Что относится к технологиям индустрии 4 0
Что такое индустрия 4.0 и что нужно о ней знать
Что такое Индустрия 4.0?
Четвертая промышленная революция (Индустрия 4.0) предполагает новый подход к производству, основанный на массовом внедрении информационных технологий в промышленность, масштабной автоматизации бизнес-процессов и распространении искусственного интеллекта.
Преимущества Четвертой промышленной революции очевидны: повышение производительности, большая безопасность работников за счет сокращения рабочих мест в опасных условиях труда, повышение конкурентоспособности, принципиально новые продукты и многое другое.
«Мир находится на распутье. Социальные и политические системы, которые спасли миллионы людей от нищеты и полвека направляли нашу государственную и глобальную политику, теперь работают против нас». С этого тревожного утверждения начинается книга «Технологии Четвертой промышленной революции», написанная основателем и бессменным президентом Всемирного экономического форума в Давосе Клаусом Швабом. В 2016 году он ввел в массовое употребление термин «Индустрия 4.0» (он появился в 2011 году в Германии и обозначал технологии «умных» заводов), который стал синонимом Четвертой промышленной революции.
Подобно всем предыдущим промышленным революциям, Четвертая меняет не только производство, но и всю нашу жизнь — экономику, отношения между людьми, даже в какой-то степени само понимание того, что это значит — быть человеком. Искусственный интеллект и роботизация, интернет вещей (IoT) и 3D-печать, виртуальная и дополненная реальность, био- и нейротехнологии — эти новейшие методы на глазах становятся частью нашего повседневного существования.
Роботы против людей
Четвертая промышленная революция может привести к беспрецедентному расширению пропасти между богатыми и бедными. Количество инвестиций в проекты, которые занимаются искусственным интеллектом, растет, поскольку их технологии способны на порядок снизить компаниям издержки. Но побочным эффектом станет стремительное сокращение рабочих мест.
Впрочем, в обозримом будущем искусственный интеллект не станет равен человеку. Наоборот, лучше всего ИИ-системы работают тогда, когда их направляет человек, ставит для них цели, подсказывает оптимальные методы решений.
Что еще нас ждет с развитием индустрии 4.0? Бедные станут еще беднее, а богатые богаче. Многие ИТ-компании уже превратились в монополистов в своих сферах. Например, в 2017 году Google контролировал почти 90% глобального рынка контекстной рекламы, а Facebook — почти 80% социальных сетей.
Интернет вещей
Технологии создают новые ценности, но могут повлечь за собой и новые опасности. Например, интернет вещей, вероятно, повысит уровень безопасности в городах, снизит нагрузку на транспортную инфраструктуру, улучшит здравоохранение, обеспечит муниципальным хозяйствам экономию электроэнергии. В то же время распространение IoT, скорее всего, увеличит нестабильность во многих сферах экономики: большинство новых технологий вызывает временный ажиотаж и бездумные инвестиции (как блокчейн и криптовалюты). Кроме того, возникнут новые проблемы в области кибербезопасности: хакеры будут стремиться извлечь выгоду из распространения интернета вещей. Кибератак будет больше, чем когда бы то ни было.
Виртуальная и дополненная реальность (VR/AR)
Сегодня самые распространенные форматы, адаптированные для виртуальной и дополненной реальностей, — это видеоигры и различные обучающие программы. Но с развитием технологий VR и AR перестают быть лишь игровым инструментом. Виртуальную и дополненную реальности все больше внедряют в профессиональные сферы. Компании и ведомства чувствуют потребность в продвинутых методиках корпоративного обучения: VR, например, применяют при обучении солдат, пилотов и продавцов, инженеров и энергетиков. Видеоигры, развлечения, здравоохранение, недвижимость, образование и вооруженные силы — в ближайшее время VR и AR будут активно задействовать именно здесь. С помощью гарнитуры виртуальной реальности даже можно встретиться с умершим родственником. Правда, это ставит новые вопросы перед индустрией — где грань допустимого?
