Четвертая промышленная революция - Fourth Industrial Revolution

Четвертая промышленная революция ( 4IR или промышленность 4,0 ) является продолжающаяся автоматизация традиционного производства и промышленных методов, использующих современные технологии смарт. Широкомасштабная межмашинная связь (M2M) и Интернет вещей (IoT) интегрированы для повышения автоматизации, улучшения связи и самоконтроля, а также для производства интеллектуальных машин, которые могут анализировать и диагностировать проблемы без необходимости вмешательства человека. .

История

Фраза « Четвертая промышленная революция» была впервые введена группой ученых, разрабатывающих высокотехнологичную стратегию для правительства Германии. Клаус Шваб , исполнительный председатель Всемирного экономического форума (ВЭФ), представил эту фразу широкой аудитории в статье 2015 года, опубликованной в журнале Foreign Affairs . «Преодоление четвертой промышленной революции» было темой ежегодной встречи Всемирного экономического форума в 2016 году в Давос-Клостерсе, Швейцария.

10 октября 2016 года Форум объявил об открытии своего Центра четвертой промышленной революции в Сан-Франциско. Это также было темой и названием книги Шваба 2016 года. Schwab включает в эту четвертую эру технологии, сочетающие оборудование, программное обеспечение и биологию ( киберфизические системы ), и делает упор на достижениях в области связи и взаимодействия. Шваб ожидает, что эта эпоха будет отмечена прорывами в новых технологиях в таких областях, как робототехника , искусственный интеллект , нанотехнологии , квантовые вычисления , биотехнологии , Интернет вещей , промышленный Интернет вещей , децентрализованный консенсус, беспроводные технологии пятого поколения , 3D-печать. , и полностью автономные автомобили .

В предложении ВЭФ « Великая перезагрузка» четвертая промышленная революция включена в качестве стратегической разведки в решение по устойчивому восстановлению экономики после пандемии COVID-19 .

Первая промышленная революция

Первая промышленная революция была отмечена переходом от методов производства руки к машинам за счет использования силы пара и энергии воды. Внедрение новых технологий заняло много времени, поэтому период, о котором идет речь, был между 1760 и 1820 годами, или 1840 годом в Европе и Соединенных Штатах. Его влияние оказало влияние на текстильное производство, которое было первым, принявшее такие изменения, а также на металлургическую промышленность, сельское хозяйство и горнодобывающую промышленность, хотя оно также имело социальные последствия с еще более сильным средним классом . В то время это также повлияло на британскую промышленность.

Вторая промышленная революция

Вторая промышленная революция , известная также как техническая революция, является периодом между 1871 и 1914 годами , что в результате установки обширных железнодорожных и телеграфных сетей, что позволило для более быстрой передачи людей и идей, а также электроэнергии. Рост электрификации позволил фабрикам развить современную производственную линию. Это был период большого экономического роста с ростом производительности, который также вызвал всплеск безработицы, поскольку многие фабричные рабочие были заменены машинами.

Третья промышленная революция

Третья промышленная революция, также известная как цифровая революция , произошла в конце 20 века, после окончания двух мировых войн, в результате замедления индустриализации и технического прогресса по сравнению с предыдущими периодами. Производство компьютера Z1 , в котором использовались двоичные числа с плавающей запятой и булевская логика , десять лет спустя стало началом более продвинутых цифровых разработок. Следующим значительным достижением в коммуникационных технологиях стал суперкомпьютер , в котором широко использовались компьютерные и коммуникационные технологии в производственном процессе; машины начали отменять потребность в человеческой силе.

