Dodatek specjalny 2018: Przemysł 4.0

Przemysł 4.0 (Industry 4.0) to termin, który od kilku lat robi zawrotną karierę w mediach oraz na spotkaniach branżowych. Używa się go jako synonimu zbioru nowych technologii, które mają zapoczątkować kolejną wielką zmianę w przemyśle. W dodatku do tradycyjnych analiz publikowanych w IRA przedstawiamy tematy z nim związane, w tym: możliwości integracji obszarów IT oraz automatyki, przemysłowy Internet Rzeczy, roboty współpracujące, cyberbezpieczeństwo w przemyśle, wirtualną i rozszerzoną rzeczywistość oraz drukowanie przyrostowe.

Dodatek specjalny 2018: Przemysł 4.0

Wysoka efektywność wytwarzania, niskie koszty, zapewnianie odpowiedniej jakości, a także różnorodność asortymentu i łatwość zmiany profilu produkcyjnego - to główne cele większości przedsiębiorstw produkcyjnych. Od początku historii przemysłu realizuje się je dzięki innowacyjnym rozwiązaniom technicznym. Wiele z nich okazało się tak przełomowymi, że zapoczątkowały rewolucyjne zmiany w przemyśle, pociągając za sobą również przemiany gospodarcze, społeczne oraz kulturowe.

Tak było m.in. z dotychczasowymi rewolucjami przemysłowymi - związanymi z mechanizacją produkcji i zastosowaniem silników parowych, elektryfikacją przemysłu i rozpoczęciem produkcji masowej, aż wreszcie współczesną automatyzacją i informatyzacją. Tę ostatnią datuje się na drugą połowę XX wieku, gdy w przemyśle zaczęto powszechnie korzystać z komputerów i zbudowano, na potrzeby przemysłu motoryzacyjnego, pierwszy sterownik programowalny Modicon.

Wynalazki, które ukształtowały przemysł w obecnej formie, przede wszystkim odciążały ludzi, zwiększając wydajność i szybkość produkcji oraz zmniejszając jej koszty. Dzięki temu możliwa stała się produkcja na masową skalę. Obecnie to jednak nie wystarczy.

Nie tylko Industry 4.0

W Europie podejmuje się różne inicjatywy, prywatne, regionalne i na poziomie krajowym, związane z Przemysłem 4.0. Najbardziej znana jest niemiecka Industrie 4.0. Jest to platforma łącząca przedstawicieli z różnych obszarów, m.in. przemysłu, polityki, biznesu i R&D. Cele ich współpracy to: standaryzacja i normalizacja, zwiększanie bezpieczeństwa systemów sieciowych, tworzenie ram prawnych, promocja badań i innowacyjności. Jednym z rezultatów ich działalności jest powstanie Reference Architecture Model for Industry 4.0.

W Szwecji działa program Produktion 2030, wspierający badania i innowacje w dziedzinie produkcji, z kolei w Finlandii program Industrial Internet Business Revolution. Celem ostatniej inicjatywy jest finansowanie projektów w zakresie digitalizacji i obróbki dużych ilości danych na potrzeby m.in. komunikacji M2M oraz procesów produkcyjnych. Firmy belgijskie, które planują rozwijać technologie i procesy związane z inteligentną produkcją, mogą natomiast dołączyć do programu Made Different.

W Polsce przykładem programu sektorowego skierowanego do branży lotniczej był INNOLOT. W ramach tej inicjatywy dofinansowano przedsięwzięcia, które zwiększały konkurencyjność polskiej gospodarki w obszarze produktów wysokiej techniki dla sektora lotniczego przez wzrost liczby wdrożonych innowacyjnych rozwiązań i wzmocnienie współpracy przedsiębiorców z jednostkami badawczymi.

Reszta świata nie pozostaje w tyle. Na przykład w USA działa organizacja Industrial Internet Consortium. Jej zadaniem jest m.in. promowanie rozwiązań z zakresu Internetu Przemysłowego, wymiana najlepszych praktyk pomiędzy jej członkami i definiowanie standardów do wymiany danych pomiędzy systemami cyberfizycznymi a pozostałymi w zakładzie. W Chinach natomiast rząd ogłosił niedawno dziesięcioletni planMade in China 2025. Dzięki m.in. wdrażaniu założeń Przemysłu 4.0 kraj ten ma nadzieję przekształcić się w gospodarkę innowacyjną.

Wymogi względem producentów i nowe technologie

Silna konkurencja i rosnące oczekiwania klientów sprawiają, że nie tylko wciąż trzeba zwiększać efektywność produkcji, ale należy także znaleźć sposób na jej personalizację, czyli wytwarzanie krótkich serii wyrobów zaprojektowanych pod kątem potrzeb konkretnego klienta. Ich cena nie powinna być przy tym większa od ceny towarów produkowanych masowo. To właśnie taka elastyczność ma być efektem czwartej rewolucji przemysłowej.

Środkiem do osiągnięcia tego celu będzie cyfryzacja oraz informatyzacja produkcji. Dzięki nim powstaną systemy cyberfizyczne (cyber-physical systems), z których rozwiną się inteligentne fabryki (smart factory), w których maszyny będą się komunikować i podejmować decyzje autonomicznie, a udział ludzi w procesie produkcyjnym zostanie ograniczony do niezbędnego minimum.

Interakcja będzie możliwa nie tylko między maszynami, maszynami i ludźmi, ale też całymi, niezależnymi dotychczas, etapami produkcji. Dzięki temu nie będą one już, jak do tej pory, optymalizowane oddzielnie, lecz współzależnie. W rezultacie łańcuch dostaw stanie się bardziej elastyczny, zaś produkcja jeszcze wydajniejsza i szybsza.

