Индустрия 4.0:история, преимущества и технологии

Обновлено 25 февраля 2021 г.

Путеводитель производителя по четвертой промышленной революции:

• Что такое Индустрия 4.0?
• В чем важность Индустрии 4.0
• Что способствует переходу к Индустрии 4.0?
• Эволюция производства
• Как успешно внедрить решения для Индустрии 4.0
• Преимущества Индустрии 4.0
• Проблемы Индустрии 4.0
• Технологии Индустрии 4.0

Что такое Индустрия 4.0?

Индустрия 4.0, также известная как Четвертая промышленная революция или 4IR, — это всеобъемлющий термин, обозначающий, как компьютеры, данные и автоматизация развиваются и объединяются, чтобы изменить как происходит работа, и в частности производство.

Основываясь на третьей промышленной революции, которая включала создание ПК и Интернета, Индустрия 4.0 выводит технологии на новый уровень эволюции, стирая границы между цифровым и физическим мирами. Такие элементы, как автоматизация, искусственный интеллект, Интернет вещей и другие, становятся все более и более распространенными. В то время как промышленные революции прошлого были в основном связаны с развитием технологий, Индустрия 4.0 больше связана с эволюцией технологий и их влиянием на повседневную жизнь.

Почему Индустрия 4.0 важна

В то время как промышленные изменения и технологический прогресс в прошлом можно было охарактеризовать как создающие проблемы, так и решающие некоторые из них, Индустрия 4.0 заключается в том, чтобы брать существующее и совершенствовать его. Таким образом, хотя такие технологии, как крупномасштабные вычисления и сбор данных, не новы, применение уровня 4.0 облачных вычислений означает, что данные, которые ранее хранились в разрозненных хранилищах, теперь могут совместно использоваться на многих уровнях организации и по всему миру.

Отходя от традиционного производства, Индустрия 4.0 может уменьшить нагрузку, связанную со многими проблемами, с которыми в настоящее время сталкивается отрасль, включая необходимость конкурировать на глобальном рынке с сопутствующей волатильностью, сократить производственные циклы все более сложных продуктов, что позволяет просматривать и анализировать данные, что приводит к ценным выводам. Тенденции, которые меняются, больше не вызывают беспокойства, поскольку компании могут корректировать курс с максимальной гибкостью и минимальными затратами, а профилактическое обслуживание повышает эффективность и увеличивает прибыль.

Поскольку Индустрия 4.0 направлена ​​не только на развитие технологий, но и на их реальное развитие, экономические показатели сосредоточиваются на инновациях, а не на созидании. Компания может внедрять инновации и создавать новую бизнес-модель — от первоначальной идеи до реализации — в гораздо более быстром цикле, чем в прошлом.

Вместо того, чтобы устранять необходимость в человеческом взаимодействии, как это было в некоторых аспектах предыдущих промышленных революций, Индустрия 4.0 внедряет инновации в технологии, чтобы ставить клиента на первое место. Более быстрый выход на рынок, производство по запросу и более простые уровни настройки обеспечивают удовлетворенность клиентов на совершенно новом уровне. Даже люди, которые будут работать с машинами, улучшенными с помощью Интернета вещей или робототехники и автоматизации, обнаружат, что их жизнь улучшилась, поскольку повторяющиеся простые задачи будут устранены в пользу работы над решением проблем или внедрением инноваций.

Что способствует переходу к Индустрии 4.0?

Есть несколько потребностей, которые побуждают производителей переходить на Индустрию 4.0.

Первое и самое ценное – это клиент. Их желания и потребности постоянно меняются, как и их спрос на более ранний, дешевый и все еще использующий меньше ресурсов продукт, чем в прошлом. Кроме того, кастомизация — это название игры, которая была дорогостоящей и неэффективной в предыдущих эволюциях технологий, но которая с Индустрией 4.0 может стать нормой. 3D-печать, например, может обеспечить быстрое и мелкосерийное производство высокоиндивидуализированного изделия с незначительно более высокой стоимостью, чем полное производство.

