facebook
Exkluzivní partner sekce
Tematické sekce
 
Branžové sekce
Přehledy
 
Tematické seriály
 

GDPR

General Data Protection Regulation zásadně mění zpracování osobních údajů a zavádí nové povinnosti...

články >>

 

Jak uřídit IT projekt a nezbláznit se

Užitečné tipy a nástroje pro řešení problémů řízení inovací a vývoje produktů...

články >>

 

Industry 4.0

Průmysl 4.0

Jaký vliv bude mít čtvrtá průmyslová revoluce na výrobu a výrobní firmy?

články >>

 

Komplexní svět eIDAS

O nařízení eIDAS již bylo mnoho řečeno i napsáno. A proto jediné, o čem...

články >>

 

Trendy v CRM

Systémy pro řízení vztahů se zákazníky (CRM) prochází v posledních letech výraznou změnou. Zatímco dříve...

články >>

 

Příručka úspěšného IT manažera

Dnes je řada IT manažerů opomíjena. Úspěšní bývají brouci Pytlíci a Ferdové...

články >>

 
Partneři webu
Compas automatizace
IT SYSTEMS 12/2018 , Plánování a řízení výroby

Průmysl na prahu autonomizace

Čtyři klíčové principy inteligentního průmyslu

Peter Bílik


AnasoftDigitální transformace průmyslu se již bez Internetu věcí (IoT) neobejde. Funkčnost, udržitelnost i návratnost IoT řešení a Smart Industry systémů se již potvrdila. Podniky, které absolvovaly pilotní fázi, začínají s plošným nasazováním ve výrobních a logistických procesech. Česká republika podle srovnání inovační výkonnosti zemí Evropské komise se zařazuje mezi střední inovátory. Investice do technologií Internetu věcí v regionu narostly meziročně o 15 % a jenom v Česku se odhaduje výše těchto investic za rok 2018 na 900 milionů dolarů. Proč budoucnost průmyslu stojí a padá na IoT?


Když v roce 2011 zazněl termín Průmysl 4.0 na Hanoverském veletrhu, začal budit otázky, zda jde v skutečnosti o něco víc než jenom o další sezónní marketingový termín. Vzhledem k prudkým změnám trhu a diverznímu chování spotřebitelů již s určitostí víme, že implementace nových technologií a Smart Industry řešení je nevyhnutelná nejenom pro rozvoj, ale i udržitelnost podnikových procesů. Internet věcí (IoT), a zejména průmyslový internet věcí (IIoT) tvoří fundamentální součást konceptu inteligentní výroby a samotného Průmyslu 4.0, s kterým se tak často používá zaměnitelně. Průmyslový internet věcí představuje aplikaci technologií internetu věcí ve výrobě (a logistice), které umožňují sbírání dat ze všech připojených objektů napříč lidskými, materiálovým, strojními a systémovými zdroji, za účelem zabezpečení automatizace a optimalizace příslušných procesů.

Podniky se z roku na rok více pouštějí do inovací, testování IoT řešení a rozsáhlejší a komplexnější implementace postupně nahrazují pilotní projekty. Včasná adaptace nových technologií přináší podnikům nemálo benefitů. I proto IIoT zaznamenává expanzivní nárůst, což podle průzkumu International Data Corporation (IDC) potvrzuje i 15% meziroční nárůst investic do IoT řešení ve střední a východní Evropě. Jenom v roce 2018 by měly podle analýzy IDC dosáhnout investice v našem regionu úrovně 11,3 miliardy dolarů, z toho 900 milionů dolarů pouze v České republice. V globálním měřítku se očekává, že průmyslový sektor vynaloží letos na IoT celkově 189 miliard dolarů.

Průmyslový internet věcí, a ve své podstatě i inteligentní průmysl, jsou definovány digitalizací a propojitelností. Interkonektivita jako esenciální předpoklad moderní průmyslové výroby vytváří prostor pro synergický efekt. Následkem toho dokáže IIoT a Smart Industry systémy signifikantně zlepšit produktivitu, kvalitu a agilnost. Pro zabezpečení konkurenční výhody již nestačí jenom optimalizovat náklady jednotlivých procesů. Za výčtem výhod, jenž přináší inovativní technologie do průmyslového a logistického prostředí, se ukrývají komplexní procesy, kde Smart Industry systémy autonomně řídí a koordinují dynamické systémy, a to v reálném čase.

