rozšírené vyhľadávanie
SK | EN | CZ

Kvalita a Industry 4.0

V poslednej dobe veľa čítame o Industry 4.0 (I 4.0). Jednotlivé spoločnosti sa na ňu pripravujú, iné sa s ňou zoznamujú a niektoré implementujú časti, ktoré považujú za užitočné, nutné. S týmto pojmom pracujú softwarové spoločnosti, spoločnosti zaoberajúce sa industrializáciou, automatizáciou a ani si to možno neuvedomujeme, ale s I 4.0 sa stretávame denne. Ako ale I 4.0 súvisí s kvalitou, ako sa na ňu pripravujú, budú pripravovať kvalitári a čo to vlastne I 4.0 je? V nasledujúcich riadkoch som sa venoval I 4.0 hlavne z pohľadu priemyselných podnikov uvedomujúc si, že I 4.0 má oveľa širší rozmer, a teda aj dopad na spoločnosť.

Autor: Michal Čierny

Článok vyšiel v časopise Průmyslové inženýrství.

História vzniku pojmu Industry 4.0 a základné informácie

V roku 2011 nemecký výskumný zväz pre vedu a ekonomiku (ForschungsunionWirtschaft-Wissenschaft) prišiel s výskumným programom s cieľom udržať Nemecko ako krajinu na vysokej technologickej úrovni a program nazvali Industriálna revolúcia 4.0, resp. Industry 4.0. Podľa nich I 4.0 odzrkadľuje spoločenskú zmenu spôsobenú prepojovaním fyzického, virtuálneho a sociálneho sveta. Je to v podstate celospoločenská zmena zasahujúca oblasti priemyslu, technickej štandardizácie, bezpečnosti, vzdelávania, právneho rámca, výskumu, prepojenia, až po sociálne systémy, trh práce a nároky na pracovníkov, ich vzdelanie a špecializáciu.

Hlavná z myšlienok, prečo sa táto filozofia a teda tento pojem ujal a prečo sa začal presadzovať, je očakávaný nárast produktivity, výrobnej efektivity, zníženie energetickej a surovinovej náročnosti výroby, optimalizovanie logistických trás, inteligentná infraštruktúra a mnohé iné s tým spojené, prepojené veci súvisiace s rastúcou konkurenciou a tlakom na znižovanie spotreby pri výrobe v spojení s využívaním nových technológií.


Naspäť trochu do histórie, prečo štvrtá?

  1. priemyselná revolúcia (medzi rokmi 1760 – 1820) – využitie pary a mechanizácia,
  2. priemyselná revolúcia (1870) – masová výroba a použitie elektrickej energie,
  3. priemyselná revolúcia (od 1950) – využívanie počítačov a automatizácie,
  4. priemyselná revolúcia – (od roku 2011) – kyberneticko-fyzikálne systémy.

 

Pre jednoduchšiu vizualizáciu pripájam obrázok 1, pomerne často s touto témou spájaný na internete [5].

Kvalita a Industry 4.0
Obr. 1: Prehľad priemyselných revolúcií

Či bolo revolúcií viac, nie je možno až také dôležité. Vyššie spomenuté odzrkadľujú hlavné zmeny v myslení a prístupe.


Niečo o I 4.0, hlavné prvky a riešenia

Prvýkrát bol tento program prezentovaný na výstave v Hanoveri 2011. I 4.0 je súčasný trend automatizácie a výmeny dát výrobných technológií založený na hlbokej priemyselnej integrácií prostredníctvom informačných technológií a s tým spojené spracovanie dát. Táto integrácia má štyri základne charakteristiky:

1) Vertikálna integrácia výrobných systémov – informačne previazanie všetkých systémov naprieč celou štruktúrou podnikov. Smart – produkčné systémy, závody, produkty, prepojené logistické systémy, marketing, služby orientované na individuálne potreby špecifických požiadaviek klientov – personalizácia.

2) Horizontálna integrácia - previazanie naprieč dodávateľským reťazcom – prepojenie dodávateľov – odberateľov, od výrobcu až po koncovú distribúciu k zákazníkovi, servis. Ide o novú generáciu globálnych, hodnotu pridávajúcich prepojení, sietí, zahŕňajúcich integráciu partnerov a zákazníkov.

