Co to jest inteligentna fabryka?
Jak sama nazwa wskazuje, inteligentna fabryka jest… inteligentna. Inteligentna fabryka to system cyberfizyczny, który wykorzystuje zaawansowane technologie, takie jak sztuczna inteligencja (AI) i uczenie maszynowe, aby analizować dane, obsługiwać zautomatyzowane procesy i uczyć się w miarę upływu czasu.
Inteligentne fabryki i inteligentne zakłady produkcyjne są częścią transformacji technologicznej znanej jako Przemysł 4.0 lub Czwarta rewolucja przemysłowa. Każda z trzech pierwszych rewolucji przemysłowych powstała z innowacyjnej nowej technologii, która całkowicie zmieniła sposób pracy i produkcji towarów: mianowicie silnik parowy, linię montażową oraz moc komputera. Dziś czwarta rewolucja napędzana jest transformacją cyfrową i inteligentną automatyzacją.
Inteligentne fabryki dla zmieniającego się świata
W ciągu ostatnich kilku lat liderzy biznesowi coraz wyraźniej stwierdzają, że transformacja cyfrowa jest pilnym priorytetem dla łańcuchów dostaw i operacji produkcyjnych, które mają nadzieję na konkurencyjność i odporność w latach 20. XX wieku. Pandemia dodatkowo ujawniła słabości światowego łańcucha dostaw i słabości branży. Powtórzył to artykuł w magazynie Forbes, stwierdzając, że „COVID-19 pokazał światu coś, co przemysł wytwórczy powinien już wiedzieć. Tradycyjne łańcuchy dostaw i ekosystemy produkcyjne zawodzą i musimy przejść do bardziej elastycznego, elastycznego rozwiązania, które będzie w pełni oparte na technologiach cyfrowych”.
Oczekiwania konsumentów przyczyniają się również do rozwoju technologii inteligentnych fabryk i fabryki przyszłości. Jako Amazon Effect popyt konsumentów na dostawy na następny dzień wzrasta w stałym i szybkim tempie. Według magazynu „Entrepreneur” z 2019 r. „Na lepsze lub gorsze gospodarka USA i gospodarka światowa znajdują się w rękach Amazona Effect. […] Dostawcy handlu elektronicznego znajdują się pod coraz większą presją, aby sprostać szybkości i wydajności Amazona i nie ma dowodów na to, że oczekiwania konsumentów ulegają złagodzeniu.” Tendencja ta jest głównym czynnikiem rosnącego popytu na technologię inteligentnych fabryk, ponieważ przestarzałe systemy okazują się nierówne w stosunku do zdolności logistycznych i magazynowych, które są niezbędne do nadążania za tym zjawiskiem.
Producenci i menedżerowie łańcucha dostaw muszą zmierzyć się z dalszym ryzykiem i zakłóceniami operacyjnymi, starając się zminimalizować swoją zależność od partnerów międzynarodowych. Inteligentne rozwiązania fabryczne, takie jak produkcja na żądanie i wirtualne zapasy, z pewnością mogą zmniejszyć zależność od zagranicznych dostawców i producentów. Jednakże, jak wskazuje Harvard Business Review w artykule z 2020 roku, łatwiej jest powiedzieć, niż zrobić, aby sprowadzić produkcję z powrotem do USA. „Producenci zwrócili się do specjalistów i podwykonawców, którzy skupiają się tylko na jednym obszarze – a nawet ci specjaliści muszą polegać na wielu innych. I tak jak świat zaczął polegać na różnych regionach zasobów naturalnych, takich jak ruda żelaza czy litu metalicznego, tak też stał się uzależniony od regionów, w których mieszkają ci specjaliści.” Rosnąca produkcja krajowa z pewnością może zmniejszyć koszty i ryzyko dla łańcucha dostaw, ale nie eliminuje potrzeby zagranicznych partnerów ani nie zmniejsza całkowitej liczby ogniw łańcucha. W związku z tym bardziej niż kiedykolwiek wcześniej istotne jest stosowanie technologii fabryki cyfrowej w celu optymalizacji wydajności i widoczności.
Jak działa inteligentna fabryka?