Proč Smart Industry systémy a IIoT představují tak radikální posun, paradigmatickou změnu, kterou již nelze dosáhnout konvenčními technologiemi, je možné vysvětlit součinností čtyř klíčových principů – interoperability, decentralizace, inteligence a rekonfigurability.

Interoperabilita

Jak již bylo zmíněno, propojitelnost (interkonektivita) představuje základní předpoklad existence inteligentního průmyslu. Nejedná se přitom pouze o periferní připojení jednoho zařízení na druhé nebo centralizované spojení stroje s řídícím systémem, ale o komplexní síť, ne ani tak internetu věcí jako internetu všeho. V podnikovém prostředí to znamená propojení strojů, lidí, materiálů, produktů, informačních a komunikačních technologií a systémů a v neposlední řadě i dat ve formě dokumentů. Důležitou vlastnost sítě přitom představuje adaptabilnost, čili neohraničené možnosti integrace a rozšiřování sítě přibývajícími lidskými, materiálovými, strojovými i datovými zdroji. Otevřený systém vnitropodnikového průmyslového internetu věcí dává možnost modulárním Smart Industry řešením a jejich škálování napříč podnikem. Tudíž interkonektivita zajišťuje horizontální a vertikální integraci procesů modelem „shop-floor to top-floor“.

Při pokročilejších sítích IIoT je třeba klást důraz na interoperabilitu jednotlivých připojených objektů. Zatímco interkonektivita znamená propojitelnost lidí, systémů, objektů a dat, interoperabilita se váže na jejich kompatibilnost, čili všechny prvky průmyslového internetu věcí by měly být schopny navzájem komunikovat (vyměňovat si data) a interagovat. Právě interoperabilita je klíčová při budování globálního IoT ekosystému továrny přesahujícího fyzické hranice konkrétního podniku.

Analýza Institutu McKinsey Global uvádí, že až 40 % reálných přínosů internetu věcí se může získat zabezpečením interoperability jednotlivých IoT systémů. Nicméně se jedná o komplexní téma, jež pokrývá několik různorodých úrovní. Vhodný Smart Industry systém operující na všech relevantních úrovních tak dokáže zabezpečit nevyhnutelnou softwarovou infrastrukturu pro dosažení kompatibilnosti činitelů zapojených do vnitropodnikové IIoT sítě.
Prostřednictvím standardizace se pak můžou do jednoho procesu připájet různorodé systémy, jež navzájem spolupracují. Kupříkladu obchodně-distribuční společnost tak může přijímat objednávky přes e-shopovou platformu, potvrzené objednávky následně automaticky zpracuje firemním ERP systémem, z kterého zadání přebírá WMS systém a řídí celý proces od vyskladnění položek až po expedici objednávek. Firemní ERP si na základě skutečně vychystaného množství zboží aktualizuje stav reálných zásob a následně vygeneruje dodací list, který elektronicky přepošle dopravci. Přepravce si nechá dodací list potvrdit (nebo zrevidovat a upravit) zákazníkem v digitální formě, například aplikací digitálního vlastnoručního podpisu. Po podpisu dodacího listu může účetní systém vygenerovat fakturu a automaticky ji odešle zákazníkovi na e-mail.

Decentralizace

Decentralizované systémy jsou to, co odlišuje éru třetí průmyslové revoluce od současné revoluce Průmyslu 4.0. Centralizované systémy na principu server–klient disponovaly jednou centrální databází, což mělo za následek udržení konzistence dat, jejich jednoduchou správu a vysokou úroveň bezpečnosti. Takovéto uspořádání však bylo omezeno kapacitou serveru a představovalo zvýšené riziko při výpadcích systému. V rámci komplexních digitálních ekosystémů, jakými jsou bezesporu i výrobní továrny, je proto nevyhnutelné využít decentralizovaných řešení.
Tak jako je decentralizované fyzické uspořádaní podniku, je rovněž decentralizována i zodpovědnost a potřeba dělat operativní rozhodnutí na nižších úrovních. Nejlepší je rozhodnutí udělat co nejblíže k místu, kde je zaměřený jeho dopad, protože na tomto místě jsou dostupné potřebné informace, souvislosti i rychlá zpětná vazba. Tuhle hierarchii by proto měly kopírovat i řídící Smart Industry systémy.

