6 составляющих Industry 4.0

Для того, чтобы предвидеть будущее технологий производства, недостаточно иметь воображение, нужно уметь наблюдать. Организационно-техническая система Industry 4.0, состоит из 6 подсистем (факторов), которые в разной степени используются в промышленности уже достаточно давно и каждый из нас, уже знаком с этими подсистемами. 
Сегодня на любых мероприятиях посвящённых промышленным технологиям так или иначе затрагивается тема четвёртой промышленной революции. Люди с восторгом рассказывают о новых перспективных технологиях производства, но слушая их, часто складывается впечатление, что они не понимают из чего состоит Industry 4.0. Люди говорят об аддитивных технологиях, рассказывая о функциях 3D принтеров. Складывается впечатление, что 3D принтер является символом индустрии 4.0. Но 3D принтер – это не более чем автоматическая система управления металлургическим, или другим процессом. Организационно-техническая система, в которой потребитель проектирует 3D модель и заказывает её трёхмерную печать через интернет – это не Industry 4.0. Промышленные роботы также не являются атрибутом четвёртой индустриальной революции, они существовали ещё за долго, до появления концепции Industry 4.0.
Промышленная концепция «Индустрия 4.0» - это глобальная, сложная, многоуровневая организационно-техническая система, основанная на интеграции в единое информационное пространство физических операций и сопутствующих процессов состоящая из 6 подсистем:
      

1. PLM (Product Lifecycle Management) – "управление жизненным циклом изделия"

Организационно-техническая система управления жизненным циклом изделий, основанная на принципе дуализма объект-операция/физическое-информационное.
Материальное-техническое обеспечение, производство, эксплуатация, утилизация и все сопутствующие процессы происходят в физическом пространстве, им соответствуют процессы, происходящие в информационном пространстве, протекающие в компьютерных системах. Поэтому для эффективного использования IT-технологий необходимо преобразовать процессы, происходящие в физическом пространстве в информационные проблемы, а также иметь возможность обратного преобразования информационных процессов в физические. Такое преобразование следует рассматривать как проблему адекватного моделирования алгоритма жизненного цикла изделия, т.е. установления взаимно однозначного соответствия между физическим и информационным пространством. Комплексы предметно-ориентированного прикладного программного обеспечения, также имеющие общее название PLM-системы, предназначены для структурирования массива данных и автоматизации управления физическими и информационными процессами на протяжении всего жизненного цикла изделия.

Автоматизированные системы управления производством в организационно-технической концепции «Индустрии 4.0»

2. Big Data – Большие Данные

Совокупность подходов, инструментов и методов обработки структурированных и неструктурированных данных больших объёмов и значительного многообразия для получения воспринимаемых человеком или компьютерной системой результатов, эффективных в условиях непрерывного прироста, распределения по многочисленным узлам вычислительной сети.
Big Data представляет собой набор данных из традиционных и цифровых источников внутри и за пределами компании. Данные собираются везде: от датчиков, сотрудников компании, компаний-контрагентов, клиентов, сервисных центров, поставщиков и т.д., поле чего данные структурируются, анализируются и используются. Основная задача предприятий при работе с Big Data, наилучшим образом интерпретировать данные для дальнейшего использования.

VVV – совокупность определяющих характеристик больших Big Data:

• Volume (объём) – величина физического объёма данных
• Velocity (скорость) – скорость прироста объёма данных
• Variety (многообразие) – одновременная обработка различных типов данных, структурированных и неструктурированных.

Информационноёмкие производственные системы имеют свойства лавинообразного потока, количество данных постоянно возрастает, многообразие информации расширяется. Управлять, структурировать, интерпретировать, анализировать и использовать данные – одна из основных наиважнейших задач организации производства в концепции Industry 4.0

Чем концепция "Big Data" отличается от концепции единой интегрированной информационной модели Norio Okino?

