Przemysł 4.0.

Przemysł 4.0. – definicje, znamiona, efekty

Przemysł 4.0. to idea, o której coraz częściej słyszymy w kontekście takich stwierdzeń, jak: czwarta rewolucja przemysłowa, inteligentna fabryka czy skokowy wzrost produktywności.

“Czy tego chcemy czy nie, przemysł 4.0 staje się powoli teraźniejszością. Rozwojowi technologii będzie towarzyszyć m.in. wzrastający poziom robotyzacji produkcji. Wdrażanie idei Przemysłu 4.0 wymaga współpracy i dzielenia się wiedzą. W tym celu powołujemy krajową platformę, integrującą i koordynującą działania wielu jednostek. Polska Platforma Przemysłu 4.0 ma dostarczać na rynek wiedzę techniczną, inicjować przepływ doświadczeń oraz wspierać przedsiębiorców w opracowywaniu i wdrażaniu nowych technologii i modeli biznesowych opartych właśnie na koncepcie nowoczesnej produkcji”. Te słowa wypowiedział wicepremier Mateusz Morawiecki podczas zeszłorocznej konferencji Impact’17, w całości poświęconej nowej, ekonomicznej koncepcji  Przemysł 4.0.

Czym jest Przemysł 4.0.? Czy faktycznie posiada znamiona rewolucji? Jakie korzyści może zaoferować i czy przeciętny internetowy przedsiębiorca powinien się nim zainteresować?

Każdy kto zetknął się z zagadnieniem Przemysłu 4.0. zapewne usłyszał przy tej okazji o sztucznej inteligencji, reindustrializacji, robotyzacji gospodarki lub przemysłowym internecie rzeczy. To dosyć wyspecjalizowane dziedziny i pojęcia, kojarzące się z dużymi nakładami finansowymi. Przez to trudne do zwizualizowanie dla właścicieli niewielkiego przedsiębiorstwa, sklepu internetowego czy portalu usługowego, którzy najczęściej głowią się nad spięciem rocznego budżetu, przygotowaniem oferty świątecznej i poszerzeniem wachlarza świadczeń.  Jednak w tym technologicznym zaawansowaniu kryje się między innymi klucz do sukcesu. Zgodnie z diagnozą Klausa Schwaba, założyciela i przewodniczącego Światowego Forum Ekonomicznego, który charakteryzując współczesną gospodarkę stwierdził: „Przechodzimy od epoki, w której duży pożera małego, do epoki, w której szybki pożera wolnego”.  Nowe możliwości  oparte na wszechobecnej komputeryzacji życia sprawiają, że siła gospodarki emigruje ze zjawiska monopolizacji do obszaru inteligentnych procesów. A te przynajmniej teoretycznie są dostępne zarówno dla dużych, jak i małych graczy na rynku. Kwestią różnicującą pozostaje jednak szybkość ich wdrożenia i adaptacji. To zaś oznacza, że założenia Przemysłu 4.0. powinny być lekturą obowiązkową „na dzisiaj”, dla każdego przedsiębiorcy poważnie myślącego o sukcesie w najbliższych latach.

Przemysł 4.0.

Źródło: http://www.kierunekfarmacja.pl/Resources/AGRO/02.jpg

Czym jest Przemysł 4.0.?

Określenie Przemysł 4.0. (Industrie 4.0.) zostało wykreowane w 2010 r., podczas prac rządu niemieckiego na temat rozpoznania i analizy nadchodzących zmian o strategicznym znaczeniu dla niemieckiej gospodarki. A rok później użyto go oficjalnie na Targach Hanowerskich w ramach prezentacji dotyczących przyszłości przemysłu.

W 2013 r. grupa robocza reprezentantów niemieckiego biznesu, przemysłu i nauki opublikowała rekomendacje dla wdrożenia programu „Strategiczna inicjatywa Industrie 4.0”, który znalazł się w długofalowym projekcie „High-Tech Strategy 2020” i posłużył jako fundament dla stworzenia pierwszej na świecie Platformy Industrie 4.0.