Далее идут сами данные:способность получать и анализировать объемы исторических данных, которые производители постоянно производят, является полезным интеллектом, позволяющим планировать спрос, производство и техническое обслуживание. Повышение эффективности и производительности при одновременном обеспечении высокого качества конечного продукта полезно для здоровья производителя.

Наконец, возможность использовать облачные вычисления и возможности подключения означает, что ограничения глобального рынка практически сведены к нулю. Расстояние и разные часовые пояса больше не являются проблемой, когда работники всех уровней могут получить доступ к нужным им данным, от ресурсов цепочки поставок до производства и доставки, в режиме реального времени, отображаемых способами, существенными для любого конкретного пользователя.

Эволюция производства:краткая история промышленных революций

Производство существенно изменилось с момента его скромного начала. Было четыре основных технологических достижения, которые соответствуют каждой из четырех промышленных революций

Первая промышленная революция

Это когда производство повернулось к инструментам и машинам. Популярные технологии этой эпохи, которая применялась с конца 1700-х до начала 1800-х годов, включали в себя механический ткацкий станок, чесальную машину, прялку мула и прялку дженни. Вода использовалась для питания оборудования, такого как ткацкий станок, и эта тенденция перешла к ее мощному аналогу - пару. За это время паровые двигатели стали популярными для различных вариантов использования. Это контрастирует с ручным человеческим трудом и трудом животных, которые использовались до этой революции.

Вторая промышленная революция

С конца 1800-х до начала 1900-х годов Вторая промышленная революция ознаменовала собой период быстрого технического прогресса, который привел к усилению индустриализации и стандартизации из-за необходимости взаимозаменяемых частей для поддержки такого роста. Именно тогда появилась производственная линия, какой мы ее знаем. Популярные технологии и основные достижения включают электроэнергию, телефоны, сталь и первый современный корабль.

Третья промышленная революция

Третью промышленную революцию иногда называют цифровой революцией из-за быстрого внедрения цифровой электроники. Микропроцессоры, ПК, сотовые телефоны и Интернет были основными технологиями во время Третьей промышленной революции, которая произошла во второй половине 20-го века. Это ознаменовало начало века информации.

Четвертая промышленная революция

Автоматизация является большим отличием Четвертой промышленной революции (Индустрия 4.0). Межмашинная связь и технология IoT привели к появлению интеллектуальных заводов, интеллектуальных датчиков, профилактического обслуживания с использованием машинных данных и машинного обучения, а также аддитивного производства — все это пришло из Четвертой промышленной революции. В этот период люди удаляются из цикла, где это применимо. Многие эксперты считают, что это наше нынешнее место в истории.

Пятая промышленная революция

Некоторые эксперты считают, что сейчас мы находимся по другую сторону Индустрии 4.0, а вместо этого находимся на пороге Пятой промышленной революции (Индустрия 5.0). Хотя разногласия остаются, 5IR придает большое значение человеческому интеллекту. Именно во время этой промышленной революции люди и машины должны в конечном итоге работать вместе для достижения прогресса. Примером того, что можно считать многообещающей технологией 5IR, являются Neuralink Илона Маска или панели оператора MachineMetrics, которые накладывают человеческий контекст на машинные данные для лучшего и более точного анализа машинного обучения.

Как успешно внедрить решения для Индустрии 4.0

Существуют три основных способа гарантировать, что внедрение Индустрии 4.0 — и, в частности, интеграция IoT на заводе — в вашей производственной среде пройдет без особых усилий. сложность:

1. Убедитесь, что вы не зацикливаетесь на правиле управления изменениями 20/60/20. Это тот случай, когда 20% вашей рабочей силы твердо поддерживают ваши планы, 60% согласны с ними, но настроены скептически, а 20% недовольны всем этим. В то время как 100-процентное принятие любого плана управления изменениями маловероятно в лучшие времена, эти последние 20 %, когда речь идет об интеграции промышленного IoT, может быть трудно игнорировать. Один из способов улучшить 60% — это признать тех, кто не любит перемен, и посмотреть, сможете ли вы разобраться, почему, и начать обсуждение этой более широкой картины. Включение людей может помочь им почувствовать, что они заинтересованы в изменениях. Кроме того, инвестиции в обучение — единственный лучший способ компенсировать дискомфорт в долгосрочной перспективе. Если люди понимают, ПОЧЕМУ и КАК, они с большим удовольствием присоединятся к поездке.
2. Перейдите на упреждающее обслуживание. До Индустрии 4.0 и отсутствия подключения к машинам, больших данных и облачной аналитики обслуживание по умолчанию было реактивным. Была некоторая возможность планировать техническое обслуживание благодаря историческим шаблонам, но в целом стандартный стиль заключался в том, чтобы дождаться сбоя, прежде чем устранять проблему. Благодаря надежному анализу данных производители могут использовать Индустрию 4.0 не только для прогнозирования закономерностей и тенденций в целях планирования технического обслуживания и эффективного времени производства, но также могут достичь стадии автономного обнаружения, самокоррекции или ремонта с помощью машин.
3. Делитесь своими данными, но также и защищайте их. Одним из больших преимуществ Industry 4.0 является возможность обмена данными в режиме реального времени даже со сторонними поставщиками. Если они увидят, как выглядит ваш спрос, они смогут лучше спрогнозировать, чтобы обеспечить вас надлежащим образом. С этим обменом возникает необходимость обеспечить безопасность ваших данных. Кибербезопасность является одним из основных столпов, когда речь идет об Индустрии 4.0, с облачным хранилищем данных, управлением и беспроводной связью. Если вы настроите эту настройку с самого начала, у вас не возникнет проблем, которые потребуют переоснащения.

Преимущества Индустрии 4.0

Повышенная эффективность и производительность

Когда вы исключаете человека из цикла, вы также устраняете человеческую неэффективность и неточности. Благодаря лучшему распределению ресурсов, основанному на числах, требуется меньше ресурсов для поддержания оптимального уровня производительности. Время простоя становится меньше, когда данные и машинное обучение объединяются для профилактического и предписывающего обслуживания, поддерживая машины в отличной форме, не жертвуя складскими площадями из-за избытка ненужных запасных частей или участия в регулярных плановых простоях.

Улучшенная маневренность

Когда решения основаны на числах, которые также могут быть изменены по желанию для просмотра альтернативных сценариев, производители пожинают плоды значительного повышения гибкости. Имея цифры для поддержки решений, можно быстро изменить ситуацию по мере появления возможностей, даже открывая возможности для разовых производственных циклов, если запасы для прогнозируемого спроса уже были удовлетворены.

Больше денег

Это происходит из-за множества факторов. Повышение эффективности и производительности означает максимальную производительность. Данные датчиков, используемые для профилактического обслуживания, сокращают время простоя, а также брак. Лучшее планирование ресурсов означает меньшие накладные расходы на первоначальные расходы на материалы, складские площади (которые также можно оптимизировать с помощью машинного обучения) и общие операционные расходы при увеличении потенциального дохода.

Вызовы Индустрии 4.0

Разрозненные, подавляющие массивы данных

Производители часто завалены большим количеством данных, чем они могут разумно использовать. Полезность этих данных снижается из-за нехватки собственных специалистов (или внешних служб), которые понимают, как очищать и организовывать данные — правильные данные — для ответа на вопросы бизнеса. Многие производители пришли в Индустрию 4.0, ожидая, что решения для обработки данных будут готовыми к использованию и будут гармонично работать вместе. Особенно ранним последователям часто было грустно узнавать, что их данные были в множестве различных форматов, которые не работали вместе, и не было кнопки одним щелчком, которая вытащила бы все данные, чтобы ответить на любой вопрос, который у них был в тот момент. Механизмы нормализации данных и среды машинного обучения с низким кодом теперь решают некоторые из этих проблем, превращая гражданскую науку о данных в благо для предприятий, которые используют и разрешают ее, но многие производители по-прежнему имеют хранилища данных, полные информации, но не могут ее использовать.

