Průmysl 4.0 (Industry 4.0)

Transkript

1 INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Průmysl 4.0 (Industry 4.0) Ing. Petr Marcoň, Ph.D. Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

2 INDUSTRY 4.0 Obsah Průmyslové revoluce - historie Co se skrývá pod pojmem Průmysl 4.0? Průmysl 4.0 hlavní rysy Průmysl 4.0 ekonomické důsledky Průmysl 4.0 vzdělávání Průmysl 4.0 SWOT analýza 4

3 PRŮMYSL 4.0 Průmyslové revoluce - historie Co se skrývá pod pojmem Průmysl 4.0? Průmysl 4.0 hlavní rysy Průmysl 4.0 ekonomické důsledky Průmysl 4.0 vzdělání Průmysl 4.0 SWOT analýza

4 PRŮMYSLOVÉ REVOLUCE 18. století 19. Století 20. Století 21. století 1. P. R. 2. P. R. 4. P. R.??? 3. P. R.

5 PRVNÍ PRŮMYSLOVÁ REVOLUCE OBDOBÍ PARNÍCH STROJŮ 1. průmyslová revoluce vypukla na konci 18. století. V průběhu 19. stol. dokončování přechodu od ruční výroby v manufakturách ke strojní výrobě. Klíčovým pojmem pro toto období je industrializace. Masově se začaly využívat nové zdroje energie, především uhlí (resp. pára). Změna způsobu dopravy, energetických zdrojů a přenosu informací parní stroj: James Watt Změny společenské, kulturní a a politické.

6 DRUHÁ PRŮMYSLOVÁ REVOLUCE OBDOBÍ ELEKTRIFIKACE A MOTORIZACE 2. průmyslová revoluce začala o necelých sto let později v roce K revoluci napomohla masová výroba na základě dělby práce za pomocí elektrické energie společnost Cincinnati instalovala ve svém závodě první montážní linku/dělba práce. Elektřina byla používána k osvětlení, pohonu strojů, automobilů, tramvají a souvisí také s vynalezením kinemagtografie. Velkou zásluhu na rozvoji 2. průmyslové revoluce má Thomas Alva Edison (žárovka r. 1879) N. Tesla navrhl ideu asynchronního motoru, v roce 1888 ji patentuje německý konstruktér Gottlieb Daimler sestrojil 1. benzinový motor. Ve stejné době sestavil benzinový motor C.F. Benz N. Tesla a G. Westinghaus navrhli 1. vodní elektrárnu svého druhu (Niagara 2x3725 kw) Henry Ford postavil 1. automobil (má rovněž zásluhu na 1. pohyblivé montážní lince) sestaven první automobil v Kopřivnici. Model President Laurin a Klement představili motocykly.

7 DRUHÁ PRŮMYSLOVÁ REVOLUCE OBDOBÍ ELEKTRIFIKACE A MOTORIZACE Byly sestrojeny první konstrukce letadel. Další objevy v oblasti chemického průmyslu (umělé hedvábí, hnojivo, celofán). Zdokonalení zpracování kaučuku nafukovací pneumatiky. Revoluce probíhala necelých 100 let.

8 ELEKTRIFIKACE ČESKÝCH ZEMÍ V roce 1882 bylo otevřeno prví elektrifikované divadlo v Evropě. Bylo to Městské divadlo Brno (nynější Mahenovo). Elektrifikaci Městského divadla provedla pařížská Societé electrique Edison. Na projekt a jeho realizaci dohlížel Edisonův asistent Francis Jehl V divadle bylo instalováno celkem 1920 žárovek, z toho 960 na jevišti, 140 v hledišti a 820 v dalších prostorách budovy. Prostranství před divadlem osvětlovalo 5 obloukových lamp. 10

9 ELEKTRIFIKACE ČESKÝCH ZEMÍ Napájení divadla zajišťovala samotná parní elektrárna na Offermannově, dnešní Vlhké ulici, asi 300 m vzdálená. Vedení pomocí Edisonových kabelů (měděné vodiče izolované slámou a uložené v trubce zalité asfaltem). Vnitřní vedení bylo opředené vodiči, které byly jištěny olověnými pojistkami. 11

