Pro nemůžeme ignorovat průmysl 4.0

Martin Peňáz, Autodesk

Průmysl 4.0 a devět pilířů pokroku

 

O průmyslu 4.0 či čtvrté průmyslové revoluci určitě nečtete poprvé a pravděpodobně jste zaznamenali i všeobecné nadšení, které je obklopuje. O co ale vlastně jde? Čtvrtá průmyslová revoluce označuje poslední vlnu technologického pokroku, která za posledních 250 let od základů proměnila průmyslovou výrobu.

 

Průmyslovým výrobcům přináší průmysl 4.0 možnost být výkonnější a flexibilnější a otevírá jim nové, dosud nedosažitelné možnosti. Mezi ně patří například možnost vyrábět unikátní díly v malých sériích dle specifických požadavků koncových zákazníků.

První průmyslová revoluce začala kolem roku 1760, od základů proměnila tehdejší převážně zemědělskou společnost a přinesla mechanizaci a strojní velkovýrobu tak, jak je známe dnes. Namísto zvířat a lidí začala stroje pohánět vodní a parní energie. Právě to umožnilo nástup mechanizace a počátek hlubokých změn. Druhou průmyslovou revoluci umožnil nástup elektřiny a třetí vlnu změn zapříčinily počítače. Dnes může průmysl těžit z komunikace mezi stroji, nových převratných výrobních metod a z nezměrného potenciálu metod sběru dat, jejich interpretace a využití.

V dnešní době nabírají na důležitosti mezioborové týmy pracující společně na designu i výrobě produktu. Průmysl 4.0 nám slibuje nový rozměr týmové spolupráce, která smaže hranice mezi produktovým designem, konstrukčním návrhem, výrobou a poprodejním servisem.

 

Průmysl 4.0 stojí na devíti pilířích technologického pokroku, které společně přispívají k automatizaci, integraci a optimalizaci průmyslové výroby. Jaké pilíře to jsou? Patří mezi ně:

 

  • Průmyslový internet věcí (známý pod anglickou zkratkou IIoT)

  • Big data a analytika

  • Cloud

  • Horizontální a vertikální systémová integrace

  • Autonomní roboti

  • Aditivní výroba

  • Simulace

  • Kybernetická bezpečnost

 

Díky internetu věcí, tedy propojeným průmyslovým strojům a zařízením, je možné provádět výpočetní operace umožňující komunikaci mezi stroji. Tím vzniká možnost decentralizovaných analýz i rozhodování a stroje jsou schopné v reálném čase reagovat na měnící se požadavky nebo podmínky ve výrobním prostředí.

 

Představte si propojené stroje, které dovedou komunikovat, sledovat svou vlastní provozuschopnost i okolní podmínky a plánovat svou vlastní údržbu. V době odstávky stroje bude díky tomu možné automaticky přesunout objem práce k jiným strojům nebo na jiné pracoviště a zcela tak odstranit či alespoň minimalizovat přerušení a odstávky celé výroby.

 

Průmyslový internet věcí umožňuje připojení k širší průmyslové infrastruktuře a komunikaci s ní, což s sebou nese mnohé výhody. Pokud systém detekuje snížení dodávky elektrické energie nebo na ni bude upozorněn, bude možné odpojit méně důležitá zařízení, snížit tak spotřebu elektrické energie, minimalizovat riziko výpadku a zabránit přerušení provozu nepostradatelných strojů. Tato možnost by mohla existovat i u dalších dodávaných služeb, například dodávek vody, zemního plynu a dalších paliv.

Každý pilíř průmyslu 4.0 má své vlastní přínosy. Big data, analytické nástroje a rostoucí kapacita cloudu rozšiřují a zlepšují přístup k informacím. Umožňují tak širší využití dostupných dat a přidávají na užitečnosti datům získaným od zařízení připojených k průmyslovému internetu věcí. Nové možnosti simulace za použití dat získaných v reálném čase povedou k přesnějšímu modelování chování produktu i nejrůznějších scénářů. To přinese možnost prediktivně testovat chování produktu a ještě lépe optimalizovat design, aniž by bylo nutné vyrábět a poté testovat fyzické prototypy.

 

Kvalitnější komunikace a přístup ke cloudu umožní komplexnější integraci horizontálních a vertikálních systémů. Na vertikální úrovni to znamená lepší integraci a komunikaci napříč celým podnikem, od vývoje přes dílny až po obchodní oddělení. Horizontální integrace se týká kontaktu s vnějškem, směrem k dodavatelům i směrem k zákazníkům.

Přímou výrobu funkčních součástí usnadní použití autonomních robotů a nejnovějších metod aditivní výroby (3D tisku). Roboti s množstvím funkcí vnesou do průmyslové výroby flexibilitu a kooperativní „chování“, navíc se budou moct učit jeden od druhého a bezpečně pracovat po boku lidí. Aditivní výroba umožňuje na základě počítačových modelů vytvářet nejen prototypy, ale rovnou koncové produkty a současné 3D tiskárny svými možnosti dávno předčily své předchůdce určené k laboratornímu tisku prototypů. Řešení pro aditivní výrobu dnešní generace dovedou tisknout konstrukce, které jsou větší než tiskárny samotné, a vytištěné tvary jsou natolik komplexní, že by je šlo jen stěží vyrobit tradičními výrobními metodami.

V době, kdy se všemi směry neustále přesouvá obrovské množství dat (a jejich významný podíl je navíc patentově chráněný), je klíčové jejich zabezpečení. Proto je devátým pilířem kybernetická bezpečnost, pilíř, který pomáhá chránit osm předchozích. Zabezpečení dat bude stále důležitějším aspektem nové výrobní éry, které dá průmysl 4.0 vzniknout.

 

Průmysl 4.0 nám přináší svět, ve kterém se propojené stroje budou vzájemně ovlivňovat a učit se jeden od druhého. Otevírají se nám dveře k průmyslové výrobě 21. století, ve které bude možné dosáhnout dosud nevídané výkonnosti, ve všech smyslech tohoto slova. Proč je to ale tolik důležité pro průmyslové firmy, potažmo jejich vedení? Podstatu výhod průmyslu 4.0 můžeme shrnout jediným slovem: účinnost.

 

Konstruktéři jsou známí tím, že uctívají velkého boha Éta nebo také η – písmeno, kterým se v mechanice označuje účinnost. U statiky konstrukcí se snažíme dosáhnout s co nejmenší hmotností a nejnižším množstvím materiálu maximální pevnosti. U elektroniky chceme maximálně snižovat spotřebu. U pohyblivých mechanických zařízení usilujeme, aby byla co nejlehčí, spotřebovala co nejméně energie a zároveň co nejméně zatěžovala vlastní konstrukci – snažíme se tak při optimalizaci provozní účinnosti zabít hned několik much jednou ranou.

 

Účinnost ale hraje roli i při samotném vývoji produktů. Čím efektivněji totiž pracujeme, tím méně materiálu a energie spotřebujeme. Materiál i energie samozřejmě stojí peníze, efektivní vývoj proto pomáhá optimalizovat náklady. Stejně tak je v dnešním světě stále důležitější energetická účinnost při výrobě, provozu a dodávkách – dobře si totiž uvědomujeme, že je energie stále vzácnějším a dražším zdrojem. Průmysl 4.0 a s ním spojené nástroje pro komunikaci a řízení dat umožňují zefektivnit výrobní procesy i veškeré činnosti, které s výrobou souvisejí. Vývojáři a konstruktéry vzývaná snaha o účinnost tak má konečně šanci se promítnout do celého výrobního procesu jako takového.