Mikä on 'Smart Factory'?
Älykäs tehdas on kyberfysikaalinen järjestelmä, joka käyttää kehittyneitä teknologioita tietojen analysointiin, automatisoitujen prosessien ajamiseen ja oppimiseen.
Älykkään tehtaan yleiskatsaus
Kuten nimi antaa ymmärtää, älykäs tehdas on... älykäs. Älykäs tehdas on koneiden, viestintämekanismien ja laskentatehon yhteenliitetty verkko, joka käyttää kehittyneitä teknologioita, kuten tekoälyä (AI) ja koneoppimista datan analysointiin, automatisoitujen prosessien ajamiseen ja oppimiseen.
Älykkäät tehtaat ja älykäs valmistus ovat osa Teollisuus 4.0 - tai Neljäs teollinen vallankumous -nimistä teknologista muutosta. Jokainen kolmesta ensimmäisestä teollisesta vallankumouksesta syntyi innovatiivisesta uudesta teknologiasta, joka muutti täysin tapamme työskennellä ja valmistaa tavaroita: höyrykone, kokoonpanolinja ja tietokoneen teho. Nyt neljättä vallankumousta ohjaavat digitaalinen muutos ja älykäs automaatio.
Älytehtaat muuttuvaan maailmaan
Viime vuosina yritysjohtajille on käynyt yhä selvemmäksi, että digitaalinen muutos on kiireellinen prioriteetti 2020-luvulla kilpailukykyisiksi ja sietokykyisiksi toivoville toimitusketjuille ja valmistustoiminnoille. Pandemia paljasti edelleen maailmanlaajuisen toimitusketjun heikkoudet ja toimialan haavoittuvuudet. Forbes-lehden artikkelissa toistettiin tämä: "COVID-19 on osoittanut maailmalle jotain, jonka valmistusteollisuuden olisi jo tiedettävä. Perinteiset toimitusketjut ja valmistusekosysteemit epäonnistuvat, ja meidän on siirryttävä joustavampaan ja ketterämpään ratkaisuun, joka on täysin digitaalisesti hyödynnettävissä.”
Kuluttajien odotukset vaikuttavat myös älykkään tehdasteknologian ja tulevaisuuden tehtaan kehitykseen. Amazon Effect -nimellä tunnettu seuraavan päivän toimitusten kuluttajakysyntä on kasvanut tasaiseen ja nopeaan tahtiin. Yrittäjä-lehden mukaan vuonna 2019: ”Paremmin tai huonommin, Yhdysvaltain talous ja globaali talous ovat Amazon Effectin kurissa. […] Sähköisen kaupankäynnin tarjoajilla on ollut jatkuvasti kasvavia paineita vastata Amazonin nopeuteen ja tehokkuuteen, eikä ole mitään näyttöä siitä, että kuluttajien odotukset helpottuisivat.” Tämä suuntaus on ollut merkittävä tekijä älykkään tehdasteknologian kasvavassa kysynnässä, sillä vanhentuneet järjestelmät eivät vastaa logistiikan ja varastointikapasiteetin laajuutta, jota tarvitaan pysymään tämän ilmiön tasalla.
Valmistajat ja toimitusketjupäälliköt kohtaavat lisää riskejä ja toimintahäiriöitä pyrkiessään minimoimaan riippuvuutensa kansainvälisistä kumppaneista. Älykkäät tehdasratkaisut, kuten tilaustuotanto ja virtuaaliset varastot, voivat varmasti vähentää riippuvuutta ulkomaisista toimittajista ja valmistajista. Kuitenkin, kuten Harvard Business Review toteaa vuoden 2020 artikkelissa, on helpompi sanoa kuin tehdä tuoda valmistus takaisin Yhdysvaltoihin. ”Valmistajat ovat kääntyneet asiantuntijoiden ja alihankkijoiden puoleen, jotka keskittyvät kapeasti vain yhteen osa-alueeseen – ja jopa noiden asiantuntijoiden on luotettava moniin muihin. Ja aivan kuten maailma on tullut luottamaan eri alueilla luonnonvaroihin, kuten rautamalmiin tai litiummetalliin, niin myös se on tullut riippuvaiseksi alueista, joilla nämä asiantuntijat asuvat.” Kotimaisen tuotannon lisääntyminen voi varmasti vähentää kustannuksia ja toimitusketjun riskiä, mutta se ei välttämättä poista tarvetta ulkomaisilta kumppaneilta eikä vähennä ketjun lenkkien kokonaismäärää. Siksi on tärkeämpää kuin koskaan, että käytössä on digitaalisia tehdasteknologioita tehokkuuden ja näkyvyyden optimoimiseksi.