Z racji na nieustanną ewaluację procesów kreujących i wyznaczających rzeczywistość nowego przemysłu dotychczas nie udało się stworzyć jednolitej definicji Industrie 4.0. Jednak naukowcy z Uniwersytetu Technicznego w Dortmundzie pokusili się o syntezę wszystkich najważniejszych publikacji w tym zakresie charakteryzując Industry 4.0 jako zbiorcze określenie dla rozwiązań technicznych i koncepcji dotyczących organizacji łańcucha wartości. W ramach tych procesów „w modularnie ustrukturyzowanych inteligentnych fabrykach systemy cyberfizyczne monitorują fizyczne procesy, tworzą wirtualne kopie fizycznego świata i podejmują zdecentralizowane decyzje. Poprzez Internet Rzeczy systemy cyberfizyczne komunikują się wzajemnie i współpracują ze sobą oraz z ludźmi w czasie rzeczywistym. Przez Internet Usług zarówno wewnętrzne, jak i międzyorganizacyjne serwisy są oferowane i wykorzystywane przez uczestników łańcucha wartości” (Hermann Mario, Pentek Tobias, Otto Boris. „Design Principles for Industrie 4.0 Scenarios: A Literature Review”. Dortmund 2015)

Z przytoczonych powyżej wniosków wynika, że kluczowymi komponentami Przemysłu 4.0. są systemy cyberfizyczne, Internet Rzeczy, Internet Usług oraz inteligentne fabryki.

Systemy cyberfizyczne (Cyber-Physical Systems – CPS) dzięki sensorom zamontowanym na obiektach i modułom wykonawczym (aktuatorom) łączą świat fizyczny ze światem wirtualnym z zadaniem odwzorowania fizycznych obiektów za pomocą modeli matematycznych. Internet Rzeczy (Internet of Things – IoT) stanowi dynamiczną globalną sieć fizycznych obiektów, systemów, platform i aplikacji, które są zdolne do komunikowania oraz dzielenia się inteligencją pomiędzy sobą, zewnętrznym otoczeniem i ludźmi. Internet Usług (Internet of Services – IoS) służy do elastycznego budowania sieci wartości przez dynamiczne konfigurowanie usług dobieranych z różnych zasobów udostępnionych w sieci. Inteligentne fabryki (smart factories) traktowane są jako rozwiązanie docelowe koncepcji. To zakłady, w których cyberfizyczne systemy komunikują się ze sobą przez Internet Rzeczy oraz za pomocą Internetu Usług asystują ludziom i maszynom w realizacji ich zadań.

Przemysł 4.0 to zatem maksymalna integracja nowych technologii, która z jednej strony ma pozwolić na skrócenie czasu wprowadzania nowych produktów na rynek, a z drugiej zapewnić konkurencyjne koszty produkcji jednostkowej spersonalizowanych produktów w stosunku do „tanich” gospodarek.  To koncepcja scalająca ludzi oraz sterowane cyfrowo maszyny z internetem i technologiami informacyjnymi, wykorzystująca nowoczesną komunikację opartą na układach RFID (radio-frequency identification).

Oznacza to, że każdy produkt ma zaszytą w sobie cyfrową informację, która podczas całego procesu produkcyjnego może być bez ingerencji człowieka wymieniana między tymi produktami oraz z otoczeniem. Dzięki temu inteligentne maszyny i urządzenia mogą autonomicznie włączać się w kolejne fazy procesu produkcyjnego, a dane zbierane z poziomu hali produkcyjnej mają szansę na bieżącą  analizę w celu optymalnego wykorzystania zasobów wytwórczych. Taka unifikacja świata rzeczywistego ze światem wirtualnym pozwala oczywiście na znacznie szersze zastosowanie, obejmując cały łańcuch wartości – od złożenia zamówienia i dostarczenia komponentów dla trwającej produkcji, aż do wysyłki towaru do klientów i usług posprzedażnych.

Przykładem pierwszych realizacji Przemysłu 4.0. są m.in. wdrożenia firmy Bosch: – zdecentralizowane napędy IndraDrive Mi, pozwalające zbudować maszynę bez szafy sterowniczej; – interfejs Open Core Engineering, pomagający połączyć świat automatyki ze światem IT; – duży ekran dotykowy Active Cockpit, obrazujący w czasie rzeczywistym przebieg procesu produkcyjnego z możliwością zaawansowanego monitoringu technologicznego, logistycznego i wydajnościowego.

Przemysł 4.0.

Ekran dotykowy Active Cockpit, źródło: http://www.bosch-presse.de/pressportal/de/media/migrated_media/pi9161/1-rb-21911_img_h720.jpg

Czy Przemysł 4.0. posiada znamiona rewolucji?

Wspomniany wcześniej Klaus Schwab podczas jednego z Forów Ekonomicznych stwierdził: „Stoimy u progu technologicznej rewolucji, która gruntownie zmienia sposób, w jaki żyjemy, pracujemy i współistniejemy. W swojej skali, zakresie i kompleksowości transformacja ta będzie czymś, czego ludzkość dotychczas nie doświadczyła”.

