 4.0 ได้แก่
 อุตสาหกรรม 1.0 - เป็นระบบอุตสาหกรรมหนักของงานที่ใช้พลังงานไอน้ำ หรือพลังงานน้ำ
 อุตสาหกรรม 2.0 - เป็นระบบอุตสาหกรรมที่มีการผลิตสินค้าเป็นจำนวนมากตามโรงงาน
 อุตสาหกรรม 3.0 - เป็นระบบที่มีการนำระบบอัตโนมัติ ทั้งหุ่นยนต์และแขนกลเข้ามาใช้ตามโรงงานแทนที่แรงงานมนุษย์
 อุตสาหกรรม 4.0 - เป็นระบบที่มีการนำการติดต่อสื่อสารของข้อมูลมาประยุกต์ใช้

ส่วนประกอบ 

การปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่ 4 มีส่วนประกอบที่สำคัญอยู่หลายอย่าง เมื่อเราสังเกตเทรนด์ดิจิทัลภายในสังคมปัจจุบัน โดยส่วนประกอบของการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งนี้นั้นมีอยู่อย่างหลากหลายแขนง ตัวอย่างเช่น:

 อุปกรณ์มือถือดิจิทัล
 แพล็ตฟอร์มอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT platforms)
 เทคโนโลยีค้นหาตำแหน่ง
 ระบบอินเทอร์เฟซที่ซับซ้อนระหวางมนุษย์และเครื่องจักร
 ระบบตรวจสอบผู้ใช้งานเพื่อความปลอดภัยไซเบอร์
 การพิมพ์สามมิติ (3D printing)
 เซนเซอร์อัจฉริยะ (Smart sensors)
 โปรแกรมวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่และกระบวนการประมวลผลข้อมูลที่มีความซับซ้อน
 ระบบอินเทร์เฟซดิจิทัลกับลูกค้าที่ซับซ้อน และ การสร้างโปรไฟล์ดิจิทับของลูกค้า
 ระบบความเป็นจริงเสมือน (AR)
 ทรัพยากรระบบ (system resources) ดิจิทัลที่สามารถหาได้ง่ายโดยทั่วไป
 การนำเสนอภาพจากข้อมูล

โดยเทคโนโลยีเหล่านี้ สามารถจัดแบ่งได้เป็นสี่ประเภทใหญ่ ๆ ที่สามารถสร้างคำจำกัดความของ "อุตสาหกรรม  4.0” or “โรงงานอัจฉริยะ”:

 ระบบไซเบอร์กายภาพ (Cyber-physical systems)
 ระบบอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT)
 ทรัพยากรระบบ (system resources) ดิจิทัลที่สามารถหาได้ง่ายโดยทั่วไป
 ระบบคอมพิวเตอร์เสมือนมนุษย์ (Cognitive computing)

เทรนด์ที่ใหญ่ที่สุด 
โดยสังเขปแล้ว อุตสาหกรรม 4.0 เป็นเทรนด์ที่มุ่งเข้าหาระบบอัตโนมัติ (automation) และการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างเครื่อง ในเทคโนโลยีการผลิตสินค้าและบริการ ซึ่งประกอบไปด้วย ระบบไซเบอร์กายภาพ (Cyber-physical systems (CPS), ระบบอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT), ระบบอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่งสำหรับภาคอุตสาหกรรม, เทคโนโลยีการประมวลผลแบบกลุ่มเมฆ (cloud computing), คอมพิวเตอร์เสมือนมนุษย์ (cognitive computing), และปัญญาประดิษฐ์ (artificial intelligence)

โรงงานอัจฉริยะ

ระบบดูแลรักษาอัจฉริยะ 
ระบบอุตสาหกรรม 4.0 สามารถทำการบำรุงรักษาแบบคาดการณ์ล่วงหน้าได้ โดยการใช้เทคโนโลยีเซนเซอร์ IoT โดยการบำรุงรักษาแบบคาดการณ์ล่วงหน้าที่ระบุปัญหาที่ควรซ่อมแซมในขณะใช้งานจริงได้นั้น สามารถช่วยให้เจ้าของเครื่องจักรดำเนินการบำรุงรักษาอย่างคุ้มค่าและตัดสินใจล่วงหน้าได้ก่อนที่เครื่องจักรจะล้มเหลวหรือได้รับความเสียหาย ตัวอย่างเช่น บริษัทในเมืองลอสแอนเจลิส ประเทศสหรัฐอเมริกา สามารถรู้ได้ว่าอุปกรณ์ชิ้นหนึ่งในประเทศสิงคโปร์ทำงานด้วยความเร็วหรืออุณหภูมิที่ผิดปกติหรือไม่ จากนั้นพวกเขาสามารถตัดสินใจได้ว่าจะต้องซ่อมแซมหรือไม่