Często mówimy o zautomatyzowanych procesach, jakby były wyjątkowe dla inteligentnej fabryki – ale automatyzacja i robotyka są już od dziesięcioleci stosowane w operacjach produkcyjnych. Wiele tradycyjnych fabryk korzysta z zautomatyzowanych maszyn, takich jak skanery kodów kreskowych, kamery i sprzęt produkcji cyfrowej w różnych częściach ich działania. Jednak urządzenia te nie są ze sobą połączone. Ludzie, aktywa i systemy zarządzania danymi w tradycyjnej fabryce działają w oderwaniu od siebie i muszą być na bieżąco ręcznie koordynowane i integrowane.
Inteligentna fabryka cyfrowa działa poprzez integrację maszyn, ludzi i Big Data w jeden, połączony cyfrowo ekosystem. Inteligentna fabryka nie tylko przekleja i analizuje dane, ale w rzeczywistości uczy się z doświadczenia. Pozwala interpretować i uzyskiwać wgląd w dane od zbiorów danych po trendy prognostyczne i zdarzenia oraz rekomendować i wdrażać inteligentne procesy workflow produkcji i zautomatyzowane procesy. Inteligentna fabryka podlega ciągłym usprawnieniom proceduralnym w celu autokorekty i optymalizacji – może nauczyć siebie (i ludzi), aby była bardziej odporna, produktywna i bezpieczna.
Struktura inteligentnej fabryki
Podstawową strukturę inteligentnej fabryki można podsumować w trzech krokach:
Trzy główne procedury, które składają się na inteligentną fabrykę
- Pozyskiwanie danych: sztuczna inteligencja i nowoczesne technologie bazodanowe umożliwiają tworzenie i pozyskiwanie rozproszonych zbiorów użytecznych danych w różnych obszarach działalności, w łańcuchu dostaw i na całym świecie. Dzięki czujnikom i bramkom Przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT) pozwala podłączonym maszynom zbierać dane do systemu. Dzięki wielu innym portalom danych systemy oparte na sztucznej inteligencji mogą zestawiać zbiory danych związane z wydajnością, trendami rynkowymi, logistyką lub innymi potencjalnie istotnymi źródłami.
- Analiza danych: Uczenie maszynowe i inteligentne systemy biznesowe wykorzystują zaawansowane analizy i nowoczesne rozwiązania do zarządzania danymi, aby zrozumieć wszystkie zgromadzone rozproszone dane. Czujniki IIoT mogą ostrzegać, gdy maszyny wymagają naprawy lub serwisowania. Dane rynkowe i operacyjne mogą być zestawiane w celu wykrycia szans i zagrożeń. Efektywność przepływu pracy można badać w miarę upływu czasu, aby zoptymalizować wydajność i automatycznie skorygować dane. W rzeczywistości zestawy danych, które można porównywać i analizować, stwarzają niemal nieskończoną możliwość tworzenia kombinacji w celu optymalizacji fabryki cyfrowej i prognozowania łańcucha dostaw.
- Inteligentna automatyzacja fabryki: Po pozyskaniu i analizie danych tworzone są przepływy pracy i wysyłane są instrukcje do maszyn i urządzeń w ramach systemu. Urządzenia te mogą znajdować się w obrębie czterech ścian fabryki lub daleko w obrębie ogniw logistycznych lub produkcyjnych w łańcuchu dostaw. Inteligentne procesy workflow i procesy są stale monitorowane i optymalizowane. Jeśli w raporcie informacyjnym pojawi się ostrzeżenie o wzroście popytu na określony produkt, można polecić obiegi pracy drukarki 3D w celu zwiększenia priorytetu produkcji dla tej pozycji. Jeśli wysyłka surowców jest opóźniona, bufory zapasów można wprowadzić do obrotu w celu wyeliminowania wszelkich zakłóceń.
