Четвертое поколение

В прошлом номере, в репортаже о Техническом Семинаре FEFCO мы затронули тему Гофро 4.0. Желая более полно раскрыть ее для наших читателей, мы решили опубликовать доклад Франка Милетски, технического директора и главного исполнительного директора компании PTS. В докладе рассказывается о промышленных революциях, а также о целях и инструментах как промышленности, так и гофропромышленности 4.0. Приятного чтения.

Что такое Промышленность 4.0? Как она отразится на гофропромышленности и как посредством внедрения технологий Промышленности 4.0 перейти к Гофро 4.0?

Говоря о четвертой промышленной революции, сначала стоит определить, что из себя представляет революция, а что – эволюция. 

Первые три промышленных скачка, без сомнения, были революционными, и они ознаменовали собой переход человечества на новые ступени развития.

• Первый этап – прибл. 1784 г., изобретение и внедрение парового двигателя. Люди начали производить товары при помощи механизированных машин, работающих на воде и паре.
• Второй этап – прибл. 1840 г., разделение труда и экономия за счет роста производства. Массовое производство благодаря изобретению конвейера и автоматизации, использование электричества.
• Третий этап – прибл. 1969 г. В автоматизированном производстве начинают использовать роботов и системы, относящиеся к ИТ.
• Четвертый этап – наши дни. Цифровизация. Покупательские рынки, изменчивость, ресурсоэффективность, интернет вещей, индивидуализация серийного производства, полная интеграция заказчиков и партнеров.

Так, например, в середине XVIII в. в Англии были тысячи ткацких предприятий, но при всем этом производилось всего лишь около 1 тыс. т хлопчатобумажной ткани в год. Спустя сто лет производство хлопчатобумажной ткани достигло отметки 200 тыс. т в год. Это стало возможным благодаря замене старых ручных ткацких станков на механизированное оборудование, работающее при помощи паровых двигателей. Изменения были действительно революционными и вызвали социальные потрясения. Ведь множество мелких ткацких мастерских остались без дохода. С другой стороны, открылась масса новых возможностей. Соответственно, в результате этой революции мы получили развитие городов, развитие траффика и коммуникаций. Все это было частью первой и второй промышленных революций.

Время четвертой революции

Сегодня идет четвертая промышленная революция. Чего же мы от нее ожидаем? Того, что бизнес сможет укрепить взаимодействие, что интеллектуальное оборудование будет все больше и больше проникать на производства. Логистика также станет интеллектуальной, и на предприятиях будут использоваться киберфизические  системы¹. Частично мы уже можем ощутить влияние этой революции, оно становится более-менее видимым. Постепенно меняются механизмы заказа продукции, меняется сама модель ведения бизнеса.

Промышленность 4.0 все равно остается индустрией, и надо признать, что и в Европе, и в США состояние промышленности нельзя назвать на 100% стабильным. По сути, мы имеем дело с ситуацией, когда промышленность способна обеспечить лишь 50%-ную долю добавленной ценности. Промышленность 4.0 не только поставит нас перед новыми вызовами, но и предоставит нам новые возможности реструктуризировать нашу промышленную базу на протяжении следующих лет, что позволит сделать шаг вперед и достичь успеха в своем развитии.

Это значит, что процесс уже идет. На сегодняшний день мы уже используем интернет-услуги. Мы имеем возможность не просто общаться, а полноценно поддерживать коммуникации, отсылая и принимая письма, делясь фотографиями и пр. посредством смартфонов, и становится ясно, что революционные технологии уже изобретены. Так, в прошлом номере мы упоминали о приложении для смартфона от FEFCO, созданном специально для технического семинара. Во-первых, все зарегистрированные участники могли получить доступ к списку как докладчиков, так и просто гостей. Посредством приложения можно было написать письмо любому, кто вас заинтересовал, а также задавать вопросы в онлайн режиме всем выступающим. Во-вторых, участники и гости мероприятия оставляли свои отклики и пожелания, которые организаторы обещали учесть при подготовке и проведении следующих форумов. А в-третьих, по окончании семинара в приложении можно было найти все интересующие вас материалы. Таким образом можно отметить, что сегодняшнее общение происходит очень быстро: вам пишут запрос, и вы в кратчайшие сроки на него реагируете. Информация распространяется неимоверными темпами, а благодаря облачным сервисам ею можно делиться практически мгновенно.

В будущем еще больше вещей и сервисов станут интеллектуальными. Например, смарт-шоппинг подразумевает, что интернет-ритейлеры будут наполнять товаром позиции, основываясь на анализе наших покупок, предугадывая наши предпочтения. И не за горами время, когда они будут присылать нам товары еще до заказа, потому как смогут понимать, чего же мы хотим. Тут же можно вспомнить и интеллектуальный автомобиль компании Google, который способен обходиться без водителя. Поэтому мы имеем все основания утверждать, что технологии будущего существуют уже сегодня, и нам, производителям, необходимо приложить максимальные усилия, увеличить интенсивность работы НИОКР, чтобы имплементировать такие технологии в собственные производства.

