Maszyny mogą wyręczyć ludzi przy „brudnych, niebezpiecznych i nudnych zadaniach”. Działają w oparciu o algorytmy uczenia maszynowego (np. rozpoznawania obrazu, zapamiętywania tras lub układów pomieszczeń), a proces ich edukacji bywa wyjątkowo krótki i prosty. Lynx produkowany przez Omron Adept jest w stanie opanować rozkład pomieszczeń i opracowywać najkrótsze trasy już po jednorazowym oprowadzeniu przez człowieka po całym budynku. Jako samonawigujący robot transportowy sprawdza się w magazynach, ale zatrudniają go także szpitale. Z kolei Panda Powertool, opracowana przez niemieckie przedsiębiorstwo Franka Emika, to robotyczne ramię o wyjątkowej precyzji i elastyczności działania, które jest w stanie wykonywać relatywnie złożone prace manualne. Atutem tego cobota jest niewielki rozmiar (mieści się na stole) i niska cena, co czyni go dostępnym także dla małych i średnich przedsiębiorstw.
Upowszechnianie cobotów jest przejawem rozwoju rekonfigurowalnych systemów produkcyjnych (Reconfigurable Manufacturing Systems) pozwalających na dopasowanie potencjału, funkcjonalności i wydajności infrastruktury produkcyjnej. Składają się one z modułów, które dzięki mechanicznej i informatycznej integracji można łatwo ze sobą łączyć, rozdzielać lub dodawać nowe, podczas gdy zintegrowany układ pomiarowy ocenia kondycję całego systemu. Mobilne i elastyczne roboty, uczące się dzięki wykorzystaniu sztucznej inteligencji, zwiększają możliwości szybkiej i taniej rekonfiguracji linii produkcyjnych w celu wytwarzania krótkich serii odpowiadających na zmieniające się preferencje odbiorców. Długofalowo procesy technologiczne charakteryzujące przemysł 4.0 umożliwią zaawansowaną personalizację produktu końcowego.
Coraz większym problemem przedsiębiorstw jest konieczność zapewniania większej elastyczności, a nie wydajności wytwarzania. Oczywiście ta ostatnia jest koniecznością, bo wszyscy chcą produkować jak najtaniej i przy jak najwyższych standardach jakościowych, jednak to właśnie elastyczność staje się w firmach coraz ważniejszym tematem. I dzieje się tak niezależnie od wielkości i rodzaju parku maszynowego. Zawsze bowiem chodzi o to, aby na danej linii produkcyjnej można było produkować większą liczbę wariantów, przy użyciu tych samych zasobów. To dotyczy zarówno produkcji z długimi okresami cyklu, jak tej masowej – przykładowo w sektorze FMCG. Tutaj modyfikacje asortymentu mogą odbywać się nawet kilka razy w ciągu jednej zmiany!
Powyższe zmiany mają kluczowe znaczenie dla integracji systemów fizycznych i wirtualnych. Równocześnie towarzyszy im wdrażanie innych nowatorskich rozwiązań, np. produkcji przyrostowej (addytywnej) wykorzystującej szybkie projektowanie (także w oparciu o dane pozyskiwane z sensorów i przetwarzane przez algorytmy AI) wraz z drukiem 3D.
Technika druku przestrzennego została opatentowana w 1984 r. przez amerykańskiego inżyniera Charlesa Hulla. Podstawowym surowcem są tu tworzywa sztuczne, ale obiekty powstałe dzięki tej konwencjonalnej metodzie wykazują często zmienną wytrzymałość i właściwości mechaniczne, zależnie od kierunku druku. Opracowana przez amerykański startup Carbon innowacyjna fotochemiczna technologia wykorzystująca światło, tlen i żywicę pozwala uniknąć tych niedoskonałości. Digital Light Synthesis sprawia, że wydrukowane części są spójne we wszystkich kierunkach. Carbon usprawnia swoją technologię, zbierając dane produkcyjne ze wszystkich sprzedanych lub wynajętych urządzeń, co pozwala dopracować algorytm i przyspieszyć pracę. Z kolei firma Desktop Metal rozwija druk metalowych przedmiotów przy wykorzystaniu technologii drukowania dwukierunkowego, polegającej na rozrzucaniu proszku drukarskiego i drukowaniu podczas każdego przejścia maszyny. Skutkuje to stworzeniem wytrzymałych metalowych elementów w tempie nawet stukrotnie szybszym niż w przypadku tradycyjnej produkcji. Druk 3D znajduje też coraz więcej innowacyjnych zastosowań w medycynie – szacuje się, że w 2025 roku jego wartość wzrośnie do 3,5 miliarda dolarów. Poza tworzeniem narzędzi chirurgicznych technologia przydaje się także do budowania modeli organów poddawanych operacjom, co pozwala lekarzom lepiej przygotować się do realnej interwencji w ciele pacjenta. Osobnym zastosowaniem jest tzw. biodruk, czyli nanoszenie warstwa po warstwie bioatramentu złożonego z żywych komórek. Druk 3D pozwala także konstruować spersonalizowane protezy i ortezy. Możliwości tej technologii wykorzystała absolwentka inżynierii biomedycznej na Politechnice Wrocławskiej Eliza Wróbel, która stworzyła specjalną ortezę dla mężczyzny cierpiącego na powypadkowy niedowład kończyn, składającą się z ponad 70 części. Dalsza praca nad projektem może zapoczątkować produkcję niedrogich zindywidualizowanych protez rehabilitacyjnych usprawniających codzienne życie osób z niedowładem kończyn.
