ЧТО ТАКОЕ ИНДУСТРИЯ 4.0 ? ЦИФРЫ И ФАКТЫ

14.08.2015

Индустрия 4.0 Holz Expert

На ганноверской выставке деревообрабатывающей отрасли LIGNA 2015 новое понятие «Индустрия 4.0»  упоминалось  везде: на  баннерах, в каталогах, на семинарах  и просто  в разговорах. Давайте разберемся что это за понятие, откуда оно взялось и чего  от него ждать  в нашей отрасли.

Что это ? 

Индустрия 4.0 – это так называемый «проект будущего» немецкого федерального правительства.  Это стратегический план развития экономики Германии, предусматривающий совершение прорыва в области информационных технологий.  Но в отличие, например от США, где развивают IT-технологии в сторону социальных сетей, развлечений, коммуникаций, немцы ставят задачу подключения к сети  промышленного оборудования и целых производств.

Максимального эффекта предполагается добиться  от соединения традиционно сильных позиций Германии в области индустрии с новейшими  достижениями в области информатизации.

Почему 4.0 ? 

Считается, что новое направление развития промышленности  знаменует собой четвертую индустриальную революцию.  Первая была связана с заменой в конце 18  — начале 19 века мускульной силы рабочих на энергию пара и воды в первых машинах. Вторая —  с электрификацией и внедрением конвейерного производства в начале 20 века. Третья революция произошла в 60-70-е годы прошлого столетия в связи с развитием числового программного управления  (ЧПУ) и микропроцессоров.

Четвертый этап, по мнению немецких экспертов, должен быть связан с интернет и искусственным интеллектом.  «Умное оборудование» на «умных фабриках» будет самостоятельно, без участия человека выходить в сеть, передавать и получать необходимую для работы информацию.

Исходная ситуация.

     Германия является поставщиком промышленного оборудования и технологий для всего мира.  Марка «сделано в Германии» всегда говорила о качестве и надежности.  

Однако,  конкуренты не дремлют. Китай, а теперь уже и другие развивающиеся страны активно осваивают новые технологии и предлагают свое оборудование.  Причем данную ситуацию во многом создали сами западные страны, перенося свои производства в страны третьего мира — в результате они попали в зависимость от стран-фабрик. Теперь возникает задача по возращению самостоятельности и возрождения индустрии на родине.

США решают эту задачу в том числе возобновлением добычи энергоресурсов  на своей территории, чем  создают предпосылки для возврата производств из Азии  и Европы.

У Германии нет таких природных ресурсов, как в США,   рабочая сила здесь дорогая и, кроме того,  существует демографическая проблема, связанная со старением населения.

Чтобы оставаться лидером необходимо поднять и без того высокую эффективность и максимально сократить использование в производстве человеческого труда. Такие задачи и призван решить проект Индустрия 4.0.

Индустрия 4.0 Holz Expert

Основные даты:

Январь 2011 – инициирование проекта.

Ноябрь 2011 – проект принят правительством в рамках плана «Хай-тек стратегия 2020».

Январь – октябрь 2012 –   создание рабочей группы по координации проекта выработка первых рекомендаций по внедрению.

2 октября 2012 – отчет с рекомендациями передан правительству.

Апрель 2013 – промышленные Союзы Германии BITKOM, VDMA и ZVEI, объединяющие около 5000 компаний, основали так называемую Платформу «Индустрия 4.0» http://www.plattform-i40.de  При поддержке платформы создаются самоорганизующиеся рабочие группы по различным аспектам внедрения проекта.

2014-2015 проведение многочисленных форумов и дискуссий, первые внедрения. В 2015 году практически все промышленные  выставки в Ганновере прошли под лозунгами четвертой индустриальной революции, включая  выставку по деревообработке LIGNA.

14 апреля 2015 опубликована стратегия разворачивания проекта с промежуточными  датами по каждому разделу до 2020 года  http://www.plattform-i40.de/sites/default/files/150410_Umsetzungsstrategie_0.pdf

Инициатор проекта

В январе 2012 г. проект был предложен федеральному правительству Исследовательским Союзом Германии  (Forschungsunion), объединяющим представителей науки и экономики.

Координатор проекта

Рабочая группа под руководством  доктора  Зигфрида Даиса (Siegfried Dais), заместителя  директора фирмы Robert-Bosch GmbH  и  профессора Хеннинга Кагерманна  (Henning Kagermann),  президента академии технических наук.

Бюджет проекта

На реализацию первого этапа разворачивания проекта правительством предусмотрено 200 млн. евро из государственного бюджета. Здесь следует иметь в виду, что финансирование предназначено только для инициирования и подготовки базы для запуска процесса —  в будущем проект объективно будет  развиваться промышленными предприятиями самостоятельно. Бизнесом выделено уже дополнительно 300 млн. евро.