Инновационные системы

Кроме того, важнейшим вопросом является потребление энергии. Наблюдается переход от обычных, застарелых источников энергии к возобновляемым. 

Ядром и технологической основой Промышленности 4.0 являются киберфизические системы, в которых программные компоненты связаны с механическими и электронными частями через инфраструктуру данных и интернет вещей, в которых физические объекты – такие как устройства, датчики и системы – могут без вмешательства человека посылать и принимать данные через интернет.

Системы способны обмениваться данными и информацией, автоматически производить перенастройки и оперативно реагировать на реальные изменения в работе оборудования.

Основной идеей разработки киберфизических систем является связь вычислительных и физических процессов, то есть включение физических объектов непосредственно в саму проектируемую систему, они перестают быть чем-то внешним и становятся ее частью. Этим определяется специфика проектирования и функционирования киберфизических систем. Ставя перед ними задачу самообучения и адаптации, человек неизбежно признает ограниченность своего контроля – надежность таких систем в принципе не может быть стопроцентной. Сами методы проектирования также требуют изменений. Если традиционные методы программирования практически не учитывают фактор времени, то киберфизические процессы потребуют динамического самопрограммирования в режиме реального времени. Если разделить производство на три уровня, то мы получим следующее: 

• Уровень обслуживающих систем. Здесь, исходя из информации двух прежних уровней, при помощи алгоритмов создаются бизнес-модели. 
• Уровень реальных объектов. Здесь встроенные системы и датчики мониторят работу оборудования и передают информацию на уровень виртуальных систем.
• Уровень виртуальных систем. Здесь происходит прием и обработка информации, полученной с оборудования. Формируются документы. Осуществляется поиск оптимальных, уже существующих решений и управленческих команд для полученных результатов.

Что грядет?

Что же в обозримом будущем изменится при переходе от Промышленности 3.0 к Промышленности 4.0?

Во-первых, изменится сама система управления, ведь существующая на сегодня – «контроль сверху донизу» – совершенно негибкая. Система управления будет заменена или, скорее, доработана до внешнего самоуправления со специальным соединением в режиме реального времени.

Принятие детерменированных решений² будет заменено принятием контекстных решений, основанных на моделировании в реальном времени.

Плановые системы работы и очередный порядок выполнения станут более самоорганизуемыми и в значительной мере автономными.

Заготовки продукции, которые на данный момент являются объектами работы, в будущем должны стать субъектами, подавая сигналы и информацию в общую систему и непосредственно влияя на процесс производства.

Стандартизированные интерфейсы займут место отраслевых стандартов. Рост будет обеспечиваться не за счет увеличения масштабов, а за счет расширенных модульных конструкций. Посменная работа, часто влекущая негибкое и нерациональное использование трудовых ресурсов, останется в прошлом. Ему на смену придет использование гибких систем управления трудовыми ресурсами.

Стратегическим подходом в этом плане будет горизонтальная интеграция. Это значит, что в новых бизнес-моделях и просто моделях сотрудничества значительно увеличится фокусировка на клиенте, что позволит создавать дополнительную ценность для продукции; логистика будет самоорганизовываемой и адаптивной, вероятно, более интерактивной; инжиниринговые работы и новые разработки будут вестись с максимальным вовлечением клиентов в процесс. Характерными чертами горизонтальной интеграции будут динамическое ценообразование, ответственность производителя, права интеллектуальной собственности, безопасность информации, новые стандарты.

Операционный подход подразумевает вертикальную интеграцию. Среди прочего это модульные и гибкие производственные процессы, конфигурации на основе коммуникационных технологий, самоорганизовываемая логистика, превосходная работа. На самом деле все реальные инновации, характерные для Промышленности 4.0, уже есть на сегодняшний день. Это облачные технологии, сеть, оборудование с доступом в интернет, принципы моделирования. По-настоящему новыми будут несколько вещей. Это всеобщее согласование стандартов интерфейсов, коммуникации, основанные на стандартизированной терминологии. Основные принципы «раскрытия информации в отношении себя» и «возможности проведения разведки ресурсов» как основы отраслевого взаимодействия. Нам необходимо быть готовыми к тому, что нас будут изучать наши клиенты, наши партнеры и наши поставщики, и мы будем делиться информацией, чтобы создать ценностную цепочку. Предоставление новых услуг и сервисов, обеспечивающих дополнительную ценность благодаря обработке больших данных, как своих, так и внешних. Это, например, уже происходит со смарт-шоппингом, где обрабатываются огромные пласты информации о покупателях и их предпочтениях, что позволяет улучшать результаты продаж.

Это откроет новое поле деятельности для разнообразных предприятий и служб, обеспечивающих существенную ценность для всех участников процесса производства.

Вызовы 4.0

Среди вызовов, которые повлечет за собой Промышленность 4.0, стоит отметить:

• Изменение парадигмы в области автоматизации. Классическая иерархия автоматизации будет децентрализована. Автономные работающие системы и услуги будут иметь самоуправление и будут способны взаимодействовать между собой.
• Безопасность по умолчанию. Отрасли необходимы интегрированные решения для защиты огромных пластов информации. В решении этого вопроса должны помочь интегрированные концепции безопасности и архитектура, а также стандарты. Производители должны быть уверены в безопасности перед атаками из сети. Также необходимо защитить надежность работы в целом, в открытых системах взаимодействия.
• Стандартизация процессов. Этого можно достичь благодаря эталонной архитектуре³, а также изменению стандартов и шаблонов для отладки механизмов взаимодействия.

