Průmysl 4.0 a jeho dopady v energetice, dopravě a stavebnictví

Průmysl 4.0 a jeho dopady v energetice, dopravě a stavebnictví Vladimír MAŘÍK Praha, 22.11.2016

www.ciirc.cvut.cz

Český institut informatiky, robotiky a kybernetiky (CIIRC) České vysoké učení technické v Praze

Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

Digitální ekonomika  Definice: Revoluční alokace zdrojů, jež hodně využívá informačních a komunikačních technologií. Díky nim se mění celá struktura řízení podniků a vznikají i nová odvětví (Wikipedie)  Pojem zaveden Donem Tapscottem (1995) v knize

Digitální ekonomika: naděje a hrozby věku informační společnosti

 Další kniha D. Tapscotta (2006)

Wikinomie

naznačuje vznik kolaborativní ekonomiky a odstranění prostředníků směny (tj. obchodníků) pomocí internetu  Ohniskem a motorem rozvoje digitální ekonomiky se postupně stává průmyslová výroby


Digitální ekonomika Proč je těžištěm dnešního vývoje průmyslová výroba? Konvergence komunikačních, počítačových a automatizačních technologií, Moorův zákon stále platí, průmyslová sféra nejlépe připravena Virtualizace: vzniká IoT (Internet věcí), propojuje se fyzický svět výroby se světem virtuálním, každý objekt fyzického světa může mít svého dvojníka ve světě virtuálním a stát se aktivním elementem komunikace Nové technologie: aditivní 3D tisk, cloudy, metody kybernetiky, umělé inteligence a strojového učení, strojové vnímání, agentní technologie atd. Nové obchodní modely založené na vysoké autonomii jednotlivých výrobních i nevýrobních složek podniků, na vazby na tzv. okolí továrny, vedou k individualizaci produkce Vznikají složité výrobní systémy, které lze řídit pouze decentralizovaně: komunity autonomních subsystémů (agentů) Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

4. průmyslová revoluce  Technologické pokroky  1. průmyslová revoluce: pára  2. průmyslová revoluce: elektřina  3. průmyslová revoluce: počítače a roboti  4. průmyslová revoluce: Kyberneticko-fyzikální systémy (CPS)


Industrie 4.0 – iniciativa vlády SRN  Začíná se tedy dnes hovořit o nové průmyslové revoluci s dopadem na celou společnost  První explicitně vyjádřenou vládní iniciativou na podporu nové průmyslové revoluce je německá Industrie 4.0  Vize poprvé prezentována na Hannover Fair 2011:

Komputerizace průmyslové výroby

 Výrazně technologicky upravený dokument představen na Hannover Fair 2013: Kageman, Wahlster, Lukas – ved. prac. skupiny Vládní dotace: 750 mil. EUR na 3 roky automatizační technologie jsou ve vizi zaměřeny na distribuované systémy a počítají s metodami samooptimalizace, automatizované rekonfigurace, autodiagnostiky, strojového vnímání a inteligentní podpory dělníka


Klíčové vize Hlavní myšlenka: Počítačovým propojením výrobních strojů, opracovávaných produktů a polotovarů všech osob zapojených do procesů (prostřednictvím rozhraní) všech dalších systémů a subsystémů průmyslového podniku vytvořit inteligentní distribuovanou síť různorodých entit podél celého řetězce vytvářejícího hodnotu, přičemž subsystémy pracují relativně autonomně a paralelně, navzájem dle potřeby komunikují – každý fyzický systém má své virtuální dvojče či virutální obraz ve virtuálním světě Propojení internetu věcí a internetu služeb = vytvoření kyberneticko – fyzického prostoru, v němž jsou už jen nejasné hranice mezi reálnem a virtuálnem, které se dle potřeby posouvají Postupně se objevuje třetí dimenze, kterou nelze ignorovat: vedle dvou technologicky orientovaných světů, fyzického světa výrobního a virtuálního světa služeb je třeba počítat i se světem sociálním, který začíná s oběma technologickými silně interagovat Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

