Průmysl 4.0
doc. Ing. Jan Nevima, Ph.D., MBA
HISTORIE
1784 - Mechanizace výroby s využitím energie vody a páry (tkalcovský
stav s parním pohonem)
1870 – Počátky sériové výroby díky využití elektřiny (vynález žárovky)
1969 – Automatizace výrobních procesů (programovatelný automat)
2013 – Propojení virtuálního a reálného, kyber-fyzikalní systémy
1899 – Patent na dieselový spalovací motor (Rudolf Diesel)
HISTORIE
 Tento koncept vychází z high-tech strategie německé vlády, jež byla představena v
roce 2013 a to na veletrhu v Hannoveru.
 V jiných zemích podobné aktivity s různými názvy
 Smart Manufacturing Leadership Coalition (USA)
 Industrial Internet Consortium (USA)
 Industrial Value Chain Initiative (Japonsko)
1. Průmyslová revoluce 18.-19. století (pára)
2. Průmyslová revoluce 2. pol. 19. století
(montážní linky, elektrifikace, spalovací motory)
3. Průmyslová revoluce 70. léta 20. století
(počítače, řízená automatizace)
 vznik tzv. „chytrých továren“;
 představuje kyberneticko-fyzikální systémy, které by měly továrny
řídit samy, což je už posun k „páté“ průmyslové revoluci
(autonomní řízení, odhadovaný počátek?);
 kyberneticko-fyzikální systém (CPS) je systém, který spolupracuje
s výpočetními prvky, které řídí fyzické subjekty;
 masové rozšíření internetu.
 Inteligentní systémy převezmou činnosti, které doposud byly
vykonávaný lidmi. Jedná se tak o vnímaní okolního dění s
počítačovým spojením dílů a strojů.
ČTVRTÁ PRŮMYSLOVÁ REVOLUCE
ČTVRTÁ PRŮMYSLOVÁ REVOLUCE (2) PRŮMYSL 4.0
Průmysl 4.0 můžeme charakterizovat jako přirozený vývoj v rámci vyspělé ekonomiky,
kde dochází k integraci lidského kapitálu, výrobních zařízení a dat.
Tato integrace samozřejmě nestojí jen na těchto 3 pilířích.
Průmysl 4.0 utváří celkem 6 klíčových stavebních bloků, kterými jsou technologie,
data, procesy, organizace, kontrola a bezpečnost.
Průmysl 4.0 je o hledání rovnováhy mezi těmito oblastmi a současně o jejich vnitřní
integraci. Můžeme zobecnit, že pokud firmy kooperují například v rámci konsorcia či
klastru, lze tento proces urychlit díky vzájemnému sdílení. Toto sdílení však musí být pro
všechny dotčené firmy výhodné, a to zejména nákladově. Mezi benefity tohoto sdílení je
možné uvést ještě zvýšení efektivity, perspektivu vyššího zisku a rychlejší dosažení úspor z
rozsahu.
PRŮMYSL 4.0 (2)
 Průmysl 4.0 (též Práce 4.0 či čtvrtá
průmyslová revoluce) je označení
pro současný trend digitalizace,
s ní související automatizaci
výroby a změn na trhu práce,
které s sebou přinese.
 Tento pojem zahrnuje
kyberneticko-fyzikální systémy,
internet věcí a také „cloudové“
zpracování informací.
PRŮMYSL 4.0 (3)
Průmysl 4.0 popisuje tzv. „chytrou továrnu“ nebo také „továrnu budoucnosti“.
V chytrých továrnách se využívá kyberneticko-fyzikálních systémů
k monitorování fyzických procesů. V chytrých továrnách je vytvářena virtuální
kopie fyzického světa a provádí se tzv. decentralizované rozhodování.
CHYTRÉ TOVÁRNY - PŘÍKLAD
 Názorným příkladem může být výroba lahve. Zákazník si přeje, aby lahev byla žlutá,
měla červené víčko a růžové květiny na povrchu. Výroba bude tedy probíhat tak, že
lahev na sobě bude mít uvedený štítek s veškerými informacemi o tom, jak má být
zpracována. Tudíž jeden stroj vyrozumí, že má být žlutá, druhý, že bude mít červené
víčko, a třetí, že lahev bude mít na svém povrchu růžové květiny. Průmyslová výroba
tak nebude závislá na centrálním systému, ale bude více decentralizovaná.
To výrobcům umožní zachovat masovou výrobu, lépe vyhovět potřebám zákazníků a
zároveň držet ceny při zemi.
ZÁKLADNÍ
KONCEPCE, Z
NICHŽ PRŮMYSL
4.0 VYCHÁZÍ
Kyber –
fyzikální
systémy
Internet věcí
Internet
služeb
Cloud
computing
INTERNET VĚCÍ
 Systém, ve kterém mohou být různé objekty řízeny na dálku a také spolu
navzájem interagovat. Děje se tak přes internet díky vloženým čipům,
senzorům a softwaru. Důležitá je vzájemná konektivita jednotlivých zařízení.
INTERNET SLUŽEB
 Jsou systémy založené na online práci a
sdílení dat v cloudových úložištích. Cloudy
jsou nástrojem pro kooperativní vytváření
obsahů. Jejich další výhodou je vysoká
konektivita – k jejich užívání stačí v
podstatě jakýkoli webový prohlížeč.
Odpadá nutnost ukládání dat na vlastní hard
disk a instalace softwaru.
CLOUD COMPUTING
 Jednoduše řečeno, cloud computing je doručování výpočetních služeb, včetně
serverů, úložišť, databází, sítí, softwaru, analytických nástrojů a inteligentních
funkcí, přes internet („cloud“) a nabízí rychlejší inovace, flexibilitu prostředků a
cenové výhody.
 Obvykle platíte jenom za cloudové služby, které skutečně využijete, což pomáhá
snižovat provozní náklady, efektivněji provozovat infrastrukturu a škálovat s
ohledem na měnící se obchodní potřeby.
INTEGRACE
Integrace horizontální
(hodnotového řetězce)
• Plná počítačová
integrace od podání
objednávky až k
expedici a
distribuční síti.
Integrace vertikální
(vnitropodnikové)
• Od úrovně řízení v
reálném čase, přes
plánování a
rozvrhování výroby
až k rozhodování na
nejvyšší úrovni.
Integrace inženýrské
podpory (životního
cyklu)
• Napříč celým
inženýrským
řetězcem – od
výzkumu, vývoje,
prototypování,
rozvrhování výroby
až po ošetření celého
životního cyklu
výrobku.
AUTOMATIZACE PRŮMYSLU
Obecně lze konstatovat, že dojde ke 3 základním vylepšením:
1. Zvýšení efektivnosti
výroby
• Tento bod zahrnuje
zvýšení produktivity
práce a zároveň
snížení mzdových a
výrobních nákladů.
Docílíme předpokladů
tvorby zisku jakožto
uplatnění výrobků na
trhu.
2. Zvýšení úrovně
užitné hodnoty výrobku
• Zvýšení samotné
kvality výrobku s
použitím nových
technologií, na které
lze velmi flexibilně
reagovat. Dále je
možné eliminovat
výskyt chyb
vytvořených lidským
faktorem.
3. Humanizace práce
• Dojde také ke zvýšení
kvality a kultury
práce, což vede k
obecnému zlepšení
pracovního prostředí.
DIGITÁLNÍ EKONOMIKA
 Rozsáhlá a postupná celospolečenská změna, spojená s digitalizací, internetem věcí,
služeb a lidí.
 Nový způsob propojení lidí, dat a procesů pomocí informačních a komunikačních
technologií.
 Součástí je i elektronizace veřejné správy pro potřeby digitální ekonomiky.
 Podpora efektivnějšího sdílení dat.
 Snižování operativy pomocí automatizace.
DIGITÁLNÍ EKONOMIKA = NEZBYTNOST PRO UDRŽENÍ KONKURENCESCHOPNOSTI
OBLASTI DOTČENÉ 4. PRŮMYSLOVOU REVOLUCÍ
Ukázka oblastí dotčených 4. průmyslovou revolucí:
 Energetika při řízení a koordinaci decentralizovaných zdrojů: na úspěšnosti
myšlenek bude záviset, kolik centrálních zdrojů budeme muset vybudovat
(Energetika 4.0)
 Doprava a logistika v širším slova smyslu (Doprava 4.0)
 Smart Cities: jde též o distribuované procesy s možností permanentní
optimalizace a nutností flexibilní reakce na změny.
 Zdravotní péče: zde se jedná především o optimalizaci distribuovaných služeb
(Zdravotnictví 4.0)
SOUČASNÉ TRENDY VE VÝROBĚ
 Internet of Things = Díky IoT spolu budou veškeré senzory, kamery, vysílače, stroje či čtečky kódů
komunikovat a do jisté míry řídit výrobu samy.
 Umělá inteligence (AI) = Automatizace výrobních procesů a samoučící se algoritmy pro eliminaci
chybovosti systémů.
 Cloud = Stále více firem volí cestu vzdáleného úložiště cloudovým řešením. Ať už pro svou
flexibilitu nebo také díky úsporám na fyzických instalacích.
 Big Data = Velkou roli v této informační revoluci hrají také velká data, jejich zpětné využití a
efektivní recyklace znalostí.
 Jednotný zdroj pravdy = Jednotné úložiště dat pro veškeré firemní procesy. Chráněné know-how a
řízené workflow.
 Systémové inženýrství = Spolupráce a propojení více inženýrských profesí při vývoji a výrobě
komplexního výrobku.
 Bezvýkresová výroba = Ve spojení s jednotným zdrojem pravdy přichází i bezvýkresová výroba.
Digitální modely zůstávají nativní v průběhu celého výrobního procesu díky propojení dat.
 Reverzní inženýrství = 3D skenování výrobku a jeho převod z reálné podoby do 3D modelu.
 Aditivní výroba = Podporující end-to-end vizi Průmyslu 4.0 je i výroba prototypů díky 3D tisku a
aditivní výroba.
ANALÝZA VELKÝCH DAT
Popis pomocí 6C:
Connection (propojení senzorů a sítě)
Cloud (výpočty a získání dat na požádání)
Cyber (model a paměť)
Content/context (význam a korelace obsahu)
Community (sdílení dat a spolupráce v určitém
společenství)
Customization (přizpůsobení, personalizace a hodnoty)
HLAVNÍ RYSY PRŮMYSLU 4.0
Mezi hlavní rysy Průmyslu 4.0 patří:
 Interoperabilita
 Virtualizace
 Decentralizace
 Rozhodování téměř v reálném čase
 Orientace na služby
 Modularita
HLAVNÍ RYSY (2)
 INTEROPERABILITA = Kyberneticko - fyzikální systémy (výrobní linky, skladiště
a produkty) umožňují lidem a chytrým továrnám elektronické připojení a
vzájemnou komunikaci.
 Pro komunikační rozhraní mezi člověkem a strojem lze využít operačních
systémů Android, iOS, Windows a jiných.
 Možnost vyhledání obráběcích nástrojů a sestav, export dat do CAD/CAM
systémů, případně PDF, Excel atd.
HLAVNÍ RYSY (3)
 VIRTUALIZACE = znamená vytvoření virtuální kopie chytré továrny
propojením údajů z fyzických senzorů s virtuálními údaji ze simulačních
modelů továrny.
 DECENTRALIZACE = schopnost kyberneticko-fyzikálních systémů
rozhodovat samy za sebe a produkovat.
 ROZHODOVÁNÍ TÉMĚŘ V REÁLNÉM ČASE = schopnost shromažďovat
a analyzovat údaje; získané poznatky okamžitě poskytovat (řádově v
milisekundách).
 MODULARITA = pružná adaptace chytrých továren na měnící se požadavky
tím, že se nahradí nebo rozšíří jednotlivé moduly.
EKONOMICKÉ DŮSLEDKY V EU
 V první fázi by mělo pracovních míst ubývat, ale časem vzroste poptávka po
pracovnících s vyšší kvalifikací, kteří se budou starat o chod strojů.
 Je tu také prostor pro vznik míst v oblasti IT, vývoje a marketingové komunikace.
 Zahraniční zkušenosti ukazují, že na jedno ztracené (zaniklé) místo by mělo přibýt
2,5 nového pracovního místa (je to jen odhad?)
 Dojde pravděpodobně ke ztrátě nízko kvalifikovaných míst, například těch v
pásové výrobě.
 Produktivita práce by po čtvrté průmyslové revoluci měla vzrůst o třetinu.
 Průměrný růst produkce na obyvatele v Evropě byl v 18. století 0,2 %,
v 19. století 1,1 % a ve 20. století 1,9 %, v 21. století ???
 Vyšší bohatství společnosti by mohlo vytvořit podmínky pro zaměstnanost, více
práce ve veřejném sektoru, neziskových organizacích a pro sociální práci.
DALŠÍ EFEKTY
 Nezaměstnanost u vybraných pozic – vyšší tlak na státní rozpočet – nutnost
rekvalifikace i v produktivním, příp. ke „konci“ produktivního věku.
 Obrovský tlak na vzdělávací systém.
 Hojné využití čidel, čteček kódů, vysílačů, kamer a dalších zařízení;
 Očekává se růst produktivity až o 1/3.
 Současně lze očekávat daleko větší tlak na bezpečnost provozů a resistenci
 Kdo bude platit daně v rámci Průmyslu 4.0, event. 5.0?
 Tlak na nové typy materiálů vs. 3D tisk
 Rychlý transfer technologií, velký akcent na rychlost patentování.
 Nové požadavky na energetickou infrastrukturu a její bezpečnost.
 Co bude Průmysl 6.0?
 Co bude Průmysl 7.0?