10 ELEKTRIFIKACE ČESKÝCH ZEMÍ 1882 osvětlili obloukové lampy Františka Křižíka Staroměstskou radnici v Praze. Další rozvoj městského osvětlení. První městskou elektrárnu postavilo v roce 1889 město Praha Žižkov. První větší elektrárnou produkující střídavý proud byla roku 1900 pražská elektrárna v Holešovicích. 12

11 TŘETÍ PRŮMYSLOVÁ REVOLUCE - DIGITALIZACE, AUTOMATIZACE A ROBOTIZACE Její datování je však ještě spornější než u její předchůdkyně. Stejně jako byl přechod od uhlí a páry k elektřině poměrně spojitý a logický, tak i přechod od mechanismů k automatům byl spíše výsledkem přirozené evoluce než skutečnou revolucí. Jako začátek se nejčastěji uvádí rok 1969, kdy byl vyroben první programovatelný logický automat čili PLC ( firma Modicon PLC 084, v podstatě jde o malý průmyslový počítač).

12 TŘETÍ PRŮMYSLOVÁ REVOLUCE - DIGITALIZACE, AUTOMATIZACE A ROBOTIZACE Vyvíjí se nové progresivní materiály s vynikajícími fyzikálními, mechanickými i chemickými vlastnostmi. Nové výrobní postupy (3D tisk, reverzní inženýrství atd.) Široká škála internetových služeb usnadňujících výrobu i nebývalé sdílení informací mezi lidmi. Domy a auta se stávají malými elektrárnami. Pro výrobu elektřiny se používají alternativní zdroje energie. Komunikaci a sdílení dat podporují chytré telefony.

13 ČTVRTÁ PRŮMYSLOVÁ REVOLUCE - KYBERNETICKO-FYZIKÁLNÍ SYSTÉMY Základní myšlenka pochází z roku 2011 a její podstata byla představena na veletrhu v Hanoveru v roce Představují ji kyberneticko-fyzikální systémy a ty by měly továrny řídit samy. Kybernetocko-fyzikální systém (CPS) = systém spolupracujících výpočetních prvků, které řídí fyzické subjekty. Masové rozšíření internetu (pojem vznikl už v roce 1987, komerčně od r. 1994). Inteligentní systémy převezmou činnosti, které doposud vykonávali lidé. Jedná se o vnímání okolního dění s počítačovým spojením strojů a dílů. Hojné využití kamer, vysílačů, čidel, čteček kódů a jiných zařízení. Očekávaný růst produktivity až o jednu třetinu. Německo vyčlenilo 50 milionů eur po dobu tří let na digitalizaci a robotizaci, významný podíl zde mají také velké firmy jako Siemens, Bosch, Volkswagen.

15 ČTVRTÁ PRŮMYSLOVÁ REVOLUCE - KYBERNETICKO-FYZIKÁLNÍ SYSTÉMY Co je Průmysl 4.0 či Industry 4.0? Pojmem Průmysl 4.0 se označuje současný trend automatizace a výměny dat v technologickém procesu výroby. Tento pojem zahrnuje kybernetickofyzikální systémy, internet věcí a také cloudové zpracování informací. Celoevropská iniciativa manažerů velkých evropských firem a vládních činitelů napříč EU, která má rozhýbat ve společnosti poptávku po nových moderních spotřebních a průmyslových technologiích a urychlit tak vývoj robotizace a moderních plně automatických řídících systémů, co nejvíce nezávislých na lidské obsluze.

16 ČTVRTÁ PRŮMYSLOVÁ REVOLUCE - KYBERNETICKO-FYZIKÁLNÍ SYSTÉMY Průmysl 4.0 popisuje tzv. chytrou továrnu nebo také továrnu budoucnosti. V chytrých továrnách se využívá kyberneticko-fyzikálních systémů k monitorování fyzických procesů. V chytrých továrnách je vytvářena virtuální kopie fyzického světa a provádí se tzv. decentralizované rozhodování. Pomocí internetu věcí komunikují a kooperují kyberneticko-fyzikální systémy mezi sebou a lidmi v reálném čase. Prostřednictvím internetu služeb dochází k organizaci výrobního řetězce ať už uvnitř továrny nebo z vnějšího pracoviště.