3) Integrácia inžinierskych procesov – ide o integráciu v rámci celého životného cyklu (od plánovania životného cyklu, vývoj, realizáciu, testovanie, až po popredajné služby).

4) Akcelerácia cez exponenciálne technológie – toto nie sú úplne nové technológie, len sa stávajú prístupnejšie pre širšie využitie a ich hlavnou úlohou je umožnenie individuálnych riešení, zvýšenie flexibility a šetrenie nákladov v procese industrializácie.

Riešenia, ktoré napomáhajú k prechodu na koncept I4.0, som na internete našiel rôzne, s rôznymi pomenovaniami a rôznym rozdelením. Mne osobne sa pozdáva štruktúrované rozdelenie podľa [7], hodnotenie pripravenosti Švajčiarska.

Prepojenie charakteristík I 4.0
Obr. 2: Prepojenie charakteristík I 4.0

1) Vertikálna integrácia výrobných systémov

  • IT Integrácia
  • Analýza a datamanagement
  • Claudové riešenia
  • „Operačná efektivita 2.0

2) Horizontálna integrácia

  • Optimalizácia biznis modelu
  • „Smart" dodávateľský reťazec
  • „Smart" logistika
  • Management IT bezpečnosti
  • Nové modely zdaňovania
  • Nový IP management

3) Integrácia inžinierskych procesov

  • 10 typov inovácií
  • Model inovácie efektivity
  • Efektívny management produktu

4) Akcelerácia cez exponenciálne technológie

  • Nové modely obchodného podnikania
  • Organizácia vzdelávania

V iných literatúrach sú používané pojmy, ktoré sú možno jasnejšie už po prečítaní ich názvu. Tie najpoužívanejšie, najcitovanejšie, uvádzam aj s krátkym vysvetlením, čo je ich podstatou.

  • Kyberneticko-fyzikálne systémy (CPS – Cyber-physicalsystems) – fyzické zariadenia na zber dát, ich spracovanie, distribúciu a ich vzájomné prepojenie cez internet
  • IoT – Internet ofThing – je sieť fyzických, jednoznačne identifikovateľných objektov - zariadení a iných predmetov so zabudovanou elektronikou, softvérom, senzormi a pripojením k sieti (CPS), ktorý umožňuje týmto objektom zber a výmenu údajov. IoT pripojené predmety ovláda na diaľku cez existujúce sieťové infraštruktúry, s cieľom zvyšovania efektivity. S IoT pojmom sú spájane aj pojmy ako M2M (Maschine-to-Maschine) alebo M2M (Maschine-to-Men)
  • IoS - Internet ofServices – najlepšie vystihuje IoS výraz „cloudcomputing" – pripojenie sa svojím zariadením ku externému úložisku, sieti, SW, službe atď.
  • PLM (ProductlifecycleManagement) Systems – je to SW na komplexné riadenie výrobku, od konštrukcie až po samotné používanie. Umožňuje tak vertikálne prepojenie (v rámci spoločnosti), tak aj horizontálne prepojenie (zákazník – dodávateľ) obr. 2. [8]
PLM cyklus
Obr. 3: PLM cyklus
  • DigitalManufacturing a Aditívna výroba je vlastne použitie integrovaného počítačového systému zloženého zo simulácie, trojrozmernej (3D) vizualizácie, analýz a rôznych nástrojov určených pre spoluprácu pri tvorbe výrobku a výrobného procesu súčasne. Proces výroby je realizovaný postupne, preto je možné presne plánovať, určiť, koľko materiálu a výrobných prostriedkov je treba. Umožňuje optimalizovať strojné vyťaženie a plánovanie materiálov, zdieľanie strojných kapacít, ich správu a riadenie.
  • AR – (Augmented Reality) – prepojenie fyzického a virtuálneho sveta. Znamená to vytvorenie digitálneho dvojčaťa reálnemu svetu. Až keď je produkt digitálne pripravený, začne jeho fyzická produkcia. Pričom AR obsahuje všetky digitálne informácie z fyzického sveta. Úlohou je hlavne neustála optimalizácia a zefektívnenie procesu, produktu.

