Egy új ipari forradalom, az Ipar 4.0 korát éljük, amely nem kisebb jelentőségű, mint az eddigi életünket meghatározó, gyökeres változásokat hozó találmányok elterjedése. Nem pusztán más, jobb, olcsóbb, több dolog gyártásáról van szó, hanem az adatok és eszközök kapcsolatáról, mely egy teljesen új szemléletmódhoz, mélyreható gazdasági és társadalmi változások sorához vezet.
Cikkünkben átfogó képet alkotva, közérthetően lépésről lépésre kapunk képet erről a folyamatról. Megnézzük
- milyen részekből áll az Ipar 4.0,
- milyen horderejű lépések vezettek ide,
- hogyan is alakul át az ipar képe a jelenben,
- milyen gazdasági változások várhatók a közeljövőben.
A negyedik ipari forradalom volt a 2016-os davosi Világgazdasági Fórum témája.
Magát a kifejezést egy német tudósokból álló csoport alkotta meg és mutatta be a nyilvánosság számára először 2015-ben Klaus Schwab vezetésével. Olyan multidiszciplináris kommunikációt és technológiákat foglal magában, amelyek ötvözik a hardvert, a szoftvert sőt a biológiát is (kiberfizikai rendszerek).
A Negyedik ipari forradalom (Fourth Industrial Revolution) című könyvében Klaus Schwab (német mérnök és közgazdász, a Világgazdasági Fórum alapítója és ügyvezető elnöke) azt állítja, hogy a történelem során valójában négy különálló ipari forradalom, ipari korszak van.
Köztük a legutolsó, mely pár éve kezdődött csak el. Schwab az ipari forradalmat az „az új technológiák és a világ érzékelésének, újszerű módszereinek megjelenéseként” írja le, amelyek mélyreható változást okoznak mind a gazdaság, mind a társadalom felépítésében.
Miért mondjuk, hogy Ipar 4.0? Melyek voltak az előzőek?
1 – A gőzgépek kora volt az első ipari forradalom (1760-1840)
1760 körül kezdődött, a gőzgép megjelenésével, és pár évtized alatt a gőz a mezőgazdaságtól a textilgyártásig mindent meghajtott. Akkoriban döntően agrártársadalmak voltak: az élet a föld, a munka ritmusa a gazdálkodás köré szerveződött. Ám a gőzgépek utat engedtek az urbanizációnak. A gőzhajók és a vasút forradalmasította az áruszállítást, (gőzhajók, gőzmozdonyok) és a közlekedést. A gyárak, a városok váltak az élet központjaivá.
A földtulajdon mellett megjelent a gazdasági tőketulajdon. Az iparosítás a képzett munkavállalók középosztályát hozta létre. A városok és az ipar sosem látott mértékű növekedése, társadalmi átrendeződést is hozott magával.
2 – A tudomány és a tömegtermelés kora volt a második (1871-1914)
Sokan innen számítják a modern világ kezdetét. Korszakos találmányok sora jött létre ekkor: gondoljunk csak benzinmotorokra, a szalagon gyártott Ford T modellre, repülőgépekre, műtrágyára, a gyógyszergyártás kezdetére, vagy a távközlésre. A növekvő urbanizációval együtt az olyan találmányok, mint az elektromos világítás, a rádió és a telefonok hihetetlenül megváltoztatták az emberek életmódját és kommunikációját. De ma már mindez történelem. A következőkről pedig már vannak személyes emlékeink is.
3 – A harmadik a digitális forradalom kora
Ma már mindenki használja az internetet, a felhőalkalmazásokat és vannak okoseszközeink, amelyek lehetővé teszik a hozzáférést mindkettőhöz.
Az ötvenes évektől kezdődően a technikai forradalom találmányai alapozták meg a technológiát mellyel: félvezetőket, nagyszámítógépes számítástechnikát, személyi számítógépeket gyártottak. Ez alapozta meg és tette széleskörűvé a gyors kapcsolatok lehetőségét, így végül az internetet – a digitális forradalmat – hozta el.
