Ipar 4.0

Ipar_4.0.jpg
Forrás: ottomotors.com
Gyárak újratöltve

Jelentős előnyre tettek szert az Ipar 4.0 megoldásokat alkalmazó termelőcégek

Rugalmas, gyorsan alkalmazkodó gyártás, növekvő ellenállóképesség a változó piaci környezettel szemben, az ügyfelek jobb kiszolgálása, kevesebb selejt és váratlan leállás – néhány előny, amelyeket azok a termelőcégek tapasztalhatnak meg, amelyek elindultak az Ipar 4.0 koncepció megvalósításának útján. Miközben az olyan technológiák, mint a mesterséges intelligencia, a digitális ikerpárok vagy az együttműködő robotok bevetése komoly előrelépést jelent, a jelenlegi munkaerő-piaci helyzetben az emberek megtartására is érdemes kiemelt figyelmet fordítaniuk a vállalatoknak.

Izgalmas kísérletbe kezdett 1980-ban az IBM: a társaság Texasban épített egy különleges, úgynevezett „lights-out” üzemet, vagyis egy olyan létesítményt, ahol akár nyugodtan le is kapcsolhatták volna a villanyt, mivel szinte teljesen emberi beavatkozás nélkül végezték feladataikat a gépek, ami nem volt más, mint billentyűzetek gyártása számítógépekhez. A koncepció, bármennyire is vonzónak tűnt már akkor, nem bizonyult igazán életképesnek, mivel az előre beállított gépeket nehéz és igen költséges volt átállítani, miközben a billentyűzetek viszonylag gyorsan változtak, így aztán hamarosan be is zárták ezt a létesítményt.

Jóval sikeresebbnek bizonyult (20 évvel később) a japán Fanuc, amely többek között robotokat is gyárt, és a 2000-es évek elején egy olyan, mostanáig is működő „lights-out” üzemet hozott létre, amelyben a robotok kezdetben CNC-gépeket készítettek, és akár egy hónapig is folyamatosan tudtak működni felügyelet és karbantartás nélkül, ma pedig már más robotokat állítanak elő.

Az adat táplálja

A legnagyobb jelentőségű Ipar 4.0 technológiák
(válaszolók százalékában)

IoT

72

Mesterséges intelligencia

68

Felhőtechnológia

64

Big Data, elemzések

54

Robotika, RPA

40

Érzékelők

40

3D nyomtatás

10

AR

9

Edge computing

6

Forrás: Statista 2021, több választ lehetett adni

Ezek a példák jól mutatják, hogy az emberi beavatkozást szinte teljesen nélkülöző automata üzemek koncepciója korántsem új keletű, évtizedek óta vannak próbálkozások ilyen létesítmény létrehozására, és az elmúlt évtizedben látványos ugrás történt ezen a területen. Az általános technológiai fejlődés, illetve az Ipar 4.0 koncepció, amely mint fogalom már egy évtizede van velünk, olyan változásokat indítottak el a termelésben, amelyek jóval túlmutatnak a „lights-out” üzemeken is.

A negyedik ipari forradalom fő mozgatórugóját az adat, illetve annak lehetőleg valós idejű elemzése, és a gyártási folyamatokat, valamint a döntéshozást támogató információvá történő átalakítása jelenti. Ehhez az kell, hogy a harmadik ipari forradalomban elindult automatizáció mellé olyan technológiákat alkalmazzunk, amelyek lehetővé teszik az adatgyűjtést, a gyártástervezés új szintre emelését és a gyors és hatékony beavatkozást a termelési folyamatokba. A Covid-járvány pedig további tényezőkre irányította rá a figyelmet, amelyeket be kell építeniük a mindennapjaikba a gyártó cégeknek: ezek a rugalmasság és az ellenállóképesség, amelyekhez szintén az Ipar 4.0 koncepció megvalósításán és a digitális megoldások termelésbe történő integrálásán keresztül juthatnak el.

Az Ipar 4.0 jelentőségét jól érzékelteti a McKinsey & Company felmérése: a kutatás során megkérdezett gyártócégek képvise-lőinek 94 százaléka vélekedett úgy, hogy az Ipar 4.0 rendszerek segítenek abban, hogy a járvány alatt is fenntarthassák a működésüket. A válaszadók valamivel több mint fele, 56 százaléka pedig egyenesen kritikus fontosságúnak nevezte a digitális technológiákat a pandémiára adott reakciójuk szempontjából. A felmérésből az is kiderült, hogy jókora előnyre tettek szert azok a cégek, amelyek már magasabb szintet értek el az Ipar 4.0 megoldások bevezetésében valamennyi telephelyükön. Közülük szinte mindenki – a megkérdezettek 96 százaléka – az jelezte, hogy ezeknek a technológiáknak a segítségével sikeresen reagáltak az új kihívásokra, míg az Ipar 4.0 rendszereket nem alkalmazó termelőcégek esetében mindössze 19 százalék volt ez az arány. A pandémia hatékonynak bizonyult a szemléletformálásban is, a válaszadók 65 százaléka most sokkal értékesebbnek tekinti a korszerű digitális megoldásokat, mint a járvány előtt.

