I026 - Kevad 2017 - Industry 4.0

From EIK wiki
Revision as of 01:48, 13 May 2017 by Spihelga (talk | contribs) (Tulevik)
(diff) ← Older revision | Latest revision (diff) | Newer revision → (diff)

Tööstus 4.0

Autorid: Meelis Osi, Liis Talimaa, Sander Pihelgas, Aare Taveter

Ajalugu ja ajend

Eelnevad tööstusrevolutsioonid


Alguses tuli aur ja esimesed masinad, mis mehaniseerisid nii mõnedki tööd, mida meie eelkäijad tegid. 18.sajandi lõpus Suur-Britannias vahetus põllumajandusel põhineva majanduse mehaanilise tööstusega. Suudeti vallutada vee- ning aurujõud ning seda kutsutakse esimeseks tööstusrevolutsiooniks - Tööstus 1.0.

Järgmisena tuli elekter, konveier ning sündis massproduktsioon. Loodi tehased ning konveierilindil sõitis sisse uus tööstuse ajastu ning soodsad hinnad tänu masstoodangule - see oli teine tööstusrevolutsioon ehk Tööstus 2.0.

Kolmandaks tööstusajastuks oli arvutite sünd ning automaatika teke, kus robotid hakkasid asendama inimesi konveierliinidel. Kolmas tööstusrevolutsioon sai alguse transistori leiutamisega. Sellest hetkest sai võimalikuks informatsiooni hoidmine ning töötlemine digitaalselt ning seejärel sai “lihtsaid” ülesandeid nagu kalkulatsioone ning info manipulatsioone automatiseerida. 1940ndatel loodi üha keerukamaid arvuteid, mis said hakkama ka üha keerukamate ülesannetega. Kuuekümnendatel aastatel varustati masinad programmeeritavate konsoolidega ning kõik muutus järjest digitaalsemaks ning tööstuse elemendid liikusid üha rohkem automaatika ning robotite poole. Samas jäi siiski see tööstusrevolutsioon tasemele, kus digitaliseeritud seadeid peavad kontrollima inimesed ning seadmed ise ei mõista oma ülesandeid ning eesmärke. See iseloomustab kolmandat tööstusrevolutsiooni - Tööstus 3.0.

Neljas tööstusrevolutsioon


Neljas ehk siis ka hetkel kõige viimane tööstusrevolutsioon hõlmab intellegentsuse, seotuse ning palju laiema digitaalsuse kaasamist tööstuses. Tööstus 4.0 on suuresti edasiarendus eelnevast ning sai alguse 2010. aastal Saksamaal.

Saksamaa Riiklik Haridus- ning Teadusministeerium alustas uuringuid Tööstus 4.0 jaoks juba enne kui nähtusele üldsegi nimi sai pandud - esimene viide Tööstus 4.0’le toimus aastal 2011 Hannoveri messil. Sakslased soovisid tuvastada kõrgtasemelise tehnoloogia elemente selleks, et edendada maailma ning innustada tehnoloogia arengut. Siiski on skeptikute arvates raske konkreetselt eristada Tööstus 3.0 ja Tööstus 4.0 vahet, ometigi on tänapäevased tehnoloogiad kaugelt arenenumad kui ühe liigutuse tegemine.

2012. aastaks olid sakslased teinud juba piisavalt tööd ning kogunud nõnda palju materjali, et oli võimalik pidada esimene esitlus kõrgtasemelise tööstuse teemal. Selles esitluses tõid nad näiteks ‘targa tehase’ ning näitasid kuulajatele selle ülesseadmise potentsiaali. Läbi selle said võimalikud kliendid ning tegevusala professionaalid parema arusaama kõigist võimalustest. Selle järgi masinad suudavad justkui ise mõelda ning reageerida päris elu situatsioonidele, et tõsta efektiivsust ning teha tööstust veelgi paremaks. Saksamaa valitsus oli uuringute tulemustega väga rahul ning hakkas suurendama Tööstus 4.0 uurimistöö rahastust lootuses, et see aitab neil ronida maailmas tööstusrevolutsiooni eestvedajaks.

Tööstus 4.0 töörühmad

Juhatuseliikmed: Henning Kagermann ning Siegfried Dais

  • TR 1 – Tark tööstus: Manfred Wittenstein
  • TR 2 – Keskkond: Siegfried Russwurm
  • TR 3 – Majandus: Stephan Fische
  • TR 4 – Inimene ja töö: Wolfgang Wahlster
  • TR 5 – Tehnoloogia faktor: Heinz Derenbach


Pärast esmase teadustöö lõpetatamist jõuti arusaamale, et internet on palju võimsam, kui algselt arvati. Interneti vahendusel informatsiooni vahendamise hõlmamine tööstuses aitas kaasa ‘internet of things’i, mis juba mujal maailmas oli tõusva tähtsusega, edasiarendamisele. Tänu piisavale rahastusele hakkas ‘targa tööstuse’ protsess jalgu alla saama ning sellel ajal tutvustati maailmale Tööstus 4.0 platvormi.

