Co je chytrá továrna (smart factory)?
Inteligentní továrna je kyberfyzikální systém, který využívá pokročilé technologie k analýze dat, řízení automatizovaných procesů a učení se, jak to jde.
Přehled Smart Factory
Jak název napovídá, chytrá továrna (smart factory) je… chytrá. Inteligentní továrna, propojená síť strojů, komunikačních mechanismů a výpočetního výkonu, je kyber-fyzikální systém, který využívá pokročilé technologie, jako je umělá inteligence (AI) a strojové učení k analýze dat, řízení automatizovaných procesů a učení se, jak to jde.
Chytré továrny a chytrá výroba jsou součástí technologické transformace známé jako Průmysl 4.0 nebo Čtvrtá průmyslová revoluce. Každá z prvních tří průmyslových revolucí se zrodila z inovativní nové technologie, která zcela změnila způsob, jakým jsme pracovali a vyráběli zboží: parní stroj, montážní linka a výkon počítače. Dnes je čtvrtá revoluce poháněna digitální transformací a inteligentní automatizací.
Chytré továrny pro měnící se svět
V posledních několika letech se vedoucím podnikatelům stále více ukazuje, že digitální transformace je naléhavou prioritou pro dodavatelské řetězce a výrobní operace, které doufají, že budou konkurenceschopné a odolné ve 20. letech 20. století. Pandemie dále odhalila nedostatky globálního dodavatelského řetězce a zranitelnost průmyslu. Článek v časopise Forbes to zopakoval a uvedl: „COVID-19 ukázala světu něco, co by měl výrobní průmysl již vědět. Tradiční dodavatelské řetězce a výrobní ekosystémy selhávají a my musíme přejít na přizpůsobivější a agilnější řešení, které bude plně digitálně umožněno.“
Očekávání spotřebitelů rovněž přispívají k rozvoji technologií inteligentních továren a továrny budoucnosti. Spotřebitelská poptávka po dodávkách příští den, známá jako Amazon Effect, roste stabilním a rychlým tempem. Podle časopisu Podnikatel v roce 2019 „K lepšímu nebo horšímu jsou americká ekonomika a globální ekonomika v troskách Amazonského efektu. […] Poskytovatelé elektronického obchodování jsou vystaveni stále rostoucímu tlaku, aby odpovídali rychlosti a efektivitě společnosti Amazon, a neexistují žádné důkazy o tom, že by se očekávání spotřebitelů zmírňovala.“ Tento trend byl hlavním faktorem rostoucí poptávky po technologiích inteligentních továren, protože zastaralé systémy se neshodují s rozsahem logistiky a skladovacích kapacit, které jsou nezbytné pro udržení tempa s tímto jevem.
Výrobci a manažeři dodavatelských řetězců čelí dalšímu riziku a narušení provozu, protože se snaží minimalizovat svou závislost na mezinárodních partnerech. Inteligentní tovární řešení, jako je výroba na vyžádání a virtuální zásoby, mohou jistě minimalizovat závislost na zahraničních dodavatelích a výrobcích. Nicméně, jak uvádí Harvard Business Review v článku z roku 2020, je snazší než udělat, aby se výroba vrátila zpět do USA. „Výrobci se obrátili na specialisty a subdodavatele, kteří se úzce zaměřují pouze na jednu oblast – a dokonce i tito specialisté se musí spolehnout na mnoho dalších. A stejně jako se svět začal spoléhat na různé regiony pro přírodní zdroje, jako je železná ruda nebo lithný kov, tak se také stal závislým na regionech, kde tito specialisté sídlí.“ Zvyšování domácí výroby může jistě snížit riziko nákladů a dodavatelského řetězce, ale nemusí to nutně eliminovat potřebu zahraničních partnerů ani snížit celkový počet článků v řetězci. Proto je více než kdy jindy důležité, aby byly zavedeny digitální tovární technologie pro optimalizaci efektivity a viditelnosti.
Jak funguje chytrá továrna?
Často hovoříme o automatizovaných procesech, jako by byly jedinečné pro inteligentní továrnu – přesto se automatizace a robotika používají již desítky let ve výrobních provozech. Mnoho tradičních továren používá automatizované stroje, jako jsou skenery čárových kódů, kamery a digitalizované výrobní zařízení v různých částech jejich provozu. Tato zařízení však nejsou vzájemně propojena. Lidé, aktiva a systémy pro správu dat v tradiční továrně fungují izolovaně a musí být průběžně ručně koordinovány a integrovány.