17 ČTVRTÁ PRŮMYSLOVÁ REVOLUCE - KYBERNETICKO-FYZIKÁLNÍ SYSTÉMY Internet věcí - Je systém, ve kterém mohou být různé objekty řízeny na dálku a také spolu navzájem interagovat. Děje se tak přes internet díky vloženým čipům, senzorům a softwaru. Důležitá je vzájemná konektivita jednotlivých zařízení.

18 ČTVRTÁ PRŮMYSLOVÁ REVOLUCE - KYBERNETICKO-FYZIKÁLNÍ SYSTÉMY Internet služeb - Jsou systémy založené na online práci a sdílení dat v cloudových úložištích. Cloudy jsou nástrojem pro kooperativní vytváření obsahů. Jejich další výhodou je vysoká konektivita k jejich užívání stačí v podstatě jakýkoli webový prohlížeč. Odpadá nutnost ukládání dat na vlastní hard disk a nákupu a instalace softwaru.

19 PRŮMYSL VÝZNAM VELKÝCH DAT A ANALYTIKY Analýza velkého objemu dat pomůže předvídat možnosti zvýšení produktivity a flexibility. Analýza velkých dat se popisuje pomocí 6C: Connection (propojení senzorů a sítě) Cloud (výpočty a získání dat na požádání) Cyber (model a paměť) Contetnt/context (význam a korelace obsahu) Community (sdílení dat a spolupráce v určitém společenství) Customization ( přizpůsobení, personalizace a hodnoty)

20 CHYTRÁ TOVÁRNA - PRODUKT SI SÁM URČÍ SVŮJ ZPŮSOB VÝROBY Názorným příkladem může být výroba lahve. Zákazník si přeje, aby lahev byla žlutá, měla červené víčko a růžové květiny na povrchu. Výroba bude tedy probíhat tak, že lahev na sobě bude mít uvedený štítek s veškerými informacemi o tom, jak má být zpracována. Tudíž jeden stroj vyrozumí, že má být žlutá, druhý, že bude mít červené víčko, a třetí, že lahev bude mít na svém povrchu růžové květiny. Průmyslová výroba tak nebude závislá na centrálním systému, ale bude více decentralizovaná. To výrobcům umožní zachovat masovou výrobu, lépe vyhovět potřebám zákazníků a zároveň držet ceny při zemi.

22 PRŮMYSL 4.0 HLAVNÍ RYSY Mezi hlavní rysy Průmyslu 4.0 patří: Interoperabilita Virtualizace Decentralizace Rozhodování téměř v reálném čase Orientace na služby Modularita

23 PRŮMYSL 4.0 HLAVNÍ RYSY Interoperabilita kyberneticko fyzikální systémy (výrobní linky, skladiště a produkty) umožňují lidem a chytrým továrnám elektronické připojení a vzájemnou komunikaci Pro komunikační rozhraní mezi člověkem a strojem (HMI) lze využít operačních systémů Android, ios, Windows a jiných. Možnost vyhledání obráběcích nástrojů a sestav, export dat do CAD/CAM systémů, případně pdf, excel atd.

24 PRŮMYSL 4.0 HLAVNÍ RYSY Vrstvy Business Value S tream IE C62890 H i e r a r c h y L e v e l s I E C / / I E C Funkční Informační Komunikační Integrační Fyzická Spojení s okolím Podnik Výrobní jednotka Pracovní stanoviště Řídící jednotka Procesní instrumentace Vývoj Údržba/ Komponenta provoz Typ Výroba Údržba/ Instance provoz

25 PRŮMYSL 4.0 HLAVNÍ RYSY Virtualizace znamená vytvoření virtuální kopie chytré továrny propojením údajů z fyzických senzorů s virtuálními údaji ze simulačních modelů továrny. Decentralizace schopnost kyberneticko-fyzikálních systémů rozhodovat samy za sebe a produkovat. Rozhodování téměř v reálném čase schopnost shromažďovat a analyzovat údaje; získané poznatky okamžitě poskytovat (řádově v milisekundách). Modularita pružná adaptace chytrých továren na měnící se požadavky tím, že se nahradí nebo rozšíří jednotlivé moduly.