Korzyści inteligentnej fabryki
Wiele przedsiębiorstw miało związek z operacjami i systemami łańcucha dostaw, które zasadniczo nie zmieniły się od dziesięcioleci. Jednak ze względu na oczekiwania konsumentów i niepewność ekonomiczną na wysokim poziomie, menedżerowie łańcucha dostaw potrzebują rozwiązań, które mogą przynieść wymierne i znaczące korzyści — i szybko je przynieść. Według magazynu „Forbes” w 2017 r. tylko 43% producentów podjęło inicjatywy w zakresie inteligentnych fabryk. Do 2019 r. 68 proc. z nich zrobiło. Dla przedsiębiorstw, które inwestują w transformację cyfrową i rozwiązania z zakresu inteligentnych fabryk, istnieje potencjał znaczących korzyści biznesowych, w tym:
- Wydajność i wydajność: w całej historii produkcja polegała przede wszystkim na reagowaniu – patrząc na wydarzenie lub trend, który już się wydarzył, a następnie próbując pokierować biznesem w innym kierunku po fakcie. Technologie inteligentnej fabryki zaprojektowano w taki sposób, aby ograniczyć zapotrzebowanie na praktyki reaktywne i przenieść zarządzanie łańcuchem dostaw w bardziej odporny i responsywny sposób. Wykorzystanie analiz predykcyjnych i analizy Big Data pozwala na identyfikację i wdrożenie zoptymalizowanych procesów. Zarządzanie zapasami w czasie, dokładne prognozowanie popytu i szybsze wprowadzanie na rynek to kilka korzyści, jakie zapewniają inteligentne fabryki. Dzięki cyfrowemu wglądowi w dane osoby pracujące w inteligentnych fabrykach również mogą usprawnić swoje wysiłki, zwiększając ogólną produktywność operacji. W swoim badaniu Smart Factory z 2019 roku firma Deloitte mówi nam, że „po zainwestowaniu w inicjatywy inteligentnej fabryki firmy odnotowują wzrost produkcji, wykorzystania fabryki i produktywności pracy nawet o 12%. Ponadto producenci z inteligentnymi fabrykami prawdopodobnie przekroczą tradycyjne fabryki o 30% wyższą wydajność pracy netto do 2030 r.”
- Zrównoważony rozwój i bezpieczeństwo: Konsumenci coraz chętniej wydają nieco więcej na produkty, o których wiedzą, że są pozyskiwane i wytwarzane przy użyciu metod odpowiedzialnych społecznie i środowiskowo. Nowoczesne technologie inteligentnych fabryk ułatwiają przedsiębiorstwom identyfikowanie i wdrażanie możliwości bardziej ekologicznych, bezpiecznych i społecznie odpowiedzialnych praktyk produkcyjnych. Dzięki innowacjom cyfrowym, takim jak blockchain czy czujniki RFID, menedżerowie inteligentnych zakładów mogą zapewnić nieodwracalne pochodzenie i kontrolę jakości wszystkich materiałów i materiałów – pochodzących nawet z najbardziej oddalonych ogniw w łańcuchu dostaw. I bliżej domu, Międzynarodowe Towarzystwo Automatyzacji informuje, że roboty i urządzenia zautomatyzowane mogą pomóc zmniejszyć lub wyeliminować trzy z pięciu głównych przyczyn urazów w miejscu pracy.
- Jakość produktów i doświadczenia klienta: podobnie jak gry telefoniczne dzieci, tradycyjni producenci często mieli trudności z zapewnieniem, że ich dyrektywy zostały prawidłowo przyjęte, a następnie dostawcy niższego szczebla i producenci w swoich łańcuchach dostaw. W inteligentnej fabryce łączność w chmurze i kompleksowa widoczność w inteligentnych fabrykach zapewnia wgląd w dane i rekomendacje w czasie rzeczywistym dla wszystkich warstw procesu produkcyjnego. Możliwość szybkiego dostosowywania i reagowania na zmieniające się trendy oznacza, że produkty są na bieżąco z oczekiwaniami klientów. Zaawansowana analiza danych systemowych pozwala szybko dostrzec słabe punkty lub obszary wymagające poprawy. Prowadzi to do poprawy konkurencyjności na rynku, lepszych przeglądów produktów i mniejszej liczby kosztownych zwrotów lub przypadków wycofania z rynku.
Technologie inteligentnej fabryki
Technologie inteligentnych fabryk są bardzo elastyczne. W miarę jak inicjatywy w zakresie transformacji cyfrowej rozwijają się w firmie, istnieją prawie nieograniczone możliwości skalowania, modyfikowania i dostosowywania się do potrzeb.
- Łączność w chmurze: chmura publiczna, prywatna lub hybrydowa to kanał, za pośrednictwem którego wszystkie dane i informacje przepływają przez inteligentną fabrykę. Ogólnobiznesowa i globalna łączność w chmurze zapewnia, że w każdym obszarze firmy wykorzystywane są dane w czasie rzeczywistym oraz natychmiastowy wgląd we wszystkie połączone zasoby i systemy w łańcuchu dostaw.