Azok az eszközök, amelyek korábban analóg módon működtek, digitális technológiákra váltottak, például egy régi képcsöves televízió, amelyen antennával fogták az adást, és amelyet mára egy internethez csatlakoztatott okostévé, vagy számítógép váltott fel, lehetővé téve teszi filmek (digitális) streamelését. Az elérés többé nem kötődött térhez és időhöz. A fényképezésben a filmet felváltotta a digitális fotózás, a nyomdákban a betűszedést a digitális nyomtatás, a hagyományos esztergagépeket a CNC technológia.
Az analóg elektronikus és mechanikus eszközökről az átterjedő digitális technológiára való áttérés drámai módon átalakította az iparágakat, különösen a globális kommunikációt és az energiát. Az elektronika és az informatika elkezdte automatizálni a termelést, és globálissá tette az ellátási láncokat.
4 – az intelligens döntések, az adatok kora, az ipar 4.0 (2011-)
Az elmúlt évtizedekben megálmodott technológiák közül nagyon sok valósággá vált. Intelligens robottechnológia, géntechnológia, mesterséges intelligencia, miniatürizált érzékelők és 3D nyomtatás, hogy csak néhányat említsünk. Az újítások váratlanok és meglepőek az élet minden területén, legyen az a pénzügyi világ, a mezőgazdaság, az egészségügy, vagy az ipar. A gépek, elkezdtek kommunikálni egymással.
Mit jelent az ipar 4.0 fogalma?
Az ipar 4.0 a termelési folyamatok olyan szervezése, melyben a hálózatba kapcsolt „okos” eszközök érzékelnek, információkat szereznek, egymással kommunikálnak és adatalapú döntéseket hoznak. Mesterséges intelligenciával vezérelt gyártási folyamatokat hoznak létre. A rendszerek nyomon követik a fizikai folyamatokat és decentralizált döntéseket hoznak adatcsere alapján
Legfontosabb célja a maximális hatékonyság elérése, a lehető leggyorsabb és legprecízebb kommunikáció létrehozása, valamint az egy termékre jutó gyártókapacitás minimalizálása.
Az Ipar 4.0 – 7 fő előnye
1. Magasabb termelékenység
Egy intelligens gyár sokkal nagyobb hatékonysággal, gyorsabb gyártási sebességgel képes előállítani termékeket, illetve biztosítani szolgáltatásokat egyenletesen magas minőségben.
2. Agilis folyamatok
A rugalmas gyártás rövidebb gyártási ciklusokat és precízebb testreszabást tesz lehetővé, bővítve ezzel a termékpalettát, és a gyorsabb méretezhetőséget. A cég képes együttműködni az ügyfelekkel és a beszállítókkal az egyedi igényeik kielégítése érdekében, és képes megfelelni az esetleges egyedi korlátozásoknak.
3. Gyors innováció
A kísérleteket és a prototípus-készítéseket gyorsan, sőt virtuálisan is el lehet végezni a 3D-s tervezési lehetőségek felhasználásával.
4. Csökkentett költség
Az Ipar 4.0 magas szintű automatizálása kevesebb embert igényel, kevesebb anyagpazarlást, optimalizált energiafelhasználást és hatékonyabb működést eredményez, ami a működési költségek közvetlen csökkenését eredményezi.
5. Megnövelt bevétel
Lehetőség nyílik arra, hogy magasabb értékű és jobb minőségű termékeket kínáljanak nagyobb piacokra. Minimálisra csökkenthető akár egy termék előállítási költsége.
6. Továbbfejlesztett kommunikáció
Nagy mennyiségű részletes adatot gyűjt, tárol, dolgoz fel és oszt meg, értékes információkat szolgáltatva a tervezés és a gyártás minden egyes lépcsőjéről, és még tovább eljutva a szolgáltatásig és a támogatásig. A jobb információáramlás megkönnyíti az ütemezést és megakadályozza az állásidőket vagy a meghibásodásokat.
7. Elégedettség
A tökéletes és egyenletes minőséget precíz tervezhetőséggel alacsony költséggel és kiváló rendelkezésre állás mellett biztosítja az Ipar 4.0 működése, ezzel a beszállítók, a menedzsmenti kör és az ügyfelek is elégedettek lesznek.
Mik az ipar 4.0 megoldásainak alapelvei?
