Что такое Индустрия 4.0 в производстве

Производство 4.0 подробно объяснено, его основные функции, варианты использования и примеры из реальной жизни.

Если сегодня вы войдете в цех любого завода, вы вряд ли увидите какое-либо сходство с передовым заводом десяти или даже пятилетней давности. Современные фабрики оснащены устройствами IoT и интегрированы с новыми технологиями, включая облачные вычисления, искусственный интеллект и машинное обучение.

Именно так индустрия 4.0 прокладывает себе путь в обрабатывающей промышленности, позволяя фабрикам собирать, анализировать и принимать решения на основе огромных запасов данных. Но в чем ценность для владельцев бизнеса? Повышенная автоматизация, новый уровень эффективности процессов и улучшенное качество при меньших затратах, и это лишь некоторые из них.

В этом посте мы говорим о самом большом сдвиге, произошедшем в мировом производстве со времен автоматизации, — о феномене производства 4.0, его характеристиках, технологиях и эффектах.

Что такое индустрия 4.0 в производстве?

Индустрия 4.0, также известная как производство 4.0, объединяет новейшие производственные технологии с ИТ, такими как Интернет вещей, большие данные и аналитика, искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение ( ML), чтобы улучшить бизнес-процессы и обеспечить лучшее принятие решений.

Характеристики индустрии 4.0 в производстве

Определение индустрии 4.0 довольно расплывчато, и его часто используют как синонимы других понятий, включая производство 4.0, умное производство и умную фабрику. Нам проще определить его основные черты, чтобы вы могли правильно его понять.

Итак, индустрия 4.0 в производстве обычно характеризуется:

• Соединение физического и цифрового мира с помощью киберфизических систем (CPS). CPS относится к интеллектуальным физическим компонентам, объектам и программным системам со встроенными возможностями вычислений и хранения. Эти системы составляют основу индустрии 4.0 и поддерживаются промышленным Интернетом вещей (IIoT).
• Улучшенное принятие решений благодаря встроенным датчикам и взаимосвязанному оборудованию. IoT и IIoT производят множество больших данных, которые производители могут затем анализировать, чтобы изучать исторические тенденции, выявлять закономерности и использовать их при принятии производственных решений. Компания может даже построить полное виртуальное представление производственных процессов и создать так называемого цифрового двойника.
• Взаимосвязь благодаря датчикам, устройствам и машинам, полностью интегрированным в производство. Умный завод означает интегрированную технологию работы с ИТ и, таким образом, гладкое сотрудничество между двумя отделами.
• Мониторинг в режиме реального времени благодаря использованию IoT и IIoT снова. Это обеспечивает своевременную реакцию на любые изменения на заводе и сводит к минимуму растрату ресурсов.
• Децентрализованное производство, так как CPS способны самостоятельно принимать решения и помогают выполнять задачи автономно. Производство 4.0 не полагается на центральные компьютеры и не принимает решения иерархически. Вместо этого он обеспечивает большую гибкость для местных операторов и позволяет им реагировать на происходящие изменения.
• Повышение прозрачности информации за счет сбора данных с датчиков. Это обеспечивает лучшее понимание производственных процессов и, таким образом, способствует принятию решений на основе данных.
• Индивидуальная настройка продукта, которая отвечает индивидуальным потребностям клиентов, но при этом остается рентабельной. Благодаря передовым технологиям, таким как 3D-печать, умные фабрики отличаются от универсальной модели. Вместо этого они могли бы легко создавать более разнообразные товары для клиентов.

Какие технологии движут Индустрией 4.0?

Давайте также более подробно рассмотрим наиболее важные технологии, которые имеют значение для производства 4.0. Вместе пять технологий из списка образуют высокотехнологичную экосистему на заводе и помогают повысить эффективность процессов.

1. Интернет вещей и промышленный Интернет вещей

Датчики IoT/IIoT, вероятно, являются наиболее важным компонентом умных заводов. Они соединяют машины между собой и в сети и обеспечивают мониторинг оборудования, его компонентов, процессов и продуктов.