Big Data
С каждым днем данных становится все больше. Государственное управление, промышленность, медицина, ритейл, соцсети, банки и интернет вещей — в этих и других областях ежедневно появляется огромное количество информации. Но обычное программное обеспечение не способно проанализировать такой объем данных. Поэтому обработкой терабайтов и зеттабайтов информации занимается машинное обучение. Новые возможности анализа подобных массивов влияют на многие сферы жизни, включая бизнес, здравоохранение, коммуникацию и развлечения.
В то же время большие данные требуют прочной и хорошо отлаженной системы защиты. Информация, а особенно ее большой объем, которую анализируют компании, имеет высокую цену. Ее утечка может привести к катастрофическим последствиям как для бизнеса, так и для конкретного человека.
Искусственный интеллект
Проанализировать большой массив данных человек не может, это делают технологии — например, отслеживают нарушителя ПДД по камерам, распознают преступника в толпе, диагностируют заболевания и даже предсказывают вспышку вируса. Технологии, способные решать нерутинные задачи на высоком уровне, сегодня принято называть искусственным интеллектом. Хотя в действительности алгоритмы, лежащие в основе каждой такой технологии, уникальны по-своему — это может быть и машинное обучение, и глубокое обучение и, собственно, искусственный интеллект.
Сегодня искусственный интеллект лежит в основе рекомендательных сервисов онлайн-магазинов, голосовых помощников, фильтрует контент, пишет тексты и даже музыку, распознает речь и лица людей. Для связи с клиентами компании все чаще используют чат-боты. ИИ позволяет бизнесу зарабатывать огромные деньги, потому что анализирует потребительское поведение и помогает совершенствовать алгоритмы. Они в свою очередь начинают все лучше предсказывать потребности людей, в результате чего персонализируют покупательский опыт и увеличивают продажи.
Кибербезопасность и privacy
Наша все более «оцифрованная» жизнь помогает мошенникам получать доступ к личной информации. По данным EY, Средний потребитель в России вынужден проходить идентификацию и предоставлять данные в пятнадцать и более различных организаций. В Москве это количество равно двадцати четырем. Чем больше компаний, собирающих данные о пользователях, тем выше вероятность их утечки.
Благодаря развитию технологий каждую минуту десятки компаний — в основном частных и никем не регулируемых — регистрируют перемещения миллионов людей, хранят эту информацию в огромных базах данных, а затем продают рекламодателям или государству. Сегодня общество живет в самой совершенной системе наблюдения, которую само же себе и создало. Технологический прогресс и желание заработать деньги привели к тому, что третьи лица за считанные минуты могут узнать все о жизни каждого из нас.
С развитием высоких технологий границы дозволенного стираются: Big Tech и государства следят за людьми онлайн. Будущее вызывает сомнения и страх: могу ли я и дальше надеяться на неприкосновенность своей личной жизни? Что сделать, чтобы чувствовать себя в безопасности и быть уверенным в том, что мои тайны не будут раскрыты? И о каких неочевидных методах слежения мне знать?
Этические вопросы
Технологии изменят и само понятие «человек». Методы биологического конструирования в будущем могут принести людям абсолютное здоровье и даже бессмертие. Клонирование приведет к появлению людей, у которых по определению не будет родителей и семьи. Генная инженерия может превратить человеческий род в набор разнообразных существ с возможностями, которые мы сейчас ассоциируем с супергероями из фантастических фильмов. Точно в такой же этический лабиринт приводит нас и использование нейротехнологий. Понимание связи между состоянием мозга и поведением может подорвать основы юриспруденции — например, появится достоверное доказательство, что у человека нет свободы выбора.
Но этические вопросы возникают не только в контексте человеческого будущего, но и будущего роботов. Что, если они станут такими же умными, как и мы? Можно ли по-прежнему будет считать их инструментом и эксплуатировать, не спрашивая разрешения? Вдруг ИИ сможет постоять за себя? Придется ли тогда ООН включить в Конвенцию о рабстве защиту прав машин?
Не надо пугаться новых методов, на глазах меняющих экономику и повседневность. «Мы не сможем в полной мере использовать открывающиеся возможности, если сдадимся перед сложностью технологий и будем считать их внешними, детерминированными силами, неподвластными нашему контролю», — утверждает Клаус Шваб.