Pri AR používame dva princípy:

- Video see-through
- Opticalsee-through
  • Big Data – súbory dát o veľkosti peta bytov (1015), ktoré sú veľké a zložité až tak, že tradičné aplikácie pre spracovávanie dát nie sú schopné ich spracovať. Riešenie zahŕňa analýzy, zachytávanie, správu údajov, vyhľadávanie, zdieľanie, ukladanie, prenos atď. Presnosť v Big Data môže viesť k istejšiemu rozhodovaniu a lepším rozhodnutiam, môžu mať za následok vyššiu prevádzkovú efektivitu, zníženie nákladov a zníženie rizika. Ide o zber všetkých možných dát generovaných všetkými zariadeniami ako napr. teplota, tlak, spotreby energie, napätie, dáta z PLC atď.

 

Prepojenie, spojenie a interakcia všetkých hore uvedených technológií a riešení sa nazýva „smartfactory", čiže prepojenie ľudí, strojov, zariadení, logistických systémov a produktov, ktoré dokážu navzájom komunikovať – obr. 4.

Obr. 4: Smartfactory


Prečo Industry 4.0 je také dôležité, čo má priniesť a v čom je jeho hlavná výhoda?

1) Zrýchlený životný cyklus produktov – životný cyklus výrobkov sa za posledné polstoročie skrátil veľmi výrazne, obr. 5 (vývoj, výroba - automobilový priemysel). Oproti roku 1960, kde len samotný vývoj trval 8 rokov, neexistovala možnosť počítačovej simulácie, ale sa muselo neustále testovať. V dnešnej dobe sa využíva digitalizácia a simulácia, kde v súčasnosti majú klienti možnosť využiť vysokú mieru „customizingu". I 4.0 ráta už s vysokou mierou personalizácie (3D) tlač a s tým spojený prenos dát.

 Life cycle

Obr. 5: Životný cyklus - vývoj a výroba automobilov

Podľa [1] sa medzi rokmi 1997 a 2012 priemerný cyklus dĺžky životnosti prierezovo cez odvetvia znížil o 24%.

2) Inovačná ekonomika – digitálne prepojenie bude vytvárať nové modely podnikania. Napríklad, ak sa niečo stane s vašim domácim spotrebičom (autodiagnostika), systém vyhodnotí, čo sa s ňou stalo a objedná servis (už to funguje u výrobcov ako V-Zug) [16].

I 4.0

 

3) Customizácia – dnešní ľudia sa chcú odlišovať a mať jedinečné výrobky „made-for-me" – v podstate vyrobiť niečo jedinečné „kusové" bez toho, aby sa náklady na cenu výrobku navyšovali – klient si sám povie, ako to má vyzerať, t.j. nebude si vyberať z možností obr. 6.

customizacia

4) Zvyšovanie autonómnosti zariadení – ak stroje budú stále viac „múdrejšie", jednoduché manuálne procesy vymiznú a ľudia budú skôr zasahovať pokiaľ sa niečo udeje, resp. bude treba skôr zásah do fungovania stroja.

5) Šetrenie prírodných zdrojov – zariadenia sa budú vyrábať šetrnejšie, lepšie sa budú vyťažovať a využívať. Téma sa nebude týkať len zariadení a výrobných podnikov. Do popredia sa dostávajú témy ako:

„SmartGrid" – presmerovávanie energetických tokov podľa aktuálnej spotreby, IoE – Internet ofEnergy – vhodné využívanie zdrojov, „Smartbuildings", „SmartInfrastructure", „SmartCities/Regions", „Intelligent Transport Systems" a iné.

6) Trh a jeho požiadavky (zvýšenie konkurencieschopnosti) – cesta I 4.0, teda cesta nových technológií a inovácie, bude pravdepodobne jediný spôsob, ako efektívne a efektne reagovať na neustále meniace sa požiadavky trhu a bude to spôsob, ako udržať konkurencieschopnosť voči rýchlorastúcim ekonomikám. Experti v Nemecku v priebehu najbližších piatich rokov očakávajú vďaka I 4.0, 18-percentný nárast efektivity pri redukcií 13 % nákladov [14].


Je to vec podnikov alebo akú úlohu zohráva štát v I 4.0?