Procesy i organizacja
Konwergencja systemów IT i OT za pośrednictwem IIoT, automatyzacja procesów, ich autonomizacja oparta na wykorzystaniu sztucznej inteligencji – to wszystko wpływa na radykalne przeorganizowanie firm.
W inteligentnej fabryce dochodzi do bezprecedensowej integracji pionowej procesów, czyli połączenia technologicznie odrębnych faz produkcji, sprzedaży i dystrybucji. Dotychczas osobne poziomy – urządzeń i czujników, sterowania, linii technologicznej lub rzeczywistego procesu produkcji, planowania i zarządzania – zespala nieprzerwany obieg danych. Połączone systemy i maszyny mogą autonomicznie reagować na zmianę zapotrzebowania produkcyjnego oraz komunikować się ze sobą w celu wykrycia wadliwych części. Zapewnia to większą elastyczność i efektywność operacyjną, zwłaszcza jeśli przedsiębiorstwo wdrożyło nowoczesny system zarządzania produkcją (Manufacturing Execution Systems, MES). Jednocześnie cyfryzacja systemów i procesów w całym łańcuchu wartości (czyli działaniach zmierzających do dostarczenia produktu użytkownikowi finalnemu) i dostaw pozwala osiągnąć nowy wymiar integracji poziomej. Dochodzi do powiązania wewnętrznych procesów producenta (planowania popytu, zamówień publicznych, logistyki i usług posprzedażowych) z procesami zachodzącymi u dostawców, partnerów biznesowych, a nawet konsumentów. W efekcie może powstać transparentna sieć, w ramach której wszyscy partnerzy koordynują i optymalizują swoje procesy, zadania i decyzje w całym łańcuchu wartości.
Popularyzacja technologii cyfrowych bliźniaków rewolucjonizuje zarządzanie cyklem życia produktu – od konceptualizacji, przez składanie zamówień, rozwój, produkcję, dystrybucję, wykorzystanie, serwis, aż po wycofanie z rynku i ewentualny recykling. Cyfrowe odpowiedniki pozwalają bowiem błyskawicznie dzielić się informacjami i dynamicznie optymalizować procesy wytwórcze, a w efekcie skrócić cykl projektowania i szybciej reagować na potrzeby klientów.
Elementem transformacji cyfrowej jest również zmiana roli pracowników w przedsiębiorstwie. Normą staje się praca w środowisku przesyconym technologią, wymagająca kompetencji cyfrowych. Ich brak jest podstawową barierą we wdrażaniu przemysłu 4.0. Pierwszorzędne znaczenie ma cyfrowe przywództwo – zarząd i właściciele firm rozumiejący potrzebę całościowej reorganizacji procesów organizacyjnych.
Wdrażanie rozwiązań z zakresu p4.0 prowadzi też do zmiany koncepcji zarządzania. Trzecia rewolucja przebiegała pod znakiem „szczupłej produkcji” (Lean Manufacturing), koncepcji, która powstała w oparciu o zasady i narzędzia Systemu Produkcyjnego Toyoty (Toyota Production System, TPS), a upowszechniła się w latach 90. Jej „szczupłość” wynikała z dążenia do oszczędniejszego wykorzystania pracy pracowników, zasobów i czasu poświęcanego na rozwijanie nowych produktów dzięki systemowi dostaw na czas, standaryzacji i usprawnień pracy personelu. Obecnie coraz większą popularność zyskuje koncepcja zwinnej produkcji (agile manufacturing), która dzięki elastycznemu podejściu organizacyjnemu oraz rekonfigurowalnym systemom pozwala szybko reagować na zmiany. W tym modelu stawia się na krótsze partie czy wręcz pojedyncze produkty, skraca się czas wprowadzenia na rynek i bezpośredni kontakt z konsumentem. Z założenia można wówczas sprostać indywidualnym potrzebom klientów przy jednoczesnym kontrolowaniu kosztów wraz z jakością i przy relatywnie niskiej cenie końcowej.
(graf. „Gospodarka cyfrowa…”)
W rezultacie przemysł 4.0 cechuje przejście od produkcji scentralizowanej do zdecentralizowanej. Ta pierwsza oznacza realizację kompletnych zadań produkcyjnych w pojedynczym zakładzie albo w organizacji wielozakładowej obejmującej centralny zakład i sieć powiązanych organizacyjnie podmiotów. Decentralizacja to tworzenie sieci autonomicznych, inteligentnych jednostek, które wymieniają informacje i konfigurują się w celu optymalizacji procesu produkcyjnego i osiągnięcia efektywnego rezultatu. To punkt wyjścia dla platform produkcyjnych.