Fontos mérföldkövek
MI-vel pörög a gyártás


A mesterséges intelligencia (MI) használata egyre általánosabbá válik a termelőcégek körében, a Capgemini 2019-es felmérése szerint a globális piacra dolgozó európai gyártók 51 százaléka használt legalább egy feladatra MI-t a termelés során, a japán cégek esetében 30, míg az amerikaiaknál 28 százalék volt ez az arány. A mesterséges intelligencia legnépszerűbb alkalmazási módja a karbantartás, erre a feladatra a kutatás során megkérdezett társaságok 29 százalékánál dolgoztak ki olyan módszert, amiben az MI is szerepet játszott. A második leggyakoribb alkalmazási terület pedig a minőség-ellenőrzés, erre a cégek valamivel több mint negyedénél vetették be a technológiát. A felmérés még 2019-ben készült, vagyis a COVID-járvány előtt, ami alaposan felpörgette a digitalizációt és az új technológiák bevezetését, vagyis egy mostani kutatás valószínűleg jóval magasabb arányokat állapítana meg.

A termelés digitalizálása, adatalapúvá tétele tulajdonképpen egy utazás, amely több, fontos mérföldkövet érint, ezekre most csak utalunk, viszont sokkal részletesen foglalkozunk velük az ITBUSINESS novemberi 9-i konferenciáján, az X-Factory-n.
Az első fontos lépés az volt, hogy a termelő cégek is elkezdtek fax vagy papír helyett emailt és Excel-táblákat használni, majd ezeket leváltották a vállalatirányítási (ERP-) rendszerek. A következő fontos mérföldkő az volt, amikor elkezdtek adatokat gyűjteni a termelésből a gépeken elhelyezett érzékelők segítségével – ettől a ponttól számíthatjuk az Ipar 4.0 koncepció megjelenését a gyártásban. Ez persze csak az út kezdete, az adatokat először vizualizálni kell, az így készült jelentések alapján lehet döntéseket hozni, majd beavatkozni magába a termelésbe is távolról, digitális eszközökkel.

A folyamat, az utazás végén pedig ott van az automata gyár, ahova elektronikus formában érkeznek a megrendelések, a gyártásütemezést vezérlő rendszer kiosztja, hogy melyik gépnek mikor, mit kell elvégeznie, és a robotok teszik a dolgukat, a lámpát pedig, ha úgy tetszik, le lehet kapcsolni. A teljesen automatizált gyártástervezés, gyártásütemezés lehetőséget teremt arra, hogy a piaci igények kiszolgálásában is szintet lépjenek a gyártó cégek, megvalósulhasson az egyedi tömegtermelés, amire egyébként például az autóiparban már látunk megoldásokat. Ehhez szükséges az ERP- és a MES-rendszerek összekapcsolása. (MES: Manufacturing Execution System, termelésvezérlő integrált rendszer)

Az egyedi tömegtermelés megvalósításában juthat fontos szerep egy még mindig viszonylag korai fázisban lévő, de gyorsan fej-lődő technológiának. A mesterséges intelligencia (MI) alkalmazása lehetővé teszi a termelőcégek számára, hogy okosabb gépeket állítsanak munkába, amelyek már ma is képesek olyan feladatokat önállóan elvégezni, amilyen az önellenőrzés, vagy a diagnosztika. Az MI azon képessége, hogy segít az ipari vállalkozásoknak előre jelezni a karbantartási igényeket és csökkenteni az állásidőt, azért is kezd kritikus jelentőségűvé válni, mert az idősebb, jól képzett munkavállalók lassan nyugdíjba vonulnak, és egyre nehezebb biztosítani az utánpótlásukat, ami már most is érezhető problémákat okoz, hiszen a vállalatoknál nem áll rendelkezés-re a szükséges tudás a hatékony és eredményes működéshez. A mesterséges intelligencia emellett a folyamatok monitorozását és vezérlését is forradalmasítja az iparban.

Gondos tervezés

Napjainkban is komoly problémát jelent a termelőcégeknek, hogy egyre gyakrabban szembesülnek nagyon rövid szállítási ha-táridőkkel. Éppen ezért a már létező, illetve a még tervezési fázisban lévő gyáregységek esetében is fontos szerepet játszik, hogy a vevői igényeket maximálisan kiszolgálják, hiszen ellenkező esetben piacot veszítenek, és a fennmaradásuk is veszélybe kerül. Ehhez azonban nem elegendő csupán az adott gyártósor kapacitástényezőivel számolni, hanem a külső vagy belső, véletlenszerű behatásokra való reagálási idő rövidségét is figyelembe kell venni, hiszen egy késésben lévő gyártási terv még magas termelékenységű üzemekben is komoly problémákat okozhat. Erre olyan tervező, ütemező szoftver nyújthat megoldást, amely a gépek és folyamatok aktuális állapotából kiindulva gyorsan és hatékonyan képes olyan tervek előállítására, amelyekkel a késések be-hozhatók, figyelembe véve a gyártórendszer kapacitásait.