Elementami składowymi czwartej rewolucji przemysłowej są m.in.: Internet Rzeczy (Internet of Things), którym przesyłane są ogromne ilości danych, techniki analizy dużych zbiorów danych (Big Data) i chmury obliczeniowe (Cloud Computing). Dla upowszechnienia się Internetu Rzeczy w przemyśle kluczowe znaczenie będzie miało również zapewnienie cyberbezpieczeństwa.

Z informacji z tego źródła będą korzystać m.in. w pełni autonomiczne roboty oraz pojazdy do transportu wewnętrznego. W fabrykach przyszłości człowiek będzie również mógł bezpiecznie współpracować z robotami ramię w ramię. Do technologii, które umożliwią personalizację produkcji, zalicza się oprócz tego druk addytywny (3D), zaawansowane symulacje, rzeczywistość wirtualną i rozszerzoną. Dopełnieniem wszystkich powyższych będzie pełniejsza integracja systemów informatycznych w obrębie przedsiębiorstwa i na różnych etapach, od produkcji po dystrybucję wyrobów. W kolejnych rozdziałach omawiamy wymienione zagadnienia.

Jash Bansidhar

Advantech

  • W jaki sposób w erze IoT firmy produkcyjne będą podchodziły do budowy systemów?

W przeszłości przedsiębiorstwa produkcyjne w branży przemysłowej miały zwykle działy techniczne wyoutsourcowane do partnerów zewnętrznych, a w działaniach rozwojowych w dużym stopniu korzystały z integratorów systemów. Dzisiaj się to zmienia i ten rozwój w zakresie infrastruktury systemów technicznych wraca do kompetencji tych zakładów.

To dlatego, że zespoły specjalistów pracujących w tych zakładach dysponują najlepszą wiedzą na temat wszystkich potrzeb i chcą ją wykorzystywać. Menedżerowie oraz pracownicy techniczni w zakładach mają wiedzę na temat tego, jakie informacje i jak przetworzone są im potrzebne do kontroli oraz podejmowania decyzji.

Z powyższych powodów punkt ciężkości rozwoju systemów przemysłowych przesuwa się z zagadnień technicznych, czy też urządzeń i sieci na pomysły oraz korzyści, jakie można uzyskać z ich implementacji. Te idee, koncepcje zagospodarowania danych stają się ważniejsze dla wielu przedsiębiorstw od samych urządzeń i oprogramowania.

  • Wiele instalacji i systemów bazuje na rozwiązaniach własnościowych - czy to nie przeszkadza w takich zmianach?

Wiele znanych marek rynku automatyki przemysłowej jest związanych głównie z obszarem produkcji: sterowaniem procesami, napędami lub robotyką. Niemniej w obliczu nadchodzących zmian, gdzie oczekujemy, że wszystkie elementy infrastruktury produkcyjnej zostaną połączone w sieć i dołączone do chmury, ta lukratywna część rozwiązań własnościowych będzie stanowiła jedynie część rynku. Innymi słowy, z czasem w naturalny sposób znaczenie tych rozwiązań będzie maleć.

Tym, co będzie się naszym zdaniem szybko rozwijać, jest Industrial IT, czyli technologie informatyczne w wydaniu przemysłowym - innym od tradycyjnego IT. Aby implementować IoT w przemyśle, trzeba mieć przekrojową wiedzę na temat technologii z tego obszaru, a nie ogólną z rynku konsumenckiego ani też fragmentaryczne kompetencje znane z rozwiązań własnościowych pokrywających drobne wycinki rynku. Taką firmą jest Advantech, stąd moim zdaniem ta konkurencja nie jest dla nas wymiernym zagrożeniem.

Naszym zdaniem tworzenie systemów automatyki przemysłowej nie sprowadza się dzisiaj do relacji dostawca-klient, ale do wspólnej realizacji koncepcji. Można to nazwać kolejnym stopniem zawodowego zaangażowania i wzajemnych stosunków między dostawcami, integratorami, twórcami oprogramowania i korzystającymi z tych rozwiązań producentami świata automatyki.

Przemysłowy Internet Rzeczy

Internet bardzo zmienił nasze codzienne życie, media, handel i inne usługi, na przykład finansowe. Przewiduje się, że podobnie przełomową technologią okaże się Internet Rzeczy (Internet of Things, IoT), w którym bez udziału ludzi, za pośrednictwem globalnej sieci, będą się ze sobą komunikować przedmioty i urządzenia codziennego użytku. Dotyczy to również przemysłu, gdzie interakcje pomiędzy maszynami i ludźmi zyskają nowe oblicze.

Aplikacje przemysłowego Internetu Rzeczy można podzielić na kilka grup. Do pierwszej z nich należy zaliczyć te, w przypadku których pozyskiwanie danych za pośrednictwem sieci IoT zastąpi tradycyjne, zwykle ręczne, metody. Zalety tego rozwiązania w dłuższej perspektywie to mniejsze koszty, oszczędność czasu, dokładniejsze odczyty oraz efektywniejsze wykorzystanie pracowników.

O tym, że przynosi to efekty takie jak omawiane, świadczy przykład spoza przemysłu - dotyczących inteligentnych liczników np. energii elektrycznej, wody, ciepła i gazu (smart meters). Dostawcy mediów, zachęceni tymi korzyściami, coraz częściej inwestują we wdrożenia mierników z możliwością autonomicznej, dwukierunkowej komunikacji z serwerami firmy.