Для сравнения на проекты, связанные с энергетикой и возобновляемыми источниками энергии, в общей сложности выделено более 4 млрд. евро.

Основные концепции

Проект «Индустрия 4.0»  базируется на идеях   «интернета вещей» — IoT  (Internet of things) и «киберфизических систем» — CPS (Cyber-Physical Systems).

Речь идет о превращении неодушевленных предметов (в данном случае – компонентов производственной системы) в активных пользователей интернет.  Уже сегодня многие «умные»  системы могут выходить в сеть без участия человека –   вспомним  «умный дом», современные автомобили,  интеллектуальные парковки, системы экомониторинга, энергообеспечения. Количество подключенных к сети устройств в ближайшее время превысит численность населения планеты, а к 2020 году по прогнозам аналитиков —  составит 26 миллиардов.

Для производства возможность различных компонентов общаться через сеть открывает невероятные перспективы. В «умных фабриках»  машины будут понимать свое окружение и смогут общаться по единому сетевому протоколу между собой, а также с логистическими и бизнес-системами поставщиков и потребителей. Производственное оборудование, получая сведения об изменившихся требованиях, сможет само вносить корректировки в технологический процесс. В результате производственные системы станут способны к самооптимизации и самоконфигурации,  оборудование будет осуществлять самодиагностику, произойдет  дальнейшее повышения гибкости и индивидуализации продукции.

Заготовка сможет сообщать станку какие именно операции необходимы  для ее обработки и какой инструмент выбрать, а транспортной системе – по какому маршруту следует ее передать для последующей операции.   Детали агрегатов смогут сами сигнализировать о своем износе и передавать через интернет заказы  изготовителям запчастей и предупреждать службы сервиса о планируемых ремонтах.

Индустрия 4.0, благодаря гибкости и адаптивности, обеспечиваемой киберфизическими системами, поможет реализовать массовое производство по индивидуальным заказам  (нем. «Losgrösse =1» — «размер партии =1» ) , что позволит  снизить цену продукции.  Классические методы организации производства предполагали, что поточным методом можно изготавливать только большие партии товаров. Благодаря новым принципам организации производственных процессов, становится возможным индустриальным способом изготавливать и  единичные изделия.

Уже сегодня наблюдается устойчивая тенденция к переходу от жесткого централизованного управления производственными процессами к децентрализованной модели сбора, обработки информации и  принятия решений. Причем уровень автономности непрерывно растет. В конечном итоге такая система становится активным компонентом, способным самостоятельно управлять своим производственным процессом.

Индустрия 4.0 Holz Expert KUKA

 

В качестве примера применения киберфизических систем в производстве можно привести завод Chrysler в Толедо. Каждый день здесь выпускается более 700  кузовов для автомобилей Jeep Wrangler.

При этом задействованы 259 немецких роботов KUKA, которые  «общаются» с 60 000 ( !) других устройств и станков. Обмен и хранение данными организованы по облачной технологии. Современные решения позволили существенно повысить производительность и гибкость.

 

 

Вот, что говорит по этому поводу руководитель немецкого исследовательского центра искусственного интеллекта (DFKI) профессор Вольфганг Вальстер (Prof. Dr. Wolfgang Wahlster): “Киберфизические системы  в корне изменят традиционную логику производства, поскольку каждый рабочий объект будет сам определять, какую работу необходимо выполнить… Появление у машин способности понимать определенную ситуацию приведет к абсолютно новому уровню качества в промышленном производстве. Взаимодействие между большим количеством отдельных компонентов позволит вырабатывать решения, которые ранее было невозможно запрограммировать на производственных установках… “существенно повысить производительность и гибкость.

“Наглядный пример этому – муравейник, где каждое насекомое по отдельности не является особо интеллектуальным, но когда одновременно взаимодействует большое количество муравьев, они могут вырабатывать удивительные решения.  Это явление также используется в Индустрии 4.0”.

Что у других ?

     Инициатива немцев нашла отклик в мире:

—       в США  в 2014 году создан некоммерческий консорциум промышленного интернета ( Industrial Internet),

—       в Китае принята доктрина   «Китайское производство 2025» и поставлена задача последовательно  довести уровень своей промышленности от 2.0 до 3.0 и затем также  прорываться к  4.0.

—       японцы активно обсуждают собственные концепции “Connected Factories” (подключенных к сети фабрик) для своей индустрии (Monodzukuri)

Критика 

Проект Индустрия 4.0 инициирован “сверху”. И как любое такое начинание продвигается медленно, обрастает большим количеством организаций. Сами немцы  говорят о   медлительности, забюрократизированности, отсутствии реальных результатов.

