Prof. Mařík - Industry 4.0 v ČR

Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

Industrie 4.0: výzvy a hrozby

Vladimír MAŘÍK

http://cyber.felk.cvut.cz/www.ciirc.cvut.cz

Katedra kybernetiky FEL – EU Center of ExcellenceČeský institut informatiky, robotiky a kybernetiky (CIIRC)

České vysoké učení technické v Praze


Industrie 4.0 – iniciativa vlády SRN

– Vize poprvé prezentována na Hannover Fair 2011: Komputerizace průmyslové výroby

– Celý dokument představen na Hannover Fair 2013: Dais and Kageman – ved. prac. skupiny Vládní dotace: 750 mil. EUR na 3 roky „Evoluce od používání jednotlivých robotů a počítačů ke

složitým kyberneticko-fyzikálním systémům“

vize zaměřena na distribuované systémy, počítá s metodami autooptimalizace, autokonfigurace, autodiagnostiky, strojového vnímání a inteligentní podpory dělníka

nový způsob chápání složitých systémů, nové myšlení směrem od centralizovaného k distribuovanému

Představuje německou reakci na aktivity Smart Manufacturing Leadership Coalition (SMLC) v USA – neziskové konsorciu zaměřené hlavně na standardy


Industry 4.0 – iniciativa vlády SRN

Technologické pokroky 1. průmyslová revoluce: pára

2. průmyslová revoluce: elektřina 3. průmyslová revoluce: počítače a roboti

4. průmyslová revoluce: Kyberneticko-fyzikální systémy (CPS)


Klíčové vize Industrie 4.0

Hlavní myšlenka:Úplným počítačovým propojením

a)výrobních strojů,

b)zpracovávaných produktů a polotovarů a

c)všech dalších systémů a subsystémů průmyslového podniku (včetně systémů podnikového plánování, systémů obchodních, CRM atd.)

vytvořit inteligentní distribuovanou síť různorodých entit (bez centrálního elementu) podél celého řetězce vytvářejícího hodnotu (tedy síť napříč výrobními, ekonomickými, obchodními, logistickými a dalšími úseky)

- Každá entita reprezentována softwarovým modulem

- Tyto moduly pracují relativně autonomně, navzájem dle potřeby komunikují (a vývojově směřují k uvědomění si sama sebe i k samostatné predikci).

Industry 4.0 navazuje na vize FoF (Factory-of-the-Future), které vznikly evolucí vizí CIM (Computer Integrated Manufacturing)


Klíčové vize Industrie 4.0

6 základních principů

a)Interoperabilita: schopnost CPS, lidí a všech komponent inteligentního výrobního podniku spolu komunikovat prostřednictvím IoT (internetu věcí) a IoS (internetu služeb)b)Virtualizace: schopnost propojování fyzických systémů s virtuálními modely a simulačními nástroji c)Decentralizace: rozhodování a řízení probíhá paralelně a autonomně v jednotlivých subsystémech d)Schopnost pracovat v reálném čase: dodržení požadavku reálného času je klíčovou podmínkou pro libovolnou komunikaci, rozhodování a řízení v systémech reálného světae)Orientace na služby: preference výpočetní filosofie nabízení a využívání standarních služeb, to vede na architektury typu SOA (Service Oriented Architectures)f)Modularita a rekonfugurabilita: systémy Industrie 4.0 by měly být maximálně modulární a schopny autonomní rekonfigurace na základě automatického rozpoznání, event. predikce situace


Industrie 4.0 umožněna prorůstáním a konvergencí technologií

Technologické předpoklady: 1. ICT obecně využitelnou technologií (GPT) s těmito znaky:

- exponenciálnost rozvoje (Mooreův zákon růstu výpočetní výkonnosti, objemu uložených dat a komunikační rychlosti, poklesu rozměrů a energetické spotřeby)

- digitalizace informací (nejsou rivalitní a reprodukují se zdarma) - inovace založeny na kombinatoričnosti řešení (WWW, Facebook)

2. Internet propojuje vše, včetně fyzikálních systémů (senzorů, výrobních strojů, robotů, výrobků, atd.)

3. Rozvoj metod kybernetiky a umělé inteligence


Industry 4.0

Internet věcí: Na internet např. napojeno:

každé výrobní zařízení každý výrobek (i nedokončený) každý transportní zařízení každé oddělení podnikuJedná se o fyzické napojení/HW závislé určené k přímé

komunikaci, dohadování a kooperaci mezi fyzickými systémy

Internet služeb každé zařízení/výrobek/polprodukt reprezentován SW

entitou ta si může vyvolat libovolnou službu (HW nezávislou)

Přístup k ontologiím, www, k datům v cloudech či jiných úložištích

může běžet na stejném fyzickém procesoru, ale i na úplně jiném


Základní architektura

Internet služeb (Internet of Services)

Internet služeb (Internet of Services)

Internet věcí (Internet of Things)Internet věcí (Internet of Things)

SémantikaSémantika

Smart FactorySmart Factory

Apl. platformaApl. platforma

Chytrý materiálChytrý

materiál

Apl. platforma

Apl. platforma

Chytré výrobkyChytré

výrobky

Apl. platforma

Apl. platforma


Průmyslové asistivní systémy založené na CPS

Člověk zapojen jako kooperující komponenta, jako jedno ze zařízení, které může inicializovat a usměrňovat procesy

Má k dispozici množinu aplikací (Application Store)

Využívá se i rozšířená realita („augumented reality“)