Štát zohráva pre implementovanie I 4.0 kľúčovú rolu, a to hlavne pri ucelenej koncentrácií prostriedkov podpory, nesie zodpovednosť za prípravu (vzdelávanie a výchovu) odborníkov a zabezpečenie spolupráce medzi vzdelávaním a priemyselnou praxou. Preto považujem za nutné pozrieťsa aj na pripravenosť ekonomiky (štátu) na I 4.0. Informačné a komunikačné technológie tvoria základ tejto zmeny a pripravenosť jednotlivých štátov odzrkadľuje hlavne kvalita internetového a digitálneho prostredia, takzvaný „TheNetworkedReadiness Index", resp. NRI. NRI je súbor 53 individuálnych ukazovateľov rozdelených do štyroch hlavných kategórií (subindexov), kde každý je s váhou ¼ na celkové hodnotenie [1]:

A. Environment (Prostredie) subindex

1. Political and regulatoryenvironment (9 indikátorov)
2. Business and innovationenvironment (9 indikátorov)

B. Readiness (Pripravenosť) subindex

3. Infrastructure (4 indikátory)
4. Affordability (3 indikátory)
5. Skills (4 indikátory)

C. Usage (Využitie) subindex

6. Individualusage (7 indikátorov)
7. Businessusage (6 indikátorov)
8. Governmentusage (3 indikátory)

D. Impact (Dopad) subindex

9. Economicimpacts (4 indikátory)
10. Socialimpacts (4 indikátory).

Nie je to jediný, avšak na charakter zmeny, prepojenie zariadení a zdieľanie, prenos a spracovanie dát jeden z najdôležitejších ukazovateľov. Podľa „Global – Information – Technology – Report – 2016" [1] je Slovenská republika hodnotená so skóre na úrovni 4.4. Pre porovnanie som pripravil hodnotenie krajín V4 s lídrom EU a aj popredným svetovým lídrom Fínskom obr. 1.

 

TheNetworkedReadiness Index 2016
Obr. 1. TheNetworkedReadiness Index 2016 

Celkové hodnotenie SR v porovnaní s najrozvinutejšími ekonomikami je zobrazené na obr. 7:

Celkové hodnotenie SR podľa NRI za rok 2016
Obr. 7: Celkové hodnotenie SR podľa NRI za rok 2016 [1]

Mnohé krajiny Európy majú program/programy zaoberajúce sa tematikou I 4.0 Ich prehľad nájdete na obr. 8 [2]. Slovensko ešte len v týchto dňoch predstavuje koncept „SMART INDUSTRY". Materiál Koncepcia Inteligentného priemyslu pre Slovensko sa bude predkladať do medzirezortného pripomienkového konania v najbližšom období. [9].

Programy zaoberajúce sa I 4.0 v rámci Európy
Obr. 8 Programy zaoberajúce sa I 4.0 v rámci Európy [10]


I 4.0 a kvalita, ako na seba vplývajú? Ak ide o nový prístup, sú súčasné nástroje a prístupy resp. budú postačujúce? Aké zmeny a čoho sa dotknú?

V dnešnej dobe sa hlavne vyžívajú nástroje kvality, ktoré slúžia na opisnú, resp. diagnostickú analýzu problémov, pomenoval by som ich „nástroje reakčnej kvality", ktoré nám umožňujú odpovedať na otázku „čo sa stalo?" a následne „prečo sa to stalo?". O tom, že je to tak, svedčí aj pomer nákladov vzťahujúcim sa ku kvalite, ktorý je nepomerne vyšší voči nákladom na prevenciu. Vo viacerých literatúrach som sa stretol s hodnotou okolo 5 % nákladov na prevenciu z celkových nákladov na kvalitu. I 4.0 hovorí o tom, že stroje budú prepojené, využívať sa budú „cloudové riešenia" a v prostredí „digitaltwin" sa bude neustále proces optimalizovať, nástroje SPC budú súčasťou stroja a jeho „samoregulácie" a „samo-optimalizovania". Preto predpokladám, že v budúcnosti sa bude kvalita musieť uberať smerom k prediktívnym „ čo sa stane?" a následne preskriptívnym „čo mám robiť?" analýzam. Kvalita sa podľa mňa bude ešte viac musieť zaoberať tzv. „hlasom zákazníka" (CTQ) a k prenosu požiadaviek zákazníka a ich implementovaniu.