Немецкая стратегия Industrie 4.0

Термин «Индустрия 4.0», сокращенный до I4.0 или просто I4, возник в 2011 году из проекта стратегии правительства Германии в области высоких технологий , который способствует компьютеризации производства. Термин «Индустрия 4.0» был публично представлен в том же году на Ганноверской ярмарке . Известного немецкого профессора Вольфганга Вальстера иногда называют изобретателем термина « Индустрия 4.0 ». В октябре 2012 года Рабочая группа по Индустрии 4.0 представила федеральному правительству Германии ряд рекомендаций по внедрению Индустрии 4.0. Члены рабочей группы и партнеры признаны отцами-основателями и движущей силой Индустрии 4.0. 8 апреля 2013 года на Ганноверской ярмарке был представлен окончательный отчет Рабочей группы «Индустрия 4.0». Эту рабочую группу возглавили Зигфрид Дайс из Robert Bosch GmbH и Хеннинг Кагерманн из Немецкой академии наук и инженерии .

По мере того, как компании применяли принципы Индустрии 4.0, они иногда подвергались ребрендингу. Например, производитель аэрокосмических деталей Meggitt PLC объявил о своем собственном исследовательском проекте M4, посвященном Индустрии 4.0.

Обсуждение того, как переход к Индустрии 4.0, особенно цифровизация , повлияет на рынок труда, обсуждается в Германии в рамках темы « Работа 4.0» .

Стратегия немецкого правительства «Индустрия 4.0» включает строгую индивидуальную настройку продуктов в условиях очень гибкого (массового) производства. Требуемые технологии автоматизации улучшаются за счет внедрения методов самооптимизации, самонастройки, самодиагностики, познания и интеллектуальной поддержки работников в их усложняющейся работе. Самым крупным проектом в области Индустрии 4.0 по состоянию на июль 2013 года является передовой кластер Федерального министерства образования и исследований Германии (BMBF) «Интеллектуальные технические системы Оствестфален-Липпе (ее OWL)». Другой крупный проект - это проект BMBF RES-COM, а также кластер передового опыта «Интегрированные производственные технологии для стран с высоким уровнем заработной платы». В 2015 году Европейская комиссия запустила международный исследовательский проект Horizon 2020 CREMA (Обеспечение облачного быстрого эластичного производства на основе модели XaaS и Cloud) в качестве основной инициативы по развитию темы Индустрии 4.0.

Освоение Индустрии 4.0

Многие страны создали институциональные механизмы, способствующие внедрению технологий Индустрии 4.0. Например, в 2019 году в Южной Африке была назначена президентская комиссия по четвертой промышленной революции, в которую вошли около 30 заинтересованных сторон, имеющих опыт работы в академических, промышленных и правительственных кругах. Южная Африка также учредила Межведомственный комитет по Индустрии 4.0. В Республике Корея с 2017 года действует Президентский комитет по четвертой промышленной революции. В Австралии есть Агентство цифровой трансформации (оценка 2015 г.) и Целевая группа премьер-министра «Индустрия 4.0» (оценка 2016 г.), которые содействуют сотрудничеству с отраслевыми группами в Германии и Германии. США.

Страны с любым уровнем дохода принимают стратегии Индустрии 4.0. Стратегия Республики Корея в отношении I-Korea (2017) сосредоточена на новых двигателях роста, включая искусственный интеллект, дроны и автономные автомобили, в соответствии с экономической политикой правительства, основанной на инновациях. Другой пример - Making Indonesia 4.0 с акцентом на улучшение промышленных показателей. Уганда приняла свою собственную Национальную стратегию 4IR в октябре 2020 года с упором на электронное управление, управление городским хозяйством (умные города), здравоохранение, образование, сельское хозяйство и цифровую экономику; Для поддержки местного бизнеса правительство рассматривало возможность внесения в 2020 году законопроекта о местных стартапах, который потребовал бы от всех бухгалтеров исчерпать местный рынок, прежде чем закупать цифровые решения из-за границы.