Négy olyan tervezési és rendszerezési alapelvet tartanak nyilván, melyek együttese esetén mondható el egy adott projektről, vagy eljárásról iparágtól függetlenül, hogy megfelel a 4.0 követelményeinek
Kapcsolódás és kommunikáció
A gépek, eszközök, érzékelők és az aztokat kezelő emberek lehetősége, hogy összekapcsolódjanak és kommunikáljanak egymással hálózaton keresztül. Ez lehet az internet (IoT) vagy egyéb ipari, vagy akár műholdas hálózatok.
Információs átláthatóság
A technológia átfogó és kinyert adatokon alapuló információkat nyújt az üzemeltetők számára a döntések meghozatalához. Az összekapcsolhatóság lehetővé teszi az operátorok számára, hogy hatalmas mennyiségű adatot és információt gyűjtenek a gyártási folyamat (termesztési folyamat) minden pontjáról. Ennek nyomán meghatározzák azokat a kulcsfontosságú területeket, amelyek a funkciók javítása, optimalizálása érdekében szükség van fejlesztésre, illetve szabályozásra.
Technikai segítségnyújtás
Az emberek döntését és problémamegoldását segítő technikai rendszerek, valamint az emberek nehéz vagy nem biztonságos feladatokkal történő segítésének képessége. Ide tartozhatnak még a monitorozási és diagnosztikai feladatok is. A gépek sokkal pontosabban, folyamatosabban és kisebb hibaszázalékkal képesek definiált feladatsorokat ellátni, vagy folyamatos feltételeket egyenletesen biztosítani.
Decentralizált döntések
A döntéseket rangsorolják és szintenként eltérő protokollokat határoznak meg. A kiberfizikai rendszerek képessége arra, hogy önállóan döntsenek, és szabályozott keretek között önállóan hajtsanak végre feladataikat. Csak anomáliák, kivételes esetekben történő beavatkozás vagy a protokollnak ellentmondó célok esetén delegálják át a feladatokat magasabb szintre. Ez sem jelent feltétlenül emberi beavatkozást, de itt jelenik meg az a helyzet, amikor a kezelői személyzet beavatkozása válhat szükségessé.
Milyen alapfogalmakkal fontos tisztában lenni az ipar 4.0 kapcsán?
Big data jelentése és használati területe
A big data olyan terület, amely érzékelőkből, vagy más adatforrásokból kinyert adatok, kezelésének módjaival foglalkozik, olyan adatmennyiséggel, amelyek túl nagyok vagy összetettek ahhoz, hogy a hagyományos adatfeldolgozó alkalmazással szoftverekkel kezelni lehessen őket. Feladata az adatok megfelelően rendszerezett rögzítése, tárolása, megosztása, védelme, illetve lekérdezhetősége, szűrése. A big data körében kulcsfogalom az adatok térfogata, változatossága és sebessége is.
Főbb felhasználási területe például a viselkedés-elemzés, a földrajzi, meteorológiai adatok kezelése, szimulációk készítése, statisztikai adatok kezelése, a fintech adatok és olyan összetett rendszerek adataival való munka, mint például egy város, vagy ország közlekedési, vagy közműhálózatának vezérlése. De ipari gyártási folyamatok tervezésekor és felügyeletekor is kiemelt szerepe van.
AI – Artificial Intelligence – mesterséges intelligencia
A mesterséges intelligencia a számítástechnika egyik ága, amely arra törekszik, hogy egy gépben megismételje vagy szimulálja az emberi intelligenciát, így a gépek algoritmusok segítségével olyan feladatokat hajthatnak végre, amelyek általában emberi intelligenciát igényelnének. Az AI rendszerek néhány programozható funkciója a tervezés, a tanulás, a problémamegoldás és a döntéshozatal.
Az AI szinte bárhol felbukkanhat a Google keresési algoritmusaitól az IBM Watsonján át az az intelligens katonai fegyverekig. A mesterséges intelligencia technológiák globálisan átalakították az ipart mivel automatizálják a korábban időigényes feladatokat, és gyors mintafelismerés révén felismerjék és osztályozzák is az adatokat, melyekből „tanulva” egyre pontosabbak lesznek, így képesek akár predikción alapuló döntések és feladatok elvégzésére is.
