prof. mařík - industry 4.0 v Čr
TRANSCRIPT
Katedra kybernetiky, ČVUT FEL
Industrie 4.0: výzvy a hrozby
Vladimír MAŘÍK
http://cyber.felk.cvut.cz/www.ciirc.cvut.cz
Katedra kybernetiky FEL – EU Center of ExcellenceČeský institut informatiky, robotiky a kybernetiky (CIIRC)
České vysoké učení technické v Praze
Katedra kybernetiky, ČVUT FEL
Industrie 4.0 – iniciativa vlády SRN
– Vize poprvé prezentována na Hannover Fair 2011: Komputerizace průmyslové výroby
– Celý dokument představen na Hannover Fair 2013: Dais and Kageman – ved. prac. skupiny Vládní dotace: 750 mil. EUR na 3 roky „Evoluce od používání jednotlivých robotů a počítačů ke
složitým kyberneticko-fyzikálním systémům“
vize zaměřena na distribuované systémy, počítá s metodami autooptimalizace, autokonfigurace, autodiagnostiky, strojového vnímání a inteligentní podpory dělníka
nový způsob chápání složitých systémů, nové myšlení směrem od centralizovaného k distribuovanému
Představuje německou reakci na aktivity Smart Manufacturing Leadership Coalition (SMLC) v USA – neziskové konsorciu zaměřené hlavně na standardy
Katedra kybernetiky, ČVUT FEL
Industry 4.0 – iniciativa vlády SRN
Technologické pokroky 1. průmyslová revoluce: pára
2. průmyslová revoluce: elektřina 3. průmyslová revoluce: počítače a roboti
4. průmyslová revoluce: Kyberneticko-fyzikální systémy (CPS)
Katedra kybernetiky, ČVUT FEL
Klíčové vize Industrie 4.0
Hlavní myšlenka:Úplným počítačovým propojením
a)výrobních strojů,
b)zpracovávaných produktů a polotovarů a
c)všech dalších systémů a subsystémů průmyslového podniku (včetně systémů podnikového plánování, systémů obchodních, CRM atd.)
vytvořit inteligentní distribuovanou síť různorodých entit (bez centrálního elementu) podél celého řetězce vytvářejícího hodnotu (tedy síť napříč výrobními, ekonomickými, obchodními, logistickými a dalšími úseky)
- Každá entita reprezentována softwarovým modulem
- Tyto moduly 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)
Katedra kybernetiky, ČVUT FEL
Klíčové vize Industrie 4.0
6 základních principů
a)Interoperabilita: schopnost CPS, lidí a všech komponent inteligentního výrobního podniku spolu komunikovat prostřednictvím IoT (internetu věcí) a IoS (internetu služeb)b)Virtualizace: schopnost propojování fyzických systémů s virtuálními modely a simulačními nástroji c)Decentralizace: rozhodování a řízení probíhá paralelně a autonomně v jednotlivých subsystémech d)Schopnost pracovat v reálném čase: dodržení požadavku reálného času je klíčovou podmínkou pro libovolnou komunikaci, rozhodování a řízení v systémech reálného světae)Orientace na služby: preference výpočetní filosofie nabízení a využívání standarních služeb, to vede na architektury typu SOA (Service Oriented Architectures)f)Modularita a rekonfugurabilita: systémy Industrie 4.0 by měly být maximálně modulární a schopny autonomní rekonfigurace na základě automatického rozpoznání, event. predikce situace
Katedra kybernetiky, ČVUT FEL
Industrie 4.0 umožněna prorůstáním a konvergencí technologií
Technologické předpoklady: 1. ICT obecně využitelnou technologií (GPT) s těmito znaky:
- exponenciálnost rozvoje (Mooreův zákon růstu výpočetní výkonnosti, objemu uložených dat a komunikační rychlosti, poklesu rozměrů a energetické spotřeby)
- digitalizace informací (nejsou rivalitní a reprodukují se zdarma) - inovace založeny na kombinatoričnosti řešení (WWW, Facebook)
