Anatomie inteligentního průmyslu: AIoT a autonomizace

Internetem se revoluce v průmyslu a logistice neskončila. Nové technologie jako digitální dvojčata a umělá inteligence mění výrobní postupy a principy což vede k transformaci na dynamické a autonomní řízení výrobních a zásobovacích procesů. Distribuovaná produkce, inteligentní automatizace a dynamická škálovatelnost jsou klíčové vlastnosti výrobních podniků nastupující dekády.

Decentralizovaná infrastruktura podniku

Decentralizované systémy jsou to, co odlišuje éru třetí průmyslové revoluce (vyvolané nástupem mikroprocesorů) od současné čtvrté průmyslové revoluce. Centralizované systémy na principu server–klient disponovaly jednou centrální databází, což mělo za následek omezenou kapacitu centrálního serveru a tudíž zvýšené riziko při výpadcích. V rámci komplexních digitálních ekosystémů, jakými jsou bezesporu i výrobní továrny nebo dodavatelské řetězce, je proto nevyhnutelné využít decentralizovaných řešení.

Tak jako je decentralizované fyzické uspořádaní podniku, je rovněž decentralizována i zodpovědnost a potřeba dělat operativní rozhodnutí na nižších úrovních. Nejlepší je rozhodnutí udělat co nejblíže k místu, kde dochází k jeho vykonání, jelikož v tomto bodu jsou dostupné všechny potřebné informace, souvislosti jakož i rychlá zpětná vazba. Tuhle hierarchii by měli také kopírovat i řídící Smart Industry systémy.

V konceptu čtvrté průmyslové revoluce se proto počítá s vytvořením inteligentní sítě různorodých distribuovaných entit podél celého řetězce vytvářejícího hodnoty, tedy sítě napříč výrobními, ekonomickými, obchodními, logistickými a dalšími úseky a odděleními.

Tato distribuovaná infrastruktura umožňuje komunikaci jednotlivých komponentů (lidí, strojů, objektů, dat a systémů) sítě mezi sebou a z pozic rovnocenných rolí. Na druhou stranu, komponenty připojené do sítě průmyslového Internetu věcí (IIoT), neboli Smart Industry platformy, generují rozsáhlé množství heterogenních dat, které Smart Industry systémy musejí zpracovávat v reálném čase.

Právě data představují komoditu, jejíž význam bude i v průmyslovém a logistickém prostředí radikálně narůstat. V neposlední řade, přínosem distribuované infrastruktury a decentralizovaných Smart Industry systémů je pak rozšiřitelnost sítě, respektive škálovatelnost platformy, jakož i zvýšená odolnost vůči výpadkům samotné sítě, jednotlivých připojených systémů nebo jejich komponentů.

Přínosy iniciativ inteligentního podniku: 12% nárůst pracovní produktivity, 11% nárůst využívání podnikové kapacity, 10% nárůst celkové výrobní produkce   (zdroj: Deloitte)

Kolektivní inteligence zařízení a procesů

Inovativní a chytré řízení výroby a logistiky jaké zabezpečují Smart Industry systémy se neobejdou bez nástrojů a technologií umělé inteligence (AI). Spájení Internetu věcí (IoT) a umělé inteligence (AI) se v současnosti dostává více do popředí, nejenom v běžném spotřebitelském prostředí, ale i v průmyslu a zásobování. Smart Industry systémy již dnes využívají inteligentní algoritmy na monitorování, kontrolu, řízení a plánování komplexních procesů a operací napříč celým výrobním procesem a dodavatelským řetězcem.

Využívání kognitivních technologií v průmyslu bude postupně narůstat a přispívat ke zvyšování autonomie jednotlivých komponentů zapojených do podnikového Internetu věcí (IoT). Díky tomu se každý zapojený prvek stane „smart“ (inteligentním) sám o sobě. To znamená, že bude pracovat relativně autonomně a dle potřeby komunikovat s ostatními členy sítě bez ohledu na to jestli půjde o stroje nebo lidi.

Propojení a interoperabilita „smart“ komponentů decentralizovaného ekosystému průmyslového Internetu věcí (IIoT) jsou předpokladem vzniku systémů kolektivní inteligence po vzoru kolonií organizmů v přírodě (tzv. swarm inteligence).

Využití principů kolektivní inteligence vede k vzniku řešení založených na samo-organizaci jednotlivých komponentů (zařízení, materiálů, dat, systémů) podílejících se na vnitropodnikových procesech včetně výrobních a logistických operací. Právě schopnost samo-organizace otevírá cestu k nástupu autonomních řídících průmyslových systémů, které nejsou až tak futuristickou technologií, jak by se mohlo na první pohled zdát. Internet věcí (IoT), digitální dvojčata a umělé inteligence (AI) již v současnosti umožňují využívaní konceptu umělé inteligence věcí (AIoT) prostřednictvím Smart Industry platforem vybavených digitálními dvojčeti.

Implementace umělé inteligence (AI) podle funkce: 29% údržba, 27% kvalita, 20% produkce, 16% vývoj produktu (vývoj a výzkum), 8% řízení dodavatelského řetězce  (zdroj: Capgemini)

Průmysl na objednávku aneb dynamická produkce tahem

Rozvoj Smart Industry systémů postupuje k maximalizaci jejich modulárnosti a schopnosti autonomní rekonfigurace na základě automatického rozpoznání situace. Samo-organizovatelnost výrobních procesů zahrnuje proto i rekonfigurabilitu, charakterizovanou jako nezávislou adaptabilnost na vnitřní a vnější podněty. Jejím projevem je auto-optimalizace procesů, jež představuje další stupeň inteligence i vzhledem na nástroje umělé inteligence využívané pro její realizaci.