Aastal 2014 hakkasid liituma ka ettevõtted väljaspoolt Saksamaad. Naaberriikide koostööl loodi mitmeid efektiivseid lahendusi ning mõisteti, et detsenraliseerimine on protsessi üks tähtsamaid osi ning digitaalse tööstuse edasiarendamine oleks kõigi osapoolte huvides.[1]

Järgnes areng, kus hakkasid ilmuma uuendused tänu teadus- ja arendustegevusele, mis olid toimunud neljanda tööstusrevolutsiooni ajal. Seal hulgas arenesid meditsiinitehnoloogia, tõhusa kulude kokkuhoiu mehaanika tootmisjaamad jms. Me elame põneval ajal, kus on võimalik olla tunnistajaks võrratutele muutustele, mis on aset leidmas.

Kontseptsioon

Tööstus 4.0 lisab eelnevale tööstusajastule tarkuse

Tööstus 3.0 üheks alustalaks võiks lugeda manussüsteemi, mis kujutab endast juhtfunktsioonidega arvutit, mis on omakorda on osa suurest mehaanilise või elektrilisest süsteemist. Mõningad näited on järgnevad: käekellad, valgusfoorid, autode ABS ja ESP andurid, MP3-mängijad.[2]

Tööstus 4.0 seob reaalse ja virtuaalse maailma. Manussüsteemidele lisanduvad ‘’Internet of things’’, andmemassiivid ja teenused. Kaasates interneti, andmete manipulatsiooni, analüüsi ning omavahelise suhtluse moodustavad neljanda põlvkonna tööstusmudeli.

Küber-füüsilised süsteemid

Küber-füüsilised süsteemid võimaldavad füüsilistel süsteemidel omavahel suhelda, moodustades selliselt ühtse võrgu. Justkui tänapäeval väga levinud nutitelefonide erinevad rakendused, mis jagavad omavahel infot ning mida on vastavalt soovidele võimalik juurde lisada või eemaldada. Tööstuslikus mõttes oleks rakenduste asemel reaalsed füüsilised masinad. Oluliseks märksõnaks on masinate omavaheline suhtlus ning teineteise mõistmine, mis eeldab teatud standardeid. Füüsilise tehase ressursi vajadus on selliselt võimalik integreerida otseselt tootmisega, elimineerides vajaduse ressursi eraldi planeerimisele. Küber-füüsilise tootmisüksuse eelised varasemate ees on efektiivsus aja ja materjali osas, seeläbi ka kuluefektiivsuses. Lisaks võimaldav ühtne süsteem ka kohest analüüsi ning kiiret optimeerimise võimalust.[3]

Andmete kogumine ja töötlemine Tööstus 4.0 süsteemis

Tööstus 4.0 tehase masinad on seotud kõik ühtsesse süsteemi ning masinate erinevad sensorid, mootorid, kontrollerid annavad tagasisidet tegevuse kohta. Andmemahud võivad sellise lähenemise juures minna ääretult suureks, kuid suutes seda hoomata, annab selline pideva andmete analüüs ja monitooring väga kiiresti täiustada töötavat liini. Andmete kogumise juures on oluline seoste leidmine, mis erinevat tüüpi andmete põhjal eeldab väga põhjalikku töötlust.[4]

Kaasnevad väljakutsed

  • IT turvalisus. Kui tehased tehakse kaugjuhitavaks ja hallatavaks siis tekib ka risk, et seda võivad ära kasutada inimesed, kellel ei peaks olema ligipääsu vastavatesse kohtadesse.
  • Töökindlus ja stabiilsus. Masinatevaheline ühendus peab olema katkematu, et saavutada sujuv tootmine. Ühenduste katkemised või signaali viivitus võivad süsteemi lihtsalt rivist välja lüüa.
  • Ettevõtte tehnoloogia kaitse. IT turvalisusega seotud asjaolu, kuid pisut teise vaatenurga alt. Kui turvalisuse alla liigitada masinate üle kontrolli saavutamist, siis tehnoloogia varjamine konkurentide eest on pigem intellektuaal omandit puudutav küsimus.
  • Liigne keerukus. Süsteemid võivad kiiresti minna väga keerukaks ning vastava kompetentsi leidmine võib osutuda keerukaks.
  • Töökohtade kaotamine. Kuna Tööstus 4.0 kaasab väga suures osas automatiseerimist, siis tähendaks see paljude töökohtade kadumist ning uute väga spetsiifiliste tekkimist. Kindlasti kaoks rohkem töökohti ära kui juurde tuleks ning juurde tulevate töökohtade jaoks kompetentsi leida on keeruline.

Andmemassivid

Tööstus 4.0 võimaldab koguda väga suurel hulgal spetsiifilist infot, mis võimaldab defektide ja tootmise vigu varakult tuvastada. Seeläbi on võimalik süsteemi täiustada suurendades produktiivsust, ennetada suuremaid vigu kindlustades seeläbi ka kvaliteeti.