- Sztuczna inteligencja: Systemy operacyjne wykorzystujące zintegrowane technologie sztucznej inteligencji mają szybkość, moc i elastyczność, by nie tylko gromadzić i analizować rozproszone zbiory danych, ale także zapewniać wgląd w dane w czasie rzeczywistym i responsywne rekomendacje. Zautomatyzowane procesy i inteligentne systemy w inteligentnej fabryce są stale optymalizowane i oparte na sztucznej inteligencji.
- Uczenie maszynowe: Jedną z najcenniejszych korzyści, jakie uczenie maszynowe przynosi inteligentnej fabryce, jest zdolność do zaawansowanej profilaktycznej konserwacji. Monitorowanie i analizowanie procesów produkcyjnych pozwala na wysyłanie alertów przed awarią systemu. W zależności od sytuacji może mieć miejsce automatyczna konserwacja lub, w razie potrzeby, można zalecić interwencję człowieka.
- Big Data: solidne i duże zbiory danych pozwalają na predykcyjne i zaawansowane analizy w inteligentnej fabryce. Przedsiębiorstwa od dawna rozumieją strategiczną wartość dużych zbiorów danych, ale do niedawna często brakowało systemów niezbędnych do ich sensownego wykorzystania. Transformacja cyfrowa w łańcuchach dostaw i inteligentnych fabrykach otworzyła przedsiębiorstwom potencjał w zakresie optymalizacji i wprowadzania innowacji dzięki wglądowi w Big Data.
- Przemysłowy Internet rzeczy (IIoT): W inteligentnej fabryce, kiedy urządzenia i maszyny są wyposażone w niepowtarzalne identyfikatory i możliwość wysyłania i odbierania danych cyfrowych, tworzą one sieć IIoT. Nowoczesne maszyny mogą już mieć portale cyfrowe, ale nawet kilkadziesiąt lat maszyny analogowe mogą być wyposażone w urządzenia bramki IIoT umożliwiające ich szybkość. Zasadniczo dane wysyłane z urządzenia raportują jego status i aktywność oraz dane wysyłane do urządzeń, a także automatyzują jego czynności i przepływy pracy.
- Cyfrowe bliźnięta: Dokładna, wirtualna replika maszyny lub systemu staje się jej cyfrową bliźniaczką. Pozwala na maksymalną innowacyjność i kreatywność przy minimalnym ryzyku operacyjnym. Cyfrowe bliźniaki można zepchnąć na swój limit, zmienić konfigurację na wiele wirtualnych sposobów lub sprawdzić jego kompatybilność w ramach istniejącego systemu – bez ponoszenia ryzyka ani marnotrawienia zasobów w świecie fizycznym.
- Druk addytywny: znany również jako drukowanie 3D umożliwia inteligentnym zakładom wykorzystanie inteligentnej automatyzacji do produkcji na żądanie. Ma to szczególne znaczenie w czasach nieoczekiwanych zakłóceń w łańcuchu dostaw lub nagłego popytu na produkty. Jednak nawet jeśli chodzi o dotychczasowe działania, wirtualne zapasy mogą znacznie ograniczyć ryzyko i marnotrawstwo, umożliwiając produkcję dokładnie na czas.
- Wirtualna rzeczywistość (VR) i rzeczywistość rozszerzona (AR): W 2019 roku magazyn Assembly opisał niektóre z zastosowań wearables VR w inteligentnej fabryce jako „możliwość powiązania warunków środowiskowych, poziomów zapasów, stanu procesu, danych o błędach montażu, wykorzystania i metryk przepustowości w sposób zależny od kontekstu (gdzie wyglądasz lub pieszo)”. Dzięki temu wciągającemu doświadczeniu sensorycznemu użytkownicy poszerzają swoje naturalne zmysły za pomocą danych pozyskiwanych w czasie rzeczywistym z dowolnej lokalizacji lub w dowolnym momencie — aby zapewnić niezakłóconą świadomość statusu fabryki.
