Обзор тенденций и технологий Индустрии 4.0 в в 2023 году. Последняя эволюция в промышленности, получившая название «Индустрия 4.0», заключается в совершенствовании автоматизированного производства за счет машинного обучения и интеллектуальных технологий. 4-я промышленная революция привела производственный процесс в эпоху, когда компьютеры и автоматизированные машины позволили заводам и фабрикам производить продукцию в огромных масштабах. Хотя есть отрасли и производства где человеческий фактор по-прежнему важен, многие из последних тенденций Индустрии 4.0 упрощают создание продуктов без участия человека.
Уже сейчас растущие связи между человеком и машиной, машиной и человеком влияет на производственные системы и процессы во всем мире. Тенденции и технологии Индустрии 4.0 имеют основополагающее значение для создания подключенного производства, ориентированного на умные и автономные заводы. Индустрия 4.0 может снизить производственные затраты на 10–30%, затраты на логистику на 10–30% и затраты на управление качеством на 10–20%.
Содержание:
Тенденции и технологии Индустрии 4.0 сегодня
Использование методов искусственного интеллекта (ИИ) в устройствах и процессах формирует основную тенденцию в Индустрии 4.0. Новые компании все чаще разрабатывают носимые решения для промышленных рабочих мест, чтобы обеспечить безопасность и эффективность производственного процесса. Сбор данных путем внедрения облачных и периферийных вычислений, а также разработка решений в области кибербезопасности позволяют компаниям создавать строительные блоки для создания умных заводов.
Передовые роботизированные решения, включающие автономных мобильных роботов, коботов и групповую робототехнику, а также разработка программного обеспечения для роботов, также являются важной частью тенденций Индустрии 4.0.
Искусственный интеллект в Индустрии 4.0
ИИ и машинное обучение стимулируют инновации в различных отраслях и функциональных областях. Аппаратное обеспечение для искусственного интеллекта и новые алгоритмы разрабатываются для оптимизации существующих систем и решения новых задач, стоящих перед производством. Заводы Индустрии 4.0 интегрируют ИИ в свои производственные системы и процессы. Усовершенствованный искусственный интеллект позволяет проводить профилактическое обслуживание, когнитивные вычисления, коллективный интеллект, контекстно-зависимые вычисления, умные машины, аппаратные ускорители и генеративный дизайн. Все эти технологии подталкивают промышленность к переходу на полностью автоматизированное производство.
ИИ в Индустрии 4.0 сегодня рассматривается отдельно от коллаборативных роботов. ИИ начинает рассматриваться как еще одна важная составляющая Индустрии 4.0. ИИ — это использование компьютерных программ для выполнения сложных задач. Эти программы устанавливаются на роботов любого типа (будь то чувствительные или совместные) для выполнения задач или работы, что дает роботам возможность быстрее и эффективнее адаптироваться к ситуации. ИИ помогает роботам учиться автономно, действовать логично и общаться друг с другом.
Использование взаимодействующих роботов при одновременном применении ИИ соответствует фундаментальному инструменту для оптимальной и эффективной работы производственных процессов в «умной промышленности» или «умном заводе». Методы моделирования и ИИ обеспечили улучшенное решение для траектории движения руки робота, которое позволяет сэкономить 5% времени, что означает значительное повышение производительности.
Благодаря датчикам, установленным в производственных системах, ИИ позволяет фиксировать энергопотребление отдельных машин, анализировать циклы технического обслуживания и оптимизировать их на следующем этапе. Он также может указывать на неисправность рабочих данных. По мере увеличения объема данных система оптимизирует свою эффективность и позволяет делать более точные прогнозы.
Стартапы Индустрии 4.0 на основе искусственного интеллекта
Mechanica AI — это голландский стартап, который предлагает ИИ промышленного уровня для промышленных операций. Эта технология позволяет производителям извлекать выгоду из ограниченных или несовершенных наборов данных. Они включили отраслевые знания в систему искусственного интеллекта для обеспечения оптимальной производительности. Решение позволяет использовать несовершенные производственные данные для автономного принятия решений и управления технологическими процессами. Кроме того, эти продукты ИИ интегрируются с устаревшими активами, что позволяет большему количеству заводов внедрять технологические решения.