Kolejnym zastosowaniem Internetu Rzeczy jest zbieranie danych o stanie wyposażenia i przebiegu procesów produkcyjnych. Analizując je, można wykryć przyczyny zmian wskaźników wydajności, źródła awarii oraz w czasie rzeczywistym obserwować skutki podejmowanych decyzji.

Dane z sieci IoT można także wykorzystać w prognozowaniu wystąpienia problemów w działaniu wyposażenia linii produkcyjnych. W predykcyjnym utrzymaniu ruchu, na podstawie odczytów parametrów maszyn i urządzeń charakteryzujących ich stan i wydajność, analizowanych w połączeniu z danymi archiwalnymi, można zawczasu wykryć oznaki zbliżającej się awarii.

Krzysztof Kuźniarz

INEE

  • Czym jest Przemysł 4.0?

Pomijając definicje, w dużym uproszczeniu można powiedzieć, że jest to połączenie kilku dotychczasowych obszarów komunikacji w przedsiębiorstwie produkcyjnym w jeden wspólny system oraz idące za tym zmiany w funkcjonowaniu przedsiębiorstwa. Obecnie w typowym dużym zakładzie produkcyjnym istnieje co najmniej kilka standardów komunikacji np. Profibus, Modbus i Profinet. Oczywiście, spora część danych trafia w taki czy inny sposób do jakiegoś systemu nadrzędnego np. SCADA, a później np. do systemu ERP, ale są to raczej szczątkowe dane, głównie raporty.

W inteligentnej fabryce (smart factory) dane procesowe są dostępne z każdego miejsca w zakładzie i poza nim, oczywiście dla uprawnionych osób oraz maszyn oraz systemów, a większość procesów odbywa się bez udziału człowieka. Rola tego ostatniego ogranicza się do kontroli, zarządzania i wprowadzania większych modernizacji. Niewielkie "dostrajanie" fabryki odbywa się automatycznie na podstawie analizy danych historycznych i bieżących.

  • Jak to wygląda w praktyce?

Choć brzmi to jak teoria, a dla niektórych jak czysta abstrakcja, koncepcja Przemysłu 4.0 jest już wdrażana w wielu miejscach na świecie. Produkty są znakowane tagami RFID, przez co stają się "widoczne", robot umieszcza je na palecie, autonomiczne pojazdy transportują je do inteligentnych magazynów wysokiego składowania, skąd po otrzymaniu zlecenia np. z systemu ERP magazyn wydaje towar. Wiele firm korzysta z chmur obliczeniowych lub nawet ma własną.

Big Data i chmura obliczeniowa

Potencjałowi przemysłowego Internetu Rzeczy dorównują wyzwania towarzyszące jego wdrażaniu. Jednym z nich jest ogromna ilość danych, jakie będą za jego pośrednictwem przesyłane. Aby miały wartość, trzeba je odpowiednio przetworzyć, tak aby z szumu informacyjnego wychwycić to, co można wykorzystać w praktyce.

Nie będzie to proste, bo dane z IIoT będą specyficzne. Zalicza się je bowiem do grupy dużych zbiorów danych (Big Data), których gromadzenie, a potem analiza wykracza poza możliwości przedsiębiorstwa, które je pozyskuje. Wynika to z ich ilości, którą liczy się w petabajtach, a nawet większych jednostkach, szybkości transmisji w dwóch kierunkach (nadawanie, odbiór) i różnorodności (dane numeryczne, tekstowe, obraz, wideo).

Na szczęście postęp w zakresie cen oraz technologii pamięci oraz mocy obliczeniowej procesorów umożliwia już implementację technik przetwarzania dużych zbiorów danych, które pozwalają na wykrycie w nich w ukrytych wzorców, trendów oraz korelacji między nimi. Braki w firmowej infrastrukturze informatycznej można z kolei przezwyciężyć dzięki chmurze obliczeniowej.

Różnorodność usług z zakresu cloud computing pozwala wybrać najkorzystniejsze rozwiązanie. Wyróżnić można trzy: dostarczanie przez Internet oprogramowania (Software as a Service, SaaS), platformy (Platform as a Service, PaaS) albo infrastruktury (Infrastructure as a Service, IaaS). Do zalet chmury obliczeniowej zalicza się mniejsze koszty, w porównaniu do zakupu na własność sprzętu i/lub oprogramowania, dostępność zawsze najnowszych rozwiązań, o co dba dostawca usług i skalowalność, czyli możliwość korzystania z zasobów (i płatności za nie) tylko w takim wymiarze, jaki jest aktualnie potrzebny.

Jak widać, nie brak już rozwiązań technicznych, które pozwolą okiełznać ogromne ilości danych, jakich przepływu można się spodziewać w sieciach IIoT. Większym problemem, który hamuje upowszechnianie się przemysłowego Internetu Rzeczy, jest kwestia zapewnienia bezpiecznej łączności i zachowania prywatności danych. Im bowiem więcej urządzeń jest podłączonych do Internetu, tym większa jest to zachęta dla ludzi o złych zamiarach do tego, aby podejmować próby ataków hakerskich i tym łatwiejsze staje się ich przeprowadzanie.

Nie tylko obawy o cyberbezpieczeństwo w sieciach przemysłowego Internetu Rzeczy hamują jego upowszechnianie się. Kolejną ważną kwestią jest brak standaryzacji. Problemem jest również brak interoperacyjności pomiędzy przyszłymi potencjalnymi węzłami sieci Industrial IoT. W środowisku przemysłowym bowiem czas życia systemów i ich elementów jest znacznie dłuższy niż na przykład w elektronice użytkowej.

