Czy rewolucja produkcyjna uratuje Europę?

Alarmujący spadek uprzemysłowienia

W ciągu ostatnich dwudziestu lat, kraje rozwijające się podwoiły swój wkład w światowy udział produkcyjnej wartości dodanej; wzrósł on z 20 do 40%. W Europie ujawnił się jednocześnie wyraźny podział między krajami o silnych tradycjach przemysłowych. Niemcy, Włochy i Szwajcaria utrzymały swój stopień uprzemysłowienia (udziału produkcyjnej wartości dodanej w całkowitej wytwarzanej wartości dodanej kraju) na poziomie 20%. Z kolei we Francji stopień uprzemysłowienia spadł w latach 2001-2011 z 15 do 11%, podobny trend panuje w Wielkiej Brytanii i Hiszpanii.

Przemysł stanowi kluczowy element łańcucha dostaw. Przenoszenie fabryk poza granice Europy niesie za sobą duże ryzyko wyprowadzenia wraz z nimi innych działań, zapewniających dużą wartość dodaną. Działy rozwoju, sprzedaży oraz marketingu często migrują wraz z fabryką. Jednocześnie znika rynek dla szerokiego wachlarza usług powiązanych z produkcją. Obawy te skłoniły ekspertów do opracowania programu, mającego na celu odzyskanie przez wysoko rozwinięte kraje statusu liderów industrializacji.

Koncepcja Przemysł 4.0 odpowiada na zapotrzebowanie jakie stworzy czwarta rewolucja przemysłowa.

Komentatorzy zwracają uwagę, iż Polska, podobnie jak inne kraje Europy Środkowo-Wschodniej o sporych tradycjach przemysłowych, stają się konkurencyjne nie tylko ze względu na niskie koszty pracy. Na ich terenie pojawia się coraz więcej nowoczesnych fabryk, które dzięki stosowanych technologiom pozwalają na szybki rozwój aktywności o dużej wartości dodanej.

Dzieje rewolucji

Zachodnia cywilizacja była już świadkiem trzech rewolucji przemysłowych, stanowiących kroki milowe w sposobie realizacji procesów produkcyjnych, czego efektem stały się gwałtowne skoki produktywności. Pierwsza rewolucja przemysłowa obejmowała wykorzystanie siły wody, zwiększające się wykorzystywanie napędów parowych i rozwój narzędzi mechanicznych. Druga rewolucja przemysłowa była efektem wynalezienia elektryczności i uruchomienia produkcji masowej na liniach produkcyjnych. Ostatnia, trzecia rewolucja przemysłowa, przyniosła gwałtowną automatyzację procesów z wykorzystaniem elektroniki i narzędzi informatycznych.

Czwarta rewolucja przemysłowa jest już drodze, choć trzeba zauważyć, że niektóre sfery będę w jej efekcie ulegać gwałtownym zmianom, podczas gdy w innych przemiany nastąpią ewolucyjnie. W ramach czwartej rewolucji przemysłowej obiekty fizyczne zostaną ściśle zintegrowane z siecią informacyjną. Wykorzystane Internetu, inteligentnych maszyn, systemów i procesów produkcyjnych stworzy wyrafinowaną sieć. Realny świat stanie się wielkim systemem informacyjnym.

Koncepcja Przemysł 4.0 odpowiada na zapotrzebowanie jakie stworzy czwarta rewolucja przemysłowa. Wywodzi się ona z mniejszych idei, takich jak Internet Rzeczy czy Fabryka 4.0. Przemysł 4.0 kładzie nacisk na kwestie nieustannej digitalizacji oraz łączenia wszystkich jednostek produkcyjnych.

Nowy, lepszy świat

Jak będzie wyglądał nowy krajobraz przemysłowy? Przede wszystkim kluczowe znaczenie będą miały systemy cyber-fizyczne. Rozwiązania informatyczne już dzisiaj znajdują się w sercu systemu produkcyjnego, lecz w myśl koncepcji Przemysł 4.0 zostaną one zintegrowane z wszystkimi podsystemami, procesami, obiektami wewnętrznymi i zewnętrznymi oraz sieciami dostawców i klientów. Złożoność rozwiązań IT ulegnie znaczącemu pogłębianiu i dostawcy systemów będą musieli na to zareagować. Systemy IT będą budowane dookoła maszyn, systemów magazynowych oraz dostawców, dopasowujących się do zdefiniowanych standardów.