Andmemassiivide analüüs koosneb Tööstus 4.0 puhul kuuest komponendist:

  1. Ühendus (sensorid ja internet)
  2. Pilvelahendused (arvutused ning infoligipääs)
  3. Küberfaktor (mudel ja mälu(ajalugu))
  4. Sisu ja kontekst (korrelatsioon ja nende tähendus)
  5. Ühtsus (jaotus ja koostöö)
  6. Vajaduspõhisus (väärtus)

Selleks, et teha õigeid otsuseid on vaja võimast ja korrektselt töötavat andmemassiivi töötlust. Seejuures tuleb arvestada ka masinate jaoks raskesti tuvastatavaid parameetreid nagu komponentide kulumine, masinate efektiivsuse vähenemine ja muu selline.[5]

Internet of things


Tehnoloogiad


Mõned näited Eestis

Starship

Starship on Eesti ettevõte, mis arendab väikeseid autonoomseid pakiroboteid. Robotid sõidavad kõnniteel jalakäija kiirusel ning vajadusel on võimalik neid ka kaugjuhtimise teel manuaalselt juhtida. Nende tööpiirkonnaks on mõni kilomeeter. Tööstus 4.0 temaatikaga seoses on seadete puhul tegemist juba tunduvalt arenenumate masinatega kui kindlalt ühte liigutust tegeva tootmisrobotiga. Kuller-robot peab suutma suhelda välismaailmaga ning kuna keskkonna tingimused on aja jooksul väga muutlikud, siis on oluline vastavalt olustikule reageerida. Selleks, et robot tajuks maailma ja suudaks tänavatel toime tulla on see varustatud kaamerate, GPS ning muude sensoritega. Vastavalt keskkonna muutustele, milleks võivad olla näiteks lähenevad inimesed, autod või teele ajutiselt sätitud prügikast, valib robot ka teekonna. Seejuures on aga oluline erinevus Tööstus 3.0 tehnoloogiaga, kuna teekonna läbiv robot saab edastada infot teistele robotitele, mis eeldab ka tänapäeval järjest enam kasutatavaid pilvetehnoloogiaid. Sarnaselt pakirobotitele, mis omavahel ning keskkonnaga suhelda suudavad, teevad seda ka tööstuses kasutatavad masinad. See annab uued võimalused protsesside eskaleerimiseks. Tööstuse efektiivsemaks ja universaalsemaks arendamisega tegeleb näiteks Eestis asuv ettevõte Proekspert.[6][7]

ABB

Ericsson

Auvere

Tulevik

Saksamaa kui Tööstus 4.0 algataja ja eestvedaja on veendunud maailma mõistes tööstuse ja tootmise eestvedaja ja juhtfiguuri rollis jätkamises. Nende suund on üha enam liikuda uue efektiivsema tootmise poole.

Eestis on Tööstus 4.0 tehnoloogiate arendamiseks ideaalsed võimalused. Elektrooniline andmevahetus on Eestis igapäevane nähtus ning paljud süsteemid eeldavad digitaalset lähenemist. Spetsialistid on hinnanud Eesti tugevuseks spetsialiseerumist ning väikese mahulist kvaliteetset tootmist, kuna masstoodanguks ei ole väikese lokaalse turuosa tõttu soodsaid tingimusi. Eesti tootmisettevõtted on muutunud lähiajal innovaatilisemaks ning keskendunud rohkem tootearendusele. Elatustaseme parandamiseks on vaja suurendada efektiivsust ning arendada kõrgekvaliteetsete kaupade tootmist, mis oleksid maailmaturul konkurentsivõimelised. Selleks on ka Eestil vaja lähtuda Tööstus 4.0 põhiprintsiipidest ja liikuda efektiivsema tootmise poole. Spetsialistid on hinnanud, et 20 aasta pärast on tööstus teinud läbi suure muutuse ning täna räägitav Tööstus 4.0 on saanud standardiks. Lisaks muudab asjade käiku ka interneti sidumine tööstusega. Paljud tuntud ja mainekad ettevõtted tegelevad täna arvestatava osana IT teenuste kasutusele võtmisega ja osakaalu suurendamisega, et muuta tööstust efektiivsemaks ja kvaliteetsemaks.[8]

Info jagamine ettevõtete vahel


Viited

  1. Tööstus 4.0 Wikipedia
  2. Manussüsteemid Wikipedia
  3. [William MacDougall (2014) "Industrie 4.0 Smart Manufacturing for the future", Germany Trade and Invest lk 6-10]
  4. Tööstus 4.0 tutvustav veebileht
  5. [Jay Lee, Behrad Bagheri, Hung-An Kao (2014) "Recent Advances and Trends of Cyber-Physical Systems and Big Data Analytics in Industrial Informatics", Conference on Industrial Informatics]
  6. Starship Technologies Wikipedia
  7. Starship Technologies
  8. E-Estonia.com Industry 4.0 Sets Estonian Companies Off Towards “The Internet of Things”

The site is Under Construction