7 ключевых технологий Индустрии 4.0: от машинного обучения до 3D-печати
Экономика находится в процессе быстрых изменений — во всем мире постоянно внедряются новые способы промышленного производства. Это происходит благодаря активной цифровизации — аналитики называют этот переход Индустрией 4.0, или Четвертой промышленной революцией. «Хайтек» вместе с MTS Startup HUB, открывшим набор стартапов в собственный акселератор, рассказывает о том, какие технологии Индустрии 4.0 уже сегодня становятся реальностью.
Читайте «Хайтек» в
Термином «Индустрия 4.0» уже традиционно называют один из основных этапов Четвертой промышленной революции — полную автоматизацию производств. Предыдущие три смены промышленных парадигм — это механическое производство, массовое производство, а затем цифровая революция. Можно сказать, что Индустрия 4.0 — это просто объединение трех предыдущих эпох в производстве, но вместе с тем новая концепция открывает большие возможности и делает промышленность более эффективной, чем когда-либо прежде.
Профессор Клаус Шваб в книге «Четвертая промышленная революция» описывает Индустрию 4.0 как «новые технологии, объединяющие физический, цифровой и биологический миры, влияющие на все дисциплины, экономики и отрасли. Эти технологии имеют большой потенциал для того, чтобы подключить миллиарды людей к сети и кардинально повысить эффективность бизнеса и организаций».
Индустрия 4.0 в первую очередь связана с промышленностью. Если во время третьей промышленной революции цифровизация и развитие электроники были главными двигателями промышленного прогресса, то на новом этапе речь идет о внедрении глобальных промышленных сетей, использовании 3D-принтеров, синтезе еды и переходе от металлургии к производству композитных материалов.
Основное отличие Четвертой промышленной революции от предыдущих состоит в способности компьютеров обмениваться данными друг с другом и принимать решение без участия человека. Это делает реальным существование умных фабрик, на которых работают всего несколько человек, а все основные задачи выполняют роботы.
В России развитием Индустрии 4.0 активно занимается МТС. Компания создала акселератор, работающий в том числе со стартапами в сфере машинного зрения, систем производственной аналитики, искусственного интеллекта и безопасности в промышленности. Сейчас именно эти направления находятся в авангарде четвертой промышленной революции. Стартапы, получившие резидентство в акселераторе, запускают совместный с МТС пилотный проект, а их разработки в дальнейшем внедряют в продукты компании.
Промышленные платформы IoT
IoT, или интернет вещей обеспечивает в промышленности (IIoT) взаимосвязь и совместную работу данных, машин и людей в процессе производства. По сути, эта технология одновременно использует сенсоры, роботов и данные для их взаимодействия друг с другом во время изготовления продукции.
Лидеры этого направления — Microsoft, GE, PTC и Siemens. Microsoft разрабатывает решения для IoT-платформ, тесно связанных с инфраструктурой (IaaS + PaaS) — то есть действующих на основе IaaS-сервера облачного провайдера.
Технологию уже использует BJC HealthCare — поставщик медицинских услуг, управляющий 15 больницами в Миссури и Иллинойсе. Компания использует IoT-платформу для экономии в цепочке поставок.
Интернет вещей соединяет систему из тысяч RFID-меток, использующих радиоволны для считывания и захвата информации об объекте. Метки закреплены на предметах медицинского назначения, которые раньше сортировались вручную. Поэтому медикаменты заказывались заранее и хранились на складах компании в объеме, который превышал ее текущие нужды.
Большие данные и аналитика
Объединение IIoT и больших данных — «рецепт», который Bosch использует для преобразования цифровых технологий на своем заводе Bosch Automotive Diesel System в китайском Уси.
Компания подключает свое оборудование для контроля всего производственного процесса к единому распределительному центру завода. Для этого на все станки фабрики устанавливаются датчики, использующиеся для сбора данных о состоянии машин и времени их работы.
Затем данные обрабатываются в режиме реального времени, а сотрудники получают уведомления о будущей поломке или сбое в работе при выполнении производственных операций. Такая система позволяет не только прогнозировать проблемы в функционировании оборудования, но и планировать работы по техническому обслуживанию задолго до возникновения сбоев.