Ďalšia veľká „výzva" bude oblasť spracovania dát. Opäť pripomeniem, že logika I 4.0 pramení v systémoch, ktoré majú väčšinou zdieľané dáta, predpokladám, že bezpečnosť systémov, dát samotných, ich prenosu, spracovanie bude dôležitou súčasťou riadenia z pohľadu systematiky a že v budúcnosti sa budeme, tak ako sa dnes zaoberáme ISO 9001 resp. ISO TS 16949, minimálne rovnako ak nie viac venovať systémom riadenia ako ISO IEC 27001 – Systémom manažérstva bezpečnosti informácií, resp. IEC 624 33/ISA 99 (Štandardom kybernetickej bezpečnosti), pretože informácie, ich prenos, zdieľanie a bezpečné spracovanie budú kľúčové pre zabezpečenie kontinuálnej produkcie. Pravdepodobne bude treba vytvoriť samostatný štandard pre bezpečnosť informácií pre Industry 4.0. Overovanie funkčnosti systémov práce s dátami bude súčasťou a možno samostatnou kapitolou už v časti návrhu produktu, procesu „security by design" [10], čo môže viesť k zmene APQP nástrojov.


Preto, kde sa kvalita bude v budúcnosti orientovať a čo bude musieť kvalita definovať?

Z toho, čo som sa doposiaľ o tejto problematike dozvedel a s čím sa stretávam a uvedomujem si, že na veľa vecí som ani nepoukázal, si osobne myslím, že je tu niekoľko dôležitých okruhov pre kvalitu a jej fungovanie v budúcnosti:

  • Zdieľanie, analýza dát od, s dodávateľmi, horizontálne aj vertikálne riadenie v rámci podniku a mimo neho, na pracoviskách a strojoch, nielen na konkrétnom mieste, ale v rámci celého okruhu pôsobnosti. Ide o kombináciu dát z výroby, z procesu, senzorov strojov a meracích zariadení, v kombinácií (spojením) s externými dátami (objednávky, reklamácie, spätnej väzby na sociálnych sieťach, vzdialeným monitorovaním stavu výrobku), energetickou náročnosťou pri výrobe, podmienkami prostredia, jednoducho povedané kombináciou všetkých možných merateľných a vyhodnocovaných veličín, jednotiek a tie budú slúžiť k zefektívneniu výroby, skvalitneniu výrobkov a služieb a minimalizácií nepodarkov. Množstvo dát môže slúžiť aj ku hľadaniu a nájdeniu korelácií (podmienok) kedy nastala zhoršená kvalita a ich úpravou reagovať na minimalizovanie ďalšieho plytvania.
  • Bude potreba definovať formáty dát, v akých sa dáta budú ukladať a následne s nimi pracovať.
  • Aké parametre je a bude treba merať, akým spôsobom a na akých zariadeniach.
  • Bude treba systematicky pracovať a systémovo pokryť zabezpečenie bezpečného prenosu týchto dát, resp. bezpečného uloženia a prístupu k nim a k ich analýzam.
  • Nájsť, nasadiť, dodržiavať a štandardizovať nástroje na jednoduchú a rýchlu analýzu týchto dát.
  • Vyškolenie pracovníkov na prácu s dátami, s novými SW aplikáciami.
  • Keďže veľa vecí sa bude diať on-line, budú musieť spoločnosti nájsť rýchly a efektívny spôsob na riešenie odchýlok.
  • Využívanie nových technológií v metrológií bude viesť k zmenám a postupom vykonávania kalibrácií, zmenou spôsobov merania dôjde aj k výraznej obmene v normách a spôsoboch vykonávania kalibrácií. Odborníci v ČR odhadujú, že najbližších desať rokov bude nutné viac ako 50 % noriem typu ČSN/ČSN ISO atď. editovať s ohľadom na I 4.0 a s ohľadom na nové potreby jednotlivých odborov, aj metrológie, kde vzhľadom na meniace sa požiadavky automatizácie a výpočtov merania bude potreba reagovať na nové požiadavky jednotlivých odvetví [10]. Osobne si myslím, že vzhľadom na minulosť bude situácia u nás obdobná. Toto bude následne smerovať k zvyšovaniu spôsobilosti jednotlivých pracovníkov a správna voľba smerovania bude pre zodpovedných kľúčovou vecou. Aby som bol možno trochu konkrétnejší, už dnes sa do popredia dostávajú optické metódy merania, merania sú presnejšie, množstvo dát je významne vyššie, ďalej snímanie pomocou optovlákien, ktoré sú schopné merať širokú škálu mechanických a chemických veličín, strojové a robotické 3D, biosenzorika atď.
  • Ďalšou významnou oblasťou bude vzdelávanie, ktoré s príchodom nových technológií, objemu dát bude súvisieť aj so zvyšovaním kvalifikácie všetkých zamestnancov. Pokiaľ bude niekto navrhovať zariadenie, ktoré sa bude „samoregulovať", bude musieť niekto definovať, čo a načo bude mať dopad, na druhej strane, operátor bude musieť nielen vložiť, vybrať, premerať, ale aj vedieť rozumieť dátam, ich významu a následne správne reagovať.