Inteligentní digitální továrna funguje integrací strojů, lidí a Big Data do jediného, digitálně propojeného ekosystému. Chytrá továrna nejen kuruje a analyzuje data, ale ve skutečnosti se učí ze zkušeností. Interpretuje a získává přehledy od datových sad po prognózy trendů a událostí a doporučuje a implementuje inteligentní výrobní workflow a automatizované procesy. Chytrá továrna prochází neustálým procedurálním zlepšením, aby byla sebeopravná a sebeoptimalizovaná – dokáže se (i člověka) naučit být odolnější, produktivnější a bezpečnější.
Struktura chytré továrny
Základní strukturu chytré továrny lze obecně shrnout do tří kroků:
Tři hlavní postupy, které tvoří inteligentní továrnu
- Získávání dat: Umělá inteligence a moderní databázové technologie umožňují kuraci a získávání nesourodých souborů užitečných dat napříč obchodem, dodavatelským řetězcem a světem. Prostřednictvím senzorů a bran umožňuje průmyslový internet věcí (IIoT) připojeným strojům shromažďovat data do systému. Prostřednictvím mnoha dalších datových portálů mohou systémy poháněné umělou inteligencí sestavovat datové soubory týkající se výkonnosti, trendů na trhu, logistiky nebo jakéhokoli jiného potenciálně relevantního zdroje.
- Analýza dat: Strojové učení a inteligentní podnikové systémy využívají pokročilé analytické nástroje a moderní řešení pro správu dat, aby dávaly smysl všem shromážděným rozdílným datům. Senzory IIoT mohou varovat, když stroje potřebují opravu nebo servis. Tržní a provozní údaje lze sestavit tak, aby odhalily příležitosti a rizika. Efektivitu workflow lze studovat v průběhu času za účelem optimalizace výkonu a automatické korekce, jak je zaručeno. Datové sady, které lze porovnávat a analyzovat, ve skutečnosti představují téměř nekonečnou možnost kombinací pro digitální optimalizaci továrny a prognózu dodavatelského řetězce.
- Inteligentní automatizace továrny: Jakmile dojde ke sběru a analýze dat, jsou vytvořeny pracovní postupy a instrukce jsou odeslány do strojů a zařízení v rámci systému. Tato zařízení mohou být uvnitř čtyř stěn továrny nebo daleko od logistických nebo výrobních článků v dodavatelském řetězci. Inteligentní workflow a procesy jsou průběžně monitorovány a optimalizovány. Pokud zpráva o novinkách varuje před zvýšením poptávky po určitém produktu, lze dát pokyn pro pracovní postupy 3D tiskárny, aby zvýšily prioritu výroby pro danou položku. Pokud se zásilka surovin opozdí, lze zásobní buffery vložit do rotace, aby se zabránilo jakémukoli narušení.
Výhody chytré továrny
Mnoho podniků se spojilo s provozem a systémy dodavatelského řetězce, které se v podstatě nezměnily za několik desetiletí. Ale vzhledem k očekáváním spotřebitelů a ekonomické nejistotě, která je neustále vysoká, potřebují manažeři dodavatelských řetězců řešení, která mohou poskytnout měřitelný a významný přínos – a mohou je rychle přinést. Podle časopisu Forbes mělo v roce 2017 iniciativy chytrých továren jen 43 % výrobců. Do roku 2019 jich udělalo 68 procent. Pro společnosti, které investují do digitální transformace a inteligentních továrních řešení, existuje potenciál pro významné obchodní výhody, včetně:
Produktivita a efektivita: V celé své historii byla výroba především o reakci – dívání se na nějakou událost nebo trend, který se již udál, a pak se snaží po faktu nasměrovat podnik jiným směrem. Inteligentní technologie továrny jsou navrženy tak, aby snížily potřebu reaktivních postupů a přesunuly řízení dodavatelského řetězce do odolnějšího a vnímavějšího režimu. Použití prediktivní analýzy a analýzy velkých objemů dat umožňuje identifikaci a zavedení optimalizovaných procesů. Just-in-time vedení zásob, přesné prognózy poptávky a lepší rychlost uvedení na trh představují několik výhod, které inteligentní továrny přinášejí. Lidé pracující v inteligentních továrnách jsou také schopni zefektivnit své úsilí a zvýšit tak celkovou produktivitu provozu. Ve své studii chytré továrny z roku 2019 nám společnost Deloitte říká, že „společnosti hlásí až 12% nárůst v oblastech, jako je výroba, využití továrny a produktivita práce poté, co investovaly do iniciativ chytrých továren. Kromě toho výrobci s inteligentními továrnami pravděpodobně překonají tradiční továrny, které do roku 2030 zvýší čistou produktivitu práce o 30 %.“
Udržitelnost a bezpečnost: Spotřebitelé jsou stále více ochotni utrácet za produkty, o nichž vědí, že jsou získávány a vyráběny sociálně a ekologicky odpovědnými metodami. Moderní technologie inteligentních továren usnadňují podnikům více než kdy jindy identifikovat a implementovat příležitosti pro ekologičtější, bezpečnější a sociálně odpovědné výrobní postupy. Digitální inovace, jako jsou snímače blockchainu a RFID, mohou využít inteligentní manažeři továren k zajištění nevyvratitelné provenience a kontroly kvality všech materiálů a dodávek, které pocházejí i z nejvzdálenějších článků v dodavatelském řetězci. A blíže k domovu, Mezinárodní společnost automatizace hlásí, že roboti a automatizovaná zařízení mohou pomoci snížit nebo odstranit tři z pěti hlavních příčin zranění na pracovišti.