- Łańcuch bloków: Na szczęście, wraz z rozwojem inteligentnych technologii fabrycznych, rozwiązania w zakresie bezpieczeństwa nadążają za nimi. Blockchain ma wiele aplikacji w łańcuchu dostaw, począwszy od tworzenia „inteligentnych kontraktów” z dostawcami, a skończywszy na śledzeniu pochodzenia towarów i obsługi na każdym etapie łańcucha dostaw. W inteligentnych fabrykach technologia blockchain jest szczególnie przydatna do zarządzania dostępem do połączonych zasobów i maszyn w całej firmie – chroniąc bezpieczeństwo systemu i dokładność zapisów przechowywanych przez te urządzenia.
- Nowoczesna baza danych: bazy danych in-memory i nowoczesne systemy ERP to „mózg” przemysłu 4.0 oraz wszystkie inteligentne rozwiązania z zakresu fabryki i inteligentnego łańcucha dostaw. Dotychczasowe bazy danych oparte na dyskach są rozbudowane – często znacznie powyżej ich granic – w celu nadążania za złożonymi funkcjami zarządzania i analizy danych niezbędnymi do prowadzenia inteligentnych fabryk i nowoczesnych łańcuchów dostaw.
Przekształcanie inteligentnych fabryk
Rok 2020 przyczynił się do ogromnych zakłóceń i ryzyka operacyjnego dla przedsiębiorstw na całym świecie. Przed pandemią COVID-19 badanie przeprowadzone przez Deloitte w 2019 r. wśród ponad 600 kierowników wyższego szczebla w sektorze wytwórczym wykazało, że 86% respondentów uważało, że w ciągu najbliższych pięciu lat „inicjatywy inteligentnych fabryk będą główną siłą napędową konkurencyjności produkcji”. Obecnie, bardziej niż kiedykolwiek, transformacja cyfrowa i modernizacja łańcucha dostaw zmieniły się z długoterminowych celów na pilne i natychmiastowe priorytety dla firm zdecydowanych na wprowadzanie innowacji i konkurowanie.
Sposób rozpoczęcia transformacji w inteligentnej fabryce będzie zależał od tego, gdzie się znajdujesz i które procesy są najważniejsze dla Twojej firmy. Wstępny audyt systemów ułatwi analizę i podsumowanie istniejących procesów, zasobów i systemów biznesowych. Zanim zaczniesz automatyzować procesy workflow i procesy produkcyjne, musisz ocenić ich dzisiejszy wygląd.
Na początku transformacji cyfrowej należy również pamiętać, że „inteligentna” fabryka pochodzi z zaawansowanej analizy danych i możliwości zarządzania danymi. Nowoczesna baza danych i solidny system ERP to mózgi stojące za inteligentną fabryką. Obsługują one zaawansowaną funkcjonalność, która napędza system. Kluczowym czynnikiem sukcesu transformacji inteligentnej fabryki będzie zdolność istniejących systemów biznesowych do zarządzania Big Data i integracji technologii takich jak sztuczna inteligencja, uczenie maszynowe i zaawansowane analizy.
Wreszcie, jedną z najlepszych rzeczy związanych z transformacją inteligentnej fabryki jest to, że aby transformacja ta była skuteczna, nie musi się ona odbywać od razu. Nie wymaga również przerywania lub wstrzymywania istniejących działań biznesowych. Każda inicjatywa, którą firma podejmuje w celu modernizacji i optymalizacji systemów cyfrowych, przybliży je do w pełni zintegrowanej inteligentnej fabryki. Co więcej, technologie inteligentnych fabryk z natury gromadzą i analizują dane. Oznacza to, że wpływ i zwrot z inwestycji w nowe technologie cyfrowe mogą być mierzone i oceniane od momentu instalacji.
Inteligentne fabryki w akcji
- Zobacz, jak opracowanie bardziej przejrzystych procesów inteligentnych fabryk pomogło firmie Absen zwiększyć produktywność.
- Dowiedz się, jak zaangażowanie w transformację cyfrową sprawiło, że firma Kersen zbudowała bardziej dynamiczną, inteligentną fabrykę.
- Dowiedz się, w jaki sposób automatyzacja i łączność pomogły firmie WAGO opracować połączone ramy dla maszyn w każdym wieku.
Poznaj rozwiązania
SAP Industry 4.0
Odkryj zalety transformacji
produkcji i cyfrowego łańcucha dostaw
Biuletyn SAP Insights
Zasubskrybuj już dziś
Zasubskrybuj newsletter i zyskaj dostęp do najważniejszych analiz.