W związku z tym, że w użyciu nie zawsze są urządzenia kompatybilne z najnowszymi standardami, ich modyfikacja albo wymiana w celu zapewnienia tej zgodności mogą okazać się bardzo kosztowne. Tutaj pojawia się kolejna bariera. Przedsiębiorcy bowiem nie są skłonni do ponoszenia z góry nadmiernych kosztów, jeżeli zwrot z inwestycji nie jest pewny. Technologię tak niedojrzałą i nieprzetestowaną jak Internet Rzeczy można niestety zaliczyć do tego grona. Czynnikiem hamującym jest też coraz silniej odczuwalny w przemyśle brak wykwalifikowanej kadry inżynierskiej.

Jarosław Gracel

ASTOR

  • Jakie są kluczowe obszary związane z Przemysłem 4.0?

Przemysł 4.0 łączy w sobie obszary innowacji technicznych oraz koncepcji organizacji łańcucha wartości, które zmieniają produkcję przemysłową w rewolucyjny sposób. Dodatkowo technologie Przemysłu 4.0 otwierają dalsze trzy drogi innowacji. Pierwszą jest indywidualizacja oferty, dzięki bardziej elastycznym liniom produkcyjnym, robotyzacji i technologii druku 3D.

Druga możliwość to wejście na nowe rynki za pomocą innowacyjnych modeli biznesowych. Trzecia droga wiąże się z wykorzystaniem rozszerzonej rzeczywistości w serwisie posprzedażowym i do rozwoju nowych usług. Rynek pobudzany jest również poprzez zwiększanie wysiłków, by zaspokoić popyt na technologie Przemysłu 4.0, takie jak np. autonomiczne roboty.

Największe szanse wytworzenia dodatkowej wartości dla przedsiębiorstwa, jakie niesie Przemysł 4.0, kryją się w nowym spojrzeniu na pracujących w tym przedsiębiorstwie ludzi, połączeniu wizji i umiejętności zarządczych z oddolną inżynierską i operacyjną wiedzą, wyobraźnią i umiejętnościami zastosowania technologii.

Dwiema kluczowymi grupami, które umożliwią korzystanie z otwierających się możliwości są inżynierowie oraz menedżerowie, ich wiedza, kompetencje i motywacja. Motorem zmian Przemysłu 4.0 jest więc Inżynier 4.0, z interdyscyplinarną wiedzą techniczną, ale i komunikatywny, i działający zespołowo oraz Menedżer 4.0 - kompetentny, otwarty, elastyczny, dzielący się odpowiedzialnością i decyzyjnością.

  • Czy wdrażanie nowoczesnych rozwiązań IT oraz zmiany procesów produkcyjnych są dzisiaj w Polsce wymogiem? Czego można się spodziewać w przyszłości?

To pierwsza rewolucja przemysłowa, w której Polska może w pełni uczestniczyć, ponieważ z przyczyn historycznych Polska w ograniczonym stopniu brała udział w poprzednich trzech. Teraz ma odpowiednią pozycję startową, by wykorzystać cyfrową rewolucję i wejść do grona najbardziej zaawansowanych gospodarek świata. Niezależnie czy jest to mała firma, czy duży zakład produkcyjny, wdrażanie rozwiązań Przemysłu 4.0 powoduje, że zwiększa się ich konkurencyjność, są w stanie wyprodukować więcej w krótszym czasie.

Jak pokazuje wiele historii sukcesu, polskie firmy mogą stawać się partnerami dla światowych gigantów, co wymaga dołączenia do fali rewolucji cyfrowej. Widzimy, jak duży, niewykorzystany potencjał drzemie w naszych, polskich, inżynierach. Kluczowe jest to, aby rozwój przemysłu czy rewolucja przemysłowa szły w parze z rozwojem ludzi - Inżynierów 4.0 i Menedżerów 4.0.

Roboty autonomiczne i współpracujące

Dużo nadziei i emocji wywołuje możliwość wykorzystania danych z sieci IIoT do zapewnienia całkowitej niezależności maszynom produkcyjnym. Przykładem tych ostatnich są autonomiczne roboty. Są to inteligentne maszyny, które mogą wykonywać zadania samodzielnie, bez bezpośredniej kontroli człowieka. Podstawowym wymaganiem, które powinien spełniać taki robot, jest zdolność do zadbania o swój stan.

Aby było to możliwe robot musi go monitorować, w tym celu trzeba wyposażyć go w odpowiednie czujniki, a z wyników pomiarów wyciągać wnioski, co będzie wymagać implementacji w jego układzie sterowania algorytmów uczenia się maszynowego i innych z dziedziny sztucznej inteligencji. Dzięki samokontroli stanu niepotrzebne będą regularne inspekcje. Co więcej - tak jak w przypadku predykcyjnego utrzymania ruchu niektórym problemom będzie można zapobiec, nim się jeszcze nimi staną.

Roboty autonomiczne muszą być także wyposażone w czujniki do detekcji otoczenia. Potrzebują ich, aby, po pierwsze, móc zrealizować swoje zadania, a po drugie - aby nie uszkodzić stanowiska pracy i redukować stwarzane zagrożenie. Jeśli chodzi o to ostatnie, to próbkę możliwości robotów autonomicznych dają roboty, które współpracują z ludźmi, ramię w ramię, bez dodatkowych zabezpieczeń, takich jak wygrodzenia i różnego rodzaju blokady dostępu.

Roboty te, dzięki czujnikom siły instalowanym w przegubach, są w stanie wykryć kolizję z innymi obiektami i mogą na nią właściwie zareagować. Dzięki implementacji funkcji szybkiego hamowania i algorytmów detekcji kolizji w kontrolerze i serwonapędom o małej inercji maszyna taka zwykle natychmiast się zatrzymuje. Może też odsunąć się na bok.