Принципы и цели дизайна

Четыре принципа проектирования определены как неотъемлемые части Индустрии 4.0:

  • Взаимосвязь - способность машин, устройств, датчиков и людей подключаться и общаться друг с другом через Интернет вещей или Интернет людей (IoP).
  • Информационная прозрачность - прозрачность, обеспечиваемая технологией Индустрии 4.0, предоставляет операторам исчерпывающую информацию для принятия решений. Взаимосвязь позволяет операторам собирать огромные объемы данных и информации со всех точек производственного процесса, определять ключевые области, в которых улучшения могут быть полезны для повышения функциональности.
  • Техническая помощь - технологические возможности систем для помощи людям в принятии решений и решении проблем, а также способность помогать людям с трудными или небезопасными задачами.
  • Децентрализованные решения - способность киберфизических систем принимать решения самостоятельно и выполнять свои задачи максимально автономно. Только в случае исключений, вмешательства или противоречивых целей задачи делегируются на более высокий уровень.

Разработка концепции

Сторонники Четвертой промышленной революции предполагают, что это отдельная революция, а не просто продолжение Третьей промышленной революции. Это связано со следующими характеристиками:

  • Скорость - экспоненциальная скорость, с которой существующие отрасли подвержены влиянию и вытеснению.
  • Масштаб и влияние на системы - большое количество секторов и фирм, которые затронуты
  • Смена парадигмы в технологической политике - присутствуют новые политики, разработанные для этого нового образа действий. Примером может служить официальное признание Сингапуром Индустрии 4.0 в своей инновационной политике.

Критики концепции отвергают Индустрию 4.0 как маркетинговую стратегию. Они предполагают, что, хотя революционные изменения можно идентифицировать в отдельных секторах, до сих пор нет системных изменений. Кроме того, темпы признания Индустрии 4.0 и изменения политики в разных странах различаются; определение Индустрии 4.0 не согласовано.

Компоненты

Вышка сотовой связи 5G
Беспилотный автомобиль

Четвертая промышленная революция состоит из множества компонентов, в том числе:

  • Мобильные устройства
  • Платформы Интернета вещей (IoT)
  • Технологии определения местоположения (электронная идентификация)
  • Продвинутый человеко-машинный интерфейс
  • Аутентификация и обнаружение мошенничества
  • Умные датчики
  • Большая аналитика и продвинутые процессы
  • Многоуровневое взаимодействие с клиентами и профилирование клиентов
  • Дополненная реальность / носимые устройства
  • Доступность ресурсов компьютерной системы по запросу
  • Визуализация данных и запускаемое «живое» обучение

В основном эти технологии можно разделить на четыре основных компонента, определяющих термин «Индустрия 4.0» или «умная фабрика»:

Индустрия 4.0 объединяет широкий спектр новых технологий для создания ценности. Используя киберфизические системы , контролирующие физические процессы, можно создать виртуальную копию физического мира. Характеристики киберфизических систем включают способность принимать децентрализованные решения независимо, достигая высокой степени автономности.

Ценность, созданная в Industrie 4.0, может быть основана на электронной идентификации, при которой интеллектуальное производство требует, чтобы в производственный процесс были включены установленные технологии, чтобы их можно было классифицировать как находящиеся на пути развития Industrie 4.0, а не оцифровку.

Основные драйверы

  • Оцифровка и интеграция вертикальных и горизонтальных цепочек создания стоимости - Индустрия 4.0 объединяет процессы по вертикали во всей организации, включая процессы разработки продуктов, производства, структурирования и обслуживания; По горизонтали Индустрия 4.0 включает внутренние операции от поставщиков до клиентов, а также всех ключевых партнеров по цепочке создания стоимости.
  • Оцифровка продуктов и услуг - интеграция новых методов сбора и анализа данных - например, путем расширения существующих продуктов или создания новых оцифрованных продуктов - помогает компаниям генерировать данные об использовании продуктов для улучшения продуктов.
  • Цифровые бизнес-модели и доступ к клиентам - удовлетворенность клиентов - это непрерывный, многоэтапный процесс, который требует модификации в режиме реального времени для адаптации к меняющимся потребностям потребителей.

Самые большие тенденции

По сути, Четвертая промышленная революция - это тенденция к автоматизации и обмену данными в производственных технологиях и процессах, которые включают киберфизические системы (CPS), IoT, промышленный Интернет вещей, облачные вычисления , когнитивные вычисления и искусственный интеллект .