Az egyes cellák, gyártósorok vagy gyárak el- és berendezésének problémája szintén nem új keletű. A növekvő gyártási portfólió, a termékek sokfélesége és a gyártórendszerek konfigurálhatóságára vonatkozó igények növekedésével a csarnokokon belüli gyár-tóegységek elrendezésének problémája egyre bonyolultabb. Ebből adódóan szimuláció nélkül szinte lehetetlen megbecsülni a sorok fő teljesítményjellemző KPI (Key Performance Indicator) értékeit, például a kihozatalt, a gépek kihasználtságát vagy a gépek mellett dolgozó operátorok leterheltségét.

Segítő ikrek

A szimuláció elkészítését pedig a fizikai berendezések, vagy akár egész termelőegységek virtuális leképezésével, a „digitális ikerpárral” tudják igazán hatékonyan megvalósítani a gyártó cégek. Bár a digitális ikerpár elkészítése nem számít igazán újdonságnak – a 2000-es évek elejétől már foglalkoztak ezzel a szakemberek, az egyik első ilyen modell pedig a NASA 1970-es Apollo 13 küldetéséhez készült –, azonban a dolgok internete térhódításával, a szenzorok robbanásszerű elterjedésével, illetve az Ipar 4.0 koncepció egyre szélesebb körű elfogadottságával igazából az elmúlt években kezdtek komolyabban foglalkozni gyakorlati hasznosításával. Digitális ikerpár segítségével elemezni, monitorozni lehet a valós rendszereket annak érdekében, hogy megelőzzük a problémákat, rövidítsük a leállásokat vagy akár szimulációk futtatásával fejlesztéseket végezzünk vagy előre tervezzünk.


Ennek megfelelően egyelőre egy viszonylag szűk piacról van szó, tavaly a MarketsandMarkets elemzése szerint világszinten nagyjából 3,1 milliárd dollárt költöttek ilyen megoldásokra, ugyanakkor a következő időszakban rendkívül gyorsan bővülhet ez a szegmens. Az előrejelzés szerint évente átlagosan 58 százalék körüli fejlődés jöhet 2026-ig, amikor már valamivel több mint 48 milliárd dollárt költhetnek globálisan digitális ikerpárok elkészítésére. A Covid-járvány ráadásul nagy lökést adhat a megoldásnak, hiszen a krízis nyomában járó gazdasági visszaesés, illetve a személyes jelenlét korlátozottsága alternatív megoldásokat követel meg a cégektől.

Azt, hogy miért éri meg digitális ikerpárokat készíteni, jól érzékelteti a Gartner elemzése, amely szerint az ipari vállalatok akár 10 százalékos hatékonyságjavulást is elérhetnek bevetésükkel, részben a prediktív karbantartás eredményeként a leállások számának csökkenése, részben pedig a működés optimalizálása révén. Az IDC tanulmánya pedig arra mutatott rá, hogy a gyártósorok jóval hatékonyabban is működhetnek, ha ilyen megoldásokat is használnak a cégek, és akár 30 százalékkal is csökkenthető ugyanannak a terméknek az előállítási ideje.

Ember és robot

Ahhoz azonban, hogy a pontos tervezést és a rugalmas gyártásra történő felkészülést kihasználva valóban eljusson egy termelőcég arra a szintre, hogy minimális időveszteséggel és a lehető leghatékonyabban tudjon reagálni a piaci folyamatokra és a változó vevői igényekre, kulcsfontosságú volt, hogy jelentős fejlődés menjen végbe a gyártó tevékenység egyre nagyobb részét átvevő robotok területén. A robotok már az automatizáció elterjedésével, a harmadik ipari forradalomban is megjelentek, és bár nagyon precízen és jóval kitartóbban tették a dolgukat, mint az emberek, akkor voltak igazából hatékonyak, ha tartósan ugyan-azt a feladatot kellett elvégezniük, az átprogramozásuk ugyanis időigényes és költséges volt. A negyedik ipari forradalom már eljutott oda, hogy programjukat dinamikusan lehet változtatni, így az egyedi, illetve kis szériás gyártásban is hatékonyan alkalmazhatók.