V konceptu Průmyslu 4.0 se proto počítá s vytvořením inteligentní sítě různorodých distribuovaných entit podél celého řetězce vytvářejícího hodnoty, tedy sítě napříč výrobními, ekonomickými, obchodními, logistickými a dalšími úseky. Tato distribuovaná infrastruktura umožňuje komunikaci jednotlivých komponentů (lidí, strojů, objektů, dat a systémů) sítě mezi sebou a z pozic rovnocenných rolí. Na druhou stranu, komponenty připojené do IIoT sítě generují rozsáhlé množství heterogenních dat, které Smart Industry systémy musejí zpracovávat. Díky současné kapacitě výpočetní technologie se však i velké objemy dat můžou zpracovávat rychleji, což dovoluje Smart Industry systémům přesouvat informace v reálném čase. Přínosem distribuované infrastruktury komponentů připojených do IIoT sítě a decentralizovaných Smart Industry systémů pak je rozšiřitelnost sítě, jakož i zvýšená odolnost vůči výpadkům samotné sítě, jednotlivých připojených systémů, jakož i jejich komponentů.

Henry Ford v roce 1913 způsobil převrat v průmyslu zavedením výrobní linky, jež transformovala centralizovaný způsob výroby (jednotlivé profese se střídají u produktu) na decentralizovaný (produkt přecházející na jednotlivá výrobní stanoviště s jasně definovaným úkolem). Stejný revoluční potenciál má pro výrobní průmysl i technologie IIoT sítí s distribuovanou architekturou. Díky těmto sítím je možné vytvářet výrobní prostředí fungující na konceptu fluidních (nelineárních) výrobních pracovišť, na kterých se přeskupují týmy odborníků, a tok vznikajících produktů probíhá zdánlivě nahodilým způsobem. Všechny procesy jsou koordinovány řídícím systémem na základě aktuálních podmínek a okolností, přičemž je dosahována nejvyšší efektivita využití dostupných výrobních zdrojů.

Inteligence

Chytré řízení výroby a logistiky a za tímto účelem implementované Smart Industry systémy se neobejdou bez nástrojů a technologií umělé inteligence (AI). Konvergence IoT a AI se v současnosti dostává více do popředí, nejenom v běžném spotřebitelském prostředí, ale i v průmyslovém prostředí. Smart Industry systémy již dnes využívají inteligentní algoritmy na monitorování, kontrolu, řízení a plánování komplexních procesů a operací napříč celým výrobním procesem a dodavatelským řetězcem.
Pokročilé kognitivní technologie se budou postupně implementovat do Smart Industry systémů za účelem zvyšování autonomie jednotlivých komponentů IIoT sítě. Díky tomu se každý zapojený prvek stane „smart“ sám o sobě. To znamená, že bude pracovat relativně autonomně a dle potřeby komunikovat s ostatními členy sítě. Dosáhnutí tohoto cíle je možné nejenom cestou zlepšování softwarového vybavení a navyšování výpočtového výkonu daných zařízení, nýbrž i virtualizací těchto prvků a vytvářením jejich digitálních dvojčat (digital twins). Vznikají tak kyberneticko-fyzikální systémy propojující fyzické objekty s jejich virtuálními protějšky.

Propojení a interoperabilita „smart“ komponentů decentralizovaného IIoT ekosystému spouští využívání kolektivní inteligence po vzoru kolonií organismů v přírodě. Současné vyspělé Smart Industry systémy již využívají principy kolektivní inteligence v průmyslových procesech, především řešení na bázi multi-agentových systémů. V případě průmyslového prostředí to tedy otevírá nové možnosti samo-organizace. Autonomie komponentů IIoT sítě (včetně všech intelektuálních funkcí, jako učení se, interagování a predikování), které pak vykonávají výrobní a logistické operace bez vnějšího zásahu, otevírá cestu k nástupu autonomních řídících průmyslových systémů.