Miten älykäs tehdas (smart factory) toimii?
Puhumme usein automatisoiduista prosesseista ikään kuin ne olisivat ainutlaatuisia älykkäälle tehtaalle – mutta automaatio ja robotiikka ovat olleet käytössä jo vuosikymmeniä valmistustoiminnassa. Monet perinteiset tehtaat käyttävät automatisoituja koneita, kuten viivakoodinlukijoita, kameroita ja digitalisoituja tuotantolaitteita eri osissa toimintaansa. Mutta nuo laitteet eivät ole yhteydessä toisiinsa. Perinteisen tehtaan ihmiset, omaisuus ja tiedonhallintajärjestelmät toimivat kaikki erillään toisistaan, ja niitä on koordinoitava ja integroitava käsin jatkuvasti.
Älykäs digitaalinen tehdas toimii integroimalla koneet, ihmiset ja Big Data yhdeksi digitaalisesti yhdistetyksi ekosysteemiksi. Älykäs tehdas ei vain kuratoi ja analysoi dataa, se todella oppii kokemuksesta. Se tulkitsee ja saa tietoa tietojoukoista, ennustaa trendejä ja tapahtumia sekä suositella ja toteuttaa älykkäitä tuotannon työnkulkuja ja automatisoituja prosesseja. Älykäs tehdas tekee jatkuvaa menettelyllistä parannusta itsekorjautuakseen ja itsensä optimoimiseksi – se voi opettaa itseään (ja ihmisiä) olemaan joustavampi, tuottavampi ja turvallisempi.
Älykkään tehtaan rakenne
Älykkään tehtaan perusrakenne voidaan tiivistää kolmeen vaiheeseen:
Kolme tärkeintä menettelyä, jotka muodostavat älykkään tehtaan
- Tiedonhankinta: Tekoäly ja modernit tietokantateknologiat mahdollistavat erilaisten hyödyllisten tietojen keruun ja hankinnan eri puolilla liiketoimintaa, toimitusketjua ja maailmaa. Antureiden ja yhdyskäytävien avulla teollinen esineiden internet (IIoT) mahdollistaa yhdistettyjen koneiden tietojen keräämisen järjestelmään. Lukuisten muiden dataportaalien kautta tekoälyllä toimivat järjestelmät voivat koota suorituskykyyn, markkinatrendeihin, logistiikkaan tai mihin tahansa mahdollisesti relevanttiin lähteeseen liittyviä tietokokonaisuuksia.
- Data-analyysi: Koneoppiminen ja älykkäät liiketoimintajärjestelmät hyödyntävät kehittynyttä analytiikkaa ja moderneja tiedonhallintaratkaisuja, jotta kaikki hajanainen data saadaan selville. IIoT-anturit voivat varoittaa, kun koneet tarvitsevat korjausta tai huoltoa. Markkina- ja operatiivista tietoa voidaan koota mahdollisuuksien ja riskien tunnistamiseksi. Työnkulun tehokkuutta voidaan tutkia ajan mittaan suorituskyvyn optimoimiseksi ja automaattisen korjauksen varmistamiseksi. Itse asiassa vertailtavissa ja analysoitavissa olevat aineistot tarjoavat lähes rajattoman mahdollisuuden yhdistelmiin, joilla voidaan informoida digitaalista tehdasoptimointia ja toimitusketjun ennustamista.
- Älykäs tehdasautomaatio: Kun tietojen hankinta ja analysointi on tehty, työnkulut luodaan ja ohjeet lähetetään järjestelmän sisältämille koneille ja laitteille. Nämä laitteet voivat olla tehtaan neljän seinän sisällä tai kaukana toimitusketjun logistiikka- tai valmistuslinkeistä. Älykkäitä työnkulkuja ja prosesseja seurataan ja optimoidaan jatkuvasti. Jos uutisraportti varoittaa tietyn tuotteen kysyntäpiikistä, 3D-tulostimen työnkulkuja voidaan ohjeistaa korottamaan tuotteen tuotannon prioriteettia. Jos raaka-aineiden lähetys viivästyy, varastopuskurit voidaan laittaa kiertoon häiriöiden välttämiseksi.
