Индустрия 4.0

22 Июн

Этот материал я задумал написать, прочитав статью из журнала ScheetMetal Review (ссылка внизу), которая посвящена теме 4-го витка индустриальной революции. Этот самый виток уже окрестили «Индустрия 4.0» или «Промышленность 4.0» и с недавнего времени обсуждают в техническом сообществе. Конечно, я также не мог пройти мимо. Так что спешу поделиться информацией и размышлениями. Попытаемся докопаться, что это за зверь такой, и чем нам с вами грозит.

Итак, до настоящего времени Индустриальная Революция пережила три четко определенных стадии:

– Механизация

Начало использования энергии воды и пара. Это позволило существенно увеличить предложение различных товаров, сделать их более доступными и дешевыми. Процесс начался с середины 17-го века.

– Электрификация

С начала 20го века производство стало более мобильным и не было больше привязано к рекам или к угольным месторождениям. Стало возможно массовое производство со всеми вытекающими последствиями: комплексный подход, товары народного потребления, доступность ценовая и территориальная.

– Цифровая автоматизация

С появлением ЧПУ (1960е годы) и программируемых логических контроллеров стало возможным без труда сохранять и тиражировать различные производственные процессы. Любая последовательность операций теперь может быть запрограммирована и воспроизведена бесчисленное множество раз. Причем, в итоге мы получаем неизменный идентичный результат.

Понятно, что сейчас мы до сих пор пользуемся продуктами именно 3й стадии. Ведь принцип работы на станках не меняется уже давно. Совершенствуются только способы взаимодействия, то есть – программное обеспечение. И пусть человеко-машинные интерфейсы дружелюбно улыбаются нам на каждом углу, мы по-прежнему должны задавать станку четкие последовательности операций.

И наконец, на очереди следующий этап – будущее стучится в двери!

– Индустрия 4.0

Эта стадия Индустриальной Революции характеризуется галопирующим развитием сетевых технологий, которые стремительно ворвались в нашу жизнь, в наше сознание и теперь активно завоевывают наше производство. Соединение отдельных механизмов в сеть позволяет получать информацию о продукте в реальном времени и в реальном же времени регулировать множество производственных процессов – в итоге, мы получаем рост скорости и качества конечного изделия.

Уже сейчас мы делаем первые шаги к новой стадии. Так, в машиностроении сложилась тенденция создания комплексов обработки металла. В нашем случае, я говорю, например, об автоматических гибочных центрах.

Таких:

Или таких:

Особенно это стало ясно в 2012 году на выставке EuroBlech в Германии, когда каждый более или менее крупный производитель представил свой экземпляр того или иного автоматизированного комплекса.

Конечно, на этом прогресс не остановился, и свет увидели автоматические центры комбинированной обработки листовой стали:

и рулонной стали:

При этом можно увидеть общие черты в технологиях, не так ли? По сути, это различные комбинации отдельных механических узлов, оснащенных необходимыми устройствами ввода-вывода и объединенных в единую промышленную сеть.

Промышленные сети – одно из основных понятий индустрии 4.0. Люди изобрели их и используют уже с 70х годов прошлого века. В 80х годах получили распространение цифровые технологии. С тех пор, как вы понимаете, они только развиваются. Генезис цифровых промышленных сетей очень прост – они, прежде всего, стремятся к расширению. Имею ввиду банальное увеличение площади охвата, скорости, качества передачи данных, количества участников коммуникации и проч. Все это происходит благодаря постоянному развитию интерфейсов и протоколов передачи данных. Единственная проблема – стандартизация. Все опять довольно-таки банально – протоколов много, устройств много, все они между собой просто физически не могут стыковаться как следует. Выход один – разработка единой универсальной сети, куда можно добавлять/убирать любые компоненты и которые смогут «общаться друг с другом» на как можно большем расстоянии. Сразу скажу, что это, конечно, звучит как утопия. Но не спешите с выводами. Благодаря стремлению к этой самой универсальности, уже были сделаны очень важные шаги. В частности, были созданы общепринятые стандарты и протоколы (ProfiBUS, CAN, MODBUS, промышленный Ethernet…), и теперь различные компоненты «дружат», по крайней мере, в рамках одной сети одного стандарта.