Это, в свою очередь, позволяет фабрике поддерживать бесперебойную работу оборудования в течение более длительного времени. В компании заявляют, что сбор и анализ данных в реальном времени позволил увеличить объемы производства более чем на 10%, улучшить систему доставки и повысить удовлетворенность клиентов.
Облачные вычисления
С появлением IoT и Индустрии 4.0 компании стали генерировать данные с ошеломляющей скоростью — это сделало невозможным их обработку вручную и создало потребность в инфраструктуре, способной хранить и управлять этими данными более эффективно — в облачных вычислительных технологиях.
Одним из первых среди автопроизводителей эту технологию внедрил Volkswagen — вместе с Microsoft компания разработала облачную сеть Volkswagen Automotive Cloud.
Технология позволит связать автомобиль с умным домом, персональным голосовым помощником, службой прогнозирования поломок и сбоев в работе автомобиля, а также обеспечить передачу потокового мультимедиа-контента и обновления операционной системы бортового компьютера.
Поскольку компании по всему миру активно разрабатывают и тестируют автономные транспортные средства, автопроизводителям необходимо придумать эффективный способ по управлению потоком больших объемов данных. Создание облачной платформы хранения и связи становится эффективным способом преодоления этой проблемы.
Аддитивное производство
Наряду с робототехникой и интеллектуальными системами аддитивное производство, или 3D-печать является ключевой технологией, стимулирующей развитие Индустрии 4.0.
Одна из лучших по мнению Всемирного экономического форума интеллектуальных фабрик в мире, Fast Radius, использует собственную технологическую платформу для 3D-печати.
Система собирает данные об изготовлении детали с виртуального склада Fast Radius (облачного хранилища для 3D-моделей), а затем находит лучший способ для ее производства и оборудование, на котором ее можно создать.
Дополненная реальность
Несмотря на широкое распространение в потребительских приложениях, обрабатывающая промышленность только начинает изучать преимущества технологии дополненной реальности (AR).
Дополненная реальность устраняет разрыв между цифровым и физическим мирами, накладывая виртуальные изображения или данные на физический объект. Развитием этого направления, среди прочих, занимается General Electric — компания запустила пилотный проект по использованию промышленных AR-гарнитур на своем заводе по производству реактивных двигателей в Цинциннати.
До внедрения технологии сотрудникам предприятия часто приходилось прерывать работу, чтобы проверить по инструкции, что все этапы выполнены верно. AR позволяет постоянно держать инструкцию в поле зрения или просматривать обучающие видео прямо на рабочем месте. С помощью очков дополненной реальности механики также могут в реальном времени связаться с экспертами для получения срочной помощи.
Во время пилотного проекта производительность работников предприятия выросла на 11%, утверждают в компании.
Цифровое клонирование
Цифровой клон — это модель реального продукта (например, автомобиля, процессора или чипа), которую можно наложить на продукцию прямо во время производства. Это позволяет компаниям лучше анализировать и оптимизировать свои производственные процессы.
Например, чтобы ускорить процесс разработки гоночных автомобилей, компания Penske Truck Leasing заключила партнерство с Siemens на использование технологий создания цифрового клона детали.
Модель позволила инженерам провести виртуальные испытания новых деталей и оптимизировать характеристики болида еще до его изготовления. Цифровой двухместный гоночный автомобиль был создан на основе датчиков, установленных на реальном автомобиле.
Собрав данные о давлении в шинах, работе двигателя, скорости ветра и других характеристиках, система создала компьютерную модель виртуального автомобиля. Эта модель позволила инженерам тестировать различные проектные конфигурации, быстро и эффективно внося изменения в дизайн будущего транспортного средства.
Машинное обучение
Машинное обучение — технология глубокого анализа данных с помощью нейросетей, позволяющая улучшить возможности алгоритмов для управления станками на производстве или выполнения другие задачи.
Японская компания Fanuc использует эту технологию, чтобы промышленные роботы самостоятельно обучались выполнять новые задачи. Устройства раз за разом выполняют одну и ту же задачу, пока не достигнут высокой точности.