W ramach czwartej rewolucji przemysłowej, obiekty fizyczne zostaną ściśle zintegrowane z siecią informacyjną. Wykorzystane Internetu, inteligentnych maszyn, systemów i procesów produkcyjnych, stworzy wyrafinowaną sieć.

Takie połączenia stworzą system cyber-fizyczny (CPS), możliwy do kontrolowania w czasie rzeczywistym. Fabryki i systemy przyszłości będą posiadać z góry zdefiniowane, podobne interfejsy. Zastosowanie tego typu technologii pozwoli na elastyczną wymianę maszyn w całym łańcuchu dostaw i stworzony zostanie wysoce wydajny system produkcyjny. Procesy produkcyjne będzie można szybko modyfikować, a przestoje (np. na poziomie dostawców) zostaną zminimalizowane.

Roboty zaczęły zastępować pracę człowieka już w ramach poprzedniej rewolucji przemysłowej. W przyszłości staną się one bardziej inteligentne, zyskując możliwość adaptacji, komunikacji i interakcji. Firmy będą w stanie wykonać kolejne skoki naprzód, jeśli chodzi o produktywność. W ramach koncepcji Przemysł 4.0, roboty i ludzie podczas wspólnych zadań będą pracować “ramię w ramię”, wykorzystując inteligentne interfejsy człowiek-maszyna.

Wykorzystywanie robotów rozszerzy się, obejmując rozmaite funkcje produkcyjne, logistyczne a nawet administracyjne (dystrybucja dokumentów). Ich działania będą kontrolowane zdalnie, jeśli pojawi się problem, pracownik otrzyma wiadomość wraz z linkiem do kamery internetowej przekazującej obraz z procesu. Pozostając poza firmą, operator będzie on w stanie wydać instrukcje, pozwalające na kontynuowanie produkcji do powrotu do pracy następnego dnia. W ten sposób fabryka może działać 24 godziny na dobę, choć pracownicy będą w niej przebywać tylko w ciągu dnia.

Inteligentne wyroby

Koncepcja Przemysł 4.0 niesie za sobą konieczność zapisywania i przetwarzania ogromnej ilości danych. W tym celu przygotowane zostaną innowacyjne metody zarządzania danymi, z wykorzystaniem potencjału działań w chmurze. Kolejnym ważnym czynnikiem jest ochrona poufnych informacji. Już w tej chwili 63% menedżerów fabryk działających we Francji uważa cyberbezpieczeństwo za kluczowy element dla utrzymania konkurencyjności.

Wraz z wcieleniem w życie wszystkich założeń koncepcji Przemysł 4.0, dojdzie do połączenia rzeczywistości i świata wirtualnego. Maszyny, przetwarzane przedmioty, systemy i ludzie będą nieustannie wymieniać cyfrowe informacje za pomocą protokołów internetowych. Rzeczywiste przedmioty zostaną powiązane ze swoim śladem informacyjnym. Produkcja przeprowadzana poprzez powiązane ze sobą maszyny stanie się bardzo płynna. Maszyna zostanie poinformowana, gdy element zostanie wykonany na innym urządzeniu, taka sama informacja trafi też do przenośnika lub robota logistycznego. Maszyny automatycznie zaadaptują poszczególne etapy produkcji części, dopasowując je do serii. Nawet produkt, poprzez Internet Rzeczy, może przesłać sygnał do przenośnika z prośbą o odebranie, lub e-mail do systemu zaopatrzeniowego z informacją “jestem gotowy do wysyłki”. Skomunikowanie fabryk pozwoli też na płynne dostosowanie ich planów produkcyjnych i lepsze zoptymalizowanie możliwości.

