Co to jest smart factory?
Inteligentna fabryka (smart factory) to cyberfizyczny system, który wykorzystuje zaawansowane technologie do analizy danych, napędzania zautomatyzowanych procesów i uczenia się w miarę upływu czasu.
Przegląd inteligentnej fabryki
Jak sama nazwa wskazuje, inteligentna fabryka jest… inteligentna. Inteligentna fabryka, połączona ze sobą sieć maszyn, mechanizmów komunikacyjnych i mocy obliczeniowej, to cyberfizyczny system, który wykorzystuje zaawansowane technologie, takie jak sztuczna inteligencja (AI) i uczenie maszynowe do analizy danych, napędzania zautomatyzowanych procesów i uczenia się w miarę upływu czasu.
Inteligentne fabryki i inteligentna produkcja są częścią transformacji technologicznej znanej jako Przemysł 4.0 lub czwarta rewolucja przemysłowa. Każda z pierwszych trzech rewolucji przemysłowych powstała z innowacyjnej nowej technologii, która całkowicie zmieniła sposób, w jaki pracowaliśmy i produkowaliśmy towary: silnik parowy, linię montażową i moc komputera. Czwarta rewolucja jest dziś napędzana transformacją cyfrową i inteligentną automatyzacją.
Smart factory dla zmieniającego się świata
W ciągu ostatnich kilku lat coraz bardziej oczywiste staje się dla liderów biznesu, że transformacja cyfrowa jest pilnym priorytetem dla łańcuchów dostaw i operacji produkcyjnych, które mają nadzieję, że będą konkurencyjne i odporne w 2020 roku. Pandemia dodatkowo ujawniła słabe punkty globalnego łańcucha dostaw i słabe punkty w branży. Artykuł w magazynie Forbes powtórzył to, stwierdzając, że „COVID-19 pokazał światu coś, co branża produkcyjna powinna już wiedzieć. Tradycyjne łańcuchy dostaw i ekosystemy produkcyjne zawodzą i musimy przejść na bardziej elastyczne, elastyczne rozwiązanie, które jest w pełni cyfrowe.”
Oczekiwania konsumentów przyczyniają się również do rozwoju inteligentnych technologii fabrycznych i fabryki przyszłości. Znany jako efekt Amazona, popyt konsumentów na dostawy w następnym dniu wzrasta w stałym i szybkim tempie. Według czasopisma „Przedsiębiorca” w 2019 r. „Na lepsze lub gorsze, gospodarka amerykańska i gospodarka światowa znajdują się na czele Efektu Amazonii. […] Dostawcy usług handlu elektronicznego znajdują się pod coraz większą presją, aby dopasować się do szybkości i wydajności Amazona, i nie ma dowodów na to, że oczekiwania konsumentów są coraz mniejsze.” Tendencja ta jest głównym czynnikiem rosnącego popytu na inteligentną technologię fabryczną, ponieważ przestarzałe systemy okazują się nierówne do zaspokojenia skali zdolności logistycznych i magazynowych, które są niezbędne do dotrzymania kroku temu zjawisku.
Producenci i menedżerowie łańcucha dostaw borykają się z dalszym ryzykiem i zakłóceniami operacyjnymi, ponieważ dążą do zminimalizowania swojej zależności od partnerów międzynarodowych. Inteligentne rozwiązania fabryczne, takie jak produkcja na żądanie i wirtualne zapasy, z pewnością mogą zminimalizować zależność od zagranicznych dostawców i producentów. Jednak, 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 zdążył polegać na różnych regionach w odniesieniu do zasobów naturalnych, takich jak ruda żelaza lub metal litowy, tak też stał się zależny od regionów, w których mieszkają ci specjaliści.” Zwiększenie produkcji krajowej z pewnością może zmniejszyć ryzyko związane z kosztami i łańcuchem dostaw, ale niekoniecznie eliminuje zapotrzebowanie na partnerów zagranicznych ani nie zmniejsza całkowitej liczby ogniw w łańcuchu. Dlatego ważniejsze niż kiedykolwiek jest wprowadzenie cyfrowych technologii fabrycznych w celu optymalizacji wydajności i widoczności.
Jak działa smart factory?
