Что такое Индустрия 4.0?
Термин был популяризирован в 2015 году Клаусом Швабом, основателем и исполнительным председателем Всемирного экономического форума, и с тех пор используется в многочисленных экономических, политических и научных статьях применительно к нынешней эпохе развивающихся высоких технологий. Шваб утверждает, что наблюдаемые изменения - это не просто повышение эффективности, а значительный сдвиг в промышленном капитализме.
Частью этой фазы промышленных изменений является объединение таких технологий, как искусственный интеллект, редактирование генов и передовая робототехника, которые стирают границы между физическим, цифровым и биологическим миром.
При этом происходят фундаментальные сдвиги в функционировании глобальной сети производства и поставок за счет постоянной автоматизации традиционных производственных и промышленных методов с использованием современных интеллектуальных технологий, широкомасштабной межмашинной связи (M2M) и интернета вещей (IoT). Такая интеграция приводит к повышению уровня автоматизации, улучшению связи и самоконтроля, а также к использованию умных машин, которые могут анализировать и диагностировать проблемы без необходимости вмешательства человека.
Она также представляет собой социальный, политический и экономический сдвиг от цифровой эпохи конца 1990-х и начала 2000-х годов к эпохе встроенных возможностей подключения, отличающейся вездесущностью и повсеместным использованием технологий в обществе (например, метавселенная), которая меняет способы восприятия и познания человеком окружающего мира. Она предполагает, что мы создали и вступаем в дополненную социальную реальность по сравнению с естественными чувствами и производственными способностями только человека.
Ожидается, что за Четвертой промышленной революцией последует Пятая промышленная революция.
История
Термин впервые был введен группой ученых, разрабатывающих стратегию развития высоких технологий для правительства Германии.Клаус Шваб, исполнительный председатель Всемирного экономического форума (ВЭФ), представил это словосочетание более широкой аудитории в статье, опубликованной в 2015 году в журнале Foreign Affairs. "Освоение четвертой промышленной революции" стало темой ежегодной встречи Всемирного экономического форума в Давосе-Клостерсе (Швейцария) в 2016 году.
10 октября 2016 года Форум объявил об открытии своего Центра четвертой промышленной революции в Сан-Франциско. Это также стало темой и названием книги Шваба 2016 года. Шваб включает в эту четвертую эпоху технологии, объединяющие аппаратное, программное и биологическое обеспечение (киберфизические системы), и подчеркивает достижения в области связи и коммуникаций. Шваб ожидает, что эта эпоха будет отмечена прорывами в новых технологиях в таких областях, как робототехника, искусственный интеллект, нанотехнологии, квантовые вычисления, биотехнологии, интернет вещей, промышленный интернет вещей, децентрализованный консенсус, беспроводные технологии пятого поколения, 3D-печать и полностью автономные транспортные средства.
В предложении ВЭФ "Великая перезагрузка" Четвертая промышленная революция включена в качестве стратегического интеллекта в решение по устойчивому восстановлению экономики после пандемии COVID-19.
Первая промышленная революция
Первая промышленная революция ознаменовалась переходом от ручных методов производства к машинным благодаря использованию паровой и водяной энергии. Внедрение новых технологий заняло много времени, поэтому период, о котором идет речь, был между 1760 и 1820 годами, или 1840 годом в Европе и США. Ее последствия сказались на текстильном производстве, которое первым приняло такие изменения, а также на железной промышленности, сельском хозяйстве и горнодобывающей промышленности, хотя она также оказала влияние на общество, поскольку средний класс становился все более сильным.
Вторая промышленная революция
Вторая промышленная революция, также известная как технологическая революция, - это период между 1871 и 1914 годами, который стал результатом строительства обширных железнодорожных и телеграфных сетей, что позволило быстрее перемещать людей и идеи, а также электричества. Растущая электрификация позволила фабрикам разработать современную производственную линию. Это был период большого экономического роста с увеличением производительности труда, что также вызвало всплеск безработицы, так как многие рабочие на фабриках были заменены машинами.
