Pojęcie „przemysłu 4.0” opracowane w ramach strategii technologii wysokich niemieckiego rządu zostało użyte po raz pierwszy w 2011 roku na targach w Hanowerze.
Od tej chwili w znacznym stopniu wpływa na fachowe dyskusje na temat cyfryzacji inżynierii mechanicznej i przemysłu. Zdobyło nawet popularność na arenie międzynarodowej. Często używane jest jako słowo kluczowe, którego właściwe znaczenie straciło na wyrazistości. Zasadniczo przemysł 4.0 oznacza cyfryzację procesów produkcyjnych w odniesieniu do tworzenia sieci połączonych ze sobą maszyn i obsługującego ich człowieka. Celem jest stworzenie fabryki przyszłości, tzw. „Smart Factory”, która samodzielnie kieruje organizacją swoich procesów. Mimo tego, że człowiek przyjmuje w przemyśle 4.0 przede wszystkim funkcję kontrolującą, celem tej koncepcji nie jest zastąpienie go maszyną, co podkreśla również VDMA, czyli niemieckie Stowarzyszenie Maszyn i Instalacji Przemysłowych (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau): „Cała uwaga przemysłu 4.0 skupia się na człowieku mimo co raz powszechniejszej automatyzacji. Bez wykwalifikowanych pracowników nie uda się na długo zachować wiodącej pozycji zakładów produkujących maszyny i instalacje przemysłowe na międzynarodowych rynkach.” Poniżej prezentujemy kilka ciekawych przykładów przemysłu 4.0. Choć stanowią jedynie mały ułamek wielkiej całości, w poglądowy sposób wskazują duży potencjał poszczególnych rodzajów technologii.
Instrukcje montażu sporządzone w sposób zautomatyzowany i zautomatyzowana komunikacja między człowiekiem a maszyną
W laboratorium badawczym AIXLAB przy laboratorium obrabiarek na uniwersytecie technicznym RWTH w Akwizgranie próbują znaleźć odpowiedź na pytanie, w jaki sposób sztuczna inteligencja może wspierać pracownika na przemysłowych liniach produkcyjnych w jego codziennej pracy. Pierwszy projekt realizowany przez laboratorium dotyczył optymalizacji na stanowiskach ręcznego montażu. W ramach projektu wykonano cztery ergonomiczne stanowiska pracy item, które podłączono do różnych cyfrowych technologii. Jednym z zastosowanych rozwiązań jest np. system ułatwiający montaż, który opracowali członkowie projektu badawczego AuQuA. Sztuczna inteligencja tworzy w zautomatyzowany sposób instrukcje montażu, z których pracownicy mogą korzystać podczas swojej pracy lub szkoleń na temat nowych procesów roboczych. Instrukcje nie są wyświetlane na urządzeniach końcowych, lecz na blacie roboczym i na obrabianym przedmiocie. W sposób zautomatyzowany przebiega również proces optymalizacji instrukcji montażowych i kontroli jakości na stanowiskach montażowych. W ramach innych projektów laboratorium AIXLAB zajmuje się m.in. dostosowaniem technologii, np. wirtualną i rozszerzoną rzeczywistością, do wymogów stawianych przez produkcję manualną. Tego rodzaju działania należy rozpatrywać w kontekście koncepcji „Internet of production” – modyfikacji Internetu rzeczy, która skupia się przede wszystkim na specyfice techniki produkcyjnej.
Aplikacja aucobo została szybko dostosowana do szczególnych warunków pracy podczas pandemii koronawirusa: Własna aplikacja covidowa automatycznie wysyła ostrzeżenia, gdy nie przestrzega się dopuszczalnego minimalnego odstępu wynoszącego 1,5 m.”
Skuteczne udostępnianie informacji jest również przedmiotem innego przykładowego start-upu założonego w ramach przemysłu 4.0, czyli aucobo: To oprogramowanie analizuje dane maszynowe, a następnie przydziela pracownikom konieczne zadania według parametrów, np. kwalifikacji i dyspozycyjności. Ostatecznie to jednak pracownicy decydują, kto wykonuje jakie zadanie. Wystarczy zeskanować kod QR, by zmienić w systemie zadania przydzielone poszczególnym pracownikom. Właściwa komunikacja między człowiekiem a maszyną odbywa się za pośrednictwem urządzeń końcowych, np. zegarków smartwatch, smartfonów i tabletów. Decyzja o używaniu konkretnego urządzenia zawsze zależy od danego obszaru działalności. Pracownicy działów logistycznych bardziej cenią sobą większe urządzenia i szybsze skanery. Dlatego w tym przypadku zaleca się łączenie oprogramowania aucobo i specjalnych zegarków smartwatch z bardzo dużymi wyświetlaczami i skanerami laserowymi. Aplikacja aucobo została szybko dostosowana do szczególnych warunków pracy podczas pandemii koronawirusa: Własna aplikacja covidowa automatycznie wysyła ostrzeżenia, gdy nie przestrzega się dopuszczalnego minimalnego odstępu wynoszącego 1,5 m. W razie zakażenia koronawirusem w dzienniku kontaktów widoczne są osoby, z którymi osoba zakażona miała kontakt – przy czym przestrzegane są oczywiście wytyczne dotyczące ochrony danych osobowych i prywatności.