A gépek közötti kommunikáció, vagyis az M2M (machine to machine)
Két, vagy több gép „kommunikál” vagyis adatokat cserél egymással emberi kapcsolat vagy beavatkozás nélkül. Ez lehet elektromos vezetékes kapcsolatot (PLC) vagy a vezeték nélküli kommunikációt az Ipari tárgyak internetében (IoT). Ez utóbbi sokkal könnyebbé tette az M2M kommunikációt, és több alkalmazás csatlakoztatását tette lehetővé.
IoT kapcsolat – Internet of Things, a dolgok internete
Az „Internet of Things” elnevezést Kevin Ashton használta elsőként 1999-ben és egy évre rá már világszerte elterjedt. Olyan elektronikai eszközöket, érzékelőket jelent, amelyek képesek felismerni valamilyen lényegi információt, és azt egy internet alapú hálózaton egy másik eszközzel kommunikálni.
Hálózatba kötött „intelligens” eszközöket takar, amelyek a beépített érzékelők és szenzoroknak köszönhetően képesek adatokat gyűjteni. Ez a technológia az 5G sávszélesség mellett gyorsuló ütemben fejlődik, illetve terjed. Világszerte több milliárd eszköz használja az ipar, meteorológia, közlekedésszervezés, mezőgazdaság, vagy bármely nagy kiterjedésű rendszer vezérlésére.
A Transforma insights részletes kutatásain alapuló adatok szerint 2019 végén 7,6 milliárd aktív IoT-eszköz volt, de ez még mindig a jéghegy csúcsa, 2030-ra eléri a 24 milliárdot – ez az összetett éves növekedési ütem 11 százalék.
V2V (vehiche to vehicle) Járművek közötti kommunikáció
Hallott már az önvezető autóról, vagy a sofőr nélküli városi taxi tervéről? A jármű-jármű kommunikáció lehetővé teszi a járművek számára, hogy vezeték nélkül cseréljenek információt sebességükről, helyükről és irányukról.
A V2V technológia lehetővé teszi, hogy a járművek (nem csak autók, bármely közúti jármű) minden irányban üzeneteket sugározzanak és fogadjanak (másodpercenként akár tízszer is), ezzel 360 fokos „tudatosságot” teremtenek a közelben lévő többi járműről, forgalomról. Használata kiterjesztheti és továbbfejlesztheti az eddigi ütközés-elkerülő rendszereket, amelyek jelenleg radarokat és kamerákat használnak.
Hogyan működik az ipar 4.0 a gyakorlatban?
A IoT rendszerrel a hétköznapok során az okosváros megoldásoknál találkozhatunk, Ezek elsősorban a digitális technológiai megoldások széles körű – különböző ágazatokat integráló – alkalmazását nevezik így a városok fejlesztésében és a városi rendszerek (közművek, forgalom, tömegközlekedési szolgáltatások, biztonsági rendszerek, városi döntéshozatal, stb.) ha gyorsan át tudunk jutni egy ilyen városon, a “zöldhullámot” minden bizonnyal ennek a rendszernek köszönhetjük már.
Az egyik mindennapi példa az intelligens érzékelők elektronikus eszközökbe történő integrálásának az intelligens karórák. Az okosórák érzékelői a felhasználó mozgásától nyerik az adatokat, feldolgozzák és informálják a felhasználót arról, hogy hány lépést tett meg és ez nagyjából mennyi elégetett kalóriájába került az illetőnek.
De intelligens érzékelők működnek a gépjárművekben is, amikor automatikusan az eső intenzitásának (vagyis a nedvességtartalomnak) a mérése nyomán szabályozzák az ablaktörlő lapátok mozgását, vagy kapcsolják be a belső páramentesítőt.
Intelligens páratartalom mérőkkel tudják szabályozni a folyamatos relatív páratartalmat, mely bizonyos raktározási, vagy gyártási folyamatok során lényeges. Ezt a gyógyszeriparban, műanyagiparban, vagy éppen a mikroelektronikai gyártásoknál szokták használni. A rendszer a kapott adatok alapján korrigál, kapcsolja be, vagy ki a légtechnikát – ezzel az ott dolgozóknak nem kell foglalkozni, így kevesebb élőmunkával és nagyobb precizitással lehet szabályozni.