เครื่องพิมพ์ 3D 
การปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่ 4 มีการพึ่งพาเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติอย่างกว้างขวาง ข้อดีบางประการของการพิมพ์ 3 มิติสำหรับอุตสาหกรรม คือ การพิมพ์ 3 มิติ สามารถพิมพ์โครงสร้างทางเรขาคณิตจำนวนมาก รวมทั้งทำให้ขั้นตอนการออกแบบผลิตภัณฑ์ง่ายขึ้น นอกจากนี้ยังค่อนข้างเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ในการผลิตปริมาณน้อย การพิมพ์ 3 มิติยังสามารถลดระยะเวลาในการผลิตและต้นทุนการผลิตทั้งหมด นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มความยืดหยุ่นลดต้นทุนคลังสินค้า และช่วยบริษัทในการปรับใช้กลยุทธ์ทางธุรกิจแบบ Mass Customization (การผลิตสินค้าจำนวนมาก ที่ลูกค้าสามารถปรับแต่รูปแบบของสินค้าตามที่ตัวเองต้องการได้) นอกจากนี้การพิมพ์ 3 มิติยังมีประโยชน์อย่างมากสำหรับการพิมพ์ชิ้นส่วนอะไหล่และการติดตั้งในเครื่องจักร ช่วยลดการพึ่งพาซัพพลายเออร์และลดระยะเวลาในการจัดหาชิ้นส่วนที่ต้องการ

เซนเซอร์อัจฉริยะ

การประยุกต์ใช้หลักการอุตสาหกรรม 4.0 
ในภาคธุรกิจอากาศยาน บริษัทอากาศยานหลายบริษัทได้มีการนำหลักการเทคโนโลยี 4.0 มาใช้ในการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต โดยใช้ระบบอัตโนมัติ เช่น บริษัทผลิตชิ้นส่วนอากาศยาน Meggitt PLC, M4 เป็นต้น

ในภาคอุตสาหกรรมอื่น ๆ ก็ได้มีการนำเทคโนโลยีอินเทอร์เน็ตแห่งสรรพสิ่งในภาคอุตสาหกรรม (Industrial Internet of Things) มาใช้ในการผลิต โดยเครื่องจักรจะสามารถทำนายความล้มเหลวในการผลิต และ ทำการปรับปรุงซ่อมแซมระบบเครื่องจักรเองโดยอัตโนมัติ รวมถึงตอบสนองกับปัจจัยที่ไม่คาดคิดที่เกิดในกระบวนการผลิตได้อย่างทันท่วงที

อุตสาหกรรม 4.0 ทำให้เกิดแรงบันดาลใจในการเกิดขึ้นของ นวัตกรรม 4.0 (Innovation 4.0) ซึ่งเป็นการพัฒนานวัตกรรมและเทคโนโลยีสำหรับภาควิชาการ และ ภาคการวิจัยและพัฒนา (research and development หรือ  R&D) อาทิเช่น ในปี ค.ศ.2017 มีการเปิดโรงงานวัสดุนวัฒกรรม (Materials Innovation Factory หรือ MIF) ทุน 81 ล้านปอนด์อังกฤษ ณ มหาวิทยาลัยลิเวอร์พูล (University of Liverpool) โดยมีจุดมุ่งหมายเป็นศูนย์สำหรับวิทยาศาสตร์วัสดุที่ใช้คอมพิวเตอร์ในการสนับสนุน โดยมีการใช้งานหุ่นยนต์, เทคโนโลยีการตรวจจับข้อมูล และ การสร้างโมเดลข้อมูล สำหรับการพัฒนาวัสดุใหม่ ๆ

ดูเพิ่ม 

 Computer-integrated manufacturing
 Digital modeling and fabrication
 Industrial control system
 Intelligent Maintenance Systems
 Lights-out manufacturing
 Machine to machine
 Cyber manufacturing
 SCADA
 Work 4.0
 World Economic Forum 2016
 Simulation software
 The War on Normal People
 List of emerging technologies

อ้างอิง 

อุตสาหกรรม
สารสนเทศ
อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง
การพยากรณ์เทคโนโลยี
การปฏิวัติอุตสาหกรรม