Klíčové vize 4. průmyslové revoluce Integrovaný výrobní systém chápaný jako kyberneticko-fyzický systém je systémem velmi složitým, který lze řídit pouze na základě principů důsledné decentralizace, asynchronní adresné komunikace a koordinace. Trojí znalostně orientovaná integrace průmyslových systémů: -Integrace horizontální (hodnotového řetězce) – tedy plná počítačová integrace (nikoliv pouhé propojení informačních systémů!!) zabezpečující vše od podání objednávky, přes zásobovací řetězec, vývoj, výrobu až k expedici a distribuční síti -Integrace vertikální (vnitropodniková) – znalostně podporovaná integrace od úrovně řízení v reálném čase, přes plánování a rozvrhování výroby a ERP systémy až k rozhodování na nejvyšší úrovni -Integrace inženýrské podpory (životního cyklu) napříč celým inženýrským řetězcem – od výzkumu, vývoje, prototypování, rozvrhování výroby až po ošetření celého životního cyklu výrobku Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

Klíčové vize Nic nového pod sluncem – ale nyní se začíná implementovat


Decentralizace Karnouskos 2015


Totální prosíťování Úplně stejná filosofie Industry 4.0 může být využita v Technoloigcké přípravě výroby Plánování a rozvrhování kdekoliv, včetně logistiky Řízení dodavatelského řetězce ERP komunikaci Při řízení životního cyklu výrobku Při zabezpečování zdrojů (energetických, surovinových atd.) a všechny tyto systémy mohou být totálně propojeny v rámci jediné inteligentní sítě  Totální prosíťování všech aktivit spojených s průmyslovou výrobou production


Klíčové vize prosíťovaných systémů Industry 4.0 6 základních principů a)Interoperabilita: schopnost kyberneticko-fyzických systémů, lidí a všech komponent podniku vzájemně komunikovat prostřednictvím IoT a IoS b)Virtualizace: schopnost propojování fyzických systémů s virtuálními modely a simulačními nástroji c)Decentralizace: rozhodování a řízení probíhá autonomně a paralelně 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 světa e)Orientace na služby: preference výpočetní filosofie nabízení a využívání standarních služeb, to vede na architektury typu SOA (Service Oriented Architectures), nověji tzv. mikro-služeb f)Modularita a rekonfugurabilita: systémy Industry 4.0 by měly být maximálně modulární a schopny autonomní rekonfigurace na základě automatického rozpoznání situace Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

Klíčové vize -Lidé vstupují prostřednictvím specializovaných rozhraní jako další autonomní entity -Průmysloví roboti první generace jsou nahrazovány roboty kooperativními, schopnými spolupracovat s člověkem, někdy dokonce simulujícími emoce...


Co zkoumat v rámci Průmyslu 4.0? Mnoho různorodých témat -Kolaborativní roboti (konstrukce, pohony, způsoby kooperace) i mobilní transportní roboti -Technické připojování strojů, zařízení a lidí do komunikačních sítí, komunikační prostředky a standardy -Bezpečnost -Interfacy: 3D aditivní tisk, rozhraní typu virtuální reality, HMI -Kybernetické aspekty řízení složitých systémů a systémové integrace – nové kybernetické technologie: -

Velká data a jejich analýza Strojové učení, hluboké neuronové sítě Znalosti, znalostní zpětné vazby, sémantické struktury Agentní technologie

...... Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

Kybernetický pohled - Agentové technologie v Industry 4.0 Agentní systémy – metodologický význam •Nový přístup směřující k nové teorii systémů, vyžaduje změnu myšlení – tato teorie však stále a citelně chybí •Vhodný pro specifikaci, návrh a realizaci nejrůznějších distribuovaných systémů •K dispozici platformy, realizující multiagentní systémy, včetně základních služeb, komunikačních a dohadovacích protokolů, učení, sémantiky a ontologií, meta-agentů, distribuovaného učení atd. (standardy FIPA) •Modely agentů umožňují propojování (nehmotných) distribuovaných znalostí s reálným světem •První praktické aplikace v nejrůznějších oblastech •Mnoho teoretických problémů stále středem pozornosti výzkumu (emergentní chování, stabilita, adaptabilita)


Agentové technologie v Industry 4.0 Dvě oblasti: •Agentové řízení v reálném čase

• Agenti přímo spojeni s fyzickým systémem – Nastupují tzv. holonické předprogramované subsystémy na bázi IEC 61499, reagující obdobně jako agenti • Integrace agentů s řízením na bázi PLC – PLC-řízení dále využíváno pro řízení v reálném čase, může běžet bez problémů bez agentů – SW agenti uvažováni jako inteligentní vrstva nad klasickým řídícím systémem: pokročilá optimalizace, diagnostika, rekonfigurace, . -Integrace systémů

- Agenti reprezentují poměrně velké, často nutně nejen fyzické subsystémy (výrobní úseky, ekonomické oddělení, historické databáze, atd.) - Typickými úlohami: plánování, rozvrhování, inženýrská podpora Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

Agentové technologie v Industry 4.0 Dvě oblasti: •Agentové řízení v reálném čase – typicky agentová architektura

• Veškerá znalost zapouzdřena v agentech (např. části ontologií nebo scénáře chování) – Agenti mají vysokou míru autonomie, komunikační jazyk poměrně omezený – Mohou „putovat“ po síti nebo mezi PLC tak, aby byly co nejblíže výrobním procesům -Integrace systémů – Service Oriented Architecture (SOA)

- Agenti se opírají o dobře strukturované, rozsáhlé soubory schraňovaných ontologických znalostí ve zvláštních agentech, ale je nutné vždy tuto znalost vykomunikovat jako poskytovanou službu (obvykle se jedná více ontologií, např. ontologií výrobků, procesů, událostí..) - Komunikační protokoly obecnější, schopné komunikovat s moduly nejrůznější povahy (např. RDF formát) Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

Příklad architektury SOA – architektura ARUM

FND UI

Operational Scheduler

SD UI

FND&SD Service

Strategic Planner

Business Process Mining & Optimization (MIDAS)

Security Service

iESB

ARUM Core Core ARUM Ontology Ontology ARUM ARUM Events Events Ontology Ontology

SPARQL queries & publish-subscribe

Ontology Service RDF (data, events)

ARUM ARUM Scene Scene Ontology Ontology

Data Transformation Service (TIE Integrator)

Mapping files

TIE Semantic Integrator

ARUM ARUM Core Core Ontology Ontology

Legacy syst. syst. Legacy schemas schemas

ARUM ARUM Events Events Ontology Ontology

Raw data Ontology & operational data (triple store)

SAP SAP Gateway Gateway

Other Other AIB AIB Gateway Gateway

SAP (AIB) (AIB) SAP

Pepsy Pepsy (AIB) (AIB)

RDB RDB (Airbus (Airbus data) Gateway data) Gateway

RDB (Airbus (Airbus RDB data) data)

AS400 AS400 Gateway Gateway

IHF IHF XLS XLS gateway gateway

AS400 (IHF) (IHF) AS400

Excell Excell sheet sheet


Naše reakce na Industrie 4.0 v Evropě


Národní iniciativa Průmysl 4.0  Národní iniciativa vznikla jako reakce na potřeby a požadavky českého průmyslu za osobní podpory min. MPO J. Mládka a je MPO koordinována  Práce zahájeny v červenci 2015, 15.9.2015 – iniciativa vyhlášena na MSVB  Vytvořen řídící tým o 11 členech, na expertním dokumentu o 190 stranách pak pracovalo 87 expertů v 11 odborných skupinách  Dokument je komplexní: v každé z 11 tématických kapitol analyzuje výchozí stav, naznačuje trendy vývoje, přináší SWOT analýzu a důležitou součástí jsou návrhy konkrétních opatření (celkem 47 klíčových a dalších 140 podrobnějších)  Dokument dokončen 3.2.2016  Dokument postupně projednáván s rezorty  Kniha v Management Press – 26.5.2016 Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

Obsah návrhu Iniciativy Průmysl 4.0

1.Úvod 2.Specifická situace průmyslu v ČR 3.Technologické předpoklady a vize 4.Nové požadavky na aplikovaný výzkum v ČR 5.Bezpečnost systémů 6.Standardizace 7.Právní a regulatorní aspekty 8.Dopady na trh práce, kvalifikaci pracovní síly a sociální dopady 9.Vzdělávání 10.Průmysl 4.0 a efektivita využívání zdrojů 11.Investice podporující Průmysl 4.0


Iniciativa Průmysl 4.0

Vláda iniciativu přijala dne 24.8.2016 a usnesla se na vytvoření Aliance Společnost 4.0, která bude zastřešovat řešení dopadů na celou společnost Kulatý stůl Národního konventu se uskuteční dne 2.12.2016 Poté bude Aliance Společnost 4.0 založena


Východiska a cíle pro ČR Nemůžeme zůstat stranou, ale nejsme rozhodující a určující K udržení konkurenceschopnosti se musíme připravit na roli kooperujícího partnera, schopného absorbovat nové technologie, integrovat je a inovacemi adekvátně přispívat do celosvětového úsilí Na úrovni státu nutno připravit infrastrukturu – vysokorychlostní širokopásmový internet, ale i legislativu a lidské zdroje Dlouhodobým cílem je: Pomoci českým podnikům a organizacím při zapojování do celosvětových řetězců tvorby hodnot Pomoci českému průmyslu k zefektivnění a zlevnění výroby a služeb (v SRN první role – efektivní výrobce a poskytovatel služeb) Podpořit konkurenceschopnost českého výzkumu i průmyslu s možností některá řešení Průmyslu 4.0 vyvážet (v SRN druhá role –exportér) Procesy hodnotit taktéž z pohledu optimalizace zdrojů, rychlosti flexibilní reakce na změny, ale i z hlediska ochrany prostředí Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

Výzva v oblasti vzdělávání  Již 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, se schopností permanentní inovace)  Musí se změnit obsah a styl výuky, nelze dokonečna minimalizovat výuku matematiky a fyziky  Nutno podporovat interdisciplinaritu jako doplněk do hloubky zaměřeného odborného vzdělávání, systémový pohled a schopnost kooperace  Průmysl 4.0 se musí promítnout do všech učebních plánů všech oborů na vysokých i středních školách  Jedná o celospolečenský fenomén s dopady sociálními a kulturními: výuka se musí dotknout i humanitních a společenskovědních oborů Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

Výzva týkající se organizace výzkumu  Věda, výzkum a inovace již nebudou moci být otázkou jednoho podniku!!  Výzkum bude nutno provádět na sdílených, investičně velmi náročných testbedech  Testbedy jsou vlastně výrobní poloprovozy, umístěné obvykle ve výzkumné organizaci a otevřené mnoha firmám, které se podílejí na financování (např. úvodním vkladem, pravidelným poplatkem, či zakázkami)  Malé a střední podniky mohou testovat nové technologie a ocenit potenciál inovativních obchodních scénářů  Výrobní podniky generují data, IT firmy je analyzují, dodavatelé strojů vyvíjejí inovace společně se svými zákazníky – taková spolupráce napříč sektory generuje skvělé synergie pro všechny


Smart Factory Testbed v Kaiserslautern 2015


Výzva týkající se organizace výzkumu  Čeká nás proces sdružování, integrace, propojování týmů – nutno dát důvěru (a prostředky) organizacím a jejich vůdčím osobnostem, které se osvědčily  Nutno vybudovat systém center/ústavů aplikovaného výzkumu na národní úrovni, se zodpovědností za technologickou podporu naplňování cílů Průmyslu 4.0 – páteř celé implementace  Rekonstrukce prostoru aplikovaného výzkumu směrem od jednotlivých, nahodile vybraných projektů směrem k cílenému a řízenému budování dlouhodoběji fungující infrastruktury aplikovaného výzkumu s dostatečným prostorem pro flexibilní menší doplňkové projekty je v případě Průmyslu 4.0 nezbytností  Důležitý i aplikovaný výzkum ve společenskovědních disciplinách  Veřejná podpora aplikovaného výzkumu musí být koncentrována a koordinována na národní úrovni.  První testbed v ČR budován na ČVUT – budova CIIRC- ve spolupráci se firmou Siemens Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

CIIRC ČVUT


Testbed v CIIRC  První testbed pro Průmysl 4.0 v ČR (podpora ze strany Siemens a též Škoda VW, dále Trumpf, Festo, Kuka,..) – ve výstavbě  Konkrétní cíle:  Řešení kompatibilní s Průmyslem 4.0 pro malé a střední podniky  Zajištění interoperability of strojů českých výrobců a českého SW se zařízeními typu Industrie 4.0  Vytvoření komunity firem malých, středních i velkých a jejich napojení na globální lídry – společně se Svazem průmyslu a dopravy


Další výzvy  Výzva sociální: dopad na trh práce člověk nebude nahrazen, nýbrž dostane nové nástroje některé profese vymizí, jiné se vytvoří pracovní trh nutno připravovat na změny s předstihem nutno jednat s odbory, vysvětlovat  Výzvy v oblasti bezpečnosti a dostupnosti infrastruktury jedná se o komplexní systémovou bezpečnost, nikoliv jen počítačovou  Výzvy v oblasti standardizace povede především ke kompatibilitě řešení, specializované standardy zatím neexistují Každá z výzev - pokud bude ignorována - může se stát hrozbou pro konkurenceschopnost české ekonomiky


Bezpečnost, stabilita a odolnost Všichni a všude hovoří o počítačové či kybernetické bezpečnosti – avšak téměř žádná řešení V rámci řešení Průmysl 4.0 však půjde o systémovou bezpečnost, jíž je počítačová bezpečnost jen součástí V našich podnicích – téměř nulové povědomí o bezpečnosti Bezpečnost = komplexní problém zasahující současně fyzickou infrastrukturu i virtuální část kyberneticko-fyzikálních systémů Stabilita výrobního procesu a zařízení i při náhle se měnících podmínkách (např. při poruše přepravníku, havárii, při počítačovém napadení při výpadku energie atd.) – zajišťována např. přísným dodržováním krizových pravidel,rekonfigurací zařízení či náhradními zdroji Odolnost (resilience) – schopnost systému předvídat, přizpůsobit a obnovit se z různých stavů možného i projeveného nebezpečí, aniž by se tento systém zhroutil. To předpokládá rychlou a účinnou přizpůsobivost spojenou s porozuměním situaci. Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

4. průmyslová revoluce ovlivní celou společnost 4. průmyslová revoluce přináší myšlenky a technologie, které zasáhnou další oblasti, např. Energetiku při řízení a koordinaci decentralizovaných zdrojů: na úspěšnosti myšlenek bude záviset, kolik centrálních zdrojů budeme muset vybudovat (Energetika 4.0) Dopravu a logistiku v širším slova smyslu (Doprava 4.0) Smart Cities: jde též o distribuované procesy s možností permanentní optimalizace a nutností flexibilní reakce na změny Zdravotní péči: zde se jedná především o optimalizaci distribuovaných služeb (Zdravotnictví 4.0) 4.průmyslová revoluce se stává celospolečenským fenoménem! Kybernetická průmyslová revoluce je více revolucí, tj. zásadní změnou v myšlení lidí než v konkrétních technologiích. Technologie už máme (nebo můžeme koupit), myšlení jsme ještě nezměnili! Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

Shrnutí Průmysl 4.0 je především novou filosofií řízení složitých systémů, vyžadující zásadní koncepční změnu v myšlení Opírá se o teorii agentních systémů: jedná se množinu inteligentně interagujících a vyjednávajících autonomních jednotek Cílem je: -Zefektivnění výroby -Větší individualizace výrobků (přechod výroby od typu supply-driven na model demand–driven) -Optimalizace využívání zdrojů -Stabilita a odolnost výrobního zařízení a procesu -Adaptabilita a flexibilita Přínáší zcela nový business model: výroba jako služba Přináší nové architektury podnikové informatiky – směrem k otevřeným architekturám a službám


Shrnutí Základní podmínkou je digitalizace a virtualizace, ale vlastním jádrem znalostní (kybernetická) integrace ve třech osách: -vertikální, -horizontální a -ve směru inženýrské podpory -Zavádění principů Průmyslu 4.0 v průmyslu má jen omezený význam, pokud okolí továrny bude fungovat „postaru“, bez uplatňování principů Průmyslu 4.0 -Jedná se především o zásadní koncepční změny v energetice, dopravě a stavebnictví (často používané označení 4.0 znamená – v souladu s principy Průmyslu 4.0)


Energetika 4.0 – základní vize Energetickou potřebu země budou zabezpečovat -Klasické zdroje (tepelné a jaderné elektrárny) -Alternativní zdroje (FVE, vodní a větrné elektrárny, kogenerační jednotky, zásobníky eneregie, tepelné zdroje jako vedlejší produkt průmyslové výroby atd.) Nutno očekávat informatické prosíťování všech zdrojů a spotřebitelů energie chápaných jako autonomní jednotky do inteligentní sítě, jejich vzájemnou komunikaci/dojednávání s cílem optimalizovat výrobu i spotřebu a minimalizovat spotřebu fosilních paliv při zabezpečení rozumných potřeb průmyslu, dopravy a měst


Energetika 4.0 - základní vize

-Základem celé decentralizované soustavy bude - soustava chytrých sítí (smart grids) rozsahu části okresu, každá vytvářející částečně soběstačný ekosystém chovající se navenek někdy jako spotřebitel jindy jako výrobce (měnící se profil spotřeby) - páteřní síť tvořená klasickými centralizovanými zdroji (ta by měla v roce 2030 pokrývat jen 70% spotřeby a tento podíl by měl nadále klesat) -Chytré sítě budou tedy zahrnovat jak zdroje (alternativní elektrárny, zdroje odpadního tepla), tak současně spotřebitele - budou se v lokálním měřítku optimalizovat s cílem maximální soběstačnosti


Energetika 4.0 - základní vize

-Základními autonomními subsystémy chytrých sítí budou výrobní podniky, systémy dopravních služeb či městského osvětlení, obytné čtvrti či rekreační zóny, lokální distribuční soustavy LDS, apod. -Autonomní subsystémy obytných čtvrtí se mohou opírat o chytré budovy s významnou měrou soběstačnosti (vybavené např. FV zdroji, zásobníkem energie, kogeneračním zdrojem a plnou automatizací provozu s predikcí spotřeby) či jejich dynamicky se strukturující konglomeráty. -Takovéto autonomní subsystémy budou přispívat k řízení stability dodávek a postupně nahradí v této funkci fosilní elektrárny.


Energetika 4.0 - základní vize -Z hlediska funkce hierarchicky, z informatického hlediska plošně strukturovaný systém chytrých sítí, hledající event. oporu v páteřní síti, bude shrávat větší a větší roli -Inteligentní chování celé soustavy bude založeno na internetizaci a virtualizaci fyzické energetické infrastruktury, umožňující efektivní vyjednávání o odběratelsko-spotřebitelském profilu mezi prvky chytrých sítí, mezi chytrými sítěmi stejné nebo hierachicky rozdílné úrovně i s páteřní sítí v režimu peer-to-peer. -Takto organizovaná národní eneregtická síť bude: - Minimalizovat nároky na spotřebu fosilních paliv (a tím emise atd.) - Zvyšovat stabilitu sítě přispěním „drobnějších výrobců“ a její odolnost proti napadení či blackoutům - Zvyšovat modularitu, adaptabilitu a flexibilitu soustavy s možností učení z vlastních zkušeností - Při vhodném tarifním schématu motivovat spotřebitele k větší lokální výrobě z alternativních zdrojů – stálý tlak na Katedra kybernetiky, ČVUT FEL zvyšování podílu alternativních zdrojů

Energetika v ČR – současný stav -Energetická soustava řízena, přesněji ovládána výrobní sférou, ekonomicky vyhovuje výrobcům a distributorům, nikoliv spotřebitelům a nově vznikajícím alternativám (s výjimkou dotovaných). -Podíl alternativních zdrojů 10%, do budoucna má být až 30%, avšak není dořešeno spravedlivé přidělování přístupu k sítím a preferenční tarify (pro exportéry a velké FVE jsou tyto tarify nulové, pro nově zaváděné alternativní zdroje se tarify i podmínky přístupu do soustavy mají zpřísňovat) -Stabilita udržována nadbytečnou výrobou (až například pro 300 MW regulačního výkonu je nutné alespoň 2100 MW „roztočené“ dodávky ve fosilních zdrojích, zejména v letních měsících, takové scénáře generují „nutný“ export energie za nevýhodné ceny) -Tarifní systém nemotivuje k budování lokálních alternativních zdrojů, a to ani v případě průmyslových podniků -Nedochází k internetizaci a virtualizaci výrobních a distribučních systémů, tedy nevytváří se dostatečná paralelní informatická struktura k té energetické Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

Energetika v ČR – současný stav -Jediné cílenější ovládání (nikoliv řízení) umožňují systémy HDO -Nejsou vytvářeny předpoklady pro vertikální integraci v terminologii Průmyslu 4.0 (chybí interaktivní komunikace mezi soustavou a nově vznikajícími alternativními zdroji) i pro integraci horizontální (bez zohlednění požadavků spotřebitelů to ani nejde), nebudují se kapacity v integraci inženýrské podpory (chybějí odborníci v kybernetických a informatických oborech) -Nebudují se chytré sítě v pravém slova smyslu ani testbedy v terminologii Průmyslu 4.0 experimentálně na úrovni obcí – první experiment v Horušanech snad ani nebyl dokončen, později ČEZ dal vznik LODISu a prováděl měřící experimenty ve Vrchlabí.. -Na druhé straně ve stejné době tzv. nezávislá analýza tzv. nezávislou soukromou evaluační firmou „dokazuje“, že nelze další alternativní zdroje do naší sítě zapojovat – naše simulace podle evropských regulací však ukazují pravý opak


Energetika v ČR – současný stav -NAP pro chytré sítě se rozjíždí pomalu – realizace bude investičně nákladná -V zemích EU, např. v Rakousku, v Itálii, Francii a jinde běží experimentální provozy a směrování k decentralizované energetice naplno -Pokud nebudeme řídit energetickou soustavu v souladu s principy Energetiky 4.0, nebude fungovat ani průmysl, ani chytrá města či doprava na tomto principu. -Průmysl a města zůstanou konzumenty energetického systému z minulého století a zůstanou odsouzení do role plátců poplatků, ale nestanou se aktivními partnery hry. -Nově formátovanou infrastrukturu (včetně té informatické) nelze vybudovat ze dne na den


Energetika v ČR – současný stav

-Důležité je též napojení energetických smart gridů na teplárenství a plynárenství – povede k dalším úsporám a stabilizaci zásobování energiemi -Pokud nezačneme s decentralizací ihned, během 5-10 let budeme stát před velkým problémem ohrožujícím nejen konkurenceschopnost, ale i existenci průmyslu v ČR -Směrování k Energetice 4.0 je dnes důležitějším úkolem než podpora Průmyslu 4.0 (tam je hnacím motorem průmysl a ten si ví v konkurenčním prostředí rady) – na řadě je stát, aby konal co nejrychleji


Doprava a logistika -Doprava a logistika bezprostředně navazující na výrobu dle principů Průmyslu 4.0 mají dnes k dispozici řadu nástrojů: - Plánovací a rozvrhovací algoritmy pro optimální vytížení flotily – každé vozidlo se může chovat jako autonomní agent a v rámci mobilní aplikace dohadovat/vyjednávat optimální alokaci a vytížení - Vozidla mohou vyjednávat optimální trajektorii s virtuální reprezentací dopravní sítě (každý úsek silnice může být reprezentován agentem ve virtuálním prostoru, nesoucím informaci o stavu vozovky, očekávaném vytížení a průjezdnosti) - Dynamickou volbou přepravní trajektorie s uvažováním informace o čerpacích stanicích lze optimalizovat spotřebu - Systémy prediktivní údržby vozového parku jsou již dnes k dispozici


Doprava a logistika -V oblasti chytrých měst nutno či možno brát do úvahy např.: - Interaktivní vyjednávání s průmyslovými podniky a školami o hodinách přijezdu a odjezdu zaměstnanců a žáků (dynamická optimalizace jízdních řádů) - Dynamické směrování provozu podle momentální záteže na základě interaktivní multiagentní komunikace - Směrovat k elektromobilitě ve městě jako službě (při uvažování vhodného modelu částečné eneregtické soběstačnosti) Potřebné algoritmy jsou k dispozici, je potřeba je proměnit v reálné aplikace. Doprava a logistika jsou při zavádění filosofie Průmyslu 4.0 na tom přibližně stejně jako průmysl – hnacím motorem budou potřeby municipalit a investiční úsilí přepravců. Stát hraje roli jenom ve změnách legislativy. Zájem veřejné sféry je obrovský Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

Stavebnictví

-Lze chápat jako průmyslové odvětví s některými specifikami -Procesy řízeny individuálními požadavky spotřebitelů (demand-driven) -Výroba a přeprava stavebních hmot – spadají pod Průmysl 4.0 a Dopravu 4.0 -Inženýrská podpora integrována např. systémy BIM -BIM je vhodný i pro výstavbu chytrých domů -Prinicpů 4.0 se dnes už využívá i ke spávě a údržbě bytového fondu... -Klíčová je internetizace a virtualizace elementů stavebních procesů....algoritmy dojednávání a integrace jsou k dispozici


Shrnutí

Průmysl 4.0 je především novou filosofií řízení složitých systémů, vyžadující zásadní koncepční změnu v myšlení Opírá se o teorii agentních systémů: jedná se množinu inteligentně interagujících a vyjednávajících autonomních jednotek Všechny prvky se stávají aktivními hráči Přínáší zcela nové business modely: výroba jako služba, mobilita jako služba, výstavba, pronájem a údržba nemovitostí jako služba Přináší nové architektury podnikové informatiky – směrem k otevřeným architekturám a službám


Shrnutí Základní podmínkou je digitalizace a virtualizace, ale vlastním jádrem znalostní (kybernetická) integrace –jedná se o kybernetickou revoluci -Zavádění principů Průmyslu 4.0 v průmyslu, v dopravě, energetice či stavebnictví má jen omezený význam, pokud nebude probíhat ve všech těchto oblastech současně, ruku v ruce -Jde o celospolečenský fenomén, který musí být podpořen změnou v myšlení, v systémovém pohledu na věc -Největší úsilí je v této chvíli potřeba zaměřit na energetiku – ta v přestavbě zaostává nejvíce


Shrnutí -ČR na tom není špatně – koncepce Průmysl 4.0 vládou povýšená na Společnost 4.0 je pojímána velmi komplexně, v plné šíři včetně energetiky, dopravy, stavebnictví... -Byla oceněna nejen na setkání se spolkovou kancléřkou A. Merkelovou 25.8.2016, ale i na mezinárodním RRI fóru v Tokyu dne 19.10.2016


Průmysl 4.0 a jeho dopady v energetice, dopravě a stavebnictví

Recommend Documents