Älykkään tehtaan edut
Monet yritykset ovat tottuneet toimitusketjun toimintoihin ja järjestelmiin, jotka eivät ole käytännössä muuttuneet vuosikymmeniin. Koska kuluttajien odotukset ja taloudellinen epävarmuus ovat korkealla tasolla, toimitusketjun johtajat tarvitsevat ratkaisuja, jotka voivat tuottaa mitattavaa ja merkittävää hyötyä – ja tuoda sen nopeasti. Forbes-lehden mukaan vuonna 2017 vain 43 prosentilla valmistajista oli käynnissä älykkäitä tehdasaloitteita. Vuoteen 2019 mennessä heistä teki 68 prosenttia. Yrityksille, jotka investoivat digitaaliseen muutokseen ja älykkäisiin tehdasratkaisuihin, on potentiaalia merkittäviin liiketoimintahyötyihin, kuten:
Tuottavuus ja tehokkuus: almistuksessa on koko historiansa ajan ollut ensisijaisesti kyse reagoimisesta – jo tapahtuneen tapahtuman tai trendin tarkastelusta ja sitten yrittämisestä ohjata liiketoimintaa toiseen suuntaan faktan jälkeen. Smart factory technologies are designed to reduce the need for reactive practices and move supply chain management into a more resilient and responsive mode. The use of predictive analytics and Big Data analysis allows for optimized processes to be identified and put in place. Just-in-time inventory management, accurate demand forecasting, and improved speed to market are a few of the efficiency benefits that smart factories deliver. Digitaalisten oivallusten ansiosta älykkäissä tehtaissa työskentelevät voivat myös virtaviivaistaa toimiaan, mikä lisää toiminnan kokonaistuottavuutta. In their 2019 smart factory study, Deloitte tells us that “Companies report up to 12% gains in areas like manufacturing output, factory utilization, and labor productivity after they invested in smart factory initiatives. Moreover, manufacturers with smart factories will likely surpass traditional factories with 30% higher net labor productivity by 2030.”
Kestävä kehitys ja turvallisuus: Kuluttajat ovat yhä halukkaampia käyttämään enemmän varoja tuotteisiin, jotka he tietävät hankittavan ja valmistettavan sosiaalisesti ja ympäristöllisesti vastuullisilla menetelmillä. Nykyaikaiset älykkäät tehdasteknologiat helpottavat yritysten mahdollisuuksia tunnistaa ja toteuttaa mahdollisuuksia ympäristöystävällisempiin, turvallisempiin ja sosiaalisesti vastuullisempiin tuotantokäytäntöihin. Älykkäät tehtaanjohtajat voivat käyttää digitaalisia innovaatioita, kuten lohkoketju- ja RFID-antureita, varmistamaan kaikkien materiaalien ja tarvikkeiden kiistattoman alkuperän ja laadunvalvonnan – jotka tulevat toimitusketjun kaukaisimmistakin lenkeistä. Kansainvälinen Automaatioseura (International Society of Automation) kertoo, että robotit ja automaattiset laitteet voivat auttaa vähentämään tai poistamaan kolme viidestä johtavasta työtapaturman syystä.
Tuotteiden laatu ja asiakaskokemus: Kuten lasten puhelinpeli, perinteisillä valmistajilla oli usein vaikea aika varmistaa, että heidän direktiivinsä vastaanotettiin tarkasti ja että alemman tason toimittajat ja valmistajat toimitusketjuissaan noudattivat niitä. Älytehtaassa pilviyhteydet ja päästä päähän -näkyvyys älykkäissä tehtaissa tuo reaaliaikaisia tietoja ja suosituksia tuotantoprosessin kaikille tasoille. Mahdollisuus mukautua nopeasti ja reagoida muuttuviin trendeihin tarkoittaa, että tuotteet ovat tarkasti ajan tasalla asiakkaiden toiveiden kanssa. Järjestelmän tietojen edistyksellinen analysointi havaitsee nopeasti heikkoudet tai parannuskohteet. Tämä parantaa markkinoiden kilpailukykyä, parantaa tuotearviointeja ja vähentää kalliita tuottoja tai takaisinvetoja.
Älykkäät tehdasteknologiat
Älykkäät tehdasteknologiat ovat erittäin ketteriä. Digitaalisen muutoksen aloitteiden lisääntyessä yrityksessä on lähes rajattomat mahdollisuudet skaalata, muokata ja mukautua tarpeen mukaan.