Критикуется типично немецкая склонность все  сначала систематизировать и  расписать по пунктам и лишь потом начать действовать, поэтому высказываются опасения, что пока немцы оттачивают формулировки на  многочисленных конференциях и форумах, американцы могут  продвинуть свой промышленный интернет до практических внедрений.

Однако, согласимся, что лучше медленно, но надежно продвигаться вперед, чем не делать этого вовсе.  Отрадно, когда в одной из самых развитых индустриальных стран правительство не останавливается на достигнутом, а прикладывает максимум усилий, чтобы нацелить лучшие умы на решение стратегических задач и сплачивает на этом направлении бизнес и науку.

 Опасения 

Левые политики Германии высказывают опасения, что Индустрия 4.0 может нанести удар по занятости.  Приводятся данные, что  в долгосрочной перспективе  из 30,9 млн. рабочих мест роботы и компьютеры заменят около 18 млн. —  то есть 59 %.

Сторонники прогресса возражают — новые подходы как раз нацелены на стимулирование экономики Европы и устранению диспропорций в международном распределении занятости, возникших в результате безудержного переноса производств в страны третьего мира. Кроме того, четвертая индустриальная революция  угрожает далеко не всем профессиям. Рынок труда измениться, будут востребованы профессионализм и компетентность.

Четвертая революция в нашей отрасли

      Естественно деревообработка в целом и мебельная промышленность в частности не находятся на переднем краю индустриального прогресса. Однако на выставке LIGNA 2015 в Ганновере  новые подходы  стали заметны и в нашей отрасли. Откровенно говоря, радикальных новинок, связанных именно с киберфизическими системами и «умными фабриками»,  пока не появилось. Под лозунгами Индустрии 4.0  посетителям предъявлялись более ранние разработки, связанные с автоматизацией  и индивидуализацией производства. Просто чаще стали  использоваться эпитеты: компьютеризированный, цифровой, интегрированный, интеллектуальный и т.п.

Индустрия 4.0 Holz Expert

Что действительно бросалось в глаза на LIGNA 2015, так это обилие и разнообразие роботов. Раньше их было меньше и это обычно были традиционные манипуляторы-перекладчики  для загрузки и разгрузки станков или перемещения деталей  на складе. Теперь же спектр применений роботов в деревообработке  расширился. Был представлен целый ряд роботов для покраски, полирования, паллетирования, для обслуживания пильных центров и межоперационных складов-накопителей деталей.

Активизация интереса в отрасли к роботам может быть связана в том числе с тем, что в 2014 году новым владельцем Homag стала фирма Dürr, специализирующаяся на оборудовании для автомобилестроения, отрасли, где традиционно популярна робототехника.

Ведущими производителями оборудования и фирмами, специализирующимися на автоматизации, были представлены концептуальные проекты гибких мебельных фабрик, способных производить продукцию в режиме Losgrösse =1 (нем.   «размер партии =1» ).

Наш немецкий партнер — консалтинговая  фирма Lignum Consulting представила на выставке LIGNA  доклад „Семь ключевых элементов интегрированного сетевого производства мебели», а также впервые в истории выставки проводила двухчасовые туры для специалистов на тему Индустрии 4.0 в мебельной промышленности.

Проект Индустрия 4.0  прежде всего решает внутренние задачи Германии, но его последствия не могут не отразиться и на потребителях немецкой техники во всем мире, в том числе и в России.

Предпосылок для разворачивания четвертой индустриальной революции при сегодняшнем уровне наших мебельных и деревообрабатывающих производств у нас пока нет. Однако знать  о современных тенденциях важно, например для того, чтобы избежать ошибок при выборе оборудования. В качестве примера из практики можно привести приобретение дорогостоящего оборудования, созданного для современной концепции  Losgrösse =1 (см. выше) – то есть для гибкого индивидуального производства, и  использование его на потоке с размером партий сотни и  даже тысячи штук. При этом ожидаемого роста производительности не происходит, а такие функции, как автоматическая настройка, идентификация деталей,  загрузка программ или рабочих листов,  современные протоколы обмена данными, становятся бесполезными.

Изучение опыта внедрения  проекта Индустрия 4.0 может быть также полезным  тем немногочисленным  российским фабрикам, которые, не смотря не сложные времена,  ставят перед собой амбициозные  цели  выйти на современный европейский уровень. Для таких предприятий мы  готовы предоставить более подробную информацию на данную тему и предложить сотрудничество в модернизации производства.

Индустрия 4.0 Holz Expert Lignum Consulting