Итак, в чем же изюминка индустрии 4.0? Прежде всего, изюминка в переводе компонентов промышленной сети из мира локального в мир глобальный – мир интернета. Здесь мы подходим к еще одному важному понятию – «интернет вещей». В последнее время употребляется оно повсеместно, поэтому давайте себе его проясним. Само понятие возникло в 1999 году применительно к организации корпоративной логистики компании Procter & Gamble за счет использования радиочастотных меток. Затем концепция интернета вещей стала проникать в бытовую сферу. Представьте себе, как бытовые приборы (телефон, кондиционер), домашние системы (охрана, освещение), датчики и «вещи» (продукты, напитки, лекарства) взаимодействуют друг с другом и обеспечивают полностью автоматическое выполнение процессов.

И так на разных уровнях: умная квартира, умный дом, умная улица, умный город и так далее. «Вещи» при этом маркируются и каждая получает свой адрес в сети. Уже и соответствующая инфраструктура для этого появляется: протокол IPv6, который увеличит количество возможных адресов в интернете; облачные технологии, которые позволят удаленно обработать огромные массивы информации; новые системы кодировки, маркировки и распознавания; доступные базы данных и многое другое. Мы, в самом деле, входим в новую эру, хотя некоторое время еще, несомненно, понадобится.

И нет ничего удивительного в том, что такой мощный глобальный процесс захватывает сферу производства. Думаю, это так или иначе произойдет с большой долей вероятности.

Теперь осталось все мысленно объединить: производственные центры, промышленные сети и интернет вещей. В итоге получим то, что сейчас принято называть промышленной киберфизической системой (CPS). Это умные или смарт- системы, охватывающие вычислительные (т.е. аппаратное и программное обеспечение) и эффективно интегрируемые физические компоненты, которые тесно взаимодействуют между собой, чтобы чувствовать изменения состояния реального мира. Причем под физическими объектами следует понимать буквально все! Это и основные узлы машин, и вспомогательные агрегаты, и заготовки, и конечная продукция – все может быть объединено посредством универсальной глобальной сети или, если хотите, промышленного интернета.

В мире Индустрии 4.0 производственное оборудование и продукты станут активными системными компонентами, управляющими своими производственными и логистическими процессами. При этом они будут отличаться от существующих мехатронных систем наличием способности взаимодействовать со своим окружением, планировать и адаптировать свое собственное поведение согласно изменяющимся в реальном времени окружающим условиям, учиться новым моделям и линиям поведения, то есть, быть самооптимизирующимися.

Вот что говорит по этому поводу Профессор Вольфганг Вальстер – один из главных идеологов концепции «Индустрия 4.0» в Германии.

В итоге производственный процесс будущего я представляю примерно так:

Обычный среднестатистический потребитель заходит на сайт. Назовем его, к примеру, ВДИЗАЙНЕ.РУ. С помощью данного ресурса каждый человек сможет смоделировать и заказать производство любого товара в соответствии со своими индивидуальными предпочтениями.

Допустим, потребителю нужен чайник. После деталировки цифровой модели данного чайника система определяет, что металлический корпус необходимой формы может быть изготовлен с помощью определенной комбинации устройств. Сервис ВДИЗАЙНЕ.РУ посылает запрос на автоматические производства и определяет наиболее подходящие. Таких комбинаций насчитывается энное количество по всему миру. Умные заводы, получив запрос, в свою очередь запрашивают необходимые материалы, просчитывают техпроцессы и выдают срок и смету производства детали или сборки. Сервис подбирает оптимальное производство по расположению, срокам и стоимости, сводит информацию по всем деталям и выдает ответ потребителю – все это в считанные минуты. Потребитель подтверждает заказ, производство начинает работу.

