Technologie Przemysłu 4.0

Technologie Przemysłu 4.0 a logistyka

Ewolucja logistyki i łańcuchów dostaw jest nierozerwalnie połączona ze zmianami zachodzącymi w przemyśle. Zmiany te przybierają formę rewolucyjną (skokową), po której przychodzi faza adaptacyjna. Rewolucje przemysłowe są potocznym określeniem procesu zmian technicznych, ekonomicznych i społecznych, swoistym kamieniem milowym, który umożliwia przejście z danego poziomu rozwoju na wyższy. Do końca XVIII wieku trudno było mówić o przemyśle, ponieważ wytwarzanie sprowadzało się do małych warsztatów rzemieślniczych. Ciągłe dążenie do zamiany fizycznej pracy ludzi i zwierząt w pracę maszyn lub urządzeń (mechanizacja) doprowadziło do wynalezienia maszyny parowej, która poprzez wykorzystanie paliw kopalnych oraz prostych zasad fizyki mogła przenosić produkowaną energię na proste maszyny. Synonimami pierwszej rewolucji przemysłowej stały się zatem mechanizacja, silnik parowy (mechaniczne wytwarzanie energii) oraz proste maszyny, np. krosno. Warto wspomnieć także, że w tym czasie – dzięki zamianie węgla drzewnego na koks – mocnemu przeobrażeniu uległo hutnictwo. Nowe wynalazki przez ponad sto lat podlegały doskonaleniu i wdrażaniu, przekształcając dotychczasowe zakłady rzemieślnicze w małe zakłady produkcyjne.

Odkrycie żarówki (Edison), skonstruowanie silników spalinowych (Diesel) oraz konieczność zarządzania procesami wytwarzania (Taylor-zarządzanie, Fayol-administrowanie, Ford-linia produkcyjna) stworzyły podwaliny drugiej rewolucji przemysłowej. Poprzez wąską specjalizację pracy oraz połączenie procesów wytwarzania i transportu powstała linia produkcyjna, dzięki której – przy tych samych lub podobnych zasobach – możliwe było wytwarzanie znacznie większych wolumenów wyrobów. Całość wspomagana elektryfikacją przyczyniła się do uprzemysławiania obszarów, w których występowały skupiska ludzi, stając się początkiem produkcji masowej.

Kolejna rewolucja przemysłowa – trzecia bazowała na automatyzacji procesów, która była możliwa poprzez wykorzystanie mikrokomputerów, mikroprocesorów czy sterowników, czyli elektroniki. Zautomatyzowane linie produkcyjne (minimalizujące udział człowieka w procesach produkcyjnych), wyposażone w mikroelektronikę i wspomagane komputerowo (technologie informatyczne – IT), realizowały zlecenia produkcyjne na coraz większą skalę, dostarczając na rynek coraz więcej różnorodnych produktów. Sterowane numerycznie (później komputerowo) maszyny uelastyczniały procesy wytwórcze, które mogły z powodzeniem reagować na zmieniający się popyt.

Rozwój Internetu oraz technologii informatycznych przyczynił się do kolejnej, czwartej rewolucji przemysłowej. Systemy informatyczne przeobraziły się w systemy informatyczno-komunikacyjne (ICT), a świat rzeczywisty zaczął być przenoszony do świata cyfrowego, tworząc systemy cyber-fizyczne (Cyber-Pfysical Systems), które poprzez wykorzystanie cyfrowych narzędzi mogą funkcjonować autonomicznie. I właśnie technologie przemysłu 4.0 stają się kluczowym elementem czwartej rewolucji przemysłowej, roboczo nazwanej Industry 4.0 (Przemysł 4.0 – I4.0), za której początek przyjmuje się ogłoszenie strategii rozwoju przedsiębiorstw wysokich technologii przez rząd Republiki Federalnej Niemiec w roku 2011.