27 PRŮMYSL EKONOMICKÉ DŮSLEDKY V EU V první fázi by mělo pracovních míst ubývat, ale časem vzroste poptávka po pracovnících s vyšší kvalifikací, kteří se budou starat o chod strojů. Je tu také prostor pro vznik míst v oblasti IT, vývoje a marketingové komunikace. Zahraniční zkušenosti ukazují, že na jedno ztracené místo by mělo přibýt 2,5 nového. Dojde pravděpodobně ke ztrátě nízko kvalifikovaných míst, například těch v pásové výrobě. Produktivita práce by po čtvrté průmyslové revoluci měla vzrůst o třetinu. Průměrný růst produkce na obyvatele v Evropě byl v osmnáctém století 0,2 %, v devatenáctém 1,1 % a ve dvacátém 1,9 %. Vyšší bohatství společnosti by mohlo vytvořit podmínky pro zaměstnanost, více práce ve veřejném sektoru, neziskových organizacích a pro sociální práci.

29 PRŮMYSL 4.0 ČESKÁ REPUBLIKA V roce 2015 Česká republika představila vlastní iniciativu v oblasti průmyslu 4.0. Achillovou patou českého prostředí zůstává nedostatek kvalifikované pracovní síly. Firmy se shodují na potřebě podpory duálního vzdělávání a jasné vize vzdělávacího systému obecně. Některé podniky již na potřebu nové kvalifikace zareagovaly tím, že odborníky vychovávají ve svých vlastních vzdělávacích kurzech. V České republice se připravují i nové studijní obory.

30 PRŮMYSL 4.0 POTŘEBNÁ REFORMA ŠKOLSTVÍ Podle Maříka jde ruku v ruce s Průmyslem 4.0 nutnost reformy českého školství. Poukazuje na to, že české školství zůstává myšlenkou Industry 4.0 dosud nepolíbeno a zdůrazňuje, že revoluce 4.0 zasáhne celou společnost. Čtvrtá průmyslová revoluce totiž vyžaduje změnu výuky téměř všech oborů na technických vysokých školách. Jedná se skutečně o technologickou revoluci, na níž musí být připraveni všichni inženýři. A nejen oni. Musí nastat zásadní změny i v řadě oborů ekonomických a společenskovědních [prof. Mařík]

31 PRŮMYSL 4.0 Průmyslové revoluce - historie Co se skrývá pod pojmem Průmysl 4.0? Průmysl 4.0 hlavní rysy Průmysl 4.0 ekonomické důsledky Průmysl 4.0 vzdělávání Průmysl 4.0 SWOT analýza

32 PRŮMYSL 4.0 SWOT ANALÝZA Silné stránky Zvýšená produktivita, efektivita, (globální) konkurenceschopnost. Růst vysoce kvalifikovaných a dobře placených pracovních míst. Lepší spokojenost zákazníka nové trhy: rozmanitost výrobků, přizpůsobení produktu. Flexibilita a řízení výroby. Příležitosti Posílit postavení Evropy jako předního světového lídra v oblasti zpracovatelského průmyslu (a dalších odvětvích). Rozšiřovat trh pro nové produkty a služby. Nižší vstupní nároky na některé malé a střední podniky pro účast na nově vzniklých trzích.

33 PRŮMYSL 4.0 SWOT ANALÝZA Slabé stránky Vysoká závislost na odolnosti technologií a sítí (i drobná porucha může mít závažné dopady). Závislost na celé řadě faktorů včetně standardizace, nabídky pracovních s vhodnými dovednostmi, investice do výzkumu a vývoje. Náklady na vývoj a implementaci. Potenciální ztráta kontroly nad podnikem. Nezaměstnanost nekvalifikovaných lidí. Nutnost získávat kvalifikovanou pracovní sílu a integrovat přistěhovalecké komunity.

34 PRŮMYSL 4.0 SWOT ANALÝZA Hrozby Kybernetická bezpečnost, duševní vlastnictví, ochrana osobních údajů. Pracovníkům, malým a středním podnikům a národním ekonomikám chybí povědomí a/nebo prostředky, aby se přizpůsobily průmyslu 4.0. Zranitelnost a nestálost globálních řetězců hodnot. Přijení Průmyslu 4.0 zahraniční konkurencí, což bude neutralizovat iniciativu EU.

35 INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Děkuji za pozornost Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.