Skutki zderzenia z robotem łagodzi się przez wykończenie jego elementów, m.in. zaokrąglone krawędzie i pokrycie ich miękkimi tworzywami. Ponadto do ich budowy używa się lekkich materiałów i wyposaża je w amortyzowane osłony, które absorbują wstrząsy i zmniejszają oddziaływanie na ciało człowieka podczas hamowania.

Jaka jest innowacyjność MŚP w Polsce?

W marcu i kwietniu 2017 roku firma Siemens oraz Ministerstwo Rozwoju przeprowadziły kompleksowe badanie "Smart Industry Polska 2017". Była to jego druga edycja, tym razem nastawiona na analizę sytuacji małych i średniej wielkości przedsiębiorstw przemysłowych.

Zgodnie z badaniem w 2016 roku 59% polskich firm przemysłowych z sektora MŚP wdrożyło jakiś rodzaj innowacji - produktowej, związanej ze zmianą procesów biznesowych lub nową usługę. Tego typu firmy mają zdecydowanie rodzimy charakter, w większości bazują na kapitale polskim, dodatkowo sporo z nich od samego początku nastawia się na konkurowanie na rynku globalnym.

Omówienie raportu znaleźć można w wydaniu APA 6/2017, artykuł dostępny jest też na stronie www.automatykaB2B.pl.

Cyberbezpieczeństwo w przemyśle

W rozdziale dotyczącym przemysłowego Internetu Rzeczy była mowa o możliwych zagrożeniach, w tym ze strony hakerów. Sprawa jest poważna, bowiem celem takich działań w przypadku IIoT może być na przykład szpiegostwo przemysłowe lub chęć uszkodzenia lub zniszczenia majątku konkurencyjnego zakładu produkcyjnego maszyn - na przykład poprzez ich rozregulowanie albo innej infrastruktury - np. przez wywołanie wybuchu. Przestępcy mogą też zaatakować, żeby zniszczyć, bądź pogorszyć jakość wyrobów, na przykład przez modyfikację ich receptur.

Do ataków hakerskich na przemysłowe systemy sterowania i automatyki dochodzi już od dawna. Sztandarowy przykład to robak Stuxnet, który został wykryty w 2010 roku. Prawdopodobnie na skutek przeprogramowania przez niego sterowników PLC doszło do awarii w irańskiej elektrowni jądrowej.

W 1992 roku pracownik litewskiej elektrowni nuklearnej wprowadził wirusa do systemu sterowania w jednym z reaktorów. Z kolei w 2013 roku irańscy hakerzy włamali się do komputera sterującego pracą zapory pod Nowym Jorkiem, a rok później włamano się do sieci zakładowej firmy, która zarządzała elektrowniami nuklearnymi w Korei Południowej. W 2015 hakerzy spowodowali awarię sieci energetycznej na Ukrainie, natomiast w 2017 obiektem ataku oprogramowania WannaCry padły m.in. systemy produkcyjne firmy Honda.

Najsłabszym ogniwem okazuje się przeważnie człowiek. Próbuje się temu zaradzić kontrolując dostęp do kluczowych zasobów zakładu. Poza tym stosuje się firewalle, szyfrowanie danych, programy antywirusowe i... nie podłącza się systemów sterowania i automatyki do sieci korporacyjnej ani Internetu. To ostatnie przeczy idei IIoT. Jeżeli zaś chodzi o pozostałe metody, to przenikanie się świata cyfrowego z fizycznym na tak ogromną skalę wymusi adekwatne rozszerzenie ich zasięgu.

Cyberbezpieczeństwu w kontekście sieci przemysłowego Internetu Rzeczy poświęca się coraz więcej uwagi. Organizacje, które powstały, żeby popularyzować IIoT, tworzą specjalne grupy robocze zajmujące się tym tematem. Przykład to jednostka wydzielona w obrębie organizacji Industrial Internet Consortium. Wynikiem prac Security Working Group IIC jest dokument pt. Industrial Internet of Things Security Framework. Wśród autorów tego opracowania znaleźli się przedstawiciele m.in. firm Intel, Fujitsu, General Electric, ABB, Belden, Schneider Electric, IBM, Symantec, Microsoft, Oracle oraz Cisco.

W wymienionym dokumencie omówiono kilka zabezpieczeń, które obowiązkowo muszą zostać wdrożone dla punktu końcowego. Należy go m.in. chronić przed ingerencją fizyczną, czyli uniemożliwić jego modyfikację albo kradzież i zapewnić tzw. root of trust, który będzie podstawą do uwiarygodnienia dla sprzętu i/albo oprogramowania urządzenia. Ponadto trzeba umożliwić jego unikalną identyfikację i zadbać, by był właściwie skonfigurowany.

Konieczna jest kontrola dostępu oraz aktualizacja oprogramowania. Punkt końcowy powinien być także monitorowany pod kątem anomalii, które mogą być oznaką zewnętrznej ingerencji. Pozostałe trzy funkcje bezpieczeństwa to: zabezpieczenie komunikacji i łączności (Communications and Connectivity Protection), monitoring i analiza bezpieczeństwa (Security Monitoring and Analysis) oraz konfiguracja bezpieczeństwa i zarządzanie (Security Configuration & Management).

Dalsze informacje na ten temat można znaleźć w wydaniu APA z kwietnia 2017 roku oraz na portalu branżowym www.automatykaB2B.pl. Polecamy również odwiedzenie strony internetowej www.iiconsortium.org/IISF.htm, gdzie został udostępniony dokument Industrial Internet of Things Security Framework.