Pilviyhteydet: Julkinen, yksityinen tai hybridi, pilvi on kanava, jonka kautta kaikki tiedot kulkevat älykkäässä tehtaassa. Liiketoiminnan laajuinen ja globaali pilviyhteys varmistaa, että jokainen liiketoiminta-alue toimii reaaliaikaisten tietojen avulla ja että kaikki toimitusketjuun liitetyt resurssit ja järjestelmät ovat välittömästi näkyvissä.
Tekoäly: Integroituja tekoälyteknologioita käyttävillä operatiivisilla järjestelmillä on nopeus, teho ja joustavuus, jotta ne voivat paitsi kerätä ja analysoida erilaisia tietojoukkoja, myös tarjota reaaliaikaisia tietoja ja reagoivia suosituksia. Älytehtaan automatisoituja prosesseja ja älykkäitä järjestelmiä optimoidaan ja informoidaan jatkuvasti tekoälyn avulla.
Koneoppiminen: Yksi arvokkaimmista eduista, joita koneoppiminen tuo älykkäälle tehtaalle, on sen kyky kehittyneeseen ennakoivaan kunnossapitoon. Valvomalla ja analysoimalla tuotantoprosesseja voidaan lähettää hälytyksiä ennen järjestelmävikojen ilmenemistä. Tilanteesta riippuen voidaan tehdä automatisoituja huoltotöitä tai tarvittaessa suositella ihmisen toimenpiteitä.
Big Data: Vankat ja suuret tietojoukot mahdollistavat ennakoivan ja edistyksellisen analytiikan älykkäässä tehtaassa. Yritykset ovat jo pitkään ymmärtäneet Big Datan strategisen arvon, mutta viime aikoihin asti niillä ei ole usein ollut tarvittavia järjestelmiä sen mielekkääseen hyödyntämiseen. Toimitusketjujen ja älykkäiden tehtaiden digitaalinen muutos on avannut yrityksille mahdollisuuksia optimoida ja innovoida Big Data -analyysien avulla.
Teollinen esineiden internet (IIoT): Älykkäässä tehtaassa, jossa laitteisiin ja koneisiin asennetaan yksilölliset tunnisteet ja kyky lähettää ja vastaanottaa digitaalista dataa, ne muodostavat IIoT-verkon. Nykyaikaisissa koneissa voi jo olla digitaalisia portaaleja, mutta jopa vuosikymmeniä vanhat analogiset koneet voidaan varustaa IIoT-yhdyskäytävälaitteilla, jotka nostavat ne nopeuteen. Pohjimmiltaan laitteen lähettämät tiedot raportoivat sen tilasta ja toiminnasta, ja laitteeseen lähetetyt tiedot ohjaavat ja automatisoivat sen toimintaa ja työnkulkuja.
Digitaaliset kaksoset: Tarkka, virtuaalinen kopio koneesta tai järjestelmästä muuttuu sen digitaaliseksi kaksoseksi. Se mahdollistaa maksimaalisen innovaation ja luovuuden ja minimaalisen operatiivisen riskin. Digitaalinen kaksonen voidaan asettaa rajalleen, konfiguroida uudelleen useilla virtuaalisilla tavoilla tai testata sen yhteensopivuutta olemassa olevan järjestelmän sisällä – kaikki ilman riskejä tai resurssien tuhlausta fyysisessä maailmassa.
Lisäävä tulostus: Se tunnetaan myös 3D-tulostuksena, joten älykkäät tehtaat voivat käyttää älykästä automaatiota on-demand-valmistukseen. Tämä on erityisen tärkeää odottamattomien toimitusketjuhäiriöiden tai äkillisen tuotekysynnän aikana. Mutta silloinkin kun se toimii tavalliseen tapaan, virtuaaliset inventaariot voivat vähentää riskejä ja hävikkiä merkittävästi sallimalla juuri oikea-aikaisen valmistuksen.
Virtuaalitodellisuus (VR) ja lisätty todellisuus (AR): Assembly Magazine kuvaili vuonna 2019 joitakin älykkään tehtaan käyttämien virtuaalitodellisuuksien sovelluksia ”kyevän sitomaan yhteen ympäristöolosuhteet, varastotasot, prosessitilan, kokoonpanovirhetiedot, käytön ja läpäisymittarit kontekstisidonnaisesti (missä katsot tai kävelet)”. Tämän mukaansatempaavan aistikokemuksen avulla käyttäjät voivat lisätä luonnollisia aistejaan reaaliaikaisilla tiedoilla mistä tahansa paikasta tai ajankohdasta – antaakseen esteettömän tietoisuuden tehtaan tilasta.