Współpraca człowieka z robotem na montażu
System montażowy z robotem współpracującym na etacie w item: nie trzeba mieć specjalistycznej wiedzy, by go obsługiwać, można natomiast wykorzystać istniejącą infrastrukturę. Dowiedz się więcej o zaletach tego projektu, jego realizacji, a także reakcjach pracowników.
Cyfrowe bliźnięta i koboty jako przykłady przemysłu 4.0
„Cyfrowym bliźniakiem” nazywana jest trójwymiarowa rekonstrukcja rzeczywistego przedmiotu bądź przedmiotu znajdującego się w fazie projektowej. Dzięki okularom wirtualnej i rozszerzonej rzeczywistości możliwa jest immersyjna prezentacja takiej symulacji. W Instytucie im. Augusta Wilhelma Scheera (AWS) ds. cyfrowych produktów i procesów (niem. August-Wilhelm Scheer Institut (AWS) für digitale Produkte und Prozesse) prowadzone są badania dotyczące obu wariantów cyfrowych bliźniaków. W ten sposób można dzięki dostępowi do danych pracującej maszyny wykonać symulację poszczególnych części, a następnie wejść z nią w interakcję. W wirtualnej przestrzeni można następnie przybliżyć sobie dany element, a parametry oglądać na tablicy wyników „dashboard”. Dzięki temu czynności serwisowe lub działania diagnostyczne w celu identyfikacji usterek można przeprowadzać bez konieczności udania się na dane stanowisko pracy. Istnieje także możliwość zaprezentowania cyfrowego bliźniaka prototypu w symulacyjnej sali konferencyjnej. W tego rodzaju wirtualnych biurach zespoły pracowników mogą spotkać się niezależnie od własnej lokalizacji, by przyspieszyć prace nad prototypami. Efektem takiej współpracy jest wyraźny wzrost wydajności. Takie środowisko 3D można wykonać zgodnie z indywidualnymi preferencjami i wyposażyć np. w tablice magnetyczne, pliki wideo i prezentacje slajdowe. Ponieważ żaden z obu wariantów cyfrowego bliźniaka nie wiąże się z koniecznością odbywania podróży służbowych, ten przykład przemysłu 4.0 pokazuje, w jak korzystny sposób cyfryzacja wpływa na zrównoważony rozwój.
By odciążyć własnych pracowników na stanowiskach montażu ręcznego, item opracowało modułowy system do współpracy człowieka z robotem. Dzięki temu rozwiązaniu wyroby, które dotychczas montowane były manualnie, teraz składane są metodą półautomatyczną.
Kierunek przyszłość obiera także współpraca człowieka z robotem: Ta koncepcja realizowana jest w oparciu o roboty o lekkiej konstrukcji, tzw. roboty współpracujące, nazywane w skrócie również „kobotami”. Budową przypominają ludzkie ramię, nie potrzebują wiele miejsca i wyróżniają się dużą wszechstronnością. Koboty wykonują przede wszystkim czynności powtarzalne, dzięki czemu odciążają pracowników i zmniejszają liczbę popełnianych błędów. Ze względu na swoją kompaktową budowę i specjalne czujniki, które potrafią rozpoznawać ludzi i przeszkody, koboty mogą obrabiać komponenty wspólnie ze swoimi ludzkimi kolegami i nie potrzebują do tego żadnych ochronnych barierek. By odciążyć własnych pracowników na stanowiskach montażu ręcznego, item opracowało modułowy system do współpracy człowieka z robotem. Dzięki temu rozwiązaniu wyroby, które dotychczas montowane były manualnie, teraz składane są metodą półautomatyczną. Ramię robota przemysłowego zamontowane jest na wyspie funkcyjnej na kółkach produkcji naszego partnera handlowego, firmy Universal Robots. Wyspę można podłączyć za pomocą stacji dokującej do każdego stanowiska pracy item. W razie nieużywania robota wyspę można w zaledwie kilka sekund odłączyć i schować.
