Pametna proizvodnja: Digitalna budućnost stvaranja

Updated: Aug 30

Pametna proizvodnja uključuje digitalne tehnologije Industrije 4.0, ali također digitalizira poslovanje izvan tvornice.


pametna-proizvodnja-digitalna-transformacija-u-tvornici-industrija-4.0
Pametna proizvodnja uz digitalne tehnologije Industrije 4.0

Industrija 4.0 utire put za pametnu proizvodnju


Tehnologije četvrte industrijske revolucije (Industrija 4.0) poput robotika, 3D printera, računalstva u oblaku, umjetne inteligencije (AI) i Interneta stvari (IoT – Internet of Things) – omogućile su pametnu proizvodnju i ubrzale inovacije do vrhunca.


Svitanje mehaničke proizvodnje dogodilo se tijekom prve industrijske revolucije krajem 18. stoljeća, pokretane vodom i parom. Dva duga stoljeća kasnije, električna energija je omogućila masovnu proizvodnju montažnih linija i podjelu rada druge industrijske revolucije. Brzi napredak doveo je do treće industrijske revolucije oko 1970. godine, kada su računala i informacijska tehnologija automatizirali neke industrijske procese i doveli do sofisticiranije komunikacije.


Otkako je pojam Industrija 4.0 prvi put korišten 2011. godine, povezane tehnologije razvile su se kako bi omogućile podatkovno-bogat, međusobno povezan i visoko automatiziran oblik proizvodnje nazvan pametna proizvodnja.



Što je pametna proizvodnja?


Pametna proizvodnja odnosi se na raširenu digitalizaciju svih proizvodnih praksi, od tvornice do svih aspekata poslovanja. To uključuje dizajn proizvoda, lanac opskrbe, proizvodnju, distribuciju i prodaju.


Pametna proizvodnja koristi Industriju 4.0, koju karakteriziraju međusobno povezani cyber-fizički sustavi poput inteligentnih robota i strojeva koji mogu sami dijagnosticirati i upozoravati na moguće kvarove. Sve veći IoT donosi snažnije uređaje i strojeve s pametnim senzorima koji prenose kontinuirane tokove podataka o upotrebi u oblak radi analize.


Suradnja-između-robota-i-čovjeka
Suradnja između robota i čovjeka

Ti skupovi "velikih podataka" koriste se kako bi se uz pomoć umjetne inteligencije i strojnog učenja koje postaje točnije i predvidljivije kako dobiva „u sebe“ što više podataka. Automatizacija i povezanost podataka stvaraju agilnije lance opskrbe, u kojima brodovi i kamioni "razgovaraju" sa skladištima, autonomnim ili poluautonomnim vozilima i dronovima. Mobilni roboti i koboti (kolaborativni roboti) također su uključeni u ovaj proces, čineći dostavu i logistiku automatiziranijima.


Pametna proizvodnja pomaže proizvođačima da postanu učinkovitiji, ostanu ispred konkurentske krivulje i istražuju nove poslovne modele i prakse.


bolja-suradnja-povezivost-odjela
Bolja suradnja i povezivost odjela u firmi, ali i izvan nje

Zašto bi tvrtke trebale usvojiti pametnu proizvodnju


Tvrtke bi trebale usvojiti pametnu proizvodnju kako bi imale racionalizaciju i ubrzanje procesa, povećanje produktivnosti, više konkurentnosti na tržištu, povećanju diferencijacije od drugih tvrtki i pripremi za budućnost – uključujući događaje bez presedana, kao što je pandemija.


Anketa neprofitne organizacije Manufacturing Enterprise Solutions Association (MESA) koja je u tijeku pitala je koji su glavni izazovi koji usporavaju tvrtkama njihov napredak prema pametnoj proizvodnji. Oko 58% sudionika ankete, navelo je financijske probleme ili nedostatak znanja o povezanim tehnologijama. Naravno, usvajanje pametne proizvodnje zahtijeva značajna ulaganja financijskih i ljudskih resursa i uključuje određeni rizik.