Lehké, flexibilní roboty spolupracují s člověkem


Technické překážky a problémy Industrie 4.0

Chybí centrální řídící element, subsystémy se konfigurují a optimalizují na základě vzajemného dohadování emergentní (nepředvítalené) chování

Nákladná analýza celého systému a potřeb jeho řízení

Nákladné investice do technologií

Velké množství komunikace – servery a sítě nestíhají – možný

kolaps

Překotně vznikají nové SW architektury – obtížná standardizace

Potřeba učení se v sítích a analýza dat z cloudů – pro potřeby modelování složitého systému – jedině tak lze zvládat dynamicky se měnící složité systémy


Industrie 4.0: Výzvy

1. Výzva ekonomická

2. Výzva technologická

3. Výzva organizační (včetně VaVaI)

4. Výzva v oblasti lidských zdrojů


1. Výzva ekonomická

V ČR: nejvyšší podíl průmyslové výroby na HPH v Evropě (25%) – ten chceme nejen udržet, ale i zvýšit (v Evropě v průměru 15%, cíl EU: dosáhnout 20% v roce 2020)

Přímý export do SRN činí 29%, připočteme-li vazby na německé firmy uvnitř ČR, jsme nejméně polovinou průmyslové výroby závislí na SRN

Chceme-li tuto ekonomickou pozici udržet či posílit, musíme být kompatibilní s řešeními Industrie 4.0 - konkurence bude veliká

Industrie 4.0 musí být v centru pozornosti všech, kdo zodpovídají za ekonomickou prosperitu ČR

Pokud je Industrie 4.0 v SRN vládou vytýčenou a sledovanou Národní prioritou

obdobná pozornost by jí měla být věnována i v ČR


2. Výzva technologická

Industrie 4.0 požaduje opravdu integrovat veškeré výrobní, obchodní a ekonomické procesy na principu distribuovaných znalostních systémů s vysokou mírou autonomie a bez viditelného centrálního elementu – nejedná se o počítačové zpracování tabulek a výkazů, ale o skutečnou technologickou revoluci, o kvalitativní skok

Nejde o zaklínací formuli, nejde o „jako“ technologii – ta musí být

reálná

Nutno zajistit plnou interoperabilitu se systémy vně ČR

Bude vyžadovat velké investice s trvalou průběžnou inovací

Inovace ve výrobních procesech budou permanentní

VaVaI již nebudou moci být otázkou jednoho podniku!!


3. Výzva organizační

Dnešní rozdrobený způsob financování aplikovaného výzkumu (relativně malé a krátkodobé projekty) neodpovídá potřebám Industrie 4.0

Je třeba budovat Národní centra kompetence, vytvářet nadkritickou koncentrovanou kapacitu, a to na bázi toho, co je k dispozici (např. centra VaVpI, Centra kompetence TA ČR, různá centra excelence, atd.)

Nezbytné napojit tato centra na Fraunhoferovu společnost – šance i k exportu výzkumu a vývoje

Čeká nás proces sdružování, integrace, propojování týmů – nutno dát důvěru (a prostředky) organizacím a jejich vůdčím osobnostem, pokud se osvědčily

Je třeba nastavit nová objektivnější kritéria hodnocení aplikovaného výzkumu (místo počtu článků nutno měřit potenciál pracoviště z pohledu konkurenceschopnosti ČR)


3. Výzva organizační

Nutno vytěžit maximum z Evropských prostředků (Horizon 2020, ESF..)

OP PIK a OP VVV by měly sehrát zásadní roli – je však potřeba dobře je provázat s již existujícími infrastrukturami a týmy, s národními cíli a prostředky z národních zdrojů

Hledáme-li S3 specializaci a KET technologie - Industrie 4.0 musí být v popředí našeho zájmu


4. Výzva v oblasti lidských zdrojů

Dnes si stěžujeme na nedostatek inženýrů

Budeme jich potřebovat ještě více, ale zejména s úplně jiným profilem (schopné interdisciplinárního myšlení a se systémovým pohledem na složité distribuované systémy)

Musí se změnit obsah a styl výuky, nelze dokonečna minimalizovat výuku matematiky a fyziky

Volání po větším množství inženýrů a po jejich kvalitě nestačí, je třeba:

(i) větších investic z průmyslu do univerzit

(ii) zásadní změnu způsobu hodnocení a řízení univerzit


4 hrozby

Nepovýšíme orientaci průmyslu na technologie a způsob myšlení Industrie 4.0 jako národní prioritu – naše kroky budou pokulhávat za evropskými trendy

Nebudeme mít odvahu či prostředky k nezbytným technologickým změnám a k trvalým výrobním inovacím – pak stojíme v konkurenčním boji opodál

Nepřizpůsobíme výzkumnou infrastrukturu a financování výzkumu a vývoje potřebám Industrie 4.0 – pak sice budeme možná mít kvalitní výzkum, ale mimoběžný s potřebami ekonomiky země

Nebudeme mít k dispozici dostatek inženýrů odpovídajícího odborného profilu – technologie jsou k revoluci zralé, ale průmyslovou revoluci nejde dělat bez revolucionářů


4 hrozby

Každá z těchto hrozeb může zásadním způsobem ohrozit konkurenceschopnost české ekonomiky

Věřím, že to nakonec zvládneme, ale je třeba začít

odstraňovat hrozby IHNED, nejlépe ještě DNES

Děkuji za pozornost!!!

Technology

Prof. Mařík - Industry 4.0 v ČR