Průmysl 4.0 je tady!

Průmysl 4.0 je tady! Vladimír MAŘÍK http://cyber.felk.cvut.cz/ www.ciirc.cvut.cz

Katedra kybernetiky FEL – EU Center of Excellence Český institut informatiky, robotiky a kybernetiky (CIIRC) České vysoké učení technické v Praze

Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

Vyjasnění pojmů – At´chceme nebo nechceme – 4. průmyslová revoluce nastupuje – Pojmy 4. (2.) průmyslová revoluce, Industrie 4.0, Průmysl 4.0 se objevují stále častěji – a stále častěji jsou zneužívány jako líbivé heslo, samotný obsah uniká – Německá iniciativa Industrie z roku 2013 je iniciativou, která má systémově podpořit probíhající průmyslovou revoluci s cílem udržet či zlepšit pozici SRN ve světové ekonomice - Reakce USA, Číny, Japonska – s výjimkou USA (OSTP Bílého domu v roce 2014) všechny odkazují na Industry 4.0 – Ode dneška budeme mít i českou odpověď – iniciativu MPO Průmysl 4.0


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


Klíčové vize Původní myšlenka: Počítačovým propojením a) výrobních strojů, b) opracovávaných produktů a polotovarů a c) všech dalších systémů a subsystémů průmyslového podniku (včetně ERP, obchodních atd.) vytvořit inteligentní distribuovanou síť různorodých entit podél celého řetězce vytvářejícího hodnotu (tedy síť napříč výrobními, ekonomickými, obchodními, logistickými a dalšími úseky), přičemž subsystémy pracují relativně autonomně, navzájem dle potřeby komunikují (a vývojově směřují k uvědomění si sama sebe i k samostatné predikci). Industry 4.0 navazuje na vize FoF (Factory-of-the-Future), které vznikly evolucí vizí CIM (Computer Integrated Manufacturing), a to především díky rozvoji metod umělé inteligence i rozvojem počítačových a komunikačních technologií.


Klíčové vize Dnes hovoříme o trojí průmyslovou integraci: - Integraci horizontální (hodnotového řetězce) – tedy plnou počítačovou integraci zabezpečující vše od podání objednávky, přes zásobovací řetězec, vývoj, výrobu až k expedici a distribuční síti - Integraci horizontální (vnitropodnikovou) – tedy o integraci od úrovně řízení v reálném čase, přes plánování a rozvrhování výroby a ERP systémy až k rozhodování na nejvyšší úrovni - Integraci inženýrské podpory (životního cyklu) napříč celým inženýrským řetězcem – od výzkumu, vývoje, prototypování, rozvrhování výroby až po ošetření celého životního cyklu výrobku


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


Klíčové vize Dnešní pohled, daný dalším rozvojem technologií: - Internet věcí – napojování fyzických zařízení, čidel, transportních vozíků, robotů atd. na internet - Výrobky i polotovary či rozpracované výrobky jsou reprezentovány autonomně fungujícími softwarovými moduly (SW agenty), které mohou za ně domlouvat a vyjednávat způsob jejich vlastního zpracování, montáže, přepravy atd. - Lidé vstupují prostřednictvím specializovaných rozhraní jako další autonomní entity

- Autonomní jednotky napojené na internetovou síť (ať již virtuální či fyzické) nabízejí a poskytují služby prostřednictvím otevřených platforem – ty vycházejí z filosofie SOA (Service Oriented Architecture)


Klíčové vize Propojení internetu věcí a internetu služeb = Vytvoření kyberneticko – fyzikálního prostoru, v němž jsou už jen nejasné hranice mezi reálnem a virtuálnem, které se dle potřeby posouvají Integrovaný výrobní systém chápaný jako kyberneticko-fyzikální systém je systémem velmi složitým, který lze řídit pouze na základě principů důsledné decentralizace, asynchronní adresné komunikace a koordinace. Modularita, interoperabilita a rekonfugurabilita: systémy 4.0 by měly být maximálně modulární a schopny autonomní rekonfigurace na základě automatického rozpoznání situace To jsou principy, které jsou teoreticky zkoumány v oblasti multiagentních systémů a postupně povedou ke zcela nové teorii systémů Veškerá komunikace, dojednávání, dohadování a koordinace mezi automními subsystémy se opírají o znalosti, uchovávané v sémantických strukturách/ontologiích, často fyzicky v cloudech Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