Technologie przemysłu 4.0

Istnieje szereg technologii, które można przyjąć za domenę Przemysłu 4.0. Do ważniejszych z nich zaliczyć można (alfabetycznie):

• 5G (komunikacja 5G, będąca kolejną generacją bezprzewodowej sieci komórkowej transmisji danych, zapewniająca stabilność połączenia, prędkość zbliżoną do połączeń kablowych oraz równoczesną obsługę urządzeń na masową skalę),
• Additive Manufacturing (wytwarzanie przyrostowe, wykorzystujące druk 3D do tworzenia trójwymiarowych przedmiotów fizycznych z różnorodnych materiałów, od polimerów po spieki węglowe),
• Artificial Intelligence (sztuczna inteligencja wraz z uzupełniającymi ją algorytmami różnych odmian sieci neuronowych, głębokiego nauczania (Deep Learning) oraz uczenia maszynowego (Machine Learning), wykorzystywana do rozpoznawania dźwięków, w tym mowy, obrazów, pisma oraz generowania rozwiązań),
• Augmented Reality (rozszerzona rzeczywistość, uzupełniająca obraz rzeczywisty o obraz cyfrowy, wykorzystując do tego celu urządzenia elektroniczne),
• Autonomy of Machines (autonomia maszyn – w tym robotów – pozwalająca podejmować maszynom i urządzeniom autonomiczne decyzje podczas ich działania),
• Big Data & Big Data Analytics (duże zbiory danych oraz ich analityka, pozwalająca przetwarzać dane na masową skalę i wspomagać np. procesy decyzyjne),
• Blockchain (technologia blokowego nadpisywania danych dostępnych w rozproszonych bazach, tworzących łańcuchy i pozostawiających cyfrowe ślady każdego zapisu),
• Cloud Computing (chmura obliczeniowa, pozwalająca na dostęp do danych praktycznie z każdego miejsca, z którego można połączyć się z Internetem poprzez usługi IT, służąca do przechowywania danych, wykorzystywania dostarczanych aplikacji oraz udostępniania konkretnych mocy obliczeniowych),
• Cobotics Systems (systemy cobotyczne – robotyka współpracująca, tworząca roboty zdolne do współpracy z ludźmi, bez konieczności wykorzystania fizycznych zabezpieczeń),
• Cybersecurity (cyberbezpieczeństwo, którego celem jest ochrona cyfrowego świata oraz danych w nim zawartych przed niepożądaną ingerencją),
• Digital Assistents (asystenci cyfrowi, wspomagający ludzi i inne elementy świata natury w ich codziennych działaniach poprzez wykorzystanie zasobów wiedzy zgromadzonych w Internecie),
• Digital Twins (bliźniaki cyfrowe, stanowiące odwzorowanie świata rzeczywistego w świat cyfrowy i pozwalające na realizację wielu fizycznych procesów w świecie wirtualnym),
• Fast Identification Systems (systemy szybkiej identyfikacji, bazujące na technologiach fal radiowych (Radio Frequency Identification RFID), technologiach zbliżeniowych (Near Field Identification), czy też kodach pozwalających zagregować duże zbiory danych  (Quick Response Code – kody QR)),
• Global Positioning Systems (systemy globalnego pozycjonowania, umożliwiające lokalizację praktycznie wszystkiego, co wyposażone jest w nadajnik GPS),
• Internet of Things (Internet rzeczy, którego nadrzędną cechą jest komunikowanie się rzeczy pomiędzy sobą, np. poprzez wykorzystanie komunikacji M2M – Machine to Machine, aby na tej podstawie rzeczy mogły podejmować konkretne działania bez udziału człowieka; w wersji przemysłowej mówi się o przemysłowym Internecie rzeczy – Industrial Internet of Things),
• Mobile technologies (technologie mobilne, pozwalające na korzystanie z usług cyfrowych oraz samej cyfryzacji na urządzeniach przenośnych),
• Nannotechnologies & Nanomaterials (technologie i materiały będące miliardowymi częściami danej jednostki, kształtującymi struktury na poziomie atomów i cząsteczek),
• Sensors and Actuators Network (czujniki, siłowniki połączone w sieci pozwalające na monitorowanie i działanie praktycznie wszystkiego, co włączone jest do zaprojektowanej sieci),
• Unmanned Aerial Vehicles (bezzałogowe statki powietrzne, np. drony, zdolne do wykonywania znacznie szerszego spektrum działań aniżeli statki powietrzne wyposażone w załogę),
• Virtual Reality (wirtualna rzeczywistość, którą kształtuje się poprzez wykorzystanie dodatkowych urządzeń pozwalających oddziaływać na zmysły poprzez cyfrowe obrazy, dźwięki itp.),
• Vision Systems (systemy wizyjne, pozwalające przekształcać rzeczywisty obraz w jego cyfrową kopię).