Партнерство с NVidia позволяет компании учить несколько роботов одновременно — тому, чему один робот может научиться за восемь часов, восемь машин могут научиться за час. Такая система уменьшает время простоя оборудования и позволяет работать с более разнообразными продуктами на одном предприятии.
Безусловно, начавшаяся четвертая промышленная революция до неузнаваемости изменит образ жизни человека. По своей сути, создание автономных производств и внедрение киберфизических систем коснется всех сфер жизни общества. А базовым отличием этой революции станет синтез всех имеющихся технологий, которые в результате образуют новую инфраструктуру, отдельную от человека.
ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Индустрия 4.0 — Четвёртая промышленная революция
Именно поэтому компания Adidas возвращает свои фабрики из Азии назад в Германию, так как роботы будут создавать кроссовки гораздо быстрее и дешевле, при этом кроссовки не надо транспортировать из Азии в Германию, а также уплачивать таможенные пошлины, затраты на логистику и т.д.
Кроме того, Индустрия 4.0 позволяет сделать рынок персонализированным, т.е. в приоритете становится разработка и производство продуктов индивидуально под каждого человека. Сегодня фабрики пока еще создают одинаковую продукцию в больших количествах, чтобы создать туже продукцию, но другого цвета, размера или исполнения им необходимо переналадить оборудование. Индустрия 4.0 позволяет создать массовое производство индивидуальных заказов, при этом цена продукции будет меньше.
Так для фабрики, производящей жидкое мыло, разработано оборудование, которое считывает с микрочипа, вшитого в бутылочке, с каким ароматом было заказано мыло и разливает мыло в соответствии с заказом, при этом бутылочки движутся по конвейеру одна за другой, но разливается разное мыло. А компания Nike предоставляет возможность раскрасить свои кроссовки в мобильном приложении или на своем сайте и сделать заказ кроссовок именно Вашей расцветки, индивидуально для Вас.
Третья промышленная революция или «Цифровая революция» проходила в конце XX века (с 1970 г.) и связана с развитием электроники, цифровизации, компьютеризации, информационных систем, а также изобретением робота.
Четвертая промышленная революция берет начало в 2011 году, как Германская частно-государственная программа industrie 4.0, в рамках которой германские компании при поддержке федерального правительства в виде грантов создают цифровые, умные производства, устройства и изделия которых взаимодействуют друг с другом, и обеспечивают персонализированный выпуск продукции.
Принципы Индустрии 4.0
В Германии были сформулированы некоторые принципы Индустрии 4.0:
1. Совместимость – все устройства и машины должны уметь общаться друг с другом на одном языке посредством интернета вещей, т.е. они должны быть совместимы.
2. Прозрачность – создание цифровой копии продукта, сбор данных с микрочипов и датчиков посредством которых устройства общаются.
3. Техническая поддержка – программное обеспечение производит сбор, анализ, систематизацию, визуализацию данных, полученных с датчиков, и помогает человеку принимать решение или принимает их в автоматическом режиме, тем самым высвобождая человеческие ресурсы.
4. Децентрализация управленческих решений, автоматизация различных решений системами, максимально полное человекозамещение.
Что важно?
Одним из важных составляющих Индустрии 4.0 является не продукт, а данные. Цифровизация производства связана с данными, большими массивами данных, которые нужно считывать, собирать, анализировать, систематизировать, обрабатывать, хранить, передавать, представлять в нужном виде и многое другое. Для этого необходимы соответствующие информационные системы, программные обеспечения, средства беспроводной передачи данных, облачные сервисы для обмена и хранения данных.
Практически все предметы и устройства будут включать в себя микрочипы и датчики, посредством которых и будут общаться друг с другом. К 2025 году планируется подключить 75,4 млрд предметов к интернету.
Необходим язык для общения между устройствами разных брендов.
Элементы Индустрии 4.0
Объединение всех этих составляющих Индустрии 4.0 сделает предприятие максимально автоматизированным и конкурентоспособным, а следовательно, номером 1 на мировым рынке.
Примеры Индустрии 4.0
Проекты рождаются один за другим, поле деятельности обширное, но наиболее известные из них, и которые уже заявили о себе можно привести в качестве примера Индустрии 4.0.
