Digitalizacja kluczem do zrównoważonego rozwoju przedsiębiorstw produkcyjnych
| TechnikaJeszcze nigdy w historii firmy przemysłowe nie stawały przed tak dużą liczbą wyzwań przy jednoczesnym dostępie do niezliczonych rozwiązań i narzędzi przyspieszających dynamikę ich rozwoju i wzrost konkurencyjności. Technologie takie jak chmury obliczeniowe, zaawansowana analiza danych, sztuczna inteligencja czy łańcuch bloków dostępne są dziś na wyciągnięcie dłoni.
Wydarzenia ostatnich lat pokazują, w jak niestabilnych czasach przyszło nam żyć. Potencjalnie odległe problemy, takie jak pandemie czy konflikty zbrojne, z dnia na dzień zapukały do naszych drzwi, wywracając do góry nogami styl życia, pracy, a także podejście do wielu aspektów codzienności. Nie mogły zatem nie odbić się czkawką na naszej gospodarce, która w obliczu ograniczonego dostępu do surowców, galopującej inflacji i niepewności rynkowej zanotowała spowolnienie, widoczne zwłaszcza w sektorze produkcyjnym.
Według danych S&P Global, wskaźnik PMI (indeks nabywczy inwestorów odzwierciedlający ogólny stan gospodarki) w ostatnim roku kształtował się na poziomie poniżej 50 punktów, a więc w zakresie negatywnych wartości i na poziomach najniższych od 25 miesięcy. Mają na to wpływ rosnące koszty produkcji, wynikające przede wszystkim z gwałtownych skoków cen energii i gazu, a także zmniejszenie możliwości nabywczych wśród konsumentów. Dokładając do tego wprowadzenie tzw. Europejskiego Zielonego Ładu, zakładającego redukcję gazów cieplarnianych do 2030 r. i plany uzyskania zerowej emisji do 2050 r., sytuacja firm z sektora produkcyjnego nie maluje się w jasnych barwach. Trudne czasy kształtują jednak silnych ludzi, a silni ludzie to silna gospodarka i silne przedsiębiorstwa – zwłaszcza jeśli w odpowiedni sposób pokierujemy ich rozwojem.
Zrównoważony rozwój
Jeden z kluczowych czynników, który wydaje się sporym wyzwaniem dla firm produkcyjnych, to idea zrównoważonego rozwoju. Pojęcie to definiowane jest poprzez realizację bieżących potrzeb społeczeństwa (w tym przedsiębiorstw) bez ograniczania przyszłym pokoleniom możliwości zaspokajania swoich potrzeb. Składają się na nie trzy kluczowe elementy: wzrost gospodarczy, idea włączania społecznego oraz pozytywny wpływ na środowisko. Wdrażanie tej idei nie jest w niektórych przypadkach już tylko dobrą wolą firm, ale wręcz obowiązkiem – od 1 lipca 2021 r. objęte są nim spółki notowane na Głównym Rynku GPW, co wynika z przyjętych przez Radę Giełdy 29 marca 2021 r. nowych zasad ładu korporacyjnego. Zrównoważony rozwój wymuszany jest jednak nie tylko bezpośrednio przez organizacje nadzorujące, ale i pośrednio, przez samych konsumentów, którzy zwracają coraz większą uwagę na kwestie środowiskowe i społeczne. Chcąc więc pozostać istotnymi graczami w sektorze produkcyjnym, firmy muszą zwracać uwagę na zagadnienia, które dotychczas nie zawsze były stawiane wysoko na liście priorytetów.
Pojęcie zrównoważonego rozwoju wiąże się jednak z wieloma obawami. Dotyczą one najczęściej kosztów, które należy ponieść, aby doprowadzić procesy produkcyjne do punktu, w którym negatywny wpływ na środowisko zostanie zredukowany do minimum. Na szczęście, wielkie rewolucje zaczynają się często od drobnych zmian, a te mogą być nierzadko wprowadzane bardzo niskim nakładem środków, generując tym samym wymierne korzyści – zarówno finansowe, jak i środowiskowe. Kluczem do nich jest wykorzystanie powszechnie dostępnych narzędzi, które pozwalają usprawnić i zoptymalizować wiele procesów na każdym etapie cyklu życia produktu, począwszy od planowania, poprzez produkcję, aż po logistykę i utylizację. Centralne pojęcie stanowi tu digitalizacja.