Kvalita výrobků a zkušenosti zákazníků: Stejně jako u dětské telefonické hry, tradiční výrobci často měli potíže se zajištěním toho, aby jejich směrnice byly přesně přijímány a následovány dodavateli nižší úrovně a výrobci ve svých dodavatelských řetězcích. V chytré továrně přináší cloudová konektivita a komplexní viditelnost v inteligentních továrnách analýzy a doporučení v reálném čase pro všechny úrovně výrobního procesu. Schopnost rychlého přizpůsobení a reakce na měnící se trendy znamená, že produkty jsou pevně aktuální s přáním zákazníků. Pokročilá analýza systémových dat rychle odhalí slabé stránky nebo oblasti ke zlepšení. To vede ke zvýšení konkurenceschopnosti na trhu, lepším přezkumům výrobků a nižším nákladným výnosům nebo zpětnému stažení z trhu.
Inteligentní tovární technologie
Inteligentní tovární technologie jsou vysoce agilní. Vzhledem k tomu, že iniciativy v oblasti digitální transformace narůstají v rámci podniku, existují téměř nekonečné možnosti, jak je podle potřeby škálovat, upravovat a přizpůsobovat.
Cloudové připojení: Ať už veřejný, soukromý nebo hybridní, cloud je prostředníkem, přes který proudí veškerá data a informace napříč inteligentní továrnou. Celoobchodní a globální cloudová konektivita zajišťuje, že každá oblast podniku pracuje s daty v reálném čase a že je okamžitá viditelnost všech propojených aktiv a systémů v rámci dodavatelského řetězce.
Umělá inteligence: Operační systémy, které používají integrované technologie umělé inteligence , mají rychlost, výkon a flexibilitu, aby nejen shromažďovaly a analyzovaly rozdílné datové sady, ale poskytovaly analýzy v reálném čase a reagující doporučení. Automatizované procesy a inteligentní systémy v rámci chytré továrny jsou neustále optimalizovány a informovány umělou inteligencí.
Strojové učení: Jednou z nejcennějších výhod, které strojové učení přináší do chytré továrny, je její kapacita pro pokročilou prediktivní údržbu. Monitorováním a analýzou výrobních procesů lze odeslat výstrahy dříve, než dojde k selhání systému. V závislosti na situaci může probíhat automatizovaná údržba nebo v případě potřeby lze doporučit lidský zásah.
Big Data: Robustní a velké datové sady umožňují provádět prediktivní a pokročilé analýzy v chytré továrně. Podniky již dlouho chápou strategickou hodnotu Big Data, ale donedávna často postrádaly systémy potřebné k jejich smysluplnému využití. Digitální transformace v dodavatelských řetězcích a chytrých továrnách otevřela svět potenciálu pro podniky optimalizovat a inovovat pomocí analýz velkých objemů dat.
Průmyslový internet věcí (IIoT): V chytré továrně, kdy jsou zařízení a stroje vybaveny jedinečnými identifikátory a schopností odesílat a přijímat digitální data, tvoří síť IIoT. Moderní stroje již mohou mít digitální portály, ale dokonce i desítky let staré analogové stroje mohou být vybaveny IIoT bránou zařízení, aby se dostaly do rychlosti. V podstatě data odeslaná ze zařízení hlásí jeho stav a činnost a data odeslaná do zařízení řídí a automatizují jeho akce a pracovní postupy.
Digitální dvojčata: Přesná virtuální replika stroje nebo systému se stává jeho digitálním dvojčetem. Umožňuje maximální inovace a kreativitu s minimálním provozním rizikem. Digitální dvojče může být posunuto na svůj limit, rekonfigurováno několika virtuálními způsoby, nebo testováno pro kompatibilitu v rámci existujícího systému – to vše bez jakéhokoli rizika nebo plýtvání zdroji ve fyzickém světě.
Aditivní tisk: Také známý jako 3D tisk, umožňuje chytrým továrnám používat inteligentní automatizaci pro výrobu na vyžádání. To je důležité zejména v době neočekávaného narušení dodavatelského řetězce nebo náhlé poptávky po produktech. Ale i když je to běžné, virtuální zásoby mohou výrazně minimalizovat riziko a plýtvání tím, že umožní výrobu just-in-time.
Virtuální realita (VR) a rozšířená realita (AR): V roce 2019 časopis Assembly Magazine popsal některé aplikace nositelných VR v chytré továrně jako „schopnost spojit podmínky prostředí, úrovně zásob, stav procesu, data chyb montáže, využití a propustnost metrik kontextově závislým způsobem (kde se díváte nebo procházíte).“ Tento pohlcující smyslový zážitek umožňuje uživatelům rozšířit své přirozené smysly o data v reálném čase z libovolného místa nebo bodu v čase – a poskytnout tak neomezené povědomí o stavu továrny.
Blockchain: Naštěstí, s pokrokem inteligentních továrních technologií, bezpečnostní řešení drží krok vedle nich. Blockchain má mnoho aplikací v dodavatelském řetězci, od vytváření „inteligentních smluv“ s dodavateli až po sledování původu zboží a manipulace napříč cestou dodavatelského řetězce. V chytrých továrnách je blockchain zvláště užitečný pro správu přístupu k propojeným prostředkům a strojům v rámci celého podniku – chrání bezpečnost systému a přesnost záznamů uchovávaných těmito zařízeními.
Moderní databáze: In-memory databáze a moderní ERP systémy jsou „mozky“, které stojí za průmyslem 4.0 a všemi inteligentními řešeními továren a inteligentních dodavatelských řetězců. Staré databáze založené na discích jsou tlačeny – často daleko za své hranice –, aby udržely krok s komplexní správou dat a analytickými funkcemi potřebnými pro provoz inteligentních továren a moderních dodavatelských řetězců.
Dosažení transformace chytré továrny (smart factory)
V roce 2020 došlo k obrovskému narušení a provoznímu riziku pro podniky po celém světě. Před pandemií COVID-19 uvedl průzkum společnosti Deloitte z roku 2019, který zahrnoval více než 600 vedoucích pracovníků ve výrobním sektoru, že 86 % respondentů věří, že v příštích pěti letech budou „iniciativy inteligentních továren hlavní hnací silou konkurenceschopnosti výroby“. Dnes více než kdy jindy se digitální transformace a modernizace dodavatelského řetězce změnily z dlouhodobých cílů na naléhavé a okamžité priority pro společnosti odhodlané inovovat a konkurovat.
To, jak začnete transformaci chytré továrny, bude záviset na tom, kde se nyní nacházíte a které procesy jsou pro vaše podnikání nejkritičtější. Počáteční systémový audit vám pomůže analyzovat a zhodnotit stávající procesy, aktiva a podnikové systémy. Než začnete automatizovat workflow a výrobní procesy, budete muset posoudit, jak vypadají dnes.
Na začátku vaší cesty k digitální transformaci je také důležité si uvědomit, že „smart“ v chytré továrně pochází z její pokročilé analýzy dat a kapacity pro správu dat. Moderní databáze a robustní ERP systém jsou mozky za chytrou továrnou. Podporují pokročilé funkce, které systém pohání. Hlavním faktorem úspěchu každé transformace chytré továrny bude schopnost stávajících podnikových systémů spravovat velká data a integrovat technologie, jako je umělá inteligence, strojové učení a pokročilé analýzy.
A konečně, jedna z nejlepších věcí o inteligentní transformaci továrny je, aby byla efektivní, nemusí se to stát najednou. Nevyžaduje ani přerušení nebo pozastavení stávajících obchodních aktivit. Každá iniciativa, kterou podnik podniká s cílem modernizovat a optimalizovat své digitální systémy, jim přiblíží plně integrovanou inteligentní továrnu. Navíc díky své povaze shromažďují a analyzují data chytré tovární technologie. To znamená, že dopad a návratnost investic jakýchkoli nových digitálních technologií lze – od okamžiku instalace – měřit a posuzovat.
Seznamte se s řešeními Industry 4.0
Zažijte výhody transformace výrobního a digitálního dodavatelského řetězce.
Nápady, které jinde nenajdete
Zaregistrujte se pro dávku business intelligence doručenou přímo do vaší schránky.