Kako započeti put pametne proizvodnje: Stvorite digitalnu okosnicu


Za tvrtke zainteresirane za pametnu proizvodnju, ali zastrašene financijskim ili tehničkim preprekama, dobra je vijest da ne moraju napraviti tranziciju iz trenutne tvornice i načina rada u pametnu tvornicu u samo jednom velikom skoku. Zapravo, Smart Factory Study pokazuje da mali koraci često vode do velikih pobjeda. Uspješne tvrtke iz studije obično su počinjale osiguravanjem potpore od rukovoditelja odnosno direktora - osobito glavnog tehnološkog direktora - i pokretanjem više malih projekata s niskim početnim ulaganjima. Povezujući te projekte s mjerljivim poslovnim metrikama, mogli bi iskoristiti te rane uspjehe kao poticaj za traženje dodatnih inkrementalnih ulaganja.


Preporučuje se da proizvođači koji započinju put pametne proizvodnje počnu tako da svoje analogne podatke učine digitalnim. Uklonite ručne analogne procese i pronađite sustav koji sve bilježi u jednoj digitalnoj bazi podataka. To su temeljni podaci na kojima se mogu izgraditi petlje povratnih informacija unosom više informacija iz procesa u tvornici. Ovaj dodatni ulaz mogao bi doći iz podataka senzora, ali bi mogao biti i od radnika koji unose podatke u različitim točkama procesa. Po tome dobivate sve više uvida u ono što se događa i tako tada budete svjesni što se događa u tvornici, i možete otkriti što stvara uska grla.


Nakon što podaci otkriju probleme proizvođača, mogu početi razmišljati o uvođenju promjena na više dimenzija – tu može pomoći uvođenje više računanja i algoritama. Dopuštate algoritmima da Vam daju različite mogućnosti istraživanja kako biste mogli shvatiti najbolji put naprijed, a to je Sveti gral. Sada imate digitalnu okosnicu. Imate ulazne i povratne petlje koje Vam daju uvid i pomoć algoritama koji Vam daju opcije za nastavak usavršavanja i optimizacije operacija u tvornici.



Istraživanje 10 pametnih tehnologija proizvodnje


Pametne tehnologije se kontinuirano razvijaju. Na primjer, pametna proizvodnja ne zahtijeva novu 5G mobilnu mrežu, ali 5G povezivanje smanjuje oslanjanje na hardver i Wi-Fi, može pojednostaviti postavke i nudi veću propusnost od 4G.


Sljedeće tehnologije čine načela visokotehnološke pametne proizvodnje, ali nisu diskretne; vrlo često će uređaj, stroj ili sustav sadržavati nekoliko njih. Na primjer, IoT uređaj može imati senzore bežično povezane s oblakom, ali također imati procesore ugrađene s AI-om koji mogu slati upozorenja ili samostalno donositi odluke o procesu.


Komunikacija između čovjeka i stroja
Komunikacija između čovjeka i stroja

1. AI/Strojno učenje


AI/strojno učenje ide ruku pod ruku s analizom podataka pametne proizvodnje, jer može obraditi podatke i prepoznati obrasce u podacima mnogo brže od ljudi. Neka razina AI često je ugrađena u kobote pametnih tvornica i druge robotske sustave. Kako cijena AI pada, on se također koristi u mikroprocesorima rubnih računalnih IoT uređaja i pametnih tvorničkih strojeva. Računalni vid utemeljen na umjetnoj inteligenciji također može izvući uvide iz video zapisa tvornice. Na primjer, Drishtijeva analiza ručnih montažnih linija pokretana umjetnom inteligencijom može pružiti obuku radnika, smanjiti nedostatke proizvoda, optimizirati procese i još mnogo toga.


2. Proširena stvarnost/virtualna stvarnost


Aplikacije proširene stvarnosti (AR) i virtualne stvarnosti (VR) imaju različite slučajeve upotrebe pametne proizvodnje. Trenutno su posebno relevantni za obuku na radnom mjestu kako bi pomogli radnicima premostiti sve veći jaz u vještinama. Od početka pandemije, sektor pametne proizvodnje udvostručio je AR/VR za obuku i dovođenje stručnosti na daljinu za popravke ili druge smjernice. Uz Microsoftove naočale HoloLens 2 mješovite stvarnosti, na primjer, zaposlenik u tvornici može primati upute od udaljenog stručnjaka koji u biti gleda kroz oči zaposlenika.


Primjena-proširene-stvarnosti/virtualne-stvarnosti-AR-VR
Primjena proširene stvarnosti/virtualne stvarnosti

3. Automatizacija/Robotika


Upotreba robotike u pametnoj proizvodnji također postaje raznovrsnija i suradnička, jer koboti postaju sve popularniji zbog preporuka za socijalno distanciranje radnika. Roboti i automatizirani strojevi razlikuju se po razinama AI, autonomnog donošenja odluka, sposobnosti osjetila, komunikacijske sposobnosti i mobilnosti. Ali općenito u pametnoj proizvodnji, robotski sustavi prikupljaju puno podataka i općenito dobro su povezani s oblakom i pametnom tvornicom.


Automatizacija-i-robotika-u-proizvodnji
Korištenje automatizacije i robotike u proizvodnji

4. Aditivna proizvodnja/hibridna proizvodnja


Aditivna proizvodnja, također poznata kao 3D printanje, revolucionirala je brzu izradu prototipa i sada nadopunjuje tradicionalnu proizvodnju gotovim proizvodima — ili čak infrastrukturom poput malih zgrada i mostova. Očekuje se da će se s vremenom koristiti i u masovnoj proizvodnji. U međuvremenu, hibridna proizvodnja kombinira aditivnu proizvodnju metala s proizvodnjom suptraktivne proizvodnje na jednom stroju kako bi se dodatno smanjio otpad materijala i brza proizvodnja dijelova.


5. Analiza velikih podataka


Veliki podaci dotiču svaki drugi dio pametne proizvodnje, a u nekim slučajevima podaci definiraju "pametni" aspekt tehnologije. Pametna proizvodnja vođena podacima hrani strojno učenje i oslanja se na oblak za pohranu i obradu. Ali analiza velikih podataka također je ključna za područja pametne proizvodnje izvan tvornice, informiranje pri donošenju odluka u logistici, procjeni rizika, strukturi troškova, strategijama rasta, kontroli i poboljšanju kvalitete, izradi po narudžbi i drugim prodajnim obrascima, i usluge nakon prodaje.


6. Računalstvo u oblaku


Uz računalstvo u oblaku, podaci senzora IoT-a pohranjuju se i analiziraju pomoću algoritama AI/strojnog učenja na poslužiteljima izvan mjesta. Primjer onoga što oblak može učiniti za pametnu proizvodnju je Volkswagen Industrial Cloud, koji objedinjuje sve podatke iz sva 122 objekta Volkswagen Grupe i obrađuje ih u stvarnom vremenu kako bi napravio poboljšanja. Dugoročno, Volkswagenov cilj je povezati više od 30.000 lokacija od 1.500 dobavljača diljem svijeta s industrijskim oblakom i moguće stvoriti tržište za softver za pametnu proizvodnju.


7. CNC obrada


Strojevi s naprednim računalnim numeričkim upravljanjem (CNC) izvode precizno višeosno glodanje, struganje, rezanje, bušenje i druge operacije iz dizajna i modela softvera za računalno potpomognutu proizvodnju (CAM). Često u pametnoj proizvodnji, CNC strojevi imaju bežične senzore kao dio IoT-a.


cnc-obrada
CNC obrada - pametna izrada obratka

8. Dizajn za proizvodnju


Dizajn za proizvodnju (DFM) ili dizajn za proizvodnju i montažu (DfMA) je metodologija dizajna koja omogućuje i optimizira prefabrikaciju kroz niz dizajnerskih izbora i principa. Proizvodi i komponente dizajnirani su posebno za proizvodnju i kako bi proizvodni procesi bili lakši i isplativiji. Uključuje projektiranje i proizvodnju sa specijaliziranim računalnim projektiranjem (CAD) i CAM softverom.