Z małej chmury duży deszcz
Na przestrzeni ostatnich kilku lat możemy zaobserwować rosnący trend związany z wykorzystaniem chmur obliczeniowych. Choć dotyczy on głównie świata IT i rozlicznych aplikacji, które wspierają nas w codziennym życiu (m.in. platformy bankowe, rozrywkowe czy nawet systemy rządowe), zainteresowanie tą technologią zauważalne jest również w przemyśle. Trudno się dziwić – dla wielu firm utrzymywanie własnej infrastruktury serwerowej bywa nie lada wyzwaniem. Urządzenia i systemy, które są na nich uruchamiane, wymagają zapewnienia ciągłej i niezawodnej pracy, a także odpowiednio wysokiego poziomu cyberbezpieczeństwa. Wiąże się to z koniecznością stałego monitorowania podatności i szybkiego reagowania na wykryte zagrożenia. Sam sprzęt wymaga również odpowiednich warunków dla zapewnienia nieprzerwanego działania, a w miarę wzrostu wymagań obliczeniowych i skalowania biznesu – także rozbudowy o nowe komponenty. Ten aspekt bywa mocno problematyczny zwłaszcza dziś, kiedy to łańcuchy dostaw specjalizowanych urządzeń (głównie sieciowych) zostały mocno zaburzone.
Odpowiedzią na te wyzwania jest zmiana modelu wdrażania rozwiązań informatycznych w przedsiębiorstwie, z lokalnego na chmurowy. Chmura pozwala na dzierżawę jedynie fragmentu rozbudowanej sieci serwerów i wykorzystanie jej do uruchamiania niezbędnych aplikacji czy systemów. W tym modelu to dostawcy usług biorą na siebie odpowiedzialność za zapewnienie ciągłej i niezawodnej pracy oraz wysokiego poziomu bezpieczeństwa urządzeń i danych. Najważniejszą zaletą chmury, zwłaszcza w kontekście zrównoważonego rozwoju, jest jednak skalowalność. Utrzymując własną infrastrukturę, bardzo często wykorzystujemy tylko ułamek jej możliwości. Kompletny ślad węglowy, wynikający m.in. ze zużycia energii czy ilości generowanych odpadów, jest zatem dużo wyższy, niż mogłoby to wynikać z faktycznych potrzeb przedsiębiorstwa. W modelu chmurowym fizyczne zasoby są współdzielone pomiędzy wielu klientów, zapewniając tym samym najbardziej optymalne wykorzystanie mocy obliczeniowej, redukując emisję CO2, a także wydatki ponoszone przez użytkownika (naliczane za faktyczne zużycie zasobów, podczas gdy koszt utrzymania infrastruktury rozkłada się proporcjonalnie pomiędzy wielu klientów usługi).
Dostawcy chmury publicznej otwarcie deklarują cele związane z osiągnięciem neutralności klimatycznej, co automatycznie dotyczy również użytkowników platform. Przykładowo, Google Cloud Platform informuje użytkownika o tym, jaki ślad węglowy generują wykorzystywane przez niego usługi, a także sugeruje, jakie działania podjąć, aby oszczędniej wykorzystać dostępne zasoby i zredukować tym samym wpływ aplikacji na środowisko. Podobne działania podejmują także mniejsi gracze, co zaowocowało zawiązaniem Paktu Neutralności Klimatycznej Centrów Danych (CNDC Pact – Climate Neutral Data Centre Pact). Należy do niego już przeszło stu operatorów centrów danych i chmury publicznej z Europy, których wspólnym celem jest oddolna inicjatywa uzyskania pełnej neutralności klimatycznej do 2030 r. W dobie zmiany modelu posiadania na model współdzielenia wykorzystanie zalet i korzyści, jakie daje nam chmura obliczeniowa, wydaje się więc oczywistym wyborem.
Z kim przestajesz…
Cykl życia każdego produktu – począwszy od koncepcji, poprzez surowce potrzebne do jego wytworzenia, proces produkcyjny aż po finalne nabycie przez konsumenta – wymaga zaangażowania wielu jednostek. W kontekście zrównoważonego rozwoju istotne są zatem działania podejmowane nie tylko bezpośrednio przez daną firmę, ale również jej poddostawców i partnerów biznesowych. Nie możemy bowiem mówić o redukcji negatywnego wpływu na środowisko czy poprawie warunków bytowych społeczności, jeśli przedsiębiorstwa, z których usług korzystamy, nie respektują tych wartości. Jak więc zapewnić pełną transparencję przepływu towarów, łącznie z ich certyfikacją potwierdzającą zgodność ze specyficznymi wymogami (np. rolnictwa ekologicznego lub normami jakościowymi)? Skutecznym rozwiązaniem jest technologia łańcucha bloków (blockchain).
Łańcuch bloków to rejestr danych zbudowany ze specyficznych „porcji” informacji zwanych blokami. Każdy kolejny blok powiązany jest kryptograficznie ze swoimi poprzednikami, dzięki czemu niemożliwe staje się naruszenie spójności danych w sposób uniemożliwiający wykrycie manipulacji. Ponadto, sam proces dopisywania nowych danych do łańcucha kontrolowany jest przez liczne, rozproszone węzły mające zdolność odrzucenia danej transakcji (dodania bloku), jeśli nie zostanie spełniony warunek konsensusu. To właśnie ta właściwość łańcucha bloków sprawia, że współcześnie staje się on podstawową technologią stosowaną do śledzenia cyklu życia produktu, łańcuchów dostaw czy certyfikacji wyrobów. Ponieważ rejestrem nie zarządza żadna centralna jednostka, niemożliwe pozostaje np. przekupienie kogokolwiek w celu dodania do łańcucha bloku zawierającego nieprawdziwe dane. W sieci rozproszonej, jaką jest blockchain, zgodę na taką operację musiałyby wyrazić pozostałe węzły, co w dużych systemach staje się praktycznie niewykonalne.
Dzięki blockchainowi firmy przemysłowe zyskują pełny wgląd w realną historię wyrobu, łącznie z warunkami jego produkcji, przechowywania czy transportu (tzw. systemy trusted traceability). W konsekwencji proces weryfikacji poddostawców i oferowanych przez nich usług staje się łatwiejszy i, co istotne, bardziej wiarygodny. Łańcuch bloków dostarcza nam jasnych i precyzyjnych informacji na temat tego, czy dany wyrób spełnia normy środowiskowe i jakościowe bądź jaki ślad CO2 powstał w wyniku produkcji i transportu – dzięki czemu możemy nawiązywać współpracę tylko z tymi firmami, które dzielą z nami filozofię zrównoważonego rozwoju.
Zalety łańcucha bloków znajdują zastosowanie także w energetyce, m.in. do tokenizacji i certyfikacji energii pochodzącej z OZE. Dotychczas, kupując jednostki energii elektrycznej, nie dysponowaliśmy informacją, w jaki sposób jest ona produkowana, tym samym nie mając precyzyjnej wiedzy o tym, jak nasze zużycie energii przekłada się na środowisko. Dzięki blockchainowi jednostki te mogą zostać zapisane w formie wirtualnych tokenów potwierdzonych certyfikatem – obrót nimi i kupowanie tylko tych tokenów, które odnoszą się do odnawialnych źródeł, daje nam realną kontrolę nad tym, jaki poziom emisji CO2 i innych gazów cieplarnianych wygeneruje nasza firma.