Третья промышленная революция
Третья промышленная революция, также известная как цифровая революция, произошла в конце 20 века, после окончания двух мировых войн, в результате замедления темпов индустриализации и технологического прогресса по сравнению с предыдущими периодами. Выпуск компьютера Z1, который использовал двоичные числа с плавающей точкой и булеву логику, десятилетие спустя стал началом более продвинутых цифровых разработок. Следующим значительным событием в развитии коммуникационных технологий стал суперкомпьютер. Широкое использование компьютерных и коммуникационных технологий в производственном процессе; машины начали отменять необходимость в человеческой силе.
Четвертая промышленная революция
Четвертая промышленная революция - это тенденция к автоматизации и обмену данными в производственных технологиях и процессах, которые включают киберфизические системы (CPS), IoT, промышленный интернет вещей, облачные вычисления, когнитивные вычисления и искусственный интеллект..Машины не могут заменить глубокий опыт, но они, как правило, более эффективны, чем люди, в выполнении повторяющихся функций, а сочетание машинного обучения и вычислительной мощности позволяет машинам выполнять очень сложные задачи.
Четвертая промышленная революция определяется как технологическое развитие киберфизических систем, таких как высокопроизводительная связь; новые способы взаимодействия человека и машины, такие как сенсорные интерфейсы и системы виртуальной реальности; усовершенствования в передаче цифровых инструкций в физический мир, включая робототехнику и 3D-печать (аддитивное производство); Интернет вещей (IoT); "большие данные" и облачные вычисления; системы на основе искусственного интеллекта; усовершенствование и использование автономных возобновляемых источников энергии (Off-Grid / Stand-Alone Renewable Energy Systems): солнечной, ветровой, волновой, гидроэлектрической и электрических батарей (литий-ионные системы хранения возобновляемой энергии (ESS) и EV).
Четвертая промышленная революция знаменует собой начало эпохи воображения.
Ключевые темы
Индустрия 4.0 повышает эффективность работы. Представлены четыре темы, которые обобщают Индустрию 4.0:
- Взаимосвязь - способность машин, устройств, датчиков и людей соединяться и общаться друг с другом через Интернет вещей или Интернет людей (IoP).
- Прозрачность информации - прозрачность, обеспечиваемая технологией Industry 4.0, предоставляет операторам полную информацию для принятия решений. Взаимосвязь позволяет операторам собирать огромные объемы данных и информации со всех точек производственного процесса, определять ключевые области, которые могут выиграть от улучшения для повышения функциональности.
- Техническая помощь - технологическая оснащенность систем для оказания помощи человеку в принятии решений и решении проблем, а также способность помогать человеку в решении сложных или небезопасных задач.
- Децентрализованные решения - способность киберфизических систем самостоятельно принимать решения и выполнять свои задачи настолько автономно, насколько это возможно. Только в случае исключений, помех или противоречивых целей задачи передаются на более высокий уровень.
Отличительная особенность
Сторонники считают, что это отдельная революция, а не просто продолжение Третьей промышленной революции. Это связано со следующими характеристиками:Скорость - экспоненциальная скорость, с которой затрагиваются и вытесняются существующие отрасли.
Масштаб и системное воздействие - большое количество секторов и фирм, которые подвергаются воздействию
Смена парадигмы в технологической политике - появляются новые политические меры, разработанные для этого нового способа деятельности. Примером может служить официальное признание Индустрии 4.0 в инновационной политике Сингапура.
Критики концепции отвергают Industry 4.0 как маркетинговую стратегию. Они считают, что, хотя революционные изменения можно выявить в отдельных секторах, системных изменений пока нет. Темпы признания "Индустрии 4.0" и перехода к политике в разных странах различны; определение "Индустрии 4.0" не согласовано. Одним из наиболее известных деятелей является Джереми Рифкин, который "согласен с тем, что цифровизация является отличительной и определяющей технологией в том, что стало известно как Третья промышленная революция". Однако он утверждает, что "эволюция цифровизации едва началась и что ее новая конфигурация в виде Интернета вещей представляет собой следующий этап ее развития".