Oqton — интеграция данных на основе искусственного интеллекта
Американский стартап Oqton разрабатывает FactoryOS , платформу на основе искусственного интеллекта для интеграции данных производственной системы с целью оптимизации заводского производства и выпуска продукции. Машины, системы и данные с производственных предприятий обычно хранятся как независимые хранилища данных, что затрудняет извлечение из них фактической ценности. Облачная платформа объединяет и использует данные со всех этапов промышленной экосистемы, таких как проектирование, производство и цепочка поставок. Со временем ИИ постоянно учится на этих входных данных, чтобы генерировать важные идеи для повышения общей производительности.
Физическое и когнитивное совершенствование людей и расширенная реальность
Физическое и когнитивное совершенствование людей формирует еще одну важную тенденцию индустрии 4.0. Ограничения людей расширяются с помощью таких технологий, как носимые устройства и экзоскелеты. Кроме того, промышленные мобильные устройства, естественный и интуитивно понятный пользовательский интерфейс и экраны управления портативными машинами упрощают использование такой технологии.
Технологии XR, такие как смешанная реальность (MR) , дополненная реальность (AR) и виртуальная реальность (VR), уже используются в Индустрии 4.0 от исследований и разработок (R&D) до полномасштабных производственных и постпроизводственных процессов. Эта многосторонняя парадигма меняет способ функционирования промышленных производственных систем. Характер взаимодействия человека и машины все больше склоняется в сторону работников с машинным управлением.
Стартапы Индустрии 4.0 в области совершенствования людей и виртуального производства
Стартап ULS Robotics — технологическая платформа экзоскелета
ULS Robotics — китайский стартап, разрабатывающий технологическую платформу экзоскелета. Многие рабочие в цехах испытывают усталость, слабость и другие физические неудобства из-за повторяющегося и монотонного характера своих задач. Использование экзоскелетов в цехах помогает работникам эффективно выполнять свои задачи, снижая или устраняя любое физическое напряжение. Экзоскелеты обычно обеспечивают поддержку талии, верхних конечностей (с 4 степенями свободы) и нижних конечностей (с 12 степенями свободы).
VirtuFab — виртуальное производство
Американский стартап VirtuFab разрабатывает инструмент виртуальной реальности корпоративного уровня, призванный помочь производственным и производственным группам в процессах проектирования продукта и предварительной визуализации. Дизайн продукта требует тесного сотрудничества между членами команды и распространяется на междисциплинарную координацию команды. Использование виртуальной реальности для этого процесса обеспечивает прямой доступ к проектам независимо от местоположения. Virtufab предлагает виртуальный настраиваемый пояс инструментов, который обеспечивает возможности удаленного сотрудничества.
Пограничные, туманные и облачные вычисления в Индустрии 4.0
Огромный объем данных, генерируемых промышленным интернетом вещей (IIoT), способствует внедрению возможностей периферийных, туманных и облачных вычислений в Индустрии 4.0. Индивидуальные аппаратные и программные решения, такие как подключенные облака, распределенные облака, распределенные вычисления и хранилища, гибридные вычисления, платформы разработки с малым объемом кода, микросервисы, мобильные вычисления и граничные вычисления с множественным доступом, формируют эту тенденцию Индустрии 4.0.
Стартап Edge — периферийные вычисления на базе искусственного интеллекта
Бельгийский стартап Edgise предоставляет разработку оборудования как услугу для приложений периферийных вычислений. Стартап сокращает время отклика, перемещая ИИ из облака на периферию. Оптимальная производительность промышленных систем зависит от эффективного выполнения алгоритма, присутствующего в машинах. Пограничные вычислительные мощности, наряду с IIoT, значительно повышают скорость, безопасность и эффективность производственного процесса за счет ускорения работы алгоритмов. Компания обеспечивает поддержку всего цикла разработки продуктов для периферийных вычислений.