Четвертая промышленная революция знаменует начало эпохи воображения .

Умная фабрика

Smart Factory - это видение производственной среды, в которой производственные мощности и логистические системы организованы без вмешательства человека.

Умная фабрика больше не является мечтой. В то время как различные модельные фабрики представляют собой осуществимое, многие предприятия уже на практических примерах разъясняют, как работает «умная фабрика».

Техническая основа, на которой основана Smart Factory - интеллектуальная фабрика - - это киберфизические системы, которые взаимодействуют друг с другом с помощью Интернета вещей и услуг. Важной частью этого процесса является обмен данными между продуктом и производственной линией. Это обеспечивает более эффективное соединение цепочки поставок и лучшую организацию в любой производственной среде.

Четвертая промышленная революция способствует созданию так называемой «умной фабрики». В рамках умных фабрик с модульной структурой киберфизические системы отслеживают физические процессы, создают виртуальную копию физического мира и принимают децентрализованные решения. Через Интернет вещей киберфизические системы взаимодействуют и взаимодействуют друг с другом и с людьми в синхронном времени как внутри организации, так и в рамках услуг организации, предлагаемых и используемых участниками цепочки создания стоимости .

Профилактическое обслуживание

Индустрия 4.0 также может обеспечивать профилактическое обслуживание благодаря использованию технологий и датчиков Интернета вещей. Профилактическое обслуживание - которое может выявить проблемы обслуживания в реальном времени - позволяет владельцам машин выполнять рентабельное обслуживание и определять его заранее, прежде чем оборудование выйдет из строя или будет повреждено. Например, компания в Лос-Анджелесе может понять, работает ли часть оборудования в Сингапуре с ненормальной скоростью или температурой. Затем они могли решить, нужно ли его ремонтировать.

3D печать

Считается, что Четвертая промышленная революция во многом зависит от технологии 3D-печати . Некоторые преимущества 3D-печати для промышленности заключаются в том, что 3D-печать позволяет печатать множество геометрических структур, а также упрощает процесс разработки продукта. Кроме того, он относительно экологически чистый. При мелкосерийном производстве это также может сократить время выполнения заказа и общие производственные затраты. Более того, это может повысить гибкость, снизить затраты на складирование и помочь компании принять бизнес-стратегию массовой настройки. Кроме того, 3D-печать может быть очень полезной для печати запасных частей и их установки на месте, что снижает зависимость от поставщика и сокращает время выполнения заказа.

Определяющим фактором являются темпы изменений. Взаимосвязь скорости технологического развития и, как следствие, социально-экономических и инфраструктурных преобразований с жизнью человека позволяет констатировать качественный скачок скорости развития, знаменующий переход в новую эру времени.

Умные датчики

Датчики и приборы являются движущей силой инноваций не только для Индустрии 4.0, но и для других «умных» мегатенденций, таких как умное производство, умная мобильность, умные дома, умные города и умные фабрики.

Интеллектуальные датчики - это устройства, которые генерируют данные и позволяют выполнять дополнительные функции от самоконтроля и самоконфигурации до мониторинга состояния сложных процессов. Благодаря возможности беспроводной связи они значительно сокращают затраты на установку и помогают реализовать большое количество датчиков.

Важность датчиков, науки об измерениях и интеллектуальной оценки для Индустрии 4.0 была признана и признана различными экспертами и уже привела к заявлению «Индустрия 4.0: ничто не обходится без сенсорных систем».

Однако есть несколько проблем, таких как ошибка синхронизации времени, потеря данных и работа с большими объемами собранных данных, которые все ограничивают реализацию полноценных систем. Более того, дополнительные ограничения на эти функции представляют собой заряд батареи. Одним из примеров интеграции интеллектуальных датчиков в электронные устройства является случай интеллектуальных часов, где датчики получают данные о перемещении пользователя, обрабатывают данные и, как следствие, предоставляют пользователю информацию о том, сколько шагов они прошли за день, а также конвертируют данные в сожженные калории.