Często mówimy o zautomatyzowanych procesach, jakby były unikalne dla inteligentnej fabryki – jednak automatyzacja i robotyka są używane od dziesięcioleci w operacjach produkcyjnych. Wiele tradycyjnych fabryk używa zautomatyzowanych maszyn, takich jak skanery kodów kreskowych, kamery i cyfrowe urządzenia produkcyjne w różnych częściach ich działania. Ale te urządzenia 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 cyfrowa fabryka działa poprzez integrację maszyn, ludzi i Big Data w jednym, cyfrowo połączonym ekosystemie. Inteligentna fabryka nie tylko gromadzi i analizuje dane, ale w rzeczywistości uczy się z doświadczenia. Interpretuje i uzyskuje wgląd od zbiorów danych do prognoz trendów i zdarzeń oraz rekomenduje i wdraża inteligentne przepływy pracy produkcji i zautomatyzowane procesy. Inteligentna fabryka przechodzi ciągłe doskonalenie proceduralne w celu samokorekty i samooptymalizacji – może nauczyć siebie (i ludzi) być bardziej odporna, produktywna i bezpieczna.
Struktura inteligentnej fabryki
Podstawową strukturę inteligentnej fabryki można szeroko podsumować w trzech krokach:
Trzy główne procedury tworzące inteligentną fabrykę
- Pozyskiwanie danych: Sztuczna inteligencja i nowoczesne technologie bazodanowe umożliwiają kurację i pozyskiwanie różnych zbiorów użytecznych danych w całym biznesie, łańcuchu dostaw i na świecie. Za pomocą czujników i bramek Przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT) umożliwia podłączonym maszynom gromadzenie danych do systemu. Za pośrednictwem wielu innych portali danych systemy oparte na sztucznej inteligencji mogą kompilować zbiory danych związane z wydajnością, trendami rynkowymi, logistyką lub dowolnym innym potencjalnie istotnym źródłem.
- Analiza danych: Uczenie maszynowe i inteligentne systemy biznesowe wykorzystują zaawansowaną analitykę i nowoczesne rozwiązania do zarządzania danymi, aby zrozumieć wszystkie różne gromadzone dane. Czujniki IIoT mogą ostrzegać, gdy maszyny wymagają naprawy lub serwisowania. Dane rynkowe i operacyjne mogą być zestawiane w celu wykrycia szans i ryzyka. Efektywność przepływu pracy może być badana w czasie w celu optymalizacji wydajności i automatycznej korekty zgodnie z wymogami. Zbiory danych, które można porównywać i analizować, stwarzają niemal nieskończoną możliwość kombinacji w celu optymalizacji fabryki cyfrowej i prognozowania łańcucha dostaw.
- Inteligentna automatyzacja fabryki: Po pozyskaniu i przeanalizowaniu danych ustalane są przepływy pracy i instrukcje są przesyłane do maszyn i urządzeń w systemie. Urządzenia te mogą znajdować się w obrębie czterech ścian fabryki lub daleko od nich w ogniwach logistycznych lub produkcyjnych w łańcuchu dostaw. Inteligentne przepływy pracy i procesy są stale monitorowane i optymalizowane. Jeśli raport informacyjny ostrzega o wzroście popytu na określony produkt, można poinstruować przepływy pracy drukarki 3D, aby przyspieszyć priorytet produkcji dla tej pozycji. Jeśli dostawa surowców jest opóźniona, bufory zapasów można umieścić w obrocie, aby wyeliminować wszelkie zakłócenia.
Korzyści z inteligentnej fabryki
Wiele przedsiębiorstw uczyniło to z operacjami i systemami łańcucha dostaw, które zasadniczo nie zmieniły się od dziesięcioleci. Jednak przy wysokich oczekiwaniach konsumentów i niepewności ekonomicznej menedżerowie łańcucha dostaw potrzebują rozwiązań, które mogą przynieść wymierne i znaczące korzyści – i szybko je przynieść. Według magazynu Forbes, w 2017 roku tylko 43% producentów miało inicjatywy inteligentnej fabryki. Do 2019 roku 68% z nich. Dla firm, które inwestują w transformację cyfrową i inteligentne rozwiązania fabryczne, 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 są coraz bardziej skłonni wydać nieco więcej na produkty, które wiedzą, że są pozyskiwane i wytwarzane przy użyciu metod odpowiedzialnych społecznie i ekologicznie. Nowoczesne inteligentne technologie fabryczne ułatwiają przedsiębiorstwom identyfikowanie i wdrażanie możliwości bardziej ekologicznych, bezpiecznych i społecznie odpowiedzialnych praktyk produkcyjnych. Innowacje cyfrowe, takie jak czujniki blockchain i RFID, mogą być wykorzystywane przez menedżerów inteligentnych fabryk, aby zapewnić niepodważalne pochodzenie i kontrolę jakości wszystkich materiałów i materiałów – pochodzących nawet z najbardziej odległych ogniw w łańcuchu dostaw. I bliżej domu, Międzynarodowe Towarzystwo Automatyki informuje, że roboty i zautomatyzowane urządzenia mogą pomóc zmniejszyć lub wyeliminować trzy z pięciu głównych przyczyn obrażeń w miejscu pracy.