3. SMART Factory – Продуманный завод

Термин Smart Factory используют преимущественно в англоязычной среде, он соответствует немецкому термину – Intelligente Fabrik. В русскоязычной среде, эти термины чаще всего переводят как "Умное производство" или "Умный завод", что в принципе является не совсем верным, более релевантным определением является "Продуманное производство", или "Продуманный завод".
SMART – это мнемоническая аббревиатура, используемая в менеджменте и проектном управлении для определения целей и постановки задач. Чёткого определения, сколько должно быть определяющих критериев пока нет.
Обычно принимаются следующие значения:

• S – Specific (Конкретный), объясняется, что именно необходимо достигнуть.
• M – Measurable (Измеримый), объясняется, в чем будет измеряться результат.
• A – Attainable, Achievable (Достижимый), объясняется, за счёт чего планируется достигнуть цели.
• R – Relevant (Релевантный), определение истинности цели. Действительно ли выполнение данной задачи позволит достичь желаемой цели? Необходимо удостовериться, что выполнение данной задачи действительно необходимо.
• T – Time-bound (Ограниченный во времени), определение временного триггера/промежутка по наступлению/окончанию которого должна быть достигнута цель (выполнена задача).

В основе концепции Smart Factory – бесшовное соединение отдельных этапов (операций) производственного процесса, от стадии проектирования изделий и планирования использования производственных ресурсов к исполнительным механизмам в полевых условиях.
В обозримом будущем, концепция Smart Factory существенно изменится с развитием адаптивных когнитивных систем. Применение в производстве систем на основе искусственного интеллекта настолько изменит производство, как вид деятельности человека, что новые технологии организации производства на основе адаптивных когнитивных систем, можно будет по праву считать пятой промышленной революцией.
Главная роль человека в "Индустрии 4.0" заключается в разработки алгоритмов и обучении машин методом программирования.
Индустрия 5.0 будет базироваться на самообучении машин, копировании действий человека или других роботов и автоматической оптимизации алгоритмов производства.
Многие ещё не осознали, что такое четвёртая промышленная революция, которая уже у нас на пороге, а учёные: Yiannis Aloimonos, Cornelia Fermüller, Yezhou Yang, Yi Li и другие, уже разработали фундаментальные технологии которые сулят пятую промышленной революцию у нас на пороге. Подробнее о перспективных технологиях Industry 5.0 и адаптивных когнитивных системах. 
Фундаментом "Smart Factory" является концепция "Digital Manufacturing".
Digital Manufacturing – это организационно-техническая система адекватного моделирования производства основанная на продвинутых симуляторах на базе CAD. На сегодняшний существует несколько систем виртуализации производства, такие как: DELMIA Digital Manufacturing (Dassault Systèmes); Tecnomatix (Siemens PLM Software); Factory Design Suite (Autodesk); Visual Components и др.
 

4. Cyber-physical systems – Киберфизические системы

Киберфизическая система – это организационно-техническая концепция управления информационными потоками, интеграция вычислительных ресурсов в физические процессы производства. В такой системе датчики, контроллеры и информационные системы объединены в единую сеть на протяжении всего жизненного цикла изделия. Кибер-физическая сеть может быть, как в рамках одного предприятия, так и в рамках динамической бизнес-модели в составе которой несколько предприятий. Операции на протяжении всего жизненного цикла взаимодействуют друг с другом с помощью стандартных интернет-протоколов для управления, планирования, самонастройки и адаптации к изменениям.
Интернет вещей не может существовать без кибер-физические системы, так как CPS является инфраструктурой интернета вещей.