Niewykluczone, że pojawią się nawet mobilne jednostki produkcyjne, autonomiczne komórki, które będą w stanie się przemieszczać i realizować produkcję dla lokalnego rynku, bez konieczności budowy pełnowymiarowej fabryki.

W związku ze zmianami klimatu, założenia Przemysłu 4.0 obejmują wykorzystanie technologii neutralnych dla środowiska. Wykorzystywanie odnawialnych źródeł energii stanie się korzystne finansowo do przedsiębiorstw, zaś wiele fabryk może samodzielnie wytwarzać energię niezbędną do działania. Badana jest także możliwość pozyskiwania energii elektrycznej dzięki pracy niewielkich elektrowni atomowych, zlokalizowanych w pobliżu fabryk.

Uruchomienie produkcji nowego wyrobu, a nawet działania nowej fabryki, zostanie ułatwione za pomocą wirtualnej weryfikacji procesu. Wszystkie procesy zostaną zasymulowane, po znalezieniu ostatecznego rozwiązania dojdzie do utworzenia wszystkich map fizycznych, co oznacza, że całe oprogramowanie, parametry i macierze numeryczne zostaną załadowane na fizycznie istniejące maszyny kontrolujące proces produkcji. Przeprowadzone już próby wykazały, iż możliwe będzie przygotowanie produkcji nowego elementu dla branży motoryzacyjnej w trzy dni – aktualnie proces taki zajmuje trzy miesiące. Wirtualne plany i proces interakcji pracowników oraz maszyn mogą zostać łatwo zwizualizowane w 3D.

Wyzwanie dla wszystkich

Nadejście Przemysłu 4.0 będzie stanowić wyzwanie dla istniejących firm produkcyjnych. Przedsiębiorstwa o ugruntowanej renomie z pewnością pozostaną na rynku, ale wymagane będą od nich przynajmniej częściowe zmiany w organizacji, procesach i możliwościach. Pojawią się bowiem konkurenci, posiadający radykalnie odmienne modele biznesowe. Telefony komórkowe czy Internet odniosły sukces nie tylko dzięki temu, że były nowe, ale także dzięki transformacji, jakiej dokonały w społeczeństwie. Podobnie, Przemysł 4.0 zmieni zasady gry dla przedsiębiorstw produkcyjnych.

Założenia programu umożliwią masowy rozwój kastomizacji produkcji. Przemysł 4.0 pozwala na zwiększenie wolności i elastyczności produkcji, dopasowanie produktów do niewielkich grup klientów będzie możliwe przy poniesieniu stosunkowo niewielkich kosztów. Proces dystrybucji części zamiennych oraz niezbyt złożonych dóbr konsumenckich także zostanie ułatwiony, bowiem wystarczy przesłać dane do miejsca, gdzie realizowana jest lokalna produkcja. Widać to na przykładzie coraz szerszego wykorzystywania drukarek 3D.

Od pracowników działających w erze Przemysłu 4.0 wymagane będą umiejętności zarówno techniczne, jak i socjalne

Firmy będą działać w rozproszonych lokalizacjach, zaś skupione na niewielkim terenie grupy dostawców pozwolą na swobodny przepływ idei. Fenomen nazywany “demokratyzacją przemysłu”, oznaczający rozmywającą się granicę między światem informacji a światem fizycznym, może usunąć bariery blokujące rozwój niewielkich lub bardzo wyspecjalizowanych firm. Niewykluczone, że pojawią się nawet mobilne jednostki produkcyjne, autonomiczne komórki, które będą w stanie się przemieszczać i realizować produkcję dla lokalnego rynku, bez konieczności budowy pełnowymiarowej fabryki. Takie podejście zrewolucjonizuje kwestię bezpośrednich inwestycji zagranicznych na rozwijających się rynkach.

Powstanie złożonej sieci produkcyjnej zmieni role projektantów i dostawców fizycznych produktów oraz relacje z klientami. Pierwszy krok stanowić będzie defragmentacja łańcucha dostaw. Doszło już od tego w przypadku mediów i przemysłu muzycznego, gdzie liczni drobni gracze wskutek rewolucji internetowej mają do pokonania znacznie mniej barier. Liderzy biznesowi będą musieli zrestrukturyzować strumienie wartości i określić obszary, które w przyszłości będą kluczowe dla obniżenia kosztów i zwiększenia zysków.