Rekonfigurabilita

Vývoj Smart Industry systémů postupuje k jejich maximální modulárnosti a schopnosti autonomní rekonfigurace na základě automatického rozpoznání situace. Samo-organizovatelnost výrobních procesů zahrnuje proto i rekonfigurabilitu, charakterizovanou jako nezávislou adaptabilnost na vnitřní a externí podněty. Jejím projevem je auto-optimalizace procesů, jež představuje další stupeň inteligence i vzhledem na AI nástroje využívané pro její realizaci.

Nevyhnutelným předpokladem pro dosažení této schopnosti je sběr a přenos různorodých dat napříč podnikovým IIoT ekosystémem a jejich bezodkladná analýza a demokratizace na všech řídících úrovních. Následné zapojení technologií, jako jsou umělé neuronové sítě s prvky machine learning, pak posouvá funkčnost auto-optimalizace z pozice reaktivní do pozice preventivní a proaktivní.

Snahou mnoha podniků je především zvýšení agilnosti procesů ve výrobě. Pracovní postupy, jako jeden z výrobních zdrojů, se díky Smart Industry systémům můžou modifikovat za běžného provozu i s ohledem na aktuální vývoj výrobního procesu, přetrvávající trendy nebo výsledky analýz. Od Smart Industry systémů se očekává, že procesy, které řídí, optimalizují na báze prediktivního (a časem i preskriptivního) řízení. Výrobní a logistické procesy tak můžou pružněji reagovat na případné změny, nečekané situace nebo výjimečné stavy. Zvyšování agilnosti podniků je důležité především v případě diskrétní výroby. Projevuje se výrazným zkrácením přechodu mezi fází prototypu a sériovou výrobou (tj. uvádění nových produktů), ale i zabezpečením zvyšování variability vyráběných produktů, kustomizace, nebo výroby na vyžádání (Manufacturing-on-Demand). Průzkum Genpact Research Institute zjistil, že podniky s rozvinutou IIoT sítí mají jako priority nastaveny především růst (90 %) a agilnost (85 %) a až poté optimalizaci nákladů (76 %).

Od automatizace k autonomizaci

Interoperabilita, decentralizace, inteligence a rekonfigurabilita jsou vlastnosti, které přinášejí i další výhody podnikům například i v oblastech bezpečnosti a environmentalistiky. IIoT a velká data, jež síť generuje, vytvářejí v procesech větší přehlednost, a tudíž snižují riziko vzniku chyby lidským nebo technologickým faktorem. IIoT technologie a Smart Industry systémy tím pádem mají přímý vliv na zlepšování bezpečnosti, spolehlivosti a udržitelnosti výrobního prostředí, a v konečném důsledku i na prevenci negativních dopadů na kvalitu produktu. Vyšší transparentnost také přispívá k redukci plýtvání, úniků a odpadovosti i identifikaci jejich zdrojů, čímž se minimalizuje environmentální stopa výrobního podniku.
Uvedené principy inteligentní výroby a logistiky jsou také základní hybnou sílou pro maximalizaci přidané hodnoty jednotlivých procesů napříč podnikem. Industriální automatizace charakterizuje především třetí průmyslovou revoluci. Ta současná, v podstatě IoT revoluce, již nemá za cíl automatizaci, nýbrž autonomizaci výrobních a logistických procesů.

Peter Bílik
Autor článku působí jako Smart Industry solutions designer ve společnosti ANASOFT.
Chcete získat časopis IT Systems s tímto a mnoha dalšími články z oblasti informačních systémů a řízení podnikové informatiky? Objednejte si předplatné nebo konkrétní vydání časopisu IT Systems z našeho archivu.


Inzerce

Zaměstnání: Programátor a kodér Brno

programátor a kodér BrnoBaví vás dělat weby a chcete profesně růst? Hledáme programátora / kodéra pro webové studio Brno na trvalý úvazek (HPP), nebo jiný (IČO, DPP, DPČ a další). Znalost CMS WordPress nebo Joomla výhodou.