Atrio — гибридные облачные вычисления
Американский стартап Atrio предлагает Atrio Hybrid Composable Cloud — единую программно-определяемую вычислительную платформу. Возможности облачных вычислений сокращают продолжительность производственного цикла, обеспечивая быстрое понимание всех этапов производства. Платформа, созданная Atrio, предлагает единую вычислительную сеть, не зависящую от облачных вычислений, которая объединяет общую инфраструктуру и облачные сервисы для создания, управления и эксплуатации гибридных и мультиоблачных сред.
Сети и подключение в Индустрии 4.0
Сеть и возможность подключения являются одними из основных движущих сил в реализации Индустрии 4.0. Ряд технологических разработок, таких как гранично-облачные, гигабитные сети Ethernet, чувствительные ко времени сети, маломощные глобальные сети (LPWAN), 5G, межмашинная связь (M2M), детерминированная сеть Ethernet в реальном времени, время чувствительные сети (TSN), повсеместный радиодоступ, унифицированная структура IoT и сети с нулевым касанием подталкивают заводы к внедрению IIoT для преобразования в объекты Индустрии 4.0.
Эти технологии постоянно улучшают межмашинное и человеко-машинное взаимодействие, а также передачу данных. В результате инновации в этой области повышают скорость, повышают безопасность и эффективность, а также снижают стоимость подключения к сети.
Стартап BehrTech — глобальные сети с низким энергопотреблением (LPWAN)
BehrTech — канадский стартап, разрабатывающий MIOTY , решение LPWAN, стандартизированное Европейским институтом телекоммуникационных стандартов для IIoT. Решения LPWAN идеально подходят для подключения большого количества машин в промышленных комплексах, так как имеют достаточный радиус действия и низкие затраты на внедрение. BehrTech использует запатентованный Fraunhofer протокол разделения Telegram, в котором сообщение разбивается на несколько меньших подпакетов и отправляется в разное время и с разной частотой. Он обеспечивает устойчивость к помехам, широкую масштабируемость, широкий охват и сверхнизкое энергопотребление.
Стартап Coretigo — беспроводная связь IIoT
Израильский стартап Coretigo предлагает услугу беспроводной связи IIoT на основе стандарта IO-Link Wireless. IO-link — это протокол связи, который работает «точка-точка» и обычно является проводным. Конструкция IO-Link Wireless позволяет ему работать с большим количеством устройств, сохраняя низкую задержку и высокую надежность. Coretigo помогает в беспроводной связи между датчиками, приводами и контроллерами.
Продвинутая робототехника в Индустрии 4.0
Достижения в области робототехники делают процессы в Индустрии 4.0 быстрее, эффективнее и безопаснее. Наиболее известные роботизированные технологии, влияющие на производство, включают автономных роботов, совместных роботов (коботов), совместных автономных мобильных роботов, гуманоидов, мобильных роботов, облачную робототехнику, API-интерфейсы, роботов для выбора и размещения и рои роботов. Использование роботов обеспечивает более высокую точность и маневренность, улучшая при этом возможности быстро развивающихся настраиваемых роботов. Роботы также высвобождают время для людей, чтобы они могли сосредоточиться на других неповторяющихся или важных задачах.
Стартап Giga Automata – коботы
Болгарский стартап Giga Automata предлагает кобота Animoto . Коботы повышают эффективность задач, выполняемых человеком, поскольку они предназначены для совместной работы с людьми. Коботы, как правило, просты в настройке, гибки и недороги по сравнению с другими роботами. Animoto имеет 6 степеней свободы с точностью до 0,1 мм и перевозит до 5 кг груза на расстоянии до 1 метра со скоростью до 2 м/с.
Sesto Robotics — автономные мобильные роботы
Сингапурский стартап Sesto Robotics предлагает многоцелевого автономного мобильного робота SESTO Element . Автономные роботы необходимы для объектов промышленной автоматизации и позволяют людям сосредоточиться на задачах более высокого уровня, таких как управление производством. Компактная мобильная платформа SESTO Element настраивается с помощью различных типов верхних модулей и зависит от характера задач. Компания также предлагает SESTO Prime , автономного мобильного робота, оснащенного 7-осевой роботизированной рукой.