Tomasz Michalski

Pepperl+Fuchs

  • Jak należy rozumieć hasło "Przemysł 4.0" - jako realną technologię, koncepcję czy może raczej zbiór technologii zapewniający efekty synergii dla firm przemysłowych?

Projekt Przemysł 4.0 niesie nową funkcjonalność, która swoją rewolucyjnością porównywalna jest z wdrożenie silnika parowego czy linii produkcyjnej. W fabryce przyszłości, dzięki integracji systemów informatycznych, baz danych, układów automatyki i robotyki, procesy będą odbywały się automatycznie.

Trend ten potwierdza przyszły rozwój oraz silną pozycję automatyzacji i produkcji przemysłowej. W nowoczesnych systemach produkcyjnych każda zmiana na nową wersję produktu wymaga wykonania skomplikowanych działań i modyfikacji, które są opłacalne tylko przy dużym nakładzie. Jednym z głównych celów Przemysłu 4.0 jest umożliwienie produktu w małych partiach lub nawet dla pojedynczych klientów w warunkach oraz cenach możliwych do uzyskania tylko w zautomatyzowanej produkcji masowej.

  • Czy Industry 4.0 jest dla naszej branży bardziej hasłem z obszaru marketingu, czy obszarem realnego rozwoju?

Z pewnością Przemysł 4.0 jest dla branży automatyki przemysłowej obszarem do realnego rozwoju. Nazwa "Przemysł 4.0" oznacza połączenie przy użyciu sieci wszystkich komponentów, maszyn i instalacji w celu minimalizacji luk w informacjach i nośnikach, optymalizacji procesów i oszczędności cennych zasobów.

Wymaga to zastosowania nowych komponentów umożliwiających inteligentną komunikację i integrację. Koncepcja Przemysł 4.0 stanowi swego rodzaju impuls do prac nad nowymi rozwiązaniami, które powodują realny rozwój firm i wpasowują się w nową koncepcję. W firmie Pepperl+Fuchs idea ta nosi nazwę "Sensorik 4.0".

  • Jaki jest obecny stopień adaptacji rozwiązań zgodnych z Przemysłem 4.0 w Polsce?

Jedynie duża automatyzacja pozwoli naszemu przemysłowi być konkurencyjnym na arenie międzynarodowej. Jak pokazują różnego rodzaju badania i raporty, mamy w tej dziedzinie sporo do nadrobienia. Bez usprawnienia tych zaległości ciężko będzie wdrożyć koncepcję Przemysłu 4.0. Z naszych obserwacji oraz z prognoz analityków sytuacja w polskich przedsiębiorstwach zaczyna i będzie zmieniać się na korzyść.

Wirtualna i rozszerzona rzeczywistość

Wraz z rozwojem koncepcji Industry 4.0 można oczekiwać, że w zakładach przemysłowych zwiększy się wykorzystanie modeli komputerowych, technik oraz narzędzi do symulacji i trójwymiarowej wizualizacji do planowania i analizowania struktury zakładu, procesów produkcyjnych oraz produktów. Przykładem są cyfrowe makiety, czyli umieszczone w trójwymiarowej przestrzeni komputerowe modele obiektów - na przykład kompleksów budynków lub linii montażowych, o wszystkich cechach prawdziwego obiektu możliwych do odwzorowania w postaci cyfrowej (tzw. Digital Twin).

Przegląda się je pod kątem rozmieszczenia wyposażenia oraz zagospodarowania przestrzeni, co pozwala szybko wykryć jej ograniczenia. Można też uruchamiać ich symulacje, aby sprawdzić działanie obiektu w różnych konfiguracjach i warunkach, na przykład w razie awarii sprzętu. Pozoruje się też tzw. wąskie gardła spowodowane blokadą lub opóźnieniami w przepływie materiałów, analizując wpływ takich sytuacji na pracę zakładu.

Do projektu można ponadto wprowadzać modele pracowników oparte na biomechanicznych modelach odwzorowujących ludzkie ruchy. Pozwala to na przykład sprawdzić optymalność organizacji stanowiska pracy pod kątem bezpieczeństwa, wygody oraz wydajności pracy.

Rozszerzeniem technik symulacyjnych jest wirtualna rzeczywistość. Dzięki okularom 3D cyfrowe makiety można oglądać w taki sposób, aby odnieść wrażenie, że jest się w środku projektowanego zakładu. Dostępne są także narzędzia, które pozwalają przenieść ruchy osoby ubranej w specjalny kombinezon do cyfrowego modelu. Uzupełnieniem wirtualnej rzeczywistości jest rzeczywistość rozszerzona (Augmented Reality), tworzona w wyniku połączenia modeli 3D z cyfrowymi fotografiami lub wideo rzeczywistych obiektów.

Jednym z jej zastosowań jest projektowanie prototypów produktów. Rzeczywistość rozszerzona pozwala skonfrontować już wykonane elementy z modelami cyfrowymi pozostałych części urządzenia. Można w ten sposób przeanalizować różne warianty projektu przed podjęciem ostatecznej decyzji o produkcji danego elementu, a także zweryfikować już wykonane części, sprawdzając na przykład liczbę i położenie otworów na śruby oraz odstępy, które dzielą podzespoły.

Steffen Leidel

Siemens

  • Dzisiaj dużo uwagi poświęca się integracji systemów automatyki oraz IT. Jak "cyfrowe fabryki" wyglądają z Waszej perspektywy?

