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
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
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?
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, rozpočet11.5 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 SD UI Operational Scheduler Strategic Planner FND&SD Service Security Service Business Process Mining & Optimization (MIDAS) iesb ARUM Events Ontology ARUM Core Ontology ARUM Scene Ontology Ontology Service SPARQL queries & publish-subscribe RDF (data, events) Raw data Data Transformation Service (TIE Integrator) Mapping files TIE Semantic Integrator ARUM Core Ontology Legacy syst. schemas ARUM Events Ontology Ontology & operational data (triple store) SAP Gateway Other AIB Gateway RDB (Airbus data) Gateway AS400 Gateway IHF XLS gateway SAP (AIB) Pepsy (AIB) RDB (Airbus data) 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!
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