«Интернет всего» в промышленности
Взаимосвязь «машина-машина», «человек-машина » и «человек-человек» в режиме реального времени вместе составляют «Интернет всего» в производстве. Он включает в себя IIoT , Интернет навыков, Интернет услуг, Интернет систем и Интернет вещей в цехах. Интернет всего объединяет данные в реальном времени, машинный интеллект и человеческие навыки, что приводит к более быстрым, эффективным и экономичным производственным процессам. Функциональная совместимость и унифицированная структура Интернета вещей имеют решающее значение для беспрепятственного внедрения объектов индустрии 4.0.
Стартап Cumulus — Интернет промышленного обслуживания
Cumulus — это стартап из США, разрабатывающий интернет-платформу управления операциями и обслуживанием с помощью инструментов. Платформа призвана заменить трудоемкое бумажное планирование, выполнение и отчетность по техническому обслуживанию. Использование интеллектуальных подключенных инструментов вместе с их платформой приводит к прозрачному и отслеживаемому учету всех операций технического обслуживания. Это помогает снизить затраты, связанные с контролем качества, и повысить общую производительность.
Hubbox — удаленное промышленное подключение
Турецкий стартап Hubbox предоставляет безопасное промышленное устройство удаленного подключения для производственных компаний. В настоящее время машины по-прежнему соединены сложной сетью проводов. Hubbox обеспечивает беспроводную связь между машинами, создавая решение для Интернета вещей в цеху. Устройство поставляется с интерфейсами WAN, LAN и WiFi и использует безопасные сертификаты SSL и передовые методы шифрования. Устройство также способно взаимодействовать с ERP и создавать специальные сети M2M.
Большие данные и аналитика в Индустрии 4.0
Масштабы сбора промышленных данных в конечном итоге позволяют фабрикам перейти на объекты Индустрии 4.0. Большие данные сложны и представляют ценность только в том случае, если они собираются, хранятся и анализируются быстро и экономично. Улучшения в использовании данных для получения ценных сведений о производственных системах, а также доступность немедленных данных в режиме реального времени открывают возможности предписывающей и прогнозной аналитики на разных уровнях производственных предприятий компании.
Стартап Qsee — предиктивная аналитика
Qsee — израильский стартап, разрабатывающий инструменты предписывающей и предиктивной аналитики для производителей. Программное обеспечение способно прогнозировать результаты качества продукции для каждой производственной партии и даже для отдельных продуктов. Простои приводят к ненужным потерям для производственных фирм как в деньгах, так и во времени. Qsee выполняет анализ основных причин производственных единиц, чтобы выявить скрытые причины низкой производительности, и отправляет предупреждения для предотвращения простоев.
Стартап Curiosity — инструменты извлечения знаний
Немецкий стартап Curiosity предлагает программные платформы для извлечения знаний из структурированных и неструктурированных данных. Платформа интегрируется с существующей инфраструктурой данных и предоставляет доступные знания пользователям в любой промышленной среде. Проблемы с интеграцией данных в производственных компаниях возникают из-за большого количества технических терминов, документов и сокращений. Curiosity объединяет все соответствующие источники данных в диаграмму знаний, которая позже помогает в создании настраиваемых инструментов для поиска и исследования.
Индустрия 4.0 и гибридное, аддитивное производство
Производители постоянно ищут новые технологии, чтобы удовлетворить все аспекты растущего рыночного спроса. Аддитивное производство, которое начиналось как метод прототипирования, революционизирует и децентрализует производство. Гибридное производство направлено на интеграцию как аддитивного, так и субтрактивного производства.
Аддитивное производство — это передовая технология, способная помочь с новыми продуктами, новыми бизнес-моделями и цепочками поставок. Набор технологий, позволяющих «3D-печать» физических объектов, составляет термин «аддитивное производство». Уникальные продукты могут быть изготовлены без обычных излишков, что делает это большим преимуществом.
Прогресс в области материаловедения и технологий, таких как стереолитография и 3D-печать металлами, позволяет легко изготавливать сложные конструкции и сложные компоненты. Аддитивное производство делает настраиваемое и устойчивое облачное производство реальностью.