2. Internet propojuje vše, včetně fyzikálních systémů (senzorů, výrobních strojů, robotů, výrobků, atd.)
3. Rozvoj metod kybernetiky a umělé inteligence
Katedra kybernetiky, ČVUT FEL
Industry 4.0
Internet věcí: Na internet např. napojeno:
každé výrobní zařízení každý výrobek (i nedokončený) každý transportní zařízení každé oddělení podnikuJedná se o fyzické napojení/HW závislé určené k přímé
komunikaci, dohadování a kooperaci mezi fyzickými systémy
Internet služeb každé zařízení/výrobek/polprodukt reprezentován SW
entitou ta si může vyvolat libovolnou službu (HW nezávislou)
Přístup k ontologiím, www, k datům v cloudech či jiných úložištích
může běžet na stejném fyzickém procesoru, ale i na úplně jiném
Katedra kybernetiky, ČVUT FEL
Základní architektura
Internet služeb (Internet of Services)
Internet služeb (Internet of Services)
Internet věcí (Internet of Things)Internet věcí (Internet of Things)
SémantikaSémantika
Smart FactorySmart Factory
Apl. platformaApl. platforma
Chytrý materiálChytrý
materiál
Apl. platforma
Apl. platforma
Chytré výrobkyChytré
výrobky
Apl. platforma
Apl. platforma
Katedra kybernetiky, ČVUT FEL
Průmyslové asistivní systémy založené na CPS
Člověk zapojen jako kooperující komponenta, jako jedno ze zařízení, které může inicializovat a usměrňovat procesy
Má k dispozici množinu aplikací (Application Store)
Využívá se i rozšířená realita („augumented reality“)
Lehké, flexibilní roboty spolupracují s člověkem
Katedra kybernetiky, ČVUT FEL
Technické překážky a problémy Industrie 4.0
Chybí centrální řídící element, subsystémy se konfigurují a optimalizují na základě vzajemného dohadování emergentní (nepředvítalené) chování
Nákladná analýza celého systému a potřeb jeho řízení
Nákladné investice do technologií
Velké množství komunikace – servery a sítě nestíhají – možný
kolaps
Překotně vznikají nové SW architektury – obtížná standardizace
Potřeba učení se v sítích a analýza dat z cloudů – pro potřeby modelování složitého systému – jedině tak lze zvládat dynamicky se měnící složité systémy
Katedra kybernetiky, ČVUT FEL
Industrie 4.0: Výzvy
1. Výzva ekonomická
2. Výzva technologická
3. Výzva organizační (včetně VaVaI)
4. Výzva v oblasti lidských zdrojů
Katedra kybernetiky, ČVUT FEL
1. Výzva ekonomická
V ČR: nejvyšší podíl průmyslové výroby na HPH v Evropě (25%) – ten chceme nejen udržet, ale i zvýšit (v Evropě v průměru 15%, cíl EU: dosáhnout 20% v roce 2020)
Přímý export do SRN činí 29%, připočteme-li vazby na německé firmy uvnitř ČR, jsme nejméně polovinou průmyslové výroby závislí na SRN
Chceme-li tuto ekonomickou pozici udržet či posílit, musíme být kompatibilní s řešeními Industrie 4.0 - konkurence bude veliká
Industrie 4.0 musí být v centru pozornosti všech, kdo zodpovídají za ekonomickou prosperitu ČR
Pokud je Industrie 4.0 v SRN vládou vytýčenou a sledovanou Národní prioritou
obdobná pozornost by jí měla být věnována i v ČR
Katedra kybernetiky, ČVUT FEL
2. Výzva technologická
Industrie 4.0 požaduje opravdu integrovat veškeré výrobní, obchodní a ekonomické procesy na principu distribuovaných znalostních systémů s vysokou mírou autonomie a bez viditelného centrálního elementu – nejedná se o počítačové zpracování tabulek a výkazů, ale o skutečnou technologickou revoluci, o kvalitativní skok
Nejde o zaklínací formuli, nejde o „jako“ technologii – ta musí být
reálná
Nutno zajistit plnou interoperabilitu se systémy vně ČR
Bude vyžadovat velké investice s trvalou průběžnou inovací
Inovace ve výrobních procesech budou permanentní
VaVaI již nebudou moci být otázkou jednoho podniku!!
Katedra kybernetiky, ČVUT FEL
3. Výzva organizační
Dnešní rozdrobený způsob financování aplikovaného výzkumu (relativně malé a krátkodobé projekty) neodpovídá potřebám Industrie 4.0
Je třeba budovat Národní centra kompetence, vytvářet nadkritickou koncentrovanou kapacitu, a to na bázi toho, co je k dispozici (např. centra VaVpI, Centra kompetence TA ČR, různá centra excelence, atd.)
Nezbytné napojit tato centra na Fraunhoferovu společnost – šance i k exportu výzkumu a vývoje
Čeká nás proces sdružování, integrace, propojování týmů – nutno dát důvěru (a prostředky) organizacím a jejich vůdčím osobnostem, pokud se osvědčily
Je třeba nastavit nová objektivnější kritéria hodnocení aplikovaného výzkumu (místo počtu článků nutno měřit potenciál pracoviště z pohledu konkurenceschopnosti ČR)
Katedra kybernetiky, ČVUT FEL
3. Výzva organizační
Nutno vytěžit maximum z Evropských prostředků (Horizon 2020, ESF..)
OP PIK a OP VVV by měly sehrát zásadní roli – je však potřeba dobře je provázat s již existujícími infrastrukturami a týmy, s národními cíli a prostředky z národních zdrojů
Hledáme-li S3 specializaci a KET technologie - Industrie 4.0 musí být v popředí našeho zájmu
Katedra kybernetiky, ČVUT FEL
4. Výzva v oblasti lidských zdrojů
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:
(i) větších investic z průmyslu do univerzit
(ii) zásadní změnu způsobu hodnocení a řízení univerzit
Katedra kybernetiky, ČVUT FEL
4 hrozby
Nepovýšíme orientaci průmyslu na technologie a způsob myšlení Industrie 4.0 jako národní prioritu – naše kroky budou pokulhávat za evropskými trendy
Nebudeme mít odvahu či prostředky k nezbytným technologickým změnám a k trvalým výrobním inovacím – pak stojíme v konkurenčním boji opodál
Nepřizpůsobíme výzkumnou infrastrukturu a financování výzkumu a vývoje potřebám Industrie 4.0 – pak sice budeme možná mít kvalitní výzkum, ale mimoběžný s potřebami ekonomiky země
Nebudeme mít k dispozici dostatek inženýrů odpovídajícího odborného profilu – technologie jsou k revoluci zralé, ale průmyslovou revoluci nejde dělat bez revolucionářů
Katedra kybernetiky, ČVUT FEL
4 hrozby
Každá z těchto hrozeb může zásadním způsobem ohrozit konkurenceschopnost české ekonomiky
Věřím, že to nakonec zvládneme, ale je třeba začít
odstraňovat hrozby IHNED, nejlépe ještě DNES
Děkuji za pozornost!!!