Компоненты
Применение Четвертой промышленной революции осуществляется посредством:
- Мобильные устройства
- Платформы Интернета вещей (IoT)
- Технологии определения местоположения (электронная идентификация)
- Усовершенствованные человеко-машинные интерфейсы
- Аутентификация и обнаружение мошенничества
- Умные датчики
- Большая аналитика и передовые процессы
- Многоуровневое взаимодействие с клиентами и профилирование клиентов
- Дополненная реальность/одежда
- Доступность ресурсов компьютерных систем по требованию
- Визуализация данных и запущенное "живое" обучение.
- В основном эти технологии можно свести к четырем основным компонентам, определяющим термин "Индустрия 4.0" или "умный завод":
Киберфизические системы
- Интернет вещей (IoT)
- Доступность ресурсов компьютерных систем по требованию (например, облачные вычисления)
Тенденции
Умный завод
Умная фабрика - это видение производственной среды, в которой производственные мощности и логистические системы организованы без вмешательства человека.
Умная фабрика больше не является видением. В то время как различные модели фабрик представляют осуществимое, многие предприятия уже на примерах практически разъясняют, как функционирует Умная фабрика.
Технической основой, на которой базируется "умная фабрика" - интеллектуальный завод - являются киберфизические системы, которые взаимодействуют друг с другом с помощью Интернета вещей и услуг. Важной частью этого процесса является обмен данными между продуктом и производственной линией. Это позволяет гораздо эффективнее соединить цепочку поставок и улучшить организацию в любой производственной среде.
Четвертая промышленная революция способствует созданию так называемой "умной фабрики". В рамках модульных структурированных "умных фабрик" киберфизические системы контролируют физические процессы, создают виртуальную копию физического мира и принимают децентрализованные решения. Через Интернет вещей киберфизические системы общаются и взаимодействуют друг с другом и с людьми в синхронном времени как внутри организации, так и между организационными услугами, предлагаемыми и используемыми участниками цепочки создания стоимости.
Прогнозируемое техническое обслуживание
Индустрия 4.0 также может обеспечить предиктивное техническое обслуживание благодаря использованию технологий и датчиков IoT. Предиктивное техническое обслуживание - которое может выявлять проблемы технического обслуживания в режиме реального времени - позволяет владельцам машин проводить экономически эффективное техническое обслуживание и определять его заранее, до того как техника выйдет из строя или получит повреждения. Например, компания в Лос-Анджелесе может понять, работает ли часть оборудования в Сингапуре с ненормальной скоростью или температурой. Затем они могут решить, нужно ли его ремонтировать.
3D-печать
Развитие 4,0 будет в значительной степени зависеть от технологии 3D-печати. Некоторые преимущества 3D-печати для промышленности заключаются в том, что 3D-печать позволяет печатать множество геометрических структур, а также упрощает процесс проектирования изделий. Она также относительно экологична. При малосерийном производстве она также может сократить время выполнения заказа и общие производственные затраты. Более того, она может повысить гибкость, снизить складские расходы и помочь компании перейти к бизнес-стратегии массовой персонализации. Кроме того, 3D-печать может быть очень полезна для печати запасных частей и установки их на месте, что снижает зависимость от поставщиков и сокращает сроки поставок.
Определяющим фактором является темп изменений. Соотношение скорости технологического развития и, как следствие, социально-экономических и инфраструктурных преобразований с жизнью человека позволяет констатировать качественный скачок в скорости развития, знаменующий переход в новую временную эпоху.
Умные датчики
Датчики и контрольно-измерительные приборы определяют центральные силы инноваций не только для Индустрии 4.0, но и для других "умных" мегатрендов, таких как умное производство, умная мобильность, умные дома, умные города и умные заводы.