Projektiranje-u-CAD-i-CAM-softverskim-rješenjima
Projektiranje u CAD i CAM softverskim rješenjima

9. IoT/Edge Computing


Uređaji za pametnu proizvodnju, strojevi, roboti i tako dalje obično su dio IoT-a, što znači da uključuju senzore povezane s bežičnom mrežom koji prenose podatke za analizu. Uz nagli pad cijene senzora, jeftini procesori također su sve više dio IoT uređaja, što znači lokalno obavljanje računalnih zadataka prije prijenosa u oblak. To je poznato kao rubno računanje. Pojam IIoT (Industrijski internet stvari) odnosi se na IoT strojeve na proizvodnoj liniji, koji obično mogu izvršiti predviđanje odlučivanja na temelju ulaznih podataka koji smanjuju troškove i otpad.


10. Simulacija/Digitalni blizanac (Digital Twin)


Pametna proizvodnja koristi softver za simulaciju za stvaranje "digitalnih blizanaca" fizičkih dijelova i proizvoda, koji se mogu testirati, validirati i optimizirati digitalno prije proizvodnje. Simulacija postaje vrjednija što se digitalni blizanac bliži preciznom fizičkom prikazu.


digital-twin-digitalni-blizanac
Primjer digitalnog blizanca

Kakav je utjecaj pametne proizvodnje?


Pametna proizvodnja može pomoći tvrtki da postane mnogo učinkovitija sa svojim resursima, poboljšati sigurnost radnika i olakšati obuku radnika. To također može učiniti poslovanje agilnijim. Pogledajte broj tvrtki tijekom COVID-19 koje su se okrenule proizvodnji drugih stvari. To su mogli učiniti samo zato što su imali agilnost da vrlo brzo uvedu novi proizvod u svoje proizvodno okruženje i preokrenu, preobuku i izvedu na vrlo brz način.


O tome možete pročitati na ovome blog postu: "Kako skratiti razvoj proizvoda uz pomoć digitalne transformacije?" gdje je tvrtka Edera Safety stvorila svestranu masku u samo tri mjeseca umjesto u dvije godine koliko im je inače trebalo da naprave masku od koncepta do gotovog proizvoda.


Tvrtke za pametnu proizvodnju mogu biti agilne sa svojim proizvodima i sudjelovati u trendu "masovne prilagodbe" koji proizvođačima omogućuje isporuku proizvoda male količine i velike varijabilnosti. To može dovesti do novih poslovnih modela koji se temelje na pretplatama ili proizvodima "veličine lota jedan" odnosno robe naručene za isporuku na određeni datum ili proizvedene u jednom proizvodnom ciklusu. Onda, umjesto da Vas opskrbni lanac stisne, na kraju pokrećete neke od inovacija u lancu opskrbe, što je dobro.


sporuku proizvoda male količine i velike varijabilnosti
Isporuka proizvoda male količine i velike varijabilnosti

Pametna proizvodnja ima potencijal poboljšati rezultate za pojedinačna poduzeća i proizvodnu industriju u cjelini. Još jedan novi poslovni model koji je omogućila pametna proizvodnja, proizvodnja kao usluga (MaaS - Manufacturing as a Service), mogao bi pomoći da opskrbni lanac bude otporniji na poremećaje poput onih u 2020. MaaS, ili kako ga dobavljač Xometry naziva, proizvodnja na zahtjev, odgovara proizvodnim potrebama s dobavljačima koji imaju dodatne kapacitete da to ispune.


Studija Accelerating Smart Manufacturing usredotočuje se na još jedan razvoj s implikacijama za cijelu industriju: prednosti "mrežnog učinka" ekosustava pametne proizvodnje, u kojem mnoge tvrtke i subjekti smisleno rade zajedno koristeći napredne, povezane tehnologije kako bi ispunili zajedničke ciljeve.