Стартап AMBOTS — автономное аддитивное производство
Американский стартап AMBOTS разрабатывает автономное решение для аддитивного производства с использованием роевых роботов. Цифровые проекты разбиты на более мелкие задачи, которые выполняют несколько разных типов роботов. В настоящее время скорость аддитивного производства ограничена размером продукта. AMBOTS устраняет это узкое место, используя запатентованный метод 3D-печати на основе фрагментов.
Стартап Exaddon – микрометрическая 3D-печать металлом
Exaddon — швейцарский стартап, разрабатывающий систему аддитивного производства металлов CERES , которая печатает в микрометровом масштабе. Изготовление компонентов микрометрового размера является сложной задачей с использованием традиционных технологий производства, таких как литография. CERES использует электрохимическую технологию для достижения микропроизводства, проводя процесс при комнатной температуре, а также исключая постобработку. Система печатает сложные металлические объекты размером от 1 микрометра до 1000 микрометров.
Кибербезопасность, прозрачность и конфиденциальность
Поток информации из-за связанности в Индустрии 4.0 вызывает опасения по поводу безопасности, прозрачности и конфиденциальности. По мере того, как производственные методы становятся все более персонализированными и настраиваемыми, методы управления данными, применяемые снаружи и внутри цеха, будут оказывать огромное влияние на привлекательность компании. Передача и обработка конфиденциальных промышленных данных должны быть безопасными, чтобы избежать кибератак на критически важные промышленные объекты.
Цифровая этика и конфиденциальность, технологии повышения конфиденциальности, самоадаптирующаяся безопасность, безопасность с нулевым доверием, сквозная безопасность связи, DevSecOps, блокчейн — вот некоторые из новых разработок в этой области. Акцент на кибербезопасности должен быть сбалансирован с прозрачностью и конфиденциальностью.
Alias Robotics — Иммунная система роботов
Испанский стартап Alias Robotics разрабатывает иммунную систему роботов (RIS), платформу защиты конечных точек для роботов. Это решение обеспечивает защиту от вредоносных программ для роботов и их компонентов. Модульная архитектура RIS обеспечивает гибкость и адаптируемость системы и подходит для различных роботов. Компания также предлагает безопасный регистратор данных для расследования кибератак или сбоев в работе роботов. Использование промышленных роботов на всех этапах производства требует таких инноваций, как RIS.
Adolus — безопасные обновления программного обеспечения
Индустрия 4.0 использует интеллектуальные подключенные устройства от разных поставщиков. Эти устройства необходимо постоянно обновлять, добавляя новейшее программное обеспечение, встроенное ПО и файлы конфигурации. Adolus — канадский стартап, предлагающий безопасный процесс обновления встроенных устройств.
Киберпреступники потенциально могут вмешаться в процесс обновления и поставить под угрозу промышленные объекты, обманом заставив персонал установить зараженные файлы. Adolus разрабатывает FACT , который решает эту проблему, работая с поставщиками оборудования для сбора уникальных отпечатков файлов и сравнивая эти отпечатки с теми, которые получены производителями. FACT дает оценку надежности во время установки, а также наглядность процессов обновления в критически важных системах.
Технология цифровых двойников в Индустрия 4.0
Технология цифровых двойников создает виртуальные модели промышленных активов, объединяя динамические данные датчиков и визуализации в реальном времени. Некоторые из многообещающих вариантов использования цифровых двойников включают проектирование на основе моделей, виртуальное прототипирование, проверку виртуальной системы, оптимизацию пропускной способности и эволюционный дизайн. Использование цифровых двойников продвигает индустрию 4.0 к гиперавтоматизации. Цифровые двойники обеспечивают ценную информацию обо всех этапах производственного процесса.
Стартапы цифровых двойников
Стартап Gemius — промышленный близнец
Американский стартап Gemius разрабатывает решение цифрового двойника для различных промышленных процессов. Это решение позволяет производственным предприятиям стандартизировать тщательную эксплуатацию и техническое обслуживание для оптимизации производительности. Искусственный интеллект с физическими ограничениями, который управляет цифровым двойником Gemius, обеспечивает самооптимизируемый дизайн и оперативный интеллект. Цифровой двойник использует системы SCADA для интеграции с операционными данными, архивным программным обеспечением, сенсорными шлюзами и инструментами управления активами предприятия.
Simularge — цифровые двойники с меньшим объемом данных
Турецкий стартап Simularge разрабатывает запатентованный подход к созданию цифровых двойников без использования больших данных. Обычно для создания эффективных цифровых двойников и обеспечения минимального недоиспользования входных параметров требуются огромные объемы данных. Алгоритмы Simularge обеспечивают быстрое создание цифровых двойников и более быструю адаптацию, поскольку они идентифицируют и отслеживают изменения в сырьевых материалах производственного процесса.
Будущие тенденции: Индустрия 5.0 или Общество 5.0
Индустрия 5.0 меняет мировоззрение.
Ядро Общества 5.0 фокусируется на людях как на основной оси производственного сектора. И производство, и маркетинг сходятся во мнении, что за рамками Индустрии 5.0 находится Общество 5.0.
В Обществе 5.0 предлагаемые продукты или услуги будут адаптированы к потребностям клиентов. Намерение состоит в том, чтобы достичь слияния между технологическим развитием и людьми, при этом главная цель состоит в том, чтобы люди и машины дополняли их деятельность, а не заменяли людей машинами.
Использование коботов и роботов является фундаментальным изменением для совместной работы над повторяющимися, опасными и небезопасными задачами. Кроме того, работа людей будет интеллектуальным производством, а это означает, что необходимо будет иметь квалификацию, чтобы быть активным в этой модели общества.
Ожидается, что этот новый подход к взаимодействию человека и машины увеличит производительность и обеспечит большее удовлетворение как работнику, так и конечному потребителю с помощью продукции, изготовленной по индивидуальному заказу. Опять же, важно подчеркнуть, что Индустрия 5.0 выходит за рамки простого производственного процесса и ищет Общество 5.0, задуманное и созданное для интеграции людей и коботов.
Одним из больших противоречий с предыдущими поколениями является модель, ориентированная на людей. Автоматизация процессов, внедрение коботов и развитие технологий позволяют людям развивать новые навыки в производственном процессе.
При таком прорывном подходе для достижения интеллектуального общества образование должно измениться по сравнению с его традиционной формой, необходимы новые инструменты, программное и аппаратное обеспечение, которые должны быть интегрированы с коботами и высокотехнологичной подготовкой людей для общества 5.0.
Огромная разница между Индустрией 4.0 и Обществом 5.0 заключается в том, что в Индустрии 4.0 робототехника и другие технологические столпы являются центром промышленной революции, в то время как в Обществе 5.0 технологии дополняют или сотрудничают с работой человека. Важно подчеркнуть, что технологические достижения, достигнутые в Индустрии 4.0, повышают эффективность и производительность Общества 5.0, добавляя акцент на производственный процесс к творчеству и мастерству людей. Ожидается другое видение.
Кроме того, важно отметить, что персонализация продуктов и услуг осуществляется в соответствии с реальными требованиями рынка, чтобы избежать избыточного предложения и непродаваемых запасов, что происходит в Индустрии 4.0. Основная идея состоит в том, чтобы производить то, что действительно необходимо населению, сводя к минимуму перерасходы и потери из-за перепроизводства. Это также снижает выбросы CO 2 и воздействие на окружающую среду.
Видение — это общество, в котором интегрированы интеллектуальные отрасли, автономные автомобили, интеллектуальные города и т. д., кроме того, действия против изменения климата заключаются в следующем: свести к минимуму все негативные проблемы в мире бизнеса и системах управления. Идеальной мыслью может быть более благосклонное общество, с более широким сотрудничеством между людьми, сообществами и странами, большим доверием между людьми, минимальной коррупцией в государственном управлении, более справедливым распределением ресурсов; Что касается рынков, то основой производственного процесса будет большее доверие между клиентами и компаниями.
Ожидается, что Общество 5.0 будет более инклюзивным и экологически безопасным; а также иметь лучшее управление индивидуальностью и одновременную интеграцию с окружающей средой и обществом. Общее ожидание — более устойчивый мир, в котором вопросы экологического, социального и экономического воздействия связаны и интегрированы.
Новые комментарии: