Τεχνολογία: Βιομηχανία 4.0 – Η 4η βιομηχανική επανάσταση έχει ήδη ξεκινήσει

Τεχνολογία: Βιομηχανία 4.0 – Η 4η βιομηχανική επανάσταση έχει ήδη ξεκινήσει

Ιστορική αναδρομή των τεσσάρων βιομηχανικών επαναστάσεων

Στη διάρκεια της ιστορίας η βιομηχανία έχει περάσει από τέσσερις περιόδους ριζικών τεχνολογικών αλλαγών που τις έχουν χαρακτηρίσει. Η 1η βιομηχανική επανάσταση διήρκησε από το 1760 έως το 1860 και χαρακτηρίστηκε από την εκβιομηχάνιση. Αποτέλεσε τη μετάβαση της παραγωγής των αγαθών από τα χέρια εξειδικευμένων τεχνιτών σε μηχανές ατμού ή τροχού νερού. Έπειτα ακολούθησε η 2η βιομηχανική επανάσταση από το 1870 έως το 1914 με βασικό χαρακτηριστικό τη μαζική παραγωγή. Ο ηλεκτρισμός αποτέλεσε τη βασική πηγή ενέργειας ενώ παράλληλα πρωτοεμφανίστηκε η γραμμή συναρμολόγησης και τα εναλλάξιμα μέρη. Η εισαγωγή των νέων τεχνολογιών του αυτοματισμού και της πληροφορικής επέφεραν σημαντικές αλλαγές και χαρακτήρισαν τη 3η βιομηχανική επανάσταση από το 1960 έως και τα τελευταία χρόνια. Χάρη στα βιομηχανικά ρομπότ και τη τεχνολογία Αριθμητικών Ελέγχων Υπολογιστή (CNC) επετεύχθη πρωτόγνωρη ακρίβεια στα παραγόμενα προϊόντα. Από το 2013 που κυκλοφόρησε η τελική έκθεση του όρου Βιομηχανία 4.0 (Industry 4.0) έχουν γίνει τα πρώτα βήματα της 4η βιομηχανικής επανάστασης. Οι υπάρχουσες τεχνολογίες με αιχμή του δόρατος τα κυβερνο-φυσικά συστήματα (CPS) συνδυάζονται για τη παραγωγή και οργάνωση της εφοδιαστικής αλυσίδας.

Εικόνα 1: Τα τεχνολογικά χαρακτηριστικά των τεσσάρων βιομηχανικών επαναστάσεων

Aρχές σχεδιασμού σύμφωνα με τη Βιομηχανία 4.0

Υπάρχουν κάποιες βασικές αρχές σχεδιασμού που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως οδηγοί από τις εταιρείες για τον εναρμονισμό τους με τη Βιομηχανία 4.0

  • Διαλειτουργικότητα: Είναι η βασικότερη αρχή και αφορά την ικανότητα επικοινωνίας μεταξύ αισθητήρων, συσκευών, μηχανών και ανθρώπων μέσω του Διαδικτύου των Αντικειμένων (IoT) και του Διαδικτύου των Υπηρεσιών (IoS).
  • Οπτικοποίηση πληροφοριών: Η οπτικοποίηση πληροφοριών αφορά τη δυνατότητα των κυβερνο-φυσικών συστημάτων (CPS) να παρακολουθούν τις φυσικές διαδικασίες. Από τη συγκέντρωση δεδομένων μέσω αισθητήριων οργάνων και τη μετατροπή τους σε κατάλληλες πληροφορίες τα CPS είναι σε θέση να παρακολουθούν αντικείμενα που υπάρχουν στο φυσικό περιβάλλον. Έτσι είναι σε θέση να δημιουργήσουν ένα εικονικό αντίγραφο του πραγματικού κόσμου και να δημιουργήσουν μοντέλα προσομοίωσης. Έτσι σε περίπτωση σφάλματος ή τεχνικής βλάβης είναι εφικτό να ειδοποιηθεί ο άνθρωπος.   Επιπλέον, παρέχονται όλες οι απαραίτητες πληροφορίες, όπως τα επόμενα βήματα εργασίας ή οι ρυθμίσεις ασφαλείας.
  • Αποκέντρωση αποφάσεων: Η αυξανόμενη ζήτηση για μεμονωμένα προϊόντα καθιστά όλο και πιο δύσκολο τον κεντρικό έλεγχο των συστημάτων. Πλέον μέσω των CPS είναι εφικτή η λήψη απλών αποφάσεων και εκτέλεσης αυτόνομων εργασιών. Μόνο στην περίπτωση εξαιρέσεων, παρεμβολών ή αντικρουόμενων στόχων, τα καθήκοντα μεταβιβάζονται σε υψηλότερο επίπεδο.
  • Δράση και ανάδραση σε πραγματικό χρόνο: Για την οργάνωση  είναι απαραίτητη η συλλογή και ανάλυση δεδομένων σε πραγματικό χρόνο. Σύμφωνα με τις τρέχουσες εξελίξεις η κατάσταση της εγκατάστασης παρακολουθείται και αναλύεται μόνιμα. Έτσι η μονάδα παραγωγής μπορεί να αντιδράσει στο πρόβλημα μιας μηχανής και να μεταφέρει προϊόντα σε άλλη μηχανή.
  • Προσανατολισμός υπηρεσιών: Οι υπηρεσίες των υπαλλήλων, των CPS και συνολικά της εταιρείας είναι διαθέσιμες μέσω του IoS και μπορούν να χρησιμοποιηθούν από άλλους συμμετέχοντες. Μπορούν να προσφέρονται εντός της εταιρείας αλλά και στο καταναλωτικό κοινό.  Η αρχιτεκτονική σχεδιασμού ενός «έξυπνου» εργοστασίου μπορεί να είναι προσανατολισμένη σε υπηρεσίες για το τελικό καταναλωτή.
  • Αρθρωτά συστήματα: Τα αρθρωτά συστήματα είναι σε θέση να προσαρμόζονται ευέλικτα στις μεταβαλλόμενες απαιτήσεις αντικαθιστώντας ή επεκτείνοντας επιμέρους μονάδες. Επομένως, τα αρθρωτά συστήματα μπορούν εύκολα να ρυθμιστούν σε περίπτωση εποχιακών διακυμάνσεων ή αλλαγών των χαρακτηριστικών του προϊόντος.  

Mέσα  και τεχνoλογίες της Βιομηχανίας 4.0

Η 4η βιομηχανική επανάσταση περιλαμβάνει μέσα και συστήματα προερχόμενα από τις τελευταίες εξελίξεις της τεχνολογίας.

  • Κυβερνο-φυσικά συστήματα (CPS)

Τα CPS είναι δίκτυα που ενσωματώνουν δεδομένα, ηλεκτρονικά εξαρτήματα, μηχανές , φυσικές διεργασίες και ανθρώπους. Πιο συγκεκριμένα παρακολουθούν και ελέγχουν τις φυσικές διαδικασίες με βρόχους ανατροφοδότησης. Όταν το φυσικό σύστημα αντιδρά, το σύστημα χρησιμοποιεί λογισμικό για την ερμηνεία της αντίδρασης και καταγράφει τα αποτελέσματα. Έτσι δεν υπάρχει μόνο η δυνατότητα προβλέψεων, αλλά  ένας ολόκληρος βρόχος δράσης και μηχανικής μάθησης.

  • Το διαδίκτυο των αντικειμένων (IoT)

Το διαδίκτυο των αντικειμένων είναι ένας απλός όρος για μια μεγαλοπρεπή έννοια. Το IoT είναι η σύνδεση όλων των συσκευών στο διαδίκτυο και μεταξύ τους. Είναι δομημένο σε υπολογιστές cloud και σε δίκτυα συλλογής δεδομένων από αισθητήρες. Προσφέρεται μέσω  κινητής, εικονικής και στιγμιαίας σύνδεση. Αυτή η διασύνδεση  επιτρέπει τη δημιουργία “έξυπνων εργοστασίων”, καθώς ο εξοπλισμός θα χρησιμοποιεί δεδομένα για την παραγωγή, διακίνηση, αναφορά και μηχανική εκμάθηση με εκπληκτικά αποτελεσματικό τρόπο.