Jak widać z zaprezentowanego przeglądu technologii Przemysłu 4.0 możliwości ich wykorzystania są ograniczone jedynie inteligencją ludzi lub maszyn i mogą znaleźć swoje zastosowanie praktycznie w każdej aktywności człowieka.

Przemysł 4.0 a logistyka

Wpływ Przemysłu 4.0 na logistykę i łańcuchy dostaw może przyjąć dwie podstawowe formy: adaptacyjną bądź rewolucyjną. Pierwsza z nich – forma adaptacyjna – pozwala wykorzystywać ww. technologie w fazach i procesach logistycznych, przy zastosowaniu dotychczasowych modeli ekonomicznych i biznesowych. W ten sposób technologie w swoim tempie będą włączane do logistyki, zastępując w tych procesach ludzi.

Forma rewolucyjna wiąże się ze spojrzeniem na logistykę w kontekście możliwości, które dają omówione technologie, co do zmiany dotychczasowego postrzegania faz i procesów logistycznych. Fizyczny przepływ materiałów „forward” od sfery zaopatrzenia, poprzez produkcję, na dystrybucji kończąc może być poważnie ograniczony poprzez cyfrowe technologie, np. wytwarzania przyrostowego – druku 3D, działania bezzałogowych statków powietrznych czy też zwiększoną aktywność logistyki odwrotnej, której nadrzędnym celem będzie odbiór i wykorzystanie produktów wyłączanych z użytkowania lub produktów kończących swój cykl życia. W ten sposób logistyka może przeobrazić się w Logistykę 4.0, zrywającą z klasyczną produkcją masową postulowaną przez Forda i Taylora, na rzecz nowej, wysoce spersonalizowanej produkcji w punktach druku 3D, wspomaganych komponentami wtórnymi.

Podsumowanie

Czwarta rewolucja przemysłowa stanowi ważny kamień milowy w rozwoju przemysłu, stwarzając nowe możliwości spojrzenia na procesy produkcji i usług. Będzie ona mieć także niebagatelny wpływ na logistykę i łańcuchy dostaw, które wykorzystując pojedyncze technologie I4.0 nieubłaganie będą zmierzać ku radykalnym zmianom w biznesie.

Bibliografia

1. Bai, C., Dallasega, P., Orzes, G., & Sarkis, J. (2020). Industry 4.0 technologies assessment: A sustainability perspective. International Journal of Production Economics, 229, 1–15. https://doi.org/10.1016/j.ijpe.2020.107776
2. Kagermann, H., Wahlster, W., Helbig, J., Hellinger, A., Stumpf, M. A. V., Treugut, L., Blasco, J., Galloway, H., & Findeklee, U. (2013). Securing the future of German manufacturing industry Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0 Final report of the Industrie 4.0 Working Group.
3. Mekuye, B., & Abera, B. (2023). Nanomaterials: An overview of synthesis, classification, characterization, and applications. Nano Select, 4(8), 486–501. https://doi.org/10.1002/nano.202300038
4. Rojko, A. (2017). Industry 4.0 concept: Background and overview. International Journal of Interactive Mobile Technologies, 11(5), 77–90. https://doi.org/10.3991/ijim.v11i5.7072

 

Autor: dr inż. Maciej Bielecki, Katedra Logistyki i Innowacji, Wydział Ekonomiczno-Socjologiczny Uniwersytetu Łódzkiego

Redakcja: dr inż. Barbara Galińska, Instytut Zarządzania, Wydział Organizacji i Zarządzania Politechniki Łódzkiej