Patrząc przez pryzmat kluczowych wskaźników wydajności (Key Performance Indicators – KPI) definiujących produkcję przemysłową, słowa założyciela World Economic Forum są jak najbardziej aktualne. Koncepcja Przemysł 4.0. daje możliwości na zwiększenie produktywności o 15-25%, zredukowanie czasu przestoju maszyn o 30-50%, zmniejszenie kosztów magazynowych o 20-50%, a także skrócenie czasu wprowadzania nowego produktu na rynek o 20-50%.

W warunkach zrównoważonego rozwoju takie wyniki są całkowicie nierealne, jednak w sytuacji przełomowych zmian skokowe wzrosty wskaźników stają się wyraźnym atutem. Dobrze obrazuje to przykład z książki „Czwarta Rewolucja Przemysłowa”: „Trzy czołowe firmy z Detroit (centrum tradycyjnego przemysłu) w roku 1990 miały rynkową kapitalizację na poziomie 36 miliardów USD oraz przychody w wysokości 250 miliardów USD. Analogiczne trzy firmy z Doliny Krzemowej w roku 2014 miały 1,09 biliona USD kapitalizacji i 247 miliardów USD przychodów przy 10-krotnie mniejszym zatrudnieniu (137 000 pracowników)” (Klaus Schwab, „The Fourth Industrial Revolution”).

Przemysł 4.0.

Źródło: K. Schwab, The Fourth Industrial Revolution, World Economic Forum 2016

Przełomową naturę Przemysłu 4.0. definiują, podobnie jak we wcześniejszych rewolucjach, epokowe innowacje techniczne.

XVIII wiek miał maszynę parową, wiek XIX elektryczność i silnik spalinowy, XX stulecie wprowadziło zaawansowaną elektronikę i informatykę, a czasy obecne rewolucjonizują codzienność cyfryzacją, wirtualizacją, robotyzacją, big datą, zaawansowaną komunikacją i całkowicie nowymi metodami wytwórczymi.

Z racji na lawinowy wzrost innowacji technologicznych trudno wyróżnić wszystkie czynniki umożliwiające czwartą rewolucję przemysłową, jednak do najważniejszych na pewno można zaliczyć: nową jakość komunikacji (człowiek-maszyna i maszyna-maszyna), inteligentne sensory, rzeczywiste przetwarzanie danych w chmurze i ich dogłębną analitykę, techniki symulacji i wirtualizacji świata rzeczywistego, systemy rzeczywistości rozszerzonej, rozwiązania bezpieczeństwa (cybersecurity), nową generację robotów oraz technologie wytwarzania przyrostowego (drukarki 3D).

Wszystkie wymienione „wynalazki” rzutują na sposób wytwarzania produktów i organizacji przedsiębiorstw, które stają się nowatorskie w porównaniu do sytuacji panującej w gospodarce. Pierwsza rewolucja przemysłowa zapoczątkowała produkcję rzemieślniczą, druga upłynęła pod znakiem produkcji masowej, trzecia dokonała tzw. kastomizacji produktu, a Przemysł 4.0. rozpoczął erę personalizacji produkcji na skalę masową.

Dobrze to zjawisko opisuje Andrzej Soldaty w specjalnym wydaniu Control Engineering „Fabryka 4.0.”: „W paradygmacie personalizowanej produkcji klient staje się aktywnym uczestnikiem projektowania produktu – w odróżnieniu od paradygmatu masowej kastomizacji, w którym wybierał konfigurację z katalogu dostępnych opcji. Ze wstępnie zaprojektowanych przez producenta modułów klient tworzy własną konfigurację, przeważnie z wykorzystaniem specjalistycznych narzędzi wspomagających projektowanie, i dopiero po tym etapie następuje wytwarzanie produktu. Środkiem umożliwiającym efektywne realizowanie tej koncepcji są rekonfigurowalne systemy wytwórcze, oparte na założeniu – wydajność i funkcjonalność dokładnie dostosowana do potrzeb i ich zmian w czasie”.

Wyjątkowość tej koncepcji polega więc na konfigurowaniu systemów produkcyjnych za pomocą inteligentnych produktów, które samodzielnie określają wybór miejsc kolejnych etapów wytwórczych, wykorzystując technologie przyrostowe uwzględniające lokalizację klienta.  Poza tym personalizacja dotyczy również fazy eksploatacyjnej dzięki możliwościom indywidualnego monitorowania produktów.