Умные датчики - это устройства, которые генерируют данные и обеспечивают дальнейшую функциональность от самоконтроля и самоконфигурации до мониторинга состояния сложных процессов. Благодаря возможности беспроводной связи они в значительной степени сокращают усилия по установке и помогают реализовать плотный массив датчиков.
Важность датчиков, науки об измерениях и интеллектуальной оценки для Индустрии 4.0 была признана и подтверждена различными экспертами и уже привела к заявлению "Индустрия 4.0: ничто не обойдется без сенсорных систем".
Однако существует несколько проблем, таких как ошибка синхронизации времени, потеря данных и работа с большими объемами собранных данных, которые ограничивают внедрение полноценных систем. Кроме того, дополнительные ограничения на эти функциональные возможности накладывает заряд батареи. Одним из примеров интеграции интеллектуальных датчиков в электронные устройства являются умные часы, где датчики получают данные о движении пользователя, обрабатывают их и в результате предоставляют пользователю информацию о том, сколько шагов он прошел за день, а также преобразуют эти данные в сожженные калории.
Сельское хозяйство и пищевая промышленность
Гидропонное вертикальное земледелие
Умные датчики в этих двух областях все еще находятся на стадии тестирования. Эти инновационные подключенные датчики собирают, интерпретируют и передают информацию, имеющуюся на участках (площадь листьев, индекс вегетации, хлорофилл, гигрометрия, температура, водный потенциал, радиация). На основе этих научных данных ставится задача обеспечить мониторинг в режиме реального времени с помощью смартфона и дать ряд рекомендаций, которые оптимизируют управление участками с точки зрения результатов, времени и затрат. На ферме эти датчики могут использоваться для определения стадий развития культур и рекомендации по внесению удобрений и обработке в нужное время. А также для контроля уровня орошения.
Пищевая промышленность требует все большей безопасности и прозрачности, необходима полная документация. Новая технология используется в качестве системы отслеживания, а также для сбора данных о людях и продукции.
Ускоренный переход к экономике знаний
Экономика знаний - это экономическая система, в которой производство и услуги в значительной степени основаны на наукоемких видах деятельности, способствующих ускорению темпов технического и научного прогресса, а также быстрому устареванию. Индустрия 4.0 способствует переходу к экономике знаний, увеличивая зависимость от интеллектуальных возможностей, а не от физических ресурсов или природных ресурсов.
Проблемы
Проблемы при внедрении Индустрии 4.0:
- Экономические
- Высокие экономические затраты
- Адаптация бизнес-модели
- Неясные экономические выгоды/избыточные инвестиции
- Социальные
- Проблемы конфиденциальности
- Наблюдение и недоверие
- Общее нежелание перемен со стороны заинтересованных сторон
- Угроза избыточности корпоративного ИТ-отдела
- Потеря многих рабочих мест для автоматических процессов и процессов, контролируемых ИТ, особенно для "синих воротничков"
- Повышенный риск гендерного неравенства в профессиях, рабочие роли которых наиболее подвержены замене на ИИ.
Политические
- Отсутствие регулирования, стандартов и форм сертификации
- Неясные юридические вопросы и безопасность данных
Организационные
- Вопросы ИТ-безопасности, которые значительно усугубляются неотъемлемой необходимостью открытия ранее закрытых производственных цехов
- Надежность и стабильность, необходимые для критически важной межмашинной связи (M2M), включая очень короткое и стабильное время задержки
- Необходимость поддержания целостности производственных процессов
- Необходимо избегать любых сбоев в работе ИТ, поскольку они могут привести к дорогостоящим остановкам производства
- Необходимость защиты промышленного ноу-хау (содержащегося также в файлах управления для средств промышленной автоматизации).
- Отсутствие надлежащих навыков для ускорения перехода к четвертой промышленной революции
- Низкая заинтересованность высшего руководства
- Недостаточная квалификация сотрудников
- Многие страны создали институциональные механизмы для содействия внедрению технологий Industry 4.0. Например,
Австралия
Австралия имеет Агентство цифровой трансформации (создан в 2015 году) и Целевую группу премьер-министра по Индустрии 4.0 (создана в 2016 году), которая способствует сотрудничеству с промышленными группами в Германии и США.