Záver

V jednom článku sa nedá obsiahnuť celá problematika. Cieľom bolo poukázať, že svet sa mení a je potreba začať komunikovať zmeny, ktoré s tým súvisia a reagovať na ne. Dodal by som parafrázu jedného známeho latinského príslovia: „memento mori (Detroit)". Slovensko sa stalo popredným výrobcom, ale aj keď sú s tým predstavitelia Zväzu automobilového priemyslu spokojní, je treba nezaspať a neostať len producentom.

Literatúra:

[1] https://www.weforum.org/reports/the-global-information-technology-report-2016

[2] http://www.pwc.co.uk/issues/megatrends/collisions/sharingeconomy/sharing-economy-in-2014-and-2016.html

[3] http://old.itnews.sk/2014-12-10/c166879-analytika-umoznuje-riesit-nielen-teoreticke-ulohy-ale-aj-prakticke-obchodne-problemy

[4] http://www.allaboutlean.com/industry-4-0/

[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Industry_4.0

[6]http://www.gtai.de/GTAI/Content/EN/Invest/_SharedDocs/Downloads/GTAI/Brochures/Industries/industrie4.0-smart-manufacturing-for-the-future-en.pdf

[7] http://www2.deloitte.com/content/dam/Deloitte/ch/Documents/manufacturing/ch-en-manufacturing-industry-4-0-24102014.pdf

[8] http://industry4.sk/

[9]http://www.teraz.sk/ekonomika/rezort-hospodarstva-pripravil-narodny/211898-clanok.html

[10] Prúmysl 4.0 Výzva pro Českou republiku, Vladimír Mařík akol., Management press, Praha 2016

[11] http://www.unms.sk/swift_data/source/2016/vyrocna_sprava/VS_UNMS_2015.pdf

[12] https://en.wikipedia.org/wiki/Cyber_security_standards

[13] https://www.linkedin.com/pulse/industry-40-real-revolution-just-boom-husen-kapasi

[14] https://www.youtube.com/watch?v=Y990kaGbJD0

[15] Kvalita aspoločenská zodpovednosť, číslo 2-2016

[16] http://www.vzug.com/ch/en/int_novelties_2015_vzug_home_anschluss

Chcete odoberať newsletter IPA Slovakia?

Zostaňte s nami v spojení s newslettrom IPA a vyberte si, o ktoré informácie máte záujem.

Komentáre

Tento článok ešte nemá žiadne komentáre. Buďte prvý!

TOP články

Tréning 5S priamo v PRAXI – IPA ...Vyskúšali sme unikátny koncept školenia. Trvanie - dva dni. ...

Keď menej je viacVeľa diskutujeme o zdravom rozume a jeho nedostatku na ...

Čo je umelá inteligencia?Umelá inteligencia ( Artificial Inteligence – AI ) je ...

Najnovšie články

Život bez cieľa predsa dáva zmyselO ľuďoch bez cieľa sa hovorí ako o tých, ktorí nevedia ...

Digitálne dvojčaV posledných desaťročiach sa simulácia vyvinula z nástroja, ...

Myslíte to s benefitmi vo vašej firme ...Firmy v súčasnosti lákajú svojich nových spolupracovníkov ...
Klasická verzia webu
© 2012 IPA Slovakia, All rights reserved