На умном заводе каждый механический узел оснащен собственным микропроцессором, позволяющим вычислить оптимальную работу в процессе выполнения определенной задачи независимо от центральной системы управления производством. Взаимодействие между большим количеством отдельных компонентов позволит вырабатывать решения, которые ранее было невозможно запрограммировать на производственных установках. В физике и биологии это явление называется «проявлением». Наглядным примером такого взаимодействия может служить муравейник. Таким образом, начинается изготовление детали. Готовый металлический корпус для чайника получает свою идентификационную метку и отправляется на сборку.

После сборки продукт направляется службой доставки потребителю.

После, производство будет иметь возможность отслеживать дальнейшую судьбу детали в заранее запрограммированных аспектах ее существования. Например, определять локацию, срок службы, температурную среду, другие воздействия. Собранная информация может каталогизироваться по всевозможным критериям (ну, например, поступать в базу данных «корпуса чайников» или «корпуса бытовых приборов») и влиять впоследствии на производство аналогичных изделий (например, менять шероховатость поверхности для уменьшения теплопередачи). В конце концов, в случае повреждения детали, потребителю тут же будет предложено ее заменить или он сам сможет эту замену заранее инициализировать.

Короче говоря, возможности будут безграничны.

И напоследок несколько слов о настоящем. На сегодняшний день основные исследования и финансирование концепции «Индустрия 4.0» проводит Германия. Между прочим, консалтинговая фирма Strategy& сообщает, что немецкая промышленность уже инвестирует в промышленную интернет-инфраструктуру по 40млрд. евро ежегодно! Из 278 опрошенных немецких компаний 131 сообщили, что хотят быть вовлеченными в «Индустрию 4.0». Примерно 20 предприятий делают реальные шаги. Также, именно в Германии сейчас ведутся основные разработки и исследования.

Конечно, чтобы 4-я индустриальная революция вступила в свои права, нужно сделать еще очень многое. Так, Индустрия 4.0 требует массивных коопераций – ведь машины должны говорить на одном языке. Таким образом, нужно создать и реализовать некий универсальный протокол и каждое вовлеченное предприятие должно открыться и впустить глобальную промышленную сеть.

В этой связи встает еще один важный вопрос – вопрос безопасности. Мороз пробирает по коже, когда представишь, что могут сделать хакеры, взломав одно из таких умных производств. Сейчас проводится большое количество мероприятий на тему интернет-безопасности в контексте облачных технологий и интернета вещей. Очевидно, что проблемы защиты промышленного интернета будут еще более злободневны и нетривиальны.

Еще много споров и опасений вызывает ситуация с уменьшением доли человеческого труда на производстве. Эта тенденция ударит в первую очередь по развивающимся странам, которые компенсируют технологичность недорогими и легко возобновляемыми человеческими ресурсами. «Стареющей» же Германии индустрия 4.0 очень подходит, как вы понимаете. Создание смарт производств и киберфизических систем позволит использовать малый по численности, но квалифицированный кадровый потенциал с максимальной продуктивностью. Вопрос: зачем тогда поощрять рождаемость? В любом случае, социологам, антропологам, футурологам и прочим будет еще, о чем задуматься.

Так или иначе, есть концепция, есть стремление ее воплотить в жизнь, есть связанные с этим чаяния и опасения. Хочется только думать, что опасения не оправдаются и что будущее будет светлее, чем мы себе представляем.

Вот такой материал получился. Хотите верьте, хотите нет.

При подготовке информации я использовал:  1. Журнал  “International Sheet Metal Review”, march 2015, статья “The smart factory”   2. Wikipedia, “Internet of things”  3. Hi-news.ru, статья “Индустрия 4.0: Что такое четвертая промышленная революция?”    4. Портал “Управление производством”, статья “Индустрия 4.0: производственные процессы будущего”  5. Портал “internetofthings.ru”, статья “Роб Ван Краненбург: Что такое IoT?”   6. Портал “internetofthings.ru”, статья “Интернет вещей

2 мнения по поводу “Индустрия 4.0

  1. Pingback: Производство в облаке - mehanolog.ru

  2. Pingback: EuroBLECH 2016 - тенденции - mehanolog.ru

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.