Нехватка талантов

Несмотря на то, что в мире много талантливых людей, определенные типы талантов сейчас пользуются большим спросом, чем когда-либо, и предложение, похоже, не поспевает за спросом. Штатные специалисты по данным были роскошью в течение последнего десятилетия, и даже те компании, которые наняли их, часто обнаруживают, что они являются узким местом, потому что они сильно перегружены. В последнее время ученые, работающие с данными, в основном имели вариант «назови свою цену» из-за крайнего несоответствия спроса и предложения. Аналитики данных, а также среды машинного обучения с низким кодом значительно ускорили и упростили процесс развертывания новых алгоритмов, но по-прежнему ощущается нехватка специалистов в области науки о данных.

Обратный удар по корпоративной культуре

Крупные цифровые преобразования могут вызвать стресс у сотрудников. Отсутствие процедур управления изменениями привело к хаосу во многих компаниях, а также к тому, что многие сотрудники опасаются, что потеряют работу из-за ИИ или робота (хотя это не соответствует перспективам Индустрии 5.0). Преодоление разрозненности и требование межведомственного сотрудничества могут вызвать напряженность там, где когда-то существовала конкуренция. Корпоративная культура должна превратиться в открытую, инновационную и совместную среду для полной реализации преимуществ Индустрии 4.0, а быстрые действия на основе данных вместо долгих размышлений в конечном итоге побеждают в современной бизнес-среде.

Технологии Индустрии 4.0

Какие решения и технологии появятся в рамках инноваций Индустрии 4.0? У нас есть полная статья о технологиях 4IR, но вот краткий обзор 10 лучших:

Большие данные и аналитика

Это огромный объем данных, собранных с помощью датчиков, пикселей отслеживания, опросов и любого другого потока данных, где эти данные хранятся, а также средства их анализа, такие как периферийные вычисления и машинное обучение.

Автономные роботы

Это роботы, которые работают сами по себе, без участия человека. Используя машинное обучение, эти роботы могут принимать оперативные решения и вносить исправления для выполнения задач, для которых они запрограммированы.

Моделирование/цифровые двойники

Это цифровая версия системы, например производственного цеха фабрики. Используя датчики на производственном оборудовании и аналогичные цифровые устройства, предприятия могут увидеть виртуальный «двойник» системы, которую затем можно использовать для анализа, тестирования и т. д.

Горизонтальная и вертикальная системы

Это относится к связанности каждого аспекта системы как по горизонтали, так и по вертикали, например, к совместной работе отделов на разных объектах, а также к совместному использованию машинных данных и взаимодействию между различными уровнями старшинства.

Промышленный Интернет вещей (IIoT)

Это любое устройство IoT, используемое в промышленных условиях, например интеллектуальное управление HVAC или датчик производственной машины. Платформа MachineMetrics IIoT превращает данные вашего цеха из идей в действия с помощью мощных приложений, которые сокращают время простоя машин, увеличивают производительность и максимизируют прибыльность за счет вашего производственного оборудования.

Технология кибербезопасности

Кибербезопасность имеет решающее значение в IR4, поскольку приток компьютеров означает увеличение числа уязвимостей безопасности, которые необходимо защищать.

Облако

Это внешнее доступное хранилище информации, доступ к которому обычно осуществляется через Интернет. Для этого не требуется локальное оборудование, и производители могут использовать его для доступа к компьютерным ресурсам по требованию без необходимости активного управления этими ресурсами.

Аддитивное производство

Это производство, которое не убирает вещи посредством резки, шлифовки и т. д., а вместо этого добавляет материал для создания объекта. Наиболее ярким примером является 3D-печать.

Искусственный интеллект

Под ИИ понимаются машины, способные самостоятельно учиться и делать выводы на основе формирования связей с использованием обучающих данных и возможностей непрерывного прогнозирования.

Дополненная реальность

AR относится к наложению информации на физический мир. Известные примеры включают фильтры Snapchat и Pokémon Go, но многие варианты использования существуют и в деловом мире, особенно в том, что касается обучения и обслуживания.