При внедрении Промышленности 4.0 значительно возрастет комплексность, а значит и  сложность работы. Вместо простых привычных процессов появится множество составляющих успешной работы. Работникам предстоит думать и действовать в системах и междисциплинарных контекстах, процессах и цепочках создания добавочной стоимости.

Изменятся требования к принятию решений. Возрастут требования к принятию решений непосредственно рабочими на производстве. Поэтому уровень их вовлеченности и ответственности, уровень их знаний должен стать на порядок высшим.

Изменятся квалификационные характеристики. На первый план выйдут междисциплинарная инженерия, управление потоками операций и рабочими процессами, а также непрерывное повышение квалификации: формальное, неформальное, информативное.

Это огромная работа, поэтому, говоря о том, что технологии для перехода от Промышленности 3.0 к Промышленности 4.0 уже существуют, нельзя ни в коем случае забывать, что для этого перехода потребуются огромные инвестиции и непрерывная работа НИОКР.

По прогнозам Европа увеличит промышленную добавочную стоимость с 15% сейчас (в среднем) до более чем 20% к 2030 г. В исследовании компании Roland Berger говорится, что общеевропейские инвестиции в переходе от 3.0 к 4.0 в следующие 15 лет составят €1350 млрд.

Ценность 4.0

Что же в конечном счете означает Промышленность 4.0 для компаний? Как уже отмечалось, в переходе от 3.0 к 4.0 есть процессы как эволюционные, так и революционные. Эволюционные процессы коснутся оборудования в плане борьбы за производительность и новых возможностей лучшего управления. Создания дополнительной гибкости путем добавления новых процессов. Ресурсоэффективности – путем сокращения количества обрезков и отходов. К революционным процессам относятся изменения инвестиционных стратегий. Изменятся приоритеты, значительно увеличатся инвестиции в ИТ и НИОКР. Массовое участие предприятий в инновационных программах ЕС.

Для гофроиндустрии это будет означать полную компьютеризацию процессов управления. Активно будут использоваться средства модулирования процессов производства. Управление контролем качества будет вертикально и горизонтально интегрированным. Будут использоваться новые технологические схемы и инновационные решения для создания интеллектуальной продукции. Механическая переработка гофрокартона будет заменена более передовыми технологиями. Более гибкими станут конфигурации производственных линий и управление сменой профилей. Полагающееся место займут цифровая печать и функционализация.

В связи со всем вышеизложенным производители могут предпринять некоторые шаги уже сейчас.Для укрепления существующих позиций можно добиться превосходной производительности благодаря моделированию процессов производства. Оптимизировать вовлеченность во всю цепочку добавленной стоимости. Воспринимать гибкость производства как вызов, который необходимо преодолеть. Необходимо улучшить взаимосвязь, инвестируя в ИТ-решения, включая эксплуатацию больших данных. Также не забывать о новых технологиях, базирующихся на материаловедении, моделировании, добавочном производстве. Ну и, конечно, иметь в виду квалификацию кадров, которая будет нуждаться в постоянном повышении.

Итог

Стоит признать, что для постсоветского пространства глобальный переход от Промышленности 3.0 к Промышленности 4.0 – более отдаленная перспектива, чем для европейских производителей. Однако чем раньше производители разберутся с тем, в какую сторону движется отрасль, тем больше времени будет у них на подготовку к новому шагу.

1    Англ. cyber-physical system – информационно-технологическая концепция, подразумевающая интеграцию вычислительных ресурсов в физические процессы. В такой системе, сенсоры, оборудование и ИТ-системы соединены вдоль всей цепочки создания стоимости, выходящей за рамки одного предприятия или бизнеса. Эти системы взаимодействуют друг с другом с помощью стандартных интернет-протоколов для прогнозирования, самонастройки и адаптации к изменениям.

2    Детерминированность в решении какой-либо практической задачи или в алгоритме означает, что способ решения задачи определен однозначно в виде последовательности шагов. На любом шаге не допускаются никакие двусмысленности или неопределенности независимо от единичных вещей.

3    Обобщенная архитектура нескольких конечных систем, которые относятся к одной или нескольким общепредметным областям. Определяет общую инфраструктуру этих конечных систем и интерфейсы компонентов, которые будут в них включаться. Эталонная архитектура облегчает создание архитектуры программного обеспечения конкретной системы, разработку и расширение новых архитектур программного обеспечения для классов систем. Эталонная архитектура играет, таким образом, двойственную роль по отношению к конкретным целевым архитектурам программных систем. С одной стороны, она выделяет и обощает их общие функции и конфигурации. С другой стороны, она обеспечивает основу для создания конкретных целевых систем, которые используют эту общую основу более надежно и более эффективно в стоимостном отношении.