Jakość produktów i doświadczenie klienta: Podobnie jak w przypadku gier telefonicznych dla dzieci, tradycyjni producenci często mieli trudności z zapewnieniem, że ich dyrektywy są dokładnie przyjmowane, a następnie przez dostawców i producentów niższego szczebla w łańcuchach dostaw. W inteligentnej fabryce łączność w chmurze i kompleksowa widoczność w inteligentnych fabrykach zapewniają wgląd w czasie rzeczywistym i rekomendacje dla wszystkich warstw procesu produkcyjnego. Możliwość szybkiego dostosowywania i reagowania na zmieniające się trendy oznacza, że produkty są ściśle zgodne z życzeniami klientów. Zaawansowana analiza danych systemowych umożliwia szybkie wykrycie słabych punktów lub obszarów wymagających poprawy. Prowadzi to do poprawy konkurencyjności na rynku, lepszych przeglądów produktów i mniej kosztownych zwrotów lub wycofań z rynku.
Inteligentne technologie fabryczne
Inteligentne technologie fabryczne są wysoce zwinne. W miarę rozwoju inicjatyw transformacji cyfrowej w firmie istnieją prawie nieskończone możliwości skalowania, modyfikowania i dostosowywania się w razie potrzeby.
Łączność w chmurze: czy to publiczna, prywatna czy hybrydowa, chmura jest kanałem, przez który wszystkie dane i informacje przepływają przez inteligentną fabrykę. Ogólnofirmowa i globalna łączność w chmurze zapewnia, że każdy obszar działalności wykorzystuje dane w czasie rzeczywistym i zapewnia natychmiastowy wgląd we wszystkie połączone zasoby i systemy w łańcuchu dostaw.
Sztuczna inteligencja: Systemy operacyjne wykorzystujące zintegrowane technologie sztucznej inteligencji charakteryzują się szybkością, mocą i elastycznością, dzięki czemu nie tylko gromadzą i analizują rozbieżne zbiory danych, ale także zapewniają 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 jej zdolność do zaawansowanej konserwacji predykcyjnej. Monitorując i analizując procesy produkcyjne, można wysyłać alerty przed awarią systemu. W zależności od sytuacji może mieć miejsce automatyczna konserwacja lub, w razie potrzeby, interwencja człowieka może być zalecana.
Big Data: Solidne i duże zbiory danych umożliwiają wykonywanie analiz predykcyjnych i zaawansowanych w inteligentnej fabryce. Przedsiębiorstwa od dawna rozumieją strategiczną wartość Big Data, ale do niedawna często brakuje im systemów niezbędnych do ich sensownego wykorzystania. Transformacja cyfrowa w łańcuchach dostaw i inteligentnych fabrykach otworzyła przed firmami możliwość optymalizacji i wprowadzania innowacji dzięki analizom Big Data
Przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT): W inteligentnej fabryce, gdy urządzenia i maszyny są wyposażone w unikalne identyfikatory i możliwość wysyłania i odbierania danych cyfrowych, składają się z sieci IIoT. Nowoczesne maszyny mogą już mieć cyfrowe portale, ale nawet dziesięcioletnie maszyny analogowe mogą być wyposażone w urządzenia bramki IIoT, aby je przyspieszyć. Zasadniczo dane wysyłane z urządzenia informują o jego stanie i aktywności, a dane wysyłane do urządzenia kontrolują i automatyzują jego działania i przepływy pracy.
Cyfrowe bliźniaki: Dokładna, wirtualna replika maszyny lub systemu staje się cyfrowym bliźniakiem. Pozwala na maksymalną innowacyjność i kreatywność przy minimalnym ryzyku operacyjnym. Cyfrowy bliźniak może zostać przesunięty do granic możliwości, zrekonfigurowany na wiele wirtualnych sposobów lub przetestowany pod kątem jego kompatybilności w ramach istniejącego systemu – wszystko to bez ponoszenia ryzyka lub marnotrawstwa zasobów w świecie fizycznym.
Druk addytywny: znany również jako druk 3D, umożliwia inteligentnym fabrykom stosowanie inteligentnej automatyzacji do produkcji na żądanie. Ma to szczególne znaczenie w czasach niespodziewanych zakłóceń w łańcuchu dostaw lub nagłego popytu na produkty. Jednak nawet jeśli jest to normalne działanie, wirtualne zapasy mogą znacznie zminimalizować ryzyko i marnotrawstwo, pozwalając na produkcję typu just-in-time.