Германия
Термин "Индустрия 4.0", сокращенно I4.0 или просто I4, возник в 2011 году в рамках проекта высокотехнологичной стратегии правительства Германии и относится именно к политике этого проекта, а не к более широкому понятию четвертой промышленной революции 4IR, которая способствует компьютеризации производства. Термин публично представлен в том же году на Ганноверской выставке. Известного немецкого профессора Вольфганга Вальстера иногда называют изобретателем термина "Индустрия 4.0". В октябре 2012 года Рабочая группа по Индустрии 4.0 представила федеральному правительству Германии ряд рекомендаций по внедрению Индустрии 4.0. Члены и партнеры рабочей группы признаны отцами-основателями и движущей силой "Индустрии 4.0". 8 апреля 2013 года на Ганноверской ярмарке был представлен итоговый отчет рабочей группы "Индустрия 4.0". Эту рабочую группу возглавляли Зигфрид Дайс, представитель Robert Bosch GmbH, и Хеннинг Кагерманн, представитель Немецкой академии науки и техники.
По мере применения принципов Индустрии 4.0 компаниями они иногда меняли название. Например, производитель аэрокосмических деталей Meggitt PLC назвал свой собственный исследовательский проект "Индустрия 4.0" M4..
Обсуждение того, как переход к Индустрии 4.0, особенно оцифровка, повлияет на рынок труда, обсуждается в Германии в рамках темы "Работа 4.0".
Федеральное правительство Германии через свои министерства BMBF и BMWi является лидером в разработке политики I4.0. Публикуя задачи и цели, которых должны достичь предприятия, федеральное правительство Германии пытается задать направление цифровой трансформации. Тем не менее, существует разрыв между сотрудничеством немецких предприятий и знаниями об этой политике. Самая большая проблема, с которой в настоящее время сталкиваются МСП в Германии в отношении цифровой трансформации производственных процессов, - это обеспечение наличия конкретного ландшафта ИТ и приложений для поддержки дальнейших усилий по цифровой трансформации.
Характеристики стратегии немецкого правительства "Индустрия 4.0" предполагают сильную кастомизацию продукции в условиях высокогибкого (массового) производства. Необходимые технологии автоматизации улучшаются за счет внедрения методов самооптимизации, самоконфигурации, самодиагностики, познания и интеллектуальной поддержки работников в их все более сложной работе. Крупнейшим проектом в области "Индустрии 4.0" по состоянию на июль 2013 года является ведущий кластер Федерального министерства образования и исследований Германии (BMBF) "Интеллектуальные технические системы Оствестфален-Липпе (OWL)". Другим крупным проектом является проект BMBF RES-COM, а также кластер передового опыта "Интегративные производственные технологии для высокооплачиваемых стран". В 2015 году Европейская комиссия начала международный исследовательский проект "Горизонт 2020" CREMA (Обеспечение облачного быстрого эластичного производства на основе модели XaaS и облака) в качестве основной инициативы по развитию темы Индустрии 4.0.
Эстония
В Эстонии цифровая трансформация, названная Клаусом Швабом и Всемирным экономическим форумом в 2015 году 4-й промышленной революцией, началась с восстановления независимости в 1991 году. Опоздав к информационной революции из-за 50 лет советской оккупации, Эстония перешла в цифровую эру, почти полностью отказавшись от аналоговой связи. Первые решения, принятые премьер-министром Мартом Лааром относительно курса экономического развития страны, привели к созданию того, что сегодня известно как "Электронная Эстония", одного из самых развитых в цифровом отношении государств мира.
Согласно целям, поставленным в цифровой повестке дня Эстонии до 2030 года, следующим шагом в цифровой трансформации страны станет переход к основанным на событиях и проактивным услугам, как в частной, так и в деловой среде, а также развитие экологичного, опирающегося на ИИ и ориентированного на