Nevyhnutelným předpokladem pro dosažení této schopnosti je sběr a přenos různorodých dat napříč podnikovým ekosystémem průmyslového Internetu věcí (IIoT) a jejich bezodkladná analýza a demokratizace na všech řídících úrovních. Následné zapojení technologií, jako jsou umělé neuronové sítě s prvky strojového učení (ML) pak posouvá funkčnost auto-optimalizace z pozice reaktivní do pozice preventivní a prediktivní.

Do popředí se v posledním období totiž dostává poptávka po vyšší flexibilitě procesů. Ten je na jedné straně podmíněný neustálým vývojem vnějších okolností (ekonomických, technologických nebo politických), na straně druhé také narůstajícím spotřebitelskou poptávkou po zvyšování variability a personalizace produktů. V současnosti zavedený model sériové výroby se stává spíše přítěží a výrobci se musejí přizpůsobit individuálním přáním zákazníků, které můžou přesahovat kapacity stávajících možností variování zvoleného produktu.

Už ne módní vlny nebo časově omezené trendy, ale výroby na zakázku („Manufacturing-on-Demand“) se stávají více a více běžnějším režimem v prostředí sériové produkce. Současné Smart Industry systémy umožňují podnikům pružně reagovat na interní a externí podněty a vlivy a transformují podnikové procesy na dynamické. Zároveň dochází k postupné migraci z výrobního systému tlakem na produkci tahem.

Příkladem je projekt společnosti ANASOFT, která provedla digitální transformaci skladu obchodně-distribuční společnosti implementováním funkce auto-rekonfigurace procesu naskladňování. Při přijmu každého nového balení zboží upravuje Smart Industry systém EMANS (na základě analýzy obrátkovosti zboží) umístnění konkrétního balení v skladu tak, aby byl aktuálně nejžádanější zboží co nejblíže k expedici.

Minimalizuje se tím čas potřebný na vychystání a odeslání objednávky zákazníkům. Jakmile se změní vzorce zákaznické poptávky, systém automaticky upravuje používané algoritmus bez složitého přestavování přístrojů nebo přeškolování skladníků.

Dynamizace procesů prostřednictvím auto-rekonfigurace disponuje revolučním potenciálem, který kupříkladu ve výrobě povede k vytvoření fluidních (nelineárních) výrobních pracovišť. Tenhle režim produkce bude kopírovat strukturu decentralizovaného modelu, produkty se již nebudou pohybovat po výrobní lince podle fixně zadaného a neměnného harmonogramu (plánu výroby), ale budou autonomně přistupovat k neustále se přeskupujícím pracovním stanovištěm podle momentální dostupnosti zdrojů a požadavek personalizace vybraných prvků.

Průzkum mezi výrobci o iniciativách inteligentního podniku (Smart Factory): 86% dotazovaných výrobců věří, že iniciativy inteligentního podniku budou hlavním katalyzátorem výrobní konkurenceschopnosti za 5 let, 83% dotazovaných výrobců věří, že iniciativy inteligentních podniků změní způsob, jakým se vyrábějí produkty za 5 let, 30% globálního rozpočtu podniku vyčleněného na iniciativy inteligentního podniku, 58% dotazovaných výrobců očekává, že jejich rozpočty na iniciativy inteligentního podniku se na rok 2020 zvýší (zdroj: Deloitte)

OD AUTOMATIZACE K INTELIGENTNÍ AUTONOMIZACI

Interoperabilita, decentralizace, inteligence a rekonfigurabilita jsou vlastnosti, které přinášejí v současnosti i další výhody podnikům například i v oblastech bezpečnosti a environmentalistiky. Průmyslový Internet věcí (IIoT) a ohromné množství dat, jež tato síť generuje, vytvářejí v podnikových procesech větší přehlednost, a tudíž snižují riziko vzniku chyby lidským nebo technologickým faktorem.

Technologie průmyslového Internetu věcí (IIoT) a Smart Industry systémy mají přímý vliv na zlepšování bezpečnosti, spolehlivosti a udržitelnosti výrobního prostředí, a v konečném důsledku i na prevenci negativních dopadů na kvalitu a dobu dodání produktů.

Vyšší transparentnost také přispívá k redukci plýtvání, úniků a odpadovosti a identifikaci jejich původu, čímž se minimalizuje environmentální stopa výrobního podniku. Přirozeně, i integrace technologie trojrozměrných tiskáren („aditivní výroba“) přinese do podniku další snižování odpadu z výroby jako i redukci některých logistických procesů.

Uvedené principy inteligentní výroby a logistiky jsou také základní hybnou sílou pro maximalizaci přidané hodnoty jednotlivých procesů v celém podniku. Industriální automatizace charakterizuje především třetí průmyslovou revoluci. Ta současná, v podstatě revoluce Internetem věcí (IoT), spolu s nástupem technologií umělé inteligence (AI) již nemá za cíl automatizaci, nýbrž autonomizaci výrobních a logistických procesů.

            Top globální výrobci implementující umělou inteligenci (AI) podle krajiny (zdroj: Capgemini)

Článek byl původně publikován v časopise Quark 1/2019.

MOHLO BY VÁS TAKÉ ZAJÍMAT