Lohkoketju: Onneksi älykkäiden tehdasteknologioiden edetessä turvallisuusratkaisut pysyvät niiden rinnalla. Blockchainilla on monia sovelluksia toimitusketjussa, aina toimittajien kanssa solmittavista "älykkäistä sopimuksista" tuotteiden alkuperän seurantaan ja käsittelyyn toimitusketjun eri vaiheissa. Älykkäissä tehtaissa lohkoketju on erityisen hyödyllinen, kun hallitaan liitettyjen resurssien ja koneiden käyttöoikeuksia koko liiketoiminnassa. Näin suojataan järjestelmän turvallisuus ja kyseisten laitteiden hallussa olevien tietojen tarkkuus.
Moderni tietokanta: In-memory-tietokannat ja modernit ERP-järjestelmät ovat teollisuus 4.0:n ja kaikkien älykkäiden tehtaiden ja älykkäiden toimitusketjuratkaisujen ”aivot”. Vanhoja, levypohjaisia tietokantoja ajetaan – usein reilusti yli rajojen – pysymään mukana monimutkaisessa tiedonhallinnassa ja analytiikkatoiminnoissa, joita tarvitaan älykkäiden tehtaiden ja nykyaikaisten toimitusketjujen pyörittämiseen.
Älykkään tehdasmuutoksen saavuttaminen
Vuosi 2020 oli valtava häiriö ja operatiivinen riski yrityksille ympäri maailmaa. Ennen COVID-19:ää Deloitten yli 600 johtavan tuotantosektorin johtajan vuonna 2019 tekemän kyselyn mukaan 86 prosenttia uskoi, että seuraavien viiden vuoden aikana ”älykkäät tehdasaloitteet ovat teollisuuden kilpailukyvyn tärkein veturi”. Digitaalinen muutos ja toimitusketjun modernisointi ovat muuttuneet entistä enemmän pitkän aikavälin tavoitteista kiireellisiksi ja välittömiksi prioriteeteiksi yrityksille, jotka ovat päättäneet innovoida ja kilpailla.
Se, miten aloitat älykkään tehdasmuutoksen, riippuu siitä, missä olet nyt ja mitkä prosessit ovat liiketoimintasi kannalta kriittisimpiä. Järjestelmän ensimmäinen auditointi auttaa analysoimaan ja arvioimaan olemassa olevia prosesseja, resursseja ja liiketoimintajärjestelmiä. Ennen kuin voit alkaa automatisoida työnkulkuja ja tuotantoprosesseja, sinun on arvioitava, miltä ne näyttävät tänään.
Digitaalisen muutoksen alussa on myös tärkeää muistaa, että älykkään tehtaan ”älykäs” on peräisin sen kehittyneestä data-analysointi- ja tiedonhallintakapasiteetista. Moderni tietokanta ja vankka ERP-järjestelmä ovat älykkään tehtaan aivot. Ne tukevat edistyneitä toimintoja, jotka ohjaavat järjestelmää. Tärkeä tekijä älykkään tehdasmuutoksen onnistumisessa on olemassa olevien liiketoimintajärjestelmien kyky hallita Big Dataa ja integroida teknologioita, kuten tekoälyä, koneoppimista ja kehittynyttä analytiikkaa.
Lopuksi, yksi parhaista asioista älykkäässä tehdasmuutoksessa on se, että ollakseen tehokas sen ei tarvitse tapahtua kaikki kerralla. Se ei myöskään edellytä olemassa olevan liiketoiminnan keskeyttämistä tai keskeyttämistä. Jokainen aloite, jonka yritys tekee nykyaikaistaakseen ja optimoidakseen digitaalisia järjestelmiään, tuo heidät askeleen lähemmäs täysin integroitua älytehdasta. Lisäksi älykkäät tehdasteknologiat keräävät ja analysoivat tietoja niiden luonteen vuoksi. Tämä tarkoittaa, että uusien digitaaliteknologioiden vaikutusta ja sijoitetun pääoman tuottoa voidaan – asennushetkestä lähtien – mitata ja arvioida.
Tutustu Industry 4.0 -ratkaisuihin
Koe valmistuksen ja digitaalisen toimitusketjun muutoksen hyödyt.
Ideoita, joita et löydä mistään muualta
Tilaa Business Intelligence -paketti, joka toimitetaan suoraan postilaatikkoosi.