Megelőző (prediktív) karbantartás akár távolról is
Az előrejelző karbantartás – képes azonosítani a feszültség alatt lévő rendszer karbantartási problémáit – ezzel lehetővé teszi, hogy költséghatékony karbantartást végezzenek, nem kell leállítani a gépeket. Ha tehát időben, vagyis mielőtt a gép meghibásodna vagy megsérülne – képesek látni a hibát, akkor annak kivédése sokkal költséghatékonyabb, akár 30-60% megtakarítás érhető el vele.
Például a kaliforniai vállalatközpontban észlelhetik, ha mondjuk egy szingapúri gépsor rendellenes sebességgel vagy mondjuk nem megfelelő üzemi hőmérsékleten működik. Ezután eldönthetik, hogy javításra szorul-e vagy sem. A problémát ki lehet tehát iktatni még a megjelenése előtt anélkül, hogy közben le kellene állítani a gyártást.
Precíziós gazdálkodás
A GPS helyzetkövetéssel mozgó mezőgazdasági robotok, növényállapot-felmérés, térinformatikai elemzés, a járművek irányításának távoli elérésben való átvétele is az Ipar 4.0-nak köszönhető. Az adatok nem csak a gyártásban, hanem a gazdálkodásban is fontosak. Talajszondákkal mérhető a nedvességtartalom, a talaj ph értéke, a kijuttatott vegyszerek mennyisége.
Így célzottan tudják szabályozni akár mikroszinten is az öntözést és a trágyázást, illetve a növényvédelmi feladatokat is. Az érzékelők minden beállított adata összegyűjtése és megküldése nyomán automatizálhatók és lokálisan is beállíthatók a folyamatok. Egyenletesebb terményminőség érhető el, relatíve kisebb vízfelhasználással, illetve célzott vegyszerhasználattal a környezeti terhelés is csökkenhet.
Milyen ütemben fog továbbfejlődni az ipar, mit tartogat a jövő?
Új üzleti modellek fognak kialakulni, melyekben a szabadalmak, illetve gyártási jogok, bérelhetősége áll a középpontban. Mivel az ipar 4.0 bevezetése nagyobb kezdeti beruházásokat kíván, így az egyenlőtlenségek kialakulása és növekedése is sajnos része a jövőképnek. Aki ma invesztál, az a közeljövőben sok olyan megtakarítási, illetve adaptációs költséget tud megtakarítani, ami nehezen behozható előnyt kovácsol a számára. Egyes területeken, például a távközlési, vagy információkezelési iparágakban a monopóliumok kialakulása valószínűsíthető.
A vállalatok képesek lesznek beágyazni a termékeibe a technológiát, amely valós időben visszacsatolhatja az adatokat, hogy tanuljanak a termék teljesítményéről, a jövőbeni fejlesztéséről és észleljék, mikor szorul karbantartásra.
„Az IoT jövőjét elkerülhetetlen növekedésnek tekintem, egészen addig a pontig, amikor a technológia mindenütt elérhetővé válik – hasonlóan a mobiltelefonokhoz, a vezeték nélküli internethez és más technológiákhoz, amelyeket természetesnek tartunk. Az az ötlet, hogy gyakorlatilag bármely termék vagy eszköz más termékekkel vagy eszközökkel beszél, egyszerűen normává válik. ”
Richard Jeffers (az RS Components ipari digitális megoldásokért felelős igazgatója)
Gyakran ismételt Kérdések
Mi is az Ipar 4.0?
Az Ipar 4.0 egy olyan szervezési modell rendszer, melyben a hálózatba kapcsolt eszközök információcseréje, kommunikációja, döntései optimális működést és átláthatóság biztosítanak.
Mi az Ipar 4.0 célja?
Az Ipar 4.0 legfőbb célja a lehető legnagyobb hatékonyság elérése, a leggyorsabb és legpontosabb kommunikáció megteremtése, és az egy termékre jutó gyártókapacitás minimalizálása.
Mi jelent az IoT ?
Internet of Things – a dolgok internete – olyan intelligens elektronikai eszközök, érzékelők, melyek internet alapú hálózaton keresztül képesek kommunikálni más eszközökkel.