  • Το Διαδίκτυο των Υπηρεσιών (IoS)

Το IoS επιτρέπει στους προμηθευτές υπηρεσιών να προσφέρουν τις υπηρεσίες τους μέσω του Διαδικτύου. Το IoS αποτελείται από συμμετέχοντες, μια υποδομή για υπηρεσίες ,επιχειρηματικά μοντέλα και τις ίδιες τις υπηρεσίες. Οι υπηρεσίες προσφέρονται και συνδυάζονται σε υπηρεσίες προστιθέμενης αξίας από διάφορους προμηθευτές . Κοινοποιούνται στους χρήστες καθώς και στους καταναλωτές. Η πρόσβαση είναι εφικτή μέσω διαφόρων καναλιών. Οι τρέχουσες εξελίξεις επιτρέπουν έναν νέο τρόπο δυναμικής διακύμανσης της κατανομής των επιμέρους δραστηριοτήτων της εφοδιαστικής αλυσίδας.Είναι λογικό στο μέλλον να μεταφερθεί αυτή η έννοια από τα εργοστάσια σε ολόκληρα δίκτυα προστιθέμενης αξίας. Στο μέλλον τα εργοστάσια θα εξελιχτούν και θα προσφέρουν ειδικές τεχνολογίες παραγωγής αντί για απλά τύπους παραγωγής. Αυτές οι τεχνολογίες παραγωγής θα προσφερθούν μέσω του IoS κα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή προϊόντων ή για την αντιστάθμιση της παραγωγικής ικανότητας

  • «Έξυπνο» εργοστάσιο (Smart Factory)

Τα έξυπνα εργοστάσια αποτελούν βασικό χαρακτηριστικό της τέταρτης βιομηχανικής επανάστασης. Η βασική ιδέα είναι η απρόσκοπτη σύνδεση μεμονωμένων βημάτων παραγωγής, από τα στάδια σχεδιασμού έως τους ενεργοποιητές στη παραγωγή. Στο εγγύς μέλλον, τα μηχανήματα και ο εξοπλισμός θα είναι σε θέση να βελτιώσουν τις διαδικασίες μέσω αυτο-βελτιστοποίησης. Τα συστήματα θα προσαρμοστούν αυτόνομα στο ήδη υπάρχον περιβάλλον δικτύου.

Συμπεράσματα

Η 4η βιομηχανική επανάσταση έχει ήδη ξεκινήσει και αποτελεί μονόδρομο για το τομέα της παραγωγής. Όσο ταχύτερα ενσωματωθούν οι αρχές και τα μέσα της, τόσο ταχύτερα θα ευνοηθεί από τα οφέλη η αγορά. Περά από οφέλη σε αποδοτικότητα, βελτιστοποίηση και ευελιξία η βιομηχανία 4.0 αναδιαμορφώνει το υπάρχον γραμμικό μοντέλο της εφοδιαστικής αλυσίδας, σε ένα ολοκληρωμένο αμφίδρομο σύστημα εφοδιαστικής αλυσίδας.

Εικόνα 2: Γραμμικό και ολοκληρωμένο αμφίδρομο σύστημα εφοδιαστικής αλυσίδας

Βιβλιογραφία

Hermann, M., Pentek, T., & Otto, B. (2016, January). Design principles for industrie 4.0 scenarios. In System Sciences (HICSS), 2016 49th Hawaii International Conference on (pp. 3928-3937). IEEE.

Παναγιώτης Χαραλάμπους
Ηλεκτρολόγος Μηχανικός Τ.Ε.

Το παρόν άρθρο δημοσιεύθηκε στις σελίδες 38 έως 39
του περιοδικού “Logistics & Management” No 178 Σεπτέμβριος 2018



Το περιεχόμενο του ιστοτόπου διατίθεται με άδεια Creative Commons Αναφορά Δημιουργού 4.0 Ελλάδα.

Leave a reply