1. Очки дополненной реальности. Рабочий, надев данные очки, видит все необходимые инструкции по его работе. Так на авиационных заводах очки помогают распознать провода в самолетах и сделать правильные их соединения электрикам.
2. Модуль моделирования и визуализации. При проектировании обработки детали в CAM-системе программист может произвести симуляцию обработки детали на виртуальном станке и убедиться в отсутствии столкновений органов станка и зарезов детали.
3. Программное обеспечение, позволяющее соединить станки в одну сеть. Вся информация со станков стекается в данное ПО, которое систематизирует данные, а также сигнализирует о различных событиях (простое, перегреве, вибрации, износе узлов, времени работы и т.д.).
4. Самовосстанавливающееся оборудование. При достижении некоторого износа деталей станка, станок сообщит об этом механику и сам закажет запасную часть на заводе изготовителе или в службе снабжения предприятия, также предупредит о скором ремонте. Реализовывается с помощью специальных датчиков на станке. Поломка станка больше не будет сюрпризом, что исключит простои оборудования.
5. Автоматический заказ компонентов. На сборку изделия гарантированно поступят все необходимые комплектующие и в нужном количестве, т.к. при получении заказа на изготовление изделия система сама проверит их наличие на складе и сделает заказ всего необходимого заранее.
6. Станок общается с заготовкой и другими объектами. Станок считывает с микрочипа на заготовке необходимые данные, как ее нужно обработать, какими инструментами и производит эту обработку.
7. Цифровая копия продукта. Электронный клон наделен всеми характеристиками физического продукта, что позволяет более точно осуществлять анализ конструкции.
9. Удаленная настройка оборудования для производства умной продукции.
10. Мониторинг всех производственных, технологических и других процессов. Например, мониторинг доставки продукта от производителя до конечного пользователя.
11. Внутрицеховое перемещение деталей без участия человека.
12. И многие другие.
С другой стороны
Имеется и негативная сторона медали Индустрии 4.0. Массовая роботизация и автоматизация приведет к освобождению рабочих мест, большое количество людей может остаться без работы, потребуется переобучение специалистов на другие профессии, но также появится и множество новых профессий.
Ценность низко- и среднеквалифицированного труда будет резко снижена, что может привести к снижению доходов и материальных благ среднего класса. Переход на высококвалифицированный труд довольно сложен и будет доступен не всем. Средний класс составляет широкую прослойку населения страны и снижение доходов среднего класса может привести к расшатыванию политической системы в стране.
Также имеется предпосылка, что вызванная в результате Индустрии 4.0, низкая покупательская способность населения, приведет к низкому спросу на продукцию, и рентабельность многих предприятий, производящих не жизненно важных продуктов, окажется под вопросом.
Будет наблюдаться резкая разница между странами, успешно внедривших Индустрию 4.0, и отстающими в этом плане странами. Мировое богатство будет сосредоточено у стран победителей, так как они будут на порядок конкурентоспособнее. Многие предприятия, которые не смогут трансформироваться закроются, независимо от их известности и долгого успеха до Индустрии 4.0.
В связи с тем, что четвертая промышленная революция связана с данными, интернетом, цифровыми технологиями, то появляется и угроза информационной безопасности, угроза хакерских атак, вывод из строя оборудования, хищение секретной информации военных производств, а также информации, обладающей коммерческой тайной предприятия. Поэтому требуется реализация средств информационной безопасности и антивирусных обеспечений.
Также опасностью является то, что автоматизация заменит умственную и физическую деятельность людей, производственные работники будут лишь наблюдать за роботами и тем самым у людей может атрофироваться память и другие функции мозга. Необходимо вовлекать людей в решение различных задач для всеобщего развития.
Резюме
Как будет реализовываться четвертая промышленная революция на деле не известно, об этом говорит и сам Клаус Шваб — возможно Индустрия 4.0 будет реализовываться сразу по нескольким сценариям, известным нам по прошлым промышленным революциям.
Индустрия 4.0 позволит выйти на новый уровень человеческого развития и качества жизни. Она изменит отношение людей и самих людей.