Технология позволяет в режиме реального времени собирать большие объемы данных, связанных с производственным процессом. Позже эти данные можно проанализировать, чтобы понять поведение промышленной среды, чтобы оптимизировать бизнес-процессы и оптимизировать спрос и предложение.

2. ИИ и машинное обучение

Несмотря на свою ценность, данные, полученные от устройств IoT/IIoT, слишком велики, чтобы их можно было анализировать вручную. К счастью, алгоритмы искусственного интеллекта и машинного обучения достаточно искусны, чтобы контекстуализировать эту информацию, находить аномалии и давать рекомендации на их основе.

Наиболее ярким примером является использование машинного обучения в предупредительном обслуживании на производстве для раннего обнаружения признаков поломки или деградации оборудования. Модель на основе машинного обучения может отслеживать и предупреждать об аномалиях температуры в цехе (или любых других отклонениях). Затем производитель вмешается своевременно, прежде чем возникнет реальная проблема.

3. Облачные вычисления

Умное производство невозможно без облачных вычислений, которые обеспечивают подключение и интеграцию машин, оборудования и компонентов. Еще одно преимущество облака включает в себя инфраструктуру, хранилище, платформы и программные приложения. Облачные провайдеры предоставляют их для хранения и управления данными, полученными из IoT. Тем не менее, бизнесу не нужно покупать все это сразу. Они могут постепенно масштабировать свою деятельность, оплачивая только те ресурсы и услуги, которые они используют.

4. Пограничные вычисления

Некоторые вопросы, например, связанные с безопасностью или качеством, требуют немедленного решения. Таким образом, анализ данных должен происходить на «крае» — там, где данные создаются. Это возможно с использованием граничных вычислений, целью которых является приближение вычислений и хранения к источнику данных.

В то время как граничные вычисления минимизируют риски безопасности, производитель также избавляет себя от чрезмерной зависимости от надежной сети.

5. Цифровой двойник

Цифровая трансформация, обеспечиваемая производством 4.0, также уступает место цифровым двойникам — цифровым копиям процессов, производственных линий или даже всего предприятия. Эта технология помогает повысить производительность и рабочие процессы на заводе, а также тестировать изменения экономически эффективным способом. Например, производитель может протестировать новую конструкцию продукта без реальных инвестиций в производство.

Какое влияние индустрия 4.0 окажет на производство?

Индустрия 4.0 может принести непреодолимую прибыль производителям, если она будет реализована и будет поддерживаться должным образом. Подключенное, интеллектуальное производство, дополненное полностью автоматизированным производственным процессом, обеспечивает высокую окупаемость инвестиций.

Тем не менее, не каждый производитель готов отважиться на первоначальные инвестиции, необходимые для запуска пилотного проекта умной фабрики. Если вам нужна еще пара причин, по которым стоит инвестировать в умную фабрику, вот значимая отдача:

1. Повышение производительности

Повышенная производительность — основное преимущество индустрии 4.0 в производстве. Это также основная цель проектов умных заводов. Производители хотят избавиться от повторяющихся и утомительных задач и использовать умные машины для этого типа работы. Между тем, люди-операторы тратят свое время только на мониторинг и обслуживание систем.

В целом это означает более быстрое и эффективное круглосуточное производство и увеличение производительности.

2. Улучшение качества

В то время как производительность является первым и самым важным для производителей, качество продукции стоит на втором месте. К счастью, у эры 4.0 есть все шансы помочь вам создавать продукты более высокого качества. Процессы становятся более автоматизированными, а меньшее участие человека означает меньше ошибок. Кроме того, мониторинг в режиме реального времени, интеллектуальные датчики и алгоритмы AI/ML позволяют производителям выявлять любые проблемы с качеством и быстро реагировать на них.

3. Повышение качества обслуживания клиентов

Улучшение качества продукции логически ведет к улучшению качества обслуживания клиентов. Более того, использование интеллектуальных машин и технологий автоматизации означает, что производитель может производить товары быстрее и в большем количестве. Это повышает уровень удовлетворенности клиентов, поскольку они больше не сталкиваются с проблемами, когда продукт недоступен на рынке.