Spersonalizowany łańcuch wartości  sprawia, że w Przemyśle 4.0. zrewolucjonizowany został także paradygmat miejsca -produkcji, magazynowania, sprzedaży i serwisowania produktów. Centralizacja produkcji przeniosła się z jednego zakładu do autonomicznych sieci i inteligentnych jednostek procesowych, które bazując na danych związanych z produktem wymieniają informacje i konfigurują się dla optymalnego przeprowadzenia procesu produkcyjnego i osiągnięcia efektywnego rezultatu.

Decentralizacja objęła również wszystkie działania wokół produktowe wykorzystując w dużej mierze Internet Usług. Takie ujęcie narzuca firmie zmianę modelu biznesowego z orientacji produkcyjnej na orientację serwisową, czyli oferowanie w sieci najlepszej w swojej specjalności usługi dla zrealizowania danego fragmentu procesu wytwórczego.

W ten sposób dochodzimy do początku naszego artykułu, a mianowicie do Platformy Przemysłu 4.0. W czwartej rewolucji przemysłowej postępujący łańcuch wartości przeobraża się w wielowymiarową sieć wartości łączącą wytwórców, dostawców i odbiorców. Funkcjonowanie takich sieci zapewniają platformy, które umożliwiają wymianę wartości tworzonych przez uczestników sieci, ułatwiając współdziałanie. Oczywiście platformy wiedzy, biznesu i towarów nie są niczym nowym, ale w erze Przemysłu 4.0. ich głównym atutem jest warstwa cyfrowa, która pozwala wszystkim zaangażowanym podmiotom na całkowicie mobilną kooperację – z dowolnych aplikacji, urządzeń i miejsc na świecie.

Przemysł 4.0.

Źródło: http://przemysl-40.pl/wp-content/uploads/2017/06/PPP.png

 Co daje Przemysł 4.0.?

Wdrożenie Przemysłu 4.0. pozwala na osiągnięcie wielu efektów, biznesowych czy operacyjnych zarówno na płaszczyźnie pojedynczego przedsiębiorstwa jak i całej, regionalnej lub krajowej, gospodarki. Dzięki konfigurowaniu zewnętrznych informacji z sieci wartości z danymi firmy (wytwórczymi i organizacyjnymi) możliwe jest szybsze poznanie potrzeb rynkowych i precyzyjniejsze dostosowanie się do nich.

Punktowa realizacja potrzeb klientów, zapewniona dzięki  analizie online poszczególnych procesów wytwórczych,  gwarantuje wyższą rentowność. Ułatwiona produkcja mocno spersonalizowanych i niszowych produktów zwiększa sprzedaż.  Monitorowanie funkcjonalności produktu rozszerza zakres łańcucha wartości z produkcji na serwis i pomaga uzyskać dodatkowe przychody. Analiza danych z sieci wartości pozwala poprawić efektywność pracy i jakość produktów (lepsze wykorzystanie zasobów magazynowych, koherencja z obowiązującymi trendami, uniknięcie przestojów im awarii).

W przypadku gospodarek krajowych pozytywny wpływ Przemysłu 4.0. jest jak na razie trudny do zdefiniowania, ale specjalistyczne prognozy ekonomiczne nie pozostawiają złudzeń.  Według Boston Consulting Group implementacje Industry 4.0 mogą przynieść gospodarce niemieckiej zwiększenie produktywności o 58% (włączając koszty materiałowe),  wzrost przychodów na poziomie 1% rocznego niemieckiego GDP, wzrost zatrudnienia o 6% oraz wartość inwestycji na poziomie 250 mld euro w ciągu następnych dziesięciu lat („Industry 4.0. The Future of Productivity and Growth in Manufacturing Industries”, 2015)

W polskich realiach idea Przemysł 4.0. jest ciągle odległa. Dane z raportu przeprowadzonego przez Control Engineering Polska nie pozostawiają złudzeń. Nasz rodzimy przemysł ciągle trwa na etapie trzeciej rewolucji przemysłowej. Pod względem automatyzacji i cyfryzacji w znacznym stopniu odstajemy od zagranicznych firm, a bariera ta widoczna jest szczególnie w przypadku małych i średnich przedsiębiorstw.

Poziom robotyzacji polskiego przemysłu (19 urządzeń na 10 tys. pracowników wobec 282 w Niemczech i 83 na Słowacji)  stawia nas na szarym końcu europejskiej stawki. A wysokość środków przeznaczanych na innowacje w przeliczeniu na jednego mieszkańca (102 euro przy średniej europejskiej 558 euro) nie napawa optymizmem.