Wirtualna rzeczywistość (VR) i rzeczywistość rozszerzona (AR): W 2019 roku Magazyn Montażowy opisał niektóre zastosowania urządzeń VR w inteligentnej fabryce jako „zdolne do powiązania warunków środowiskowych, poziomów zapasów, stanu procesu, danych o błędach montażowych, wykorzystania i wskaźników przepustowości w sposób zależny od kontekstu (gdzie patrzysz lub chodzisz)”. To wciągające doświadczenie sensoryczne pozwala użytkownikom poszerzać ich naturalne zmysły o dane w czasie rzeczywistym z dowolnego miejsca lub punktu w czasie – aby dać niezakłóconą świadomość stanu fabrycznego.
Blockchain: Na szczęście wraz z rozwojem inteligentnych technologii fabrycznych rozwiązania bezpieczeństwa nadążają za nimi. Łańcuch bloków ma wiele zastosowań w łańcuchu dostaw, od tworzenia „inteligentnych kontraktów” z dostawcami po śledzenie pochodzenia towarów i obsługi w całym łańcuchu dostaw. W inteligentnych fabrykach blockchain jest szczególnie przydatny 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 są „mózgami” stojącymi za Przemysłem 4.0 oraz wszystkimi inteligentnymi rozwiązaniami fabrycznymi i inteligentnymi łańcuchami dostaw. Starsze, oparte na dyskach bazy danych są przenoszone – często znacznie wykraczające poza ich granice – aby nadążyć za złożonymi funkcjami zarządzania danymi i analizami niezbędnymi do prowadzenia inteligentnych fabryk i nowoczesnych łańcuchów dostaw.
Przeprowadzanie inteligentnej transformacji fabryki
Rok 2020 doprowadził do ogromnych zakłóceń i ryzyka operacyjnego dla przedsiębiorstw na całym świecie. Przed COVID-19 badanie przeprowadzone w 2019 r. przez Deloitte wśród ponad 600 starszych kierowników sektora produkcyjnego wykazało, że 86% uważało, że w ciągu najbliższych pięciu lat „inicjatywy inteligentnych fabryk będą główną siłą napędową konkurencyjności produkcji”. Obecnie, bardziej niż kiedykolwiek wcześniej, transformacja cyfrowa i modernizacja łańcucha dostaw zmieniły się z długoterminowych celów na pilne i pilne priorytety dla firm, które chcą wprowadzać innowacje i konkurować.
Jak rozpocząć transformację inteligentnej fabryki będzie zależeć od tego, gdzie jesteś teraz i które procesy są najbardziej krytyczne dla Twojej firmy. Wstępny audyt systemów pomoże Ci przeanalizować i podsumować istniejące procesy, aktywa i systemy biznesowe. Zanim zaczniesz automatyzować przepływy pracy i procesy produkcyjne, musisz ocenić, jak wyglądają one dzisiaj.
Na początku transformacji cyfrowej należy również pamiętać, że inteligentne rozwiązania w inteligentnej fabryce wynikają z zaawansowanej analizy danych i zarządzania danymi. Nowoczesna baza danych i solidny system ERP to mózgi stojące za inteligentną fabryką. Wspierają one zaawansowaną funkcjonalność, która napędza system. Głównym czynnikiem decydującym o sukcesie każdej transformacji inteligentnej fabryki będzie zdolność istniejących systemów biznesowych do zarządzania Big Data i integracji technologii, takich jak sztuczna inteligencja, uczenie maszynowe i zaawansowana analityka.
Wreszcie, jedną z najlepszych rzeczy w inteligentnej transformacji fabryki jest to, że aby była skuteczna, nie musi się ona odbywać od razu. Nie wymaga to również przerwania lub wstrzymania istniejącej działalności biznesowej. Każda inicjatywa, którą firma podejmuje, aby zmodernizować i zoptymalizować swoje systemy cyfrowe, przybliży je do w pełni zintegrowanej inteligentnej fabryki. Ponadto, ze względu na swój charakter, inteligentne technologie fabryczne gromadzą i analizują dane. Oznacza to, że wpływ i zwrot z inwestycji w nowe technologie cyfrowe można – od momentu instalacji – mierzyć i oceniać.
Poznaj rozwiązania z zakresu Przemysłu 4.0
Odkryj zalety transformacji produkcji i cyfrowego łańcucha dostaw.
Pomysłów nie znajdziesz nigdzie indziej
Zarejestruj się, aby otrzymać dawkę rozwiązań Business Intelligence dostarczanych bezpośrednio do Twojej skrzynki odbiorczej.