Cyfryzacja polega przede wszystkim na udostępnianiu oraz wykorzystywaniu danych z procesu produkcyjnego dzięki nowoczesnym narzędziom IT. Przykładem jest transmisja danych do chmury, która zapewnia możliwości w zakresie analizy, zdalnej diagnostyki oraz zarządzania pracą przez Internet. Siemens już teraz oferuje takie rozwiązania.

Cyfryzację przemysłu traktujemy jednak szerzej niż tylko jako dodawanie do produktów nowych funkcji. Sądzimy, że można informatyzować praktycznie wszystkie procesy w przedsiębiorstwie wytwórczym - od projektowania i symulacji produktów do tworzenia linii technologicznej. Jest to koncepcja tzw. Digital Twin - czyli tworzenia systemu fizycznego, a wraz z nim odpowiednika cyfrowego.

W automatyce jest analogicznie, bowiem z jednej strony powstaje aplikacja w TIA Portal, co pozwala na symulowanie jej pracy, z drugiej zaś realny układ automatyki i sterowania. Stąd też odwiedzając klientów, szczególnie tych rozwijających lub chcących rozwijać cyfrowe innowacje, często poruszamy zarówno tematy z zakresu automatyzacji, jak też projektowania i zarządzania cyklem życia produktów.

  • Skutkiem tych zmian pozyskuje się coraz więcej danych z obszaru produkcyjnego - co z nimi dalej zrobić? Jakie technologie wykorzystywać?

Liczba pozyskiwanych informacji nieustannie rośnie, stąd też istnieje silna potrzeba korzystania z inteligentnych aplikacji, które pozwolą na wnioskowanie i przedstawianie odpowiednich analiz - różnych zależnie od poziomu organizacyjnego przedsiębiorstwa.

Naszą propozycją jest w tym zakresie nowy produkt MindSphere. Jest to chmura obliczeniowa, a właściwie cala platforma do zastosowań w przemyśle, która zapewnia bezpośredni dostęp do danych produkcyjnych z wykorzystaniem technologii internetowych oraz możliwości ich analizy. Korzystanie z zasobów i funkcji MindSphere można porównać do użycia współczesnych usług chmurowych oferowanych przez duże firmy informatyczne.

Po jednej stronie chmury znajdują się, schematycznie rzecz ujmując, różne urządzenia automatyki: sterowniki, panele, roboty, czujniki itd., a także komputery i inne systemy. Druga strona chmury obliczeniowej to systemy informatyczne pozwalające na przetwarzanie, analizę i wizualizację danych.

Mogą być to zarówno aplikacje przygotowane przez Siemensa, jak też inne firmy. Przykładem jest tu firma Atos, z którą współpracujemy od kilku lat, czy SAP i IBM. Sądzę, że w przyszłości będzie rosła liczba urządzeń z możliwością podłączania do chmury i już teraz przekonujemy klientów do korzystania z naszego rozwiązania, pokazując korzyści z tym związane.

Drukowanie przyrostowe

O ile symulacje i wirtualna rzeczywistość urzeczywistniają idee w postaci cyfrowych modeli, o tyle kolejną technologią, z którą w przemyśle wiąże się ogromne nadzieje, jest proces w pewnym sensie odwrotny. Chodzi oczywiście o wytwarzanie addytywne, które popularnie określa się mianem druku 3D. Jest to metoda produkcji obiektów trójwymiarowych przez łączenie kolejnych warstw materiałów (metali, tworzyw sztucznych) w przedmioty na podstawie ich komputerowych modeli. Realizuje się ją na kilka sposobów.

Jednym z nich jest metoda FDM (Fused Deposition Modeling), w której obiekt powstaje w wyniku nanoszenia kolejnych warstw stopionego materiału. SLS (Selective Laser Sintering) polega z kolei na spiekaniu proszków materiałów za pomocą wiązki lasera. W EBM (Electron Beam Melting) w tym celu używa się natomiast wiązki elektronów.

Sposób formowania obiektów metodą druku przestrzennego diametralnie różni się od technik tradycyjnych. Te ostatnie mają bowiem charakter subtraktywny, ponieważ etapami wytwarzania są takie operacje jak szlifowanie, kucie, gięcie, cięcie, spawanie, klejenie, a na koniec dopiero montaż. Do wad tego podejścia zalicza się straty materiałowe, do których dochodzi w wyniku inwazyjnych operacji. Ponadto każdą z nich wykonuje się narzędziami / maszynami wyspecjalizowanymi w danej czynności, o nastawach dopasowanych do konkretnego wyrobu.

Ograniczenia te druku przestrzennego nie dotyczą. Strat materiałów w jego przypadku w zasadzie nie ma, jedna drukarka może wyprodukować jeden po drugim, całkowicie różne produkty, nawet razem z ruchomymi elementami, których nie trzeba montować. W ramce podsumowujemy zalety druku przestrzennego i kierunki, w jakich może się rozwijać ta technologia w przyszłości.

Wytwarzanie addytywne może znaleźć wiele różnych zastosowań także w przemyśle. Jednym z nich jest szybsze oraz tańsze budowanie prototypów, bez konieczności uruchamiania w tym celu całego procesu produkcyjnego. Drukarki przestrzenne można również wykorzystać w produkcji, w której priorytetem jest jej elastyczność. Ich przeprogramowanie polega bowiem w zasadzie wyłącznie na wprowadzeniu nowego modelu cyfrowego, jest więc prostsze, szybsze oraz tańsze niż częste przestrajanie całej linii produkcyjnej.

Dzięki temu możliwe staje się świadczenie usług produkcji na żądanie. Klienci będą wówczas sami modyfikować cyfrowy model zamawianego produktu lub zlecać wykonawcy wprowadzenie konkretnych zmian. Dzięki temu gotowy produkt będzie spersonalizowany i unikalny. Produkcja na żądanie zrewolucjonizuje także magazynowanie i logistykę.

Dzięki drukarkom 3D magazyny staną się wirtualne, czyli będą mieć formę bazy danych komputerowych modeli detali, które będą wytwarzane wyłącznie na zamówienie. Jeżeli dodatkowo będą drukowane lokalnie, u dystrybutora, zmaleją koszty transportu oraz skróci się czas oczekiwania na dostawę.

Drukowanie przestrzenne ma wiele zalet. Najważniejsze z nich to:

  • łatwa personalizacja produkcji,
  • możliwość produkcji na żądanie,
  • łatwe przestrajanie drukarek (jedno urządzenie może mieć funkcjonalność wielu różnych linii produkcyjnych),
  • możliwość produkcji lżejszych elementów,
  • możliwość produkcji kompletnych podzespołów niewymagających montażu,
  • możliwość produkcji bardzo małych elementów (w skali nano),
  • efektywniejsze wykorzystanie surowców (mniej strat materiałów) w porównaniu do subtraktywnych metod wytwarzania,
  • możliwość produkcji lokalnie (u klienta, dystrybutora),
  • niska bariera wejścia.

Technologie wytwarzania addytywnego wciąż są doskonalone. Główne kierunki ich rozwoju to:

  • zwiększanie opłacalności drukowania w dużych ilościach,
  • rozszerzanie zakresu materiałów, z których można drukować,
  • drukowanie z wielu różnych materiałów tą samą drukarką,
  • drukowanie bardzo dużych obiektów,
  • polepszanie trwałości i jakości wyrobów drukowanych.

W kierunku integracji i cyfrowych fabryk

Na zakończenie warto wyjaśnić, na czym może polegać pełniejsza integracja systemów informatycznych w obrębie przedsiębiorstwa. Przewiduje się, że nastąpi ona w dwóch kierunkach - w poziomym i pionowym. W przypadku konsolidacji horyzontalnej zintegrowane zostaną systemy informatyczne na różnych etapach, od projektowania produktu, planowania jego produkcji, po jej przebieg, a następnie dystrybucję wyrobów.

Ważnymi informacjami będą się zatem wymieniać klienci, producenci i dostawcy. Integrację poziomą umożliwią głównie cyfryzacja oraz Internet Rzeczy. Konsolidacja wertykalna z kolei zacieśni współpracę systemów IT wszystkich warstw przedsiębiorstwa od poziomu obiektowego, przez systemy sterowania, po systemy zarządzania produkcją i przedsiębiorstwem.

Warto również dodać, że dzisiaj trudno jest z całą pewnością prognozować kierunki przyszłych zmian oraz rozwoju koncepcji Przemysłu 4.0. Ewolucja zachodzi bardzo szybko i pewne pozornie niszowe technologie, czego przykładem jest druk 3D, rozwijają się bardzo szybko i na skalę globalną, zaś te, w których pokłada się ogromne nadzieje - jak kilka lat temu Google Glass, mogą okazywać się rozczarowaniem.

Tomasz Haiduk

Siemens

  • Jak należy rozumieć hasło "Przemysł 4.0"?

Przemysł 4.0 to definicja przemian cyfrowych odbywających się w całej światowej gospodarce. Chcemy spopularyzować myślenie o przemyśle w ujęciu holistycznym, bo takie podejście pozwala ludziom zajmującym się technologią spojrzeć w sposób bardziej kompleksowy na rozwiązania dla branży i poszukiwać technologii, które będą się bronić nie tylko w zakresie realizacji bieżących celów, ale także pozwolą przygotować zakład do tego, co niesie przyszłość.

Należy zauważyć, że czwarta rewolucja przemysłowa jest szansą rozwoju zwłaszcza dla średniej wielkości przedsiębiorstw przemysłowych. W głównej mierze dlatego, że bariera dostępności najnowszych technologii produkcji staje się coraz łatwiejsza do przekroczenia oraz w związku z tym, że szybciej i bardziej elastycznie reagują na potrzeby rynku. Tańsza staje się automatyzacja, roboty przemysłowe są coraz łatwiejsze w programowaniu i w rezultacie koszty inwestycji są coraz niższe.

  • Jakich firm dotyczy czwarta rewolucja przemysłowa? Czy zmiany są dzisiaj konieczne?

Wdrażanie nowoczesnych rozwiązań i podnoszenie konkurencyjności produkcji od pewnego czasu jest wymogiem na rynku, a czwarta rewolucja przemysłowa nadała procesowi stałego dostosowywania się przedsiębiorstw do zmian technologicznych dodatkowej dynamiki. Warunkiem koniecznym, by nie "przespać" szansy na sukces w konkurencji na rynku, jest uważne śledzenie zmian w technologii i w zachowaniach klientów nie tylko w Polsce, ale zwłaszcza w krajach, które są od naszego bardziej rozwinięte i szybciej podlegają przeobrażeniom.

Industry 4.0 odpowiada za zmiany w praktycznie każdej branży. Od tradycyjnych, takich jak na przykład branża odzieżowa, w której pojawiać się będzie tzw. odzież inteligenta komunikująca się z innymi urządzeniami, w branży AGD, gdzie zaistnieją m.in. inteligentne ekspresy do kawy, lodówki, a skończywszy na motoryzacji, którą czekają zmiany związane z upowszechnieniem się Internetu Rzeczy i postępów sztucznej inteligencji umożliwiającej działanie pojazdów autonomicznych.

Najlepsi w branży

Zobacz również