Analizuj i oszczędzaj
Sama zmiana sposobu magazynowania i przetwarzania danych to jedynie ułamek działań, jakie przedsiębiorstwa są w stanie podjąć, aby zredukować negatywny wpływ na środowisko. O wiele szybsze i bardziej namacalne efekty może przynieść odpowiednia analiza tychże, wyciąganie wniosków i wdrożenie aktywności prowadzących m.in. do zwiększenia efektywności energetycznej. Działania te prowadzą do poprawy wskaźników nie tylko środowiskowych, ale także finansowych. I choć często dysponujemy rozlicznymi informacjami generowanymi bezpośrednio przez urządzenia automatyki przemysłowej bądź czujniki i mierniki montowane w maszynach, jedynie 18% przedsiębiorstw gromadzi i w pełni wykorzystuje dane. Tymczasem prosta analiza wizualna (wykresy, diagramy czy wyliczone wskaźniki KPI) może przyczynić się do poprawy efektywności na wielu poziomach działania firmy.
Praktyka pokazuje, że już wymiana źródeł światła na bardziej energooszczędne pozwala wygenerować spore oszczędności. Dodatkowa analiza danych informujących np. o poborze energii przez poszczególne elementy systemu automatyki przemysłowej i zestawienie ich z harmonogramem pracy może pomóc wykryć i wyeliminować wąskie gardła pod postacią tzw. pustych przebiegów lub nadmiernego poboru energii przez urządzenia (co świadczy niekiedy o awarii lub złej konfiguracji). Wgląd w dane umożliwia także opracowanie planów optymalizacyjnych, dążących np. do redukcji zużycia zasobów i mediów, takich jak gaz czy woda.
W nieco bardziej zaawansowanych lub rozbudowanych systemach skutecznym rozwiązaniem bywa zaprzęgnięcie algorytmów sztucznej inteligencji, np. do analizy bieżących danych pochodzących z maszyn i dostosowywania parametrów ich pracy w czasie rzeczywistym, aby proces produkcyjny przebiegał jak najbardziej optymalnie. Mogą one posłużyć także do monitorowania jakości wyrobów w celu zmniejszenia ilości odpadów i wadliwych produktów. Tego typu rozwiązania stają się powoli normą, m.in. dzięki technologiom ułatwiającym ich wdrożenie na poziomie maszyn, takim jak platformy brzegowe (Edge) czy specjalne moduły z procesorami i akceleratorami przeznaczonymi dla AI.
Jak to ugryźć?
Omówione przykłady to jedynie niewielki ułamek rozwiązań digitalizacyjnych, które mogą przyczynić się do poprawy wielu aspektów związanych ze zrównoważonym rozwojem czy efektywnością energetyczną przedsiębiorstw. I choć znaczna część z nich wydaje się często skomplikowana i droga, praktyka weryfikuje ten pogląd na korzyść automatyków i inżynierów produkcyjnych. Tak naprawdę wiele technologii i rozwiązań składających się na koncepcję Przemysłu 4.0 stosowana jest od lat, tyle że na dużo mniejszą skalę. Nie jest przecież bowiem niczym nowym archiwizacja danych, wizualizacja i analiza, implementacja zaawansowanych algorytmów, takich jak regulatory rozmyte czy analiza wizyjna z elementami uczenia maszynowego. Producenci systemów automatyki dają nam jednak coraz więcej rozwiązań out of the box, które pozwalają wnieść współcześnie budowane maszyny i instalacje na dużo wyższy poziom, przede wszystkim związany z zatarciem granic pomiędzy światem operacyjnym (OT) a informatycznym (IT). Mnóstwo z nich integrowanych jest bezpośrednio w nowych wersjach standardowych urządzeń, takich jak sterowniki PLC czy panele HMI, a część wymaga uzupełnienia systemu o nowe komponenty, np. bramki IoT czy platformy Edge.
Chociaż digitalizacja wkracza w przemysł wolnym krokiem, wskazane wcześniej zmiany społeczne czy gospodarcze wymuszają na przedsiębiorstwach coraz śmielsze sięganie po rozwiązania pozwalające spełnić wymogi konsumentów i nowych przepisów prawa czy zwyczajnie utrzymać się na powierzchni w niepewnych gospodarczo czasach. Jak udowadnia historia, w takich sytuacjach najczęściej wygrywają pionierzy.
Artur Nowocień