Наконец, производство 4.0 способствует тому, что продукты становятся более индивидуальными. Благодаря инновационным технологиям умная фабрика может массово выпускать линии персонализированных продуктов. Он может экспериментировать с большим количеством дизайнов и тестировать их с помощью цифровых двойников, сокращать пути между производством и доставкой, совместно создавать и т. д.

4. Экономическая эффективность

Еще одно преимущество индустрии 4.0, которое мы не можем игнорировать, — это ее экономичность. Производителям следует рассчитывать на снижение затрат благодаря автоматизированным задачам и меньшему количеству производственных ошибок. Затраты на оплату труда также снижаются, поскольку производителям требуется меньше работников для выполнения повседневных повторяющихся задач.

И еще одна вещь, которую следует упомянуть здесь. Более эффективный производственный процесс, особенно если производитель обеспечивает профилактическое обслуживание, означает сокращение времени простоя и затрат на техническое обслуживание.

5. Лучшая непрерывность бизнеса

Когда оборудование или его компонент выходит из строя, производителям требуется время и средства для его замены или ремонта. Теперь представьте, что это часть очень важного оборудования, у которого возникли проблемы — какое-то промышленное оборудование, без которого ваше предприятие не может работать. Итак, добавьте сюда последствия затрат на простои и испорченную репутацию из-за отмены или задержки заказов.

Индустрия 4.0 не повлияет на непрерывность вашего бизнеса. Промышленные активы подключаются и контролируются в режиме реального времени. Таким образом, любые проблемы с оборудованием решаются немедленно, а лучше предотвращаются. Расширенные возможности обслуживания и мониторинга также могут помочь компаниям замечать закономерности и идеи в производстве, которые затем можно использовать для дальнейшей оптимизации процессов.

6. Гибкость и ловкость

Большие данные, автоматизация, искусственный интеллект и машинное обучение также привносят большую гибкость в производство. Теперь производители могут легко масштабировать свое производство в зависимости от сезонного спроса и колебаний рынка. Они также могут прогнозировать эти шансы и включать или исключать новые линейки продуктов, избегая напрасной траты ресурсов в будущем.

7. Более высокая конкурентоспособность

Производство 4.0 также предоставляет компаниям больше возможностей оставаться конкурентоспособными на рынке. Внедрив умную фабрику, компания может увеличить производительность, а также свести к минимуму потери материалов и ценных ресурсов. Раньше аутсорсинг в более дешевые регионы был для производителей единственным способом оставаться конкурентоспособными. Теперь бизнес может компенсировать это инвестициями в технологии.

Применение индустрии 4.0 в производстве

Как видите, индустрия 4.0 уже трансформирует производственный сектор, особенно когда речь идет о:

1. Отслеживание и оптимизация активов

Благодаря Индустрии 4.0 производители могут находить и контролировать оборудование, его компоненты, различные машины и незавершенное производство. Устройства IoT и IIoT на месте помогают улучшить видимость на заводе и отслеживать каждый этап производства. На основе собранных данных завод может оптимизировать свои операции и повысить производительность в долгосрочной перспективе.

2. Управление качеством

Другой важный пример использования индустрии 4.0 в производстве включает контроль качества и управление. С помощью AI и ML вы можете определить параметры, имеющие отношение к качеству продукта, а затем отслеживать отклонения, если таковые имеются. Например, в кейсе мы рассказываем, как помогли отследить проблемы с качеством для производителя бытовой техники и решили повторяющиеся отказы оборудования.

3. Профилактическое обслуживание

Частично упоминалось, что профилактическое обслуживание позволяет производителям прогнозировать и предотвращать потенциальные проблемы с оборудованием. Производители делают все возможное, чтобы максимизировать эффективность производства. И это не очень эффективно, если вы выполняете техническое обслуживание через запланированные промежутки времени. На данном этапе оборудование может не нуждаться в каком-либо вмешательстве. Тем не менее, ждать, пока оборудование полностью выйдет из строя и сломается, и производителю придется потратить целое состояние на его замену или ремонт, также является плохой стратегией.