Przemysł poza przemysłem

Tradycyjne ograniczenia przemysłu będą zanikać, podobnie jak granice między zastosowaniami przemysłowymi i pozaprzemysłowymi. Spodziewane jest coraz większe skupienie ma industrialnych metodach działania, w tym reprodukcji nie tylko wyrobów, ale również usług, które będą “produkowane” masowo. Wysokiej jakości, cyfrowe (outsourcowane) usługi oraz bezpieczna, rozbudowana infrastruktura cyfrowa stają się fundamentami dla sukcesu koncepcji Przemysł 4.0.

Działania firm telekomunikacyjnych i IT oraz tradycyjnych producentów będą się coraz ściślej zazębiać, tworząc podwaliny dla nowych liderów przemysłu. Ostatnimi przykładami są nabycie przez Facebooka udziałów w firmie związanej z produkcją dronów czy wejście Google w sektor biomedyczny. W Przemyśle 4.0 najprawdopodobniej zmieni się znacznie poszczególnych dostawców. Dziś liderami są dostawcy fizycznie istniejących maszyn i narzędzi, w nowych czasach ich miejsce zajmą firmy oferujące czujniki, sprzęt IT i oprogramowanie.

IT, elektronika i robotyka mają stać się dominującymi technologiami, duże znacznie będzie mieć też biotechnologia i nanotechnologia. W efekcie od pracowników działających w erze Przemysłu 4.0 wymagane będą umiejętności zarówno techniczne, jak i socjalne. Nacisk położony zostanie na myślenie projektowe, a nie produkcyjne. Kultura korporacyjna, obejmujące ciągłe szkolenia, rozwój umiejętności i poprawę miejsca pracy stanie się kluczowa. Do pracy w nowoczesnej sieci produkcyjnej niezbędne staną się zdolność współpracy i umiejętności interkulturowe. Stworzenie takiej sieci będzie jednocześnie oznaczać daleko posuniętą standaryzację. Od analityków biznesowych, inżynierów i programistów wymagany będzie sposób myślenia obejmujący cały model biznesowy, procesy produkcyjne, technologię maszynową i procedury związane z danymi. Pojawią się nowe zawody, jak naukowiec do spraw danych i strażnik bezpieczeństwa cyfrowego.

Ile to kosztuje?

Przemysł 4.0 stanowi szansę na zmianę ekonomicznych zasad przemysłu, zwłaszcza na przełamanie trendu deindustrializacji, widocznego w niektórych europejskich krajach. Już teraz są sposoby na utrzymanie przewagi nad krajami o niskich kosztach pracy: skupienie się na produktach i działaniach o wysokiej wartości dodanej, budowa nowoczesnych, zautomatyzowanych fabryk i doskonalenie zasad produkcji. W świecie Przemysłu 4.0 zapotrzebowanie na wysoce wyspecjalizowane usługi wywoła efekt wsparcia takiego zaawansowanego przemysłu.

Powrót do stopnia uprzemysłowienia na poziomie 20% nie jest osiągalny w aktualnych warunkach, niezbędny jest udział firm w czwartej rewolucji przemysłowej. Oczywiście, towarzyszyć będą temu bardzo duże inwestycje. Szacuje się, że aby osiągnąć poziom 20%, Europa musi powiększyć wytwarzaną wartość dodaną przemysłu o 500 mld euro i stworzyć 6 milionów miejsc pracy. Patrząc jednak na większy obraz i uwzględniając wartość dodaną przez usługi, będące częścią Przemysłu 4.0, cel ten może być osiągnięty w roku 2030. Nie oznacza to, że produkt, wykonywany aktualnie w Chinach przez chińskiego pracownika będzie w przyszłości powstawał w Europie, rękami europejskiego pracownika. W Przemyśle 4.0, produkt ten będzie powstawał w Europie dzięki pracy robotów i maszyn, zaś nowe miejsca powstaną raczej w centrach inżynieryjnych, IT, wirtualnych laboratoriach, centrach big data, centach kontroli nowych fabryk – a nie w samych fabrykach.