Agentové technologie v Industry 4.0 Agentní systémy – metodologický význam •Nový přístup směřující k nové teorii systémů, vyžaduje změnu myšlení •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. •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)


Klíčové vize SAP – důraz na služby SAP - Karnouskos 2015


Technické překážky, problémy a výzvy V decentralizovaných systémech chybí centrální řídící element è emergentní chování, které lze ověřit jen simulací Nákladná analýza celého systému a potřeb jeho řízení Nákladné investice do technologií Velké množství komunikace – servery a sítě nestíhají – možný kolaps Problémy s reálným časem – výměna a zpracování zpráv mohou spotřebovat více času než je možné akceptovat, přehlcení zprávami vede k nesprávnému rozhodnutí – principy časové synchronizace ve vývoji Potřeba strojového učení a dolování dat z cloudů – pravděpodobnostní model složitého systému – jedině tak lze zvládat dynamicky se měnící složité systémy. Dnes se vše může ukládat do cloudů, ale co s těmito daty? Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

Standardizace Interoperabilita potřebuje standardizaci Zatím žádné speciální standardy nejsou, jenom referenční architektury Standardy se dosud vyvíjejí přirozeným způsobem, prostě „silou průmyslových realizátorů“ Průmysl 4.0 je především o celkové filosofii, proto se např. v Rakousku uděluje „Ready for Industry 4.0“


Projekt ARUM – plánování a rozvrhování − ARUM – Adaptive Production Management – Integrovaný projekt FP7 (14 partnerů) – Období 2012-2015, rozpočet 11.5 M€ − Cíle projektu – Optimalizace náběhu výroby a řízení malosériové výroby – adaptivní strategické plánování a operační rozvrhování – Celkové zlepšování business procesů − Use cases – Airbus (A350) – náběh výroby letadel – Iacobucci – náběh výroby interiérů letadel – Infineon – výroba vrtsvených polovodičů


Celková architektura

FND UI

Operational Scheduler

Strategic Planner

SD UI

FND&SD Service

Business Process Mining & Optimization (MIDAS)

Security Service

iESB

ARUM Events Ontology

ARUM Core Ontology Ontology Service

SPARQL queries & publish-subscribe RDF (data, events)

ARUM Scene Ontology

Data Transformation Service (TIE Integrator)

Mapping files

TIE Semantic Integrator

ARUM Core Ontology Legacy syst. schemas

ARUM Events Ontology

Raw data Ontology & operational data (triple store)

SAP Gateway

Other AIB Gateway

RDB (Airbus data) Gateway

SAP (AIB)

Pepsy (AIB)

RDB (Airbus data)

AS400 Gateway

IHF XLS gateway

AS400 (IHF)

Excell sheet


Bezpečnost Všichni a všude hovoří o počítačové či kybernetické bezpečnosti – avšak téměř žádná řešení V rámci řešením Průmysl 4.0 však půjde o systémovou bezpečnost, jíž je počítačová bezpečnost jen součástí V našich podnicích – téměř nulové povědomí o bezpečnosti Bezpečnost je nutno vidět jako komplexní problém zasahující současně fyzickou infrastrukturu i virtuální část kyberneticko-fyzikálních systémů

2007 napadení jaderné elektrárny- S. Lunsdorf (IBM) 2015 převzetí řízení tahu motoru za letu – Ch. Roberts Je třeba kombinovat přístupy, dívat se na bezpečnostní systém podniku jako na složitý systém, který sám o sobě musí využívat principy Průmyslu 4.0


4. průmyslová revoluce ovlivní celou společnost – jedná se především o způsob myšlení 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 - 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 4.průmyslová revoluce není o digitalizaci nebo informatizaci, je to revoluce KYBERNETICKÁ Bez větší nadsázky lze konstatovat, že kybernetická průmyslová revoluce je celospolečenským fenoménem, více revolucí v myšlení lidí než v konkrétních technologiích. Technologie už máme, myšlení jsme ještě nezměnili! Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

Výzva v oblasti lidských zdrojů 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) Musí se změnit obsah a styl výuky, nelze dokonečna minimalizovat výuku matematiky a fyziky Volání po větším množství inženýrů a po jejich kvalitě nestačí, je třeba: - větších investic (a tlaku) z průmyslu do univerzit - zásadním způsobem změnit způsob hodnocení a řízení univerzit - zásadním způsobem změnit organizaci, hodnocení a financování aplikovaného výzkumu Katedra kybernetiky, ČVUT FEL

Průmysl 4.0 je tady!

Recommend Documents