С этой точки зрения предиктивное техническое обслуживание кажется оптимизированным решением, при котором системы могут узнавать о возникающих бизнес-проблемах до того, как они возникнут. Таким образом, вы можете исправить это на ранней стадии, избежать незапланированных простоев и увеличить время безотказной работы оборудования.

Узнайте больше о диагностическом обслуживании в производстве, прочитав наш информационный документ Превратите диагностическое обслуживание в историю успеха вашей производственной компании.

Реальные примеры производства 4.0

Теперь давайте узнаем о примерах индустрии 4.0 в современной бизнес-среде и о том, как производители извлекают из этого выгоду.

Ауди

Поистине отличным примером современной умной фабрики является Audi. Компания сочетает модульную сборку (производство предварительно собранных модулей, а не отдельных компонентов) с индустрией 4.0 в производстве автомобилей. Фабрика во многом полагается на большие данные, стараясь сделать свое производство максимально управляемым данными и гибким. Он также реализует множество других проектов в области производства 4.0, от приложений виртуальной реальности до AI/ML и 3D-печати.

Производитель автомобилей переходит на производство будущего. Просто посмотрите увлекательное использование технологии в видео:

водоворот

Производитель бытовой техники Whirpool пару лет назад представил мощную систему аналитики. Компания планировала ликвидировать отходы, которые отправлялись на свалки. В данном случае технология машинного обучения помогла компании контролировать количество отходов, производимых ее заводами, а также использование таких ресурсов, как электричество или вода.

Умная фабрика Whirpool также является ярким примером того, как можно соединить заводы, разбросанные по всему миру. Технологии и аналитика Интернета вещей помогают производителю отслеживать показатели устойчивого развития на каждом заводе, стремясь к некоторому единству своей политики нулевых отходов.

Сименс

В 2018 году компания Siemens получила награду «Промышленность 4.0» за свои решения «Производство 4.0», реализованные на умном заводе Elektronikwerk в Амберге (EWA) в Германии. Оснащенный технологией AI/ML, легкими роботами, цифровыми двойниками для производства и контроля качества, а также 3D-печатью, завод электроники имеет людей, машины и оборудование, работающие бок о бок как единый механизм.

Умная фабрика использует информационные панели для отслеживания производительности машин и качества продукции в режиме реального времени, чтобы рабочие могли быстро реагировать на любые отклонения. В целом, различные компоненты Индустрии 4.0 помогают компании повысить производительность, добиться большей гибкости и надежности.

Компания-производитель

К нам обратилась крупная производственная компания (под NDA), с которой мы сотрудничали, для решения проблемы повторяющихся сбоев в работе отдельных компонентов ее гидравлической системы. Конечно, подход «Индустрия 4.0» здесь подходил лучше всего.

Команда Intelliarts создала решение на основе машинного обучения для прогнозирования отказа оборудования компонентов гидравлической системы, предотвращения его возникновения и обеспечения надлежащего обслуживания объекта. Заказчик был полностью удовлетворен результатами: модели машинного обучения почти на 100 % точны в своих результатах и ​​правильно предсказывают сбой. Прочтите полный кейс по диагностическому обслуживанию, чтобы узнать, как было построено решение.

Почему индустрия 4.0 определяет будущее производства?

Хотя некоторые производители все еще не решаются внедрять инновационные технологии, очевидно, что индустрия 4.0 и умные фабрики являются новой нормой в производстве. И те, кто перейдет на производство 4.0 раньше, имеют высокие шансы опередить конкурентов, не говоря уже о том, чтобы использовать многочисленные преимущества, которые промышленность 4.0 дает производству:

• Повышение производительности
• Улучшенное качество продукции
• Снижение затрат
• Увеличение использования ресурсов
• И другие

Если вы хотите попробовать, но все еще не знаете, с чего начать, мы советуем начать с малого, оснастив свой завод устройствами IoT и внедрив базовую автоматизацию. Если у вас уже есть Интернет вещей и вы хотите использовать его в полной мере, мы рекомендуем масштабировать его с помощью аналитики данных и технологий искусственного интеллекта и машинного обучения. Свяжитесь с нами в нашей команде Intelliarts, чтобы узнать, как наиболее эффективно перейти к принятию решений на основе данных.