Osiągnięcie zakładanego celu oznacza, że europejskie firmy muszą inwestować po 90 mld euro rocznie, aby uzyskać wymagany wzrost wartości dodanej. Oznacza to w przeciągu najbliższych 15 lat łączne wydatki na poziomie 1,35 biliona euro.

Gdzie jest Polska?

Twórcy raportu przyjrzeli się gotowości krajów na szybkie zaadaptowanie się do idei Przemysłu 4.0. Wyodrębniono cztery grupy – liderów, kraje z potencjałem, kraje wahające się i tradycjonalistów. Prym wiodą Niemcy, europejski lider przemysłu, z którego wywodzi się idea Przemysłu 4.0 i który przeznacza duże nakłady na automatyzację i IT. Dobrze przygotowane do zmian są Belgia, Finlandia, Szwecja, Irlandia i Dania. Polska trafiła do grupy krajów wahających się i zdaniem twórców raportu, jest aktualnie dość słabo przygotowania do wcielenia idei Przemysłu 4.0.

Podkreśla się duże znaczenie firm produkcyjnych w gospodarce naszego kraju i spore uprzemysłowienie. Trzeba jednak pamiętać, że tania siła robocza to jeden z naszych atutów. Przemysł 4.0 stanowi zaś odpowiedź krajów wysoko uprzemysłowionych na konkurencję ze strony lokalizacji, oferujących niskie koszty pracy. Nasze firmy produkcyjne muszą zatem poczynić kroki, dzięki którym staną się częścią czwartej rewolucji przemysłowej. W innym przypadku, Polska zostanie jej ofiarą.

Nasz kraj nie powinien być osamotniony w tych działaniach, bowiem wdrożenie programu Przemysł 4.0 będzie wymagać wspólnej wizji europejskich rządów i ustawodawców. Agenda, przygotowana tylko z myślą o starych, mocno zindustrializowanych krajach UE nie sprawdzi się w nowym przemyśle. Rolą rządów będzie ustalanie ram, nadanie Przemysłowi 4.0 priorytetu i koordynowanie działań. Europa potrzebuje mapy drogowej, obejmującej inicjatywy i działania przedstawiającej ten kontynent jako “hotspot” dla Przemysłu 4.0.

Najlepsze praktyki Przemysłu 4.0

• Trumph

Niemiecki producent narzędzi i lider rynku systemów laserowych zaprzągł do pracy pierwsze “socjalne maszyny”. Kady komponent jest “inteligentny” i wie, jakie procesy zostały już na nim wykonane. Ponieważ fabryka zna swoje możliwości i komunikuje się z innymi zakładami, opcje produkcyjne są automatycznie optymalizowane. Klienci mogą w czasie rzeczywistym oglądać przekaz z pracy maszyn i wysyłać swoje uwagi, co może pomóc usprawnić maszyny.

• Siemens

Niemiecki gigant wdraża Przemysł 4.0 w inżynierii medycznej. Przez lata sztuczne stawy wykonywane były ze standardowych produktów, a inżynierowie przez kilka dni dopasowywali je do pacjenta. Nowe oprogramowanie pozwala wyprodukować implant w 3 do 4 godzin.

• Rolls-Royce

Producent silników lotniczych przymierza się do wykorzystania druku 3D w wytwarzania elementów silników odrzutowych. Ze względu na konieczność przygotowania narzędzi, czas realizacji zamówienia sięgał nawet 18 miesięcy. Druk 3D znacząco skróci ten proces i umożliwi produkcję lżejszych części.

• Dassault Systems

Francuski dostawca oprogramowania zmierza w kierunku zintegrowania procesów rozwoju i produkcji wyrobów. Podstawą tej inicjatywy jest platforma 3D, służąca jako wspólne środowisko pracy dla projektantów i inżynierów. Mogą oni wspólnie i w czasie rzeczywistym symulować produkcję nowych wyrobów, z opcją wykorzystania działań w chmurze.