Сельское хозяйство и пищевая промышленность

Гидропонное вертикальное земледелие

Интеллектуальные датчики в этих двух областях все еще находятся на стадии тестирования. Эти инновационные подключенные датчики собирают, интерпретируют и передают информацию, доступную на участках (площадь листьев, вегетационный индекс, хлорофилл, гигрометрия, температура, водный потенциал, радиация). Основываясь на этих научных данных, цель состоит в том, чтобы обеспечить мониторинг в реальном времени через смартфон с рядом рекомендаций, которые оптимизируют управление участком с точки зрения результатов, времени и затрат. На ферме эти датчики можно использовать для определения стадий роста урожая и своевременного рекомендовать вводимые ресурсы и способы обработки. А также контроль уровня полива.

Пищевая промышленность требует все большей безопасности и прозрачности, и требуется полная документация. Эта новая технология используется в качестве системы отслеживания, а также для сбора данных о людях и данных о товарах.

Ускоренный переход к экономике знаний

Экономика знаний - это экономическая система, в которой производство и услуги в значительной степени основаны на наукоемкой деятельности, которая способствует ускоренным темпам технического и научного прогресса, а также быстрому устареванию. Индустрия 4.0 способствует переходу к экономике, основанной на знаниях, поскольку больше полагается на интеллектуальные возможности, чем на физические ресурсы или природные ресурсы.

Вызовы

Проблемы при внедрении Индустрии 4.0:

Экономическая

  • Высокие экономические затраты
  • Адаптация бизнес-модели
  • Неясные экономические выгоды / чрезмерные инвестиции

Социальное

  • Проблемы конфиденциальности
  • Слежка и недоверие
  • Общее нежелание заинтересованных сторон меняться
  • Угроза дублирования корпоративного ИТ-отдела
  • Потеря многих рабочих мест из-за автоматических процессов и процессов, контролируемых ИТ, особенно для рабочих
  • Повышенный риск гендерного неравенства в профессиях, должности которых наиболее подвержены замене ИИ

Политическая

  • Отсутствие регламента, стандартов и форм сертификации
  • Неясные юридические вопросы и безопасность данных

Организационная

  • Проблемы ИТ-безопасности, которые сильно усугубляются неотъемлемой необходимостью открытия ранее закрытых производственных цехов.
  • Надежность и стабильность, необходимые для критически важной межмашинной связи (M2M), включая очень короткие и стабильные времена задержки
  • Необходимо поддерживать целостность производственных процессов
  • Необходимо избегать любых ИТ-проблем, так как они могут привести к дорогостоящим остановкам производства.
  • Необходимость защиты промышленных ноу-хау (содержится также в управляющих файлах для устройств промышленной автоматизации)
  • Отсутствие адекватных навыков для ускорения перехода к четвертой промышленной революции
  • Низкая приверженность высшего руководства
  • Недостаточная квалификация сотрудников

Приложения

Аэрокосмическую промышленность иногда характеризовали как «слишком малый объем для обширной автоматизации»; однако принципы Индустрии 4.0 были исследованы несколькими аэрокосмическими компаниями, и были разработаны технологии для повышения производительности там, где первоначальные затраты на автоматизацию не могут быть оправданы. Одним из примеров этого является проект M4 производителя аэрокосмических деталей Meggitt PLC .

Все более широкое использование промышленного Интернета вещей в компании Bosch и в целом в Германии называют Индустрией 4.0 . Приложения включают машины, которые могут прогнозировать сбои и запускать процессы обслуживания автономно или самоорганизованную координацию, которая реагирует на неожиданные изменения в производстве.

Индустрия 4.0 вдохновила на инновации 4.0, шаг в сторону оцифровки для академических кругов, исследований и разработок . В 2017 году в Ливерпульском университете открылась фабрика инноваций в материалах (MIF) стоимостью 81 миллион фунтов стерлингов, которая стала центром компьютерных материаловедения, где роботизированное формулирование, сбор данных и моделирование интегрируются в практику разработки.

Смотрите также

использованная литература

Источники