W takich okolicznościach inteligentna reindustrializacja gospodarki, poprzez uruchomienie w 2018 roku Polskiej Platformy Przemysł 4.0., wydaje się  być imperatywem moralnym nie podlegającym żadnym dyskusjom. Jak czytamy na stronie Ministerstwa Rozwoju głównym zadaniem Platformy Przemysłu 4.0. ma być integracja rozproszonych działań w jeden system wsparcia, ułatwiający  firmom dostęp do niezbędnych technologii oraz do know-how, jak również uświadamianie przedsiębiorców o  konieczności włączenia się w proces transformacji technologicznej. Najważniejszymi wskaźnikami efektywności platformy będą poziom cyfryzacji i robotyzacji polskiego przemysłu.

Jak przygotować się na Przemysł 4.0.?

To o czym piszę w pełni rozwinie się za kilka lub kilkanaście lat. Prowadząc jednak firmę w sieci już dzisiaj jesteśmy bardzo blisko opisywanego konceptu poprzez element cyfryzacji naszego przedsiębiorstwa. A ta, jak wiemy choćby z niniejszego opracowania, stanowi główną siłę  napędową  czwartej rewolucji przemysłowej. Dlatego bez względu na to czy posiadamy stronę sprzedażową oferującą produkty własne lub cudze, czy też może prowadzimy platformę usługową, warto zastanowić się jak ze swoim biznesem, kontaktami, doświadczeniem, pozycją na rynku i możliwościami wejść w odpowiednią sieć wartości? Jak mogłaby moja firma funkcjonować za 5 lub 10 lat w dobie zdecentralizowanych procesów wytwórczych, spersonalizowanych produktów, inteligentnej logistyki i monitorowanego serwisu posprzedażowego?

Oprócz czysto teoretycznych dywagacji przyszłościowy przedsiębiorca powinien podjąć kilka konkretnych kroków, aby w swojej organizacji przybliżyć ideę Przemysłu 4.0.

1) Powołać zespół do badania Przemysłu 4.0. lub samemu śledzić rozwój tej koncepcji, korzystając chociażby z bogatych zasobów internetu (www.controlengineering.pl). 2) Brać udział w wydarzeniach prezentujących założenia Przemysłu 4.0. (www.przemysl-40.eu). 3) Zarządzać inwestycjami w perspektywie zachodzących zmian. 4) Eksperymentować z nowymi rozwiązaniami, technologiami i wdrożeniami. 5) Próbować nowoczesnych strategii, nawet z ryzykiem utraty pieniędzy. Zgodnie z biznesowym założeniem pioniera drugiej rewolucji przemysłowej, Henry’ego Forda: „Firmy, które rosną dzięki rozwojowi i ulepszeniom, nie zginą. Ale kiedy firma przestaje być twórcza, kiedy uważa, że osiągnęła doskonałość i teraz musi tylko produkować – już po niej”.

Już 10 kwietnia w Warszawie będzie okazja do zapoznania się z najważniejszymi aspektami przedstawionej idei podczas ogólnopolskiej Konferencji “Przemysł 4.0”, połączonej z ceremonią wręczenia nagród „Produkt Roku 2017”.

Jako jeden z patronów medialnych wydarzenia, serdecznie zapraszamy!

Źródła:

Hermann, T. Pentek, B. Otto, Design Principles for Industrie 4.0 Scenarios: A Literature Review, Dortmund: Technische Universität Dortmund 2015
Boston Consulting Group, Industry 4.0. The Future of Productivity and Growth in Manufacturing Industries, 2015
Schwab, The Fourth Industrial Revolution, World Economic Forum 2016
Soldaty, Czwarta rewolucja przemysłowa i Przemysł 4.0., „Control Engineering „Fabryka 4.0.” 2017
Abramczyk, Raport: Gdzie te Fabryki 4.0?, http://www.controlengineering.pl/menu-gorne/artykul/article/raport-gdzie-te-fabryki-40/, 21.03.2017
James, 6 kroków, jak się przygotować i czego oczekiwać od rewolucji Przemysłu 4.0, http://www.controlengineering.pl/menu-gorne/artykul/article/6-krokow-jak-sie-przygotowac-i-czego-oczekiwac-od-rewolucji-przemyslu-40/, 07.03.2017
Ministerstwo Rozwoju, Powstanie Polska Platforma Przemysłu 4.0., https://www.mr.gov.pl/strony/aktualnosci/powstanie-polska-platforma-przemyslu-40/, 31.05.2017

1 komentarz

  1. Ernest 21-03-2018

Zostaw odpowiedź