Ekosustavi pametne proizvodnje su obostrano korisni u svim okolnostima jer dijele pristup kolektivnoj mudrosti i inovacijama. Studija je pokazala da su proizvođači s liste Fortune 500 s više od 15 strateških saveza udvostručili rast prihoda u odnosu na prethodnu godinu u 2019. u usporedbi s onima s manje saveza. Tvrtke unutar ekosustava pametne proizvodnje također su doživjele brži tempo uvođenja proizvoda i usluga, proširene inovacijske kapacitete, bržu zrelost svoje digitalne tehnologije i veću učinkovitost koja je smanjila operativne troškove.



Utjecaj pametne proizvodnje na održivost


Neke tehnologije pametne proizvodnje inherentno promiču učinkovito korištenje resursa. Simulacijski softver, na primjer, može drastično smanjiti količinu fizičkog otpada premještanjem mnogih fizičkih testova (kao što su testovi sudara vozila) u simulirana okruženja. Simulacija također može predvidjeti trajnost i životni vijek različitih materijala te testirati alternativne materijale za krajnje proizvode s najmanjim utjecajem na planet.


Primjer simulacije automobila i njegovih različitih dodataka
Primjer simulacije i vizualizacije automobila i njegovih konfiguracija

Dizajn za proizvodnju također može uvesti prednosti održivosti u proizvod. Na primjer, softver za generativni dizajn koristi umjetnu inteligenciju za generiranje obilja dizajnerskih opcija koje mogu smanjiti težinu proizvoda i količinu potrebnog materijala uz zadržavanje snage i cijene.



Prijelaz na pametnu proizvodnju


MESA-in bijeli dokument iz 2016. „Pametna proizvodnja — objašnjenje krajolika“ poziva na industrijske standarde za podatke i komunikaciju kako bi se promicala interoperabilnost između strojeva za pametnu proizvodnju i softvera. Mnogi drugi u industriji slažu se da je to bitno za ¸što glađi prijelaz u industriju 4.0.


Postoji mnoštvo standarda, mnoštvo tvrtki koje slijede različite vlasničke formate, a softveru nedostaje ta povezanost sa svim tim različitim standardima. Samo za CNC strojeve, svaki dobavljač ima vlastitu metodu upravljanja i povezivanja što se definitivno mora promijeniti. Mora postojati sustav za povezivanje sa svakom vrstom stroja.


Cybersigurnost i zaštita podataka također su glavni prioriteti; 58% proizvođača iz studije Accelerating Smart Manufacturing izrazilo je zabrinutost zbog krađe podataka i intelektualnog vlasništva zbog sudjelovanja u ekosustavu pametne proizvodnje.


Unatoč tim problemima — za koje mnogi vjeruju da će se s vremenom riješiti kako pametna proizvodnja dosegne kritičnu masu, čak i usred ekonomski neizvjesnog vremena — 62% anketiranih tvrtki Accelerating Smart Manufacturing nastavlja ili pojačava svoje tehnološke inicijative.


Iz nevolje često dolazi domišljatost i napredak. Postoji mnogo sjajnih vizionara koji se stvarno pokušavaju uhvatiti u koštac s nekim od ovih tehnologija koje omogućuju da naprave stvari koje nikada nisu bili u mogućnosti, poput prijelaza od ideje i dizajna do ostvarenja proizvoda brže nego ikad.


Prijelaz iz ideje do koncepta pa to prototipa kugle napravljene u Autodesk softverskom rješenju
Prijelaz iz ideje do koncepta pa to prototipa

Zaključak


Nemojte se bojati svih ovih navedenih pojmova i stvari koje spadaju u Industriju 4.0 i pametnu proizvodnju. Zapamtite, ovo stvaranje pametne tvornice nije sprint nego je maraton, a tu smo da Vam pomognemo u tome. Ako Vas zanima više informacija o pametnoj proizvodnji i kako se ona može primijeniti na Vašu tvrtku, napravite prvi korak i javite nam se na mail: info@c-a-d.hr kako bismo mogli dogovoriti sastanak. Čekamo Vas!


Ako Vam se sviđa ovaj post, podijelite ga drugima!