5. Internet of Things (IoT) – Интернет вещей

Интернет вещей – это простое определение грандиозной концепции. IoT - концепция вычислительной сети физических предметов (вещей), оснащённых встроенными технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой, рассматривающая организацию таких сетей как явление, способное перестроить экономические и общественные процессы, исключающее из части действий и операций необходимость участия человека.
Уже сегодня, вы можете проектировать детали у себя дома и заказывать их производство через интернет у 3D принтеров и других автоматических производственных систем, в которых человек играет роль обеспечивающего работоспособность автоматического процесса производства, а не производителя. 
IoT связывает вещи, подключённые к интернету друг с другом и обеспечивает их совместную работу, управляемую облачными вычислительными системами. Интернет вещей обеспечивает взаимодействие физических производственных операций и сопутствующих процессов. 
Концепция IoT сформулирована в 1999 году как осмысление перспектив широкого применения средств радиочастотной идентификации для взаимодействия физических предметов между собой и с внешним окружением. Наполнение концепции «интернета вещей» многообразным технологическим содержанием и внедрение практических решений для её реализации начиная с 2010-х годов является устойчивой тенденцией в развитии информационных технологий, прежде всего, благодаря повсеместному распространению беспроводных сетей, появлению облачных вычислений, развитию технологий межмашинного взаимодействия, началу активного перехода на IPv6 и освоению программно-конфигурируемых сетей.

6. Interoperability – Интероперабельность (функциональная совместимость)

Интероперабельность – наиважнейший фактор промышленной концепции Industry 4.0. Для того чтобы прочувствовать важность интероперабельности, давайте сделаем лирическое отступление и вспомним всем известную библейскую историю о Вавилонской башни.
Библейское придание о Вавилонской башни гласит: Решили люди построить город, названный Вавилоном и башню высотой до небес, чтобы «сделать себе имя». Строительство башни было прервано Богом, который создал новые языки для разных людей, из-за чего они перестали понимать друг друга, и не смогли продолжать строительство города и башни.
Обычно религиозные толкователи этого придания, сходятся в том, что Бог наказал людей за спесь, высокомерие, гордыню, за тот общий для всего человеческого племени грех.
Давайте попробуем взглянуть на эту историю глазами современного атеиста.
В библейской истории, Бог наказал людей за то, что они развивая технологии строительства, достигли больших высот совместными усилиями и поднялись до высоты Бога, проявив интероперабельность. Богу это не понравилось, и он наказал людей сделав их неинтероперабельными, он создал новые языки для разных людей и люди потеряли возможность понимать друг друга и эффективно взаимодействовать.
Лишившись интероперабельности, люди не смогли достроить башню и город Вавилон. Та же учесть ждёт тех, кто попытается постоять бизнес-модель взяв за основу концепцию «Industry 4.0» с неинтероперабельными элементами. Без функциональной совместимости, создать работоспособную интегрированную производственную систему «Industry 4.0» невозможно.
К сожалению, компании-разработчики систем автоматизации долгое время развивали свои продукты без единых стандартов, не учитывая перспективы глобализации и потенциальные потребности в интеграции своих клиентов. Такая тенденция наблюдается и в настоящие время, но в последние годы ситуация в корне меняется, ведущие компании-разработчики систем автоматизации, модифицируют свои продукты делая их интероперабельными, идя на встречу актуальным потребностям своих клиентов. Так, например, компании 1 марта 2016 года стало известно о подписании соглашения между Autodesk и Siemens о функциональной совместимости прикладных IT-решений. 
Но по-прежнему, немало компаний работают по нечетной бизнес-модели, делая своих клиентов зависимыми от их постпродажного обслуживания. Эти компании выигрывают тендеры низкой ценой, ограничивая функции оборудования или программного обеспечения. Для обывателей, на первый взгляд вроде одно и тоже, и только специалисты высокой квалификации способны найти подводные камни при организации тендерных процедур. Пример последствий внедрения неинтероперабельных производственных систем.
При работе над проектами модернизации производства, обязательно нужно проводить проверку на интероперабельность автоматизированного оборудования и программного обеспечения. Это должно быть жёстким правилом организации тендерных процедур при покупке оборудования с ЧПУ и программного обеспечения.

Industry 4.0 – это совокупность технологий: PLM, Big Data, Smart Factory, Cyber-physical systems, Internet of Things, Interoperability, позволяющих создать эффективную бизнес-модель предприятия. Высокая эффективность достигается главным образом за счёт рационального управления систем автоматизации физических операций производства и сопутствующих процессов интегрированных в единое информационное пространство.