Fontos változás az is, hogy míg a korai robotok a környezetükkel nem foglalkozva végezték a munkájukat, nem figyelték azt, hogy van-e a közelükben ember, ezért balesetveszélyesek voltak, ezért biztonsági okokból cellákba kellett zárni „őket”, addig napjainkban már kezdenek elterjedni a kollaboratív gépek. Ezek különböző módszerekkel folyamatosan figyelik a környezetüket, így alkalmasak arra, hogy akár emberekkel együtt dolgozzanak, ami számos felhasználási lehetőséget kínál. Arra is van már példa, hogy mesterséges intelligenciával (MI-vel) kombinálják a robotok működését, ami például alkalmassá teszi őket monoton, viszont kifinomult érzékelést és döntéshozatali képességet igénylő feladatokra is.

Az okos adat korszaka

A Covid-járvány hatására a globális ellátási láncban keletkezett zavarok még inkább felhívták a figyelmet a logisztika jelentőségére, ami szintén kiemelten fontos terület az Ipar 4.0 koncepción belül. Ahogyan a termelés esetében, úgy a logisztikában is kulcsfontosságú, hogy rendelkezésre álljanak az irányítást, illetve a döntést támogató adatok, amelyeket a különböző érzékelők-ből nyerhetünk ki az adatgyűjtő szoftverkomponensekkel rendelkező informatikai rendszerek segítségével. Ha ez megvan, akkor a következő fontos lépés a mesterséges intelligencia bevetése lehet, amely hatalmas segítséget nyújt a döntéseket támogató információ előkészítésében.

Míg korábban a big data analízis volt a meghatározó trend, napjainkban egyre inkább a smart data kerül előtérbe, vagyis kevesebb, de mélyebben elemzett adattal igyekeznek dolgozni a vállalkozások, amihez viszont nagyon hasznos, ha mélytanulásra ké-pes rendszerek is rendelkezésre állnak.

Az Ipar 4.0 koncepcióhoz kapcsolódóan a logisztika területén különösen fontos az ember-gép rendszerek létrehozása. Ez az üzemeken belüli anyagmozgatás esetében például a már említett kollaboratív robotok alkalmazását jelentheti, de megfigyelhető az is, hogy egyre jobban elterjednek a vezető nélküli anyagmozgató berendezések.

Fókuszban a megtartás
Toborzási költségek alakulása
(válaszok százalékában)

 

2017

2018

2019

2020

2021

33

44

26

13

29

Változatlan

52

46

64

73

64

Csökken

5

5

10

14

7

Forrás: Profession.hu; N=~300

Bár a robotok és automata rendszerek számos feladatot átvesznek már az embertől, a „lights-out” üzemek egyelőre nem terjedtek el tömegesen, és még ezekben is van, igaz egyre kisebb, feladatuk a hús-vér dolgozóknak. Arról komoly vita alakult ki, hogy a monoton, komoly fizikai erőfeszítéssel járó munkákat átvevő gépek és az egyre bonyolultabb műveleteket is elvégző, MI-t is használó robotok széles körű elterjedése vajon tömeges munkanélküliséget okoz-e hosszabb távon, vagy inkább felszabadítja az emberek kreatív energiáit.

Egyelőre viszont az a helyzet, hogy legalábbis szakemberből komoly hiány mutatkozik. A termelőcégeknek éppen ezért érdemes kiemelt figyelmet fordítaniuk a technológiai fejlesztés, az Ipar 4.0 koncepció megvalósítása közben a humán tényezőre is. A legnagyobb hazai állásportál októberben közzétett felmérése szerint a tavalyi évhez képest 70 százalékos növekedés látszik a feladott álláshirdetések számában, a koronavírus-járvány miatti korlátozások tavaszi feloldását követően nagyon megélénkült a hazai munkaerőpiac. A megfelelő munkavállalók megszerzése és megtartása ebben a helyzetben kulcsfontosságú, dolgozókat elveszíteni fokozott kockázatot jelent a cégek számára.
Korábban a bizonytalan helyzet miatt az emberek kevésbé mertek munkahelyet váltani, az álláshirdetések számának növekedésével viszont a munkakeresési kedv is jelentősen nőtt.

A növekvő „zajban” a vállalatoknak a korábbinál nehezebb elérniük, megszólítaniuk a számukra megfelelő álláskeresőket, ezt a toborzásra fordított kiadások emelkedése is jól mutatja. Az állásportál kutatása során megkérdezett vállalatok 29 százaléka válaszolta azt, hogy több pénzt fordít toborzásra, és mindössze 7 százalékuk költ erre kevesebbet, mint a tavalyi évben. 2020-ban a munkaadóknak csak 13 százaléka növelte a folyamatra fordított kiadásait, 14 százalékuk viszont csökkentette azokat. Ezekből az adatokból is jól érződik, hogy érdemes nagyobb hangsúlyt fektetni a megtartásra, amit a vonzó juttatások mellett például képzési, fejlesztési programokkal is lehet támogatni.