Lielākie Ceturtās industriālās revolūcijas jeb Industrijas 4.0 "revolucionāri" ir vācieši. Viņi ieviesa terminu „Industrija 4.0“ Vācijas valdības Augsto tehnoloģiju stratēģijā, kura tika izstrādāta, lai nodrošinātu Vācijas rūpniecības konkurētspēju pasaules tirgū.
Industrija 4.0 ir radusies iepriekšējo trīs rūpniecības revolūciju rezultātā. Industrija 4.0 apzīmē nākotnes viedās rūpnieciskās tehnoloģijas. Industrijas 4.0 pamatā ir cilvēku, iekārtu un produktu sadarbība globālā tīklā un autonoma, decentralizēta ražošanas vienību vadība un organizācija.
Industriālās revolūcijas vēsture
Industijas 4.0 pievienotā vērtība ir ražošanas uzņēmumu, piegādātāju un potenciālo pircēju sadarbība tīklā, kas palīdz radīt maksimālu darba ražīgumu. Industrijas 4.0 revolūcija notiek jau vairāk nekā 10 gadus. Lai pilnībā izprastu Industriju 4.0, ir jāapskata atšķirības starp trijām vēsturiskām industriālām revolūcijām.
Pirmā industriālā revolūcija notika no 1760. līdz 1840. gadam, kad roku darbs tika aizvietots ar mehāniskām iekārtām. Galveno impulsu deva tvaika dzinēja izgudrojums. Roku darbs tika aizstāts ar mehāniskām iekārtām, ratiņi – ar tvaika katliem un tvaikoņiem. Tas izraisīja milzīgu produktivitātes pieaugumu ne tikai rūpniecības sektorā (skatīt 1. attēlu).
19. gadsimta beigās līdz 20. gadsimta sākumam konveijeru un masveida ražošanas parādīšanās, apzīmē Otro industriālo revolūciju.
1. attēls. Industriālās revolūcijas vēsture
1970.tajos notika Trešā industriālā revolūcija, ko dažkārt sauc par digitālo revolūciju. Šajā periodā rūpniecībā un citās sabiedrības jomās tika ieviestas digitālās tehnoloģijas, centrālie un personālie datori. Ar roku darbināmas ierīces ir aizstātas ar skaitliski vadāmām un programmvadības (CNC) ierīcēm.
Visas trīs industriālās revolūcijas ir radījušas radikālas ražošanas apstākļu izmaiņas, kas ietekmējušas visu sabiedrību.
Ceturtā industriālā revolūcija notiek trešās digitālās revolūcijas pamatā. Digitālizētās, robotizētās un automatizētās rūpnīcās lielu daļu darba veic iekārtas un roboti, un cilvēki tikai tos pārrauga – tā ir daudzu pasaules uzņēmumu realitāte.
Ceturtā industriālā revolūcija, kas pazīstama arī kā Lietu internets, nozīmē nozares pilnīgu datorizāciju, kuras galvenais princips ir savienot mehānismus un to sistēmas, lai attīstītu viedos tīklus kopējā ķēdē, kur var organizēt, kontrolēt pašapkalpošanos, ražošanas procesu vadīšanu, liela apjoma informācijas apstrādi, kas palīdz analizēt un optimizēt ražošanu.
Ceturtajai rūpniecības revolūcijai ir milzīga ietekme uz sabiedrību, pasaulē notiekošajiem procesiem un attīstību. Tās ietekme uz cilvēku dzīvi un valsts procesiem būs pat lielāka nekā pirmai industriālai revolūcijai. Tā ietekmēs izglītības un veselības aprūpes sistēmas, darbu, komunikāciju, pašizpausmi, informācijas saņemšanas paradumus, dzīvesveida paradumus un ceļošanas veidus. Ceturtā industriālā revolūcija ir ne tikai "gudrās rūpnīcas" un globālā digitalizācija, bet arī viedtālruņi, nanotehnoloģijas, atjaunojamie enerģijas avoti, viedās pilsētas, roboti, pašgājēji automobiļi, 3D printeri un tie attiecas ne tikai uz ražošanu, bet arī uz citām jomām.
Ceturtās industriālās revolūcijas galvenie elementi
Ceturtā industriālā revolūcija atšķiras no iepriekšējām revolūcijām vairākos svarīgos aspektos, un to var raksturot ar šādām galvenajām iezīmēm (skatīt 3. attēlu):
Sociālie mediji. Sociālie mediji no tradicionālajiem plašsaziņas līdzekļiem, piemēram, televīzijas vai radio, atšķiras savā komunikācijas stilā. Saziņa, izmantojot sociālos medijus, ir interaktīva un digitāla. Sociālo mediju piemēri ir Facebook, Xing vai WhatsApp un to vislielākais ieguvums ir spēja viegli apmainīties ar informāciju starp lietotājiem un ierīcēm. Attīstīto valstu rūpniecībā izmanto šos medijus komunikācijai starp uzņēmumiem. Sociālie mediji veido uzņēmumu tēlu un nodrošina piekļuvi informācijai visā pasaulē, ļaujot uzņēmumiem sniegt attiecīgu informāciju.
Starpdisciplinaritāte. Starpdisciplinaritāte jāsaprot kā zinātnes disciplīnu kombinācija, kas ir neatkarīga viena no otras, to metodēm, pieņēmumiem vai domāšanas veidiem. Dažādas lēmumu pieņemšanas stratēģijas ir saistītas un tiek izmantotas, lai iegūtu vislabākos rezultātus. Tas noved pie jauna domāšanas veida un dažādiem risinājiem. Ceturtā industriālā revolūcija balstās uz sinerģiju starp vairākām zinātnes disciplīnām, piemēram, mehatronika ir radusies, apvienojot mehāniku un elektroniku, papildinot tās ar zināšanām par vadību un informācijas tehnoloģijām.
Virtualizācija. Virtuālā vidē tās lietotāji var labāk pārvaldīt resursus bez reālām iekārtām un labāk izprast to darbību un pārvaldības principus. Šos principus var pārnest arī uz ražošanu. Programmvadības vide, CNC iekārtu virtualizācija arvien vairāk tiek pielietota ražošanas procesos, lai simulētu to digitālo pārvaldību. Virtualizāciju var izmantot arī kā uzņēmuma tehnoloģisko procesu simulāciju.
Mākoņtehnoloģijas ir interneta pakalpojumu apvienojums, kas savieno informācijas resursus un programmatūru uz dažādiem serveriem, dodot iespēju lielotājiem piekļūt datiem no dažādām vietām. Mobilā skaitļošana kļūst arvien svarīgāks faktors datora, ieskaitot mobilo sakaru, aparatūras un programmatūras darba transportēšanā. Piekļuvei uzņēmuma datiem un lietojumprogrammām jebkurā laikā jābūt pēc iespējas vienkāršākai. Tas nākotnē varētu kļūt par standartu visos uzņēmumos. Šobrīd šīs jomas attīstību kavē salīdzinoši zemais mobilā interneta ātrums, drošības standartu trūkums un pārāk zemais sīkierīču akumulatora darbības laiks.
Viedie objekti. Par viediem jeb gudriem objektiem var saukt, piemēram, materiālus, atsevišķas daļas, kuras aprīkotas ar digitālo atmiņu datu nesēju veidā. Tas ir nepieciešams, lai identificētu un aprakstītu šos objektus. Šim procesam, piemēram, tiek izmantoti svītru kodi vai radio frekvenču identifikācijas mikroshēmas, kas ir ievietotas skeneros un datoros (1.attēls).
2.attēls. Radio frekvenču identifikācijas mikroshēma (RFID)
Lietu internets. Internets no plašsaziņas līdzekļiem ir attīstījies par informācijas apmaiņas vietu, izmantojot interaktīvus savienojumus starp cilvēkiem un ierīcēm. Lietu internets ir piemērots risinājums jebkura veida objektu apvienošanai vienā digitālajā tīklā, caur kuru notiek vides un iekārtu komunikācija. Tādā veidā ierīces un detaļas reālā vidē tiek integrētas virtuālajā vidē. Tādā veidā resursi tiek izmantoti efektīvāk un tiek panākta augstāka ražošanas efektivitāte un samazinātas pakalpojumu sniegšanas izmaksas. Lielākais izaicinājums lietu internetā ir vienvirziena komunikācijas starp sistēmām standarta izveide.
Lieli dati. Interneta tehnoloģiju turpmākā attīstībā ir būtiska lielo datu apkopošana, uzglabāšana un analīze. Lielie dati raksturo globālo tendenci, ka strauji pieaug lielu datu apjomi. Lielo datu izmantošanas vērtība ražošanas procesā balstās uz to, ka šos datus var izmantot rūpniecisko procesu automatizācijā, vizualizācijā un analīzē.
Analīzes un optimizācijas mērķis ir iegūt lielāko vērtību no lieliem un sarežģītiem datiem. Tāpēc ražošanā datu kvantitatīvā apstrāde un analīze kļūst arvien svarīgāka. No lielā datu apjoma nepieciešamā informācija tiek iegūta, izmantojot statistikas metodes. Lielie dati ietver nestrukturētus datus, tādēļ to analīze var sniegt jaunas zināšanas, piemēram, procesu optimizāciju, izmantojot jaunas metodes, rīkus un atpazīšanas teorijas.
Kiber-fiziskās sistēmas ir sistēmas, kurās dators sazinās ar fiziskām (reālām) ierīcēm un pārvalda tās. Viedais kontrolieris patstāvīgi pārvalda produkciju un kontrolē ražošanas procesus, piemēram, viedais konteiners ar videosensoru tehnoloģiju palīdzību uzrauga iekārtas uzpildes līmeni un organizē savlaicīgu atkritumu likvidēšanu. Pamatojoties uz datorprogrammas spēju mācīties un pieņemt lēmumus, tiek uzskatīts, ka ilgtermiņā nepastāvēs atšķirības starp mākslīgo un reālo inteliģenci.
Gudrās jeb viedās rūpnīcas raksturo jaunu izpratni par interneta izmantošanu ražošanā, kad cilvēki, iekārtas un to komponentes sazinās savā starpā, izmantojot internetu ražošanā. Gudrā ražošana pozitīvi ietekmē vidi, samazina piesārņojumu, samazina piegādes izmaksas, ražo un izmanto enerģiju decentralizētā veidā un palielina ražošanas produktivitāti.
3. attēls. Industrijas 4.0 pamattehnoloģijas
Ceturtā industriālā revolūcija ražošanā
Galvenā atšķirība starp ceturto industriālo revolūciju un datorizēto ražošanu ir uzmanība uz cilvēkiem. Ceturtā rūpnieciskā revolūcija cilvēkus ieved ražošanas centrā ar jaunām atbalsta sistēmām, kas var palīdzēt tiem organizēt un vadīt sarežģītus ražošanas procesus. Kaut arī ceturtās industriālās revolūcijas metodes tiek vizualizētas un analizētas automātiski, bet cilvēks lēmumu pieņem pats.
Ražošanas izpildes sistēma (Manufacturing Execution System, MES) ir viens no svarīgākajiem elementiem ceturtajā idustriālā revolūcijā. MES ir datoru programmatūras iekārtu sistēmas, kas veic virkni funkciju, kas saistītas ar ražošanas procesa vadību. MES savāktie dati ražošanas procesā ļauj novērtēt iekārtas, izejvielas, cilvēkus, izmaksas un veiktspēju. Šie dati tiek apstrādāti un iesniegti plānotājam kā informācija lēmumu pieņemšanai. MES sistēmas rada vertikālu un horizontālu ražošanas integrāciju, kas ir priekšnoteikums gudrai rūpnīcai
Nākamais solis ceturtajā rūpniecības revolūcijā apstrādes rūpniecībā ir sakaru un saskarņu standartu izveide. Informācijas apmaiņa starp cilvēkiem un ierīcēm joprojām tiek veikta, izmantojot patentētus datu formātus, kas neaizsargā pret datu nesēju pārtraukumiem un datu zudumiem. Šī problēma ir atrisināta, izmantojot MES sistēmu, kurā ir uzstādīts tīkla mezgls. Kā daudzvalodu tulkotājs viņš centralizēti regulē komunikāciju, automātiski apstrādā datu apstrādi un apvieno komunikācijas un datu līnijas.
Ceturtās industriālās revolūcijas riski un izaicinājumi
Ceturtās industriālās revolūcijas galvenās problēmas ražošanā ir saistītas ar šādiem aspektiem:
Standartizācija un programmatūras arhitektūra. Ceturtā industriālā revolūcija nozīmē visa, no izejmateriālu līdz produktu izsekošanai, integrāciju tīklā. Šobrīd nav izstrādātas visaptverošas programmatūras arhitektūras, tādēļ programmatūras tiek izstrādātas individuāliem klientiem un ir samērā dārgas.
Zināšanas par sarežģītām sistēmām. Produkti un to ražošanas sistēmas kļūst arvien sarežģītākas. Pareizi plānošanas modeļi ir pamats, kas var palīdzēt apgūt pieaugošo sarežģītību. Bet šodien nav pietiekami daudz metožu un rīku šādu modeļu izveidei. Ir nepieciešams reorganizēt ekonomiskās, sociālās un politiskās sistēmas, jo tās vairs nav aktuālas un vēl mazāk atbilst nākotnes vajadzībām. Šobrīd mēs vairs neesam apmierināti ar nelielām izmaiņām vai nelielām reformām - mēs esam pievērsuši uzmanību galvenajām inovatīvām izmaiņām.
Viedā tīkla infrastruktūra rūpniecībai. Būtiska prasība ceturtajai industriālajai revolūcijai ražošanā ir drošs, kvalitatīvs sakaru tīkls, kas tiek papildināts ar gudro interneta infrastruktūru. Dati tiek pārsūtīti tīklā, izmantojot kabeli vai bezvadu tīklu, tostarp 5G tehnoloģiju.
Drošība. Datu un iekārtu drošība un aizsardzība pret ļaunprātīgiem uzbrukumiem ir svarīgs faktors, lai panāktu gudro ražošanas sistēmu panākumus. Pirmkārt, iekārtas un produkcija nedrīkst apdraudēt cilvēkus un vidi, un, otrkārt, iekārtās glabātie dati un informācija ir jāaizsargā pret neatbilstošu izmantošanu un neatļautu piekļuvi. Šim nolūkam jāievieš integrētas uzglabāšanas struktūras un unikāli identifikācijas instrumenti.
Izglītība un profesionālā attīstība. Darbinieku uzdevumi un zināšanas ceturtā industriālā revolūcijā krasi mainīsies. Šobrīd ir pārāk maz apmācību par Industriju 4.0.
Tiesību normas. Ceturtās industriālās revolūcijas ražošanas procesiem un viedajiem tīkliem jāatbilst valstī spēkā esošajiem normatīvajiem aktiem. Problēmas ir daudzas uzņēmumu datu aizsardzības problēmas, atbildības jautājumi, personas datu un tirdzniecības ierobežojumi, jo īpaši saistībā ar ES personas datu aizsardzības direktīvas stāšanos spēkā. Trūkst ne tikai likumdevēja atbalsta, bet arī visu nozares dalībnieku iesaistīšanās: kopēju pārvaldības principu noteikšana, testēšanas līgumu apstiprināšana, pašregulācijas instrumentu, piemēram, revīzijas saskaņošana, kā arī daudzu citu piemērotu instrumentu.
Resursu patēriņa efektivitāte. Viens no faktoriem, kas ierobežo ceturto industriālo revolūciju ražošanā, ir augstais enerģijas patēriņš. Lai gan daudzi objekti ir savienoti ar sakaru tehnoloģiju, viņu darbs ir atkarīgs no tīklu energoapgādes. Līdz šim sensoriem, rīkiem un sakaru protokoliem nav pievērsta pienācīga uzmanība enerģijas taupīšanas aspektam.
Atruna: Projekts “Industrijas 4.0 izaicinājums: Stiprinot metālapstrādes darbiniekus gudrām nākotnes rūpnīcām” tiek finansēts ar Eiropas Komisijas atbalstu. Šis paziņojums atspoguļo tikai projekta autora uzskatus, un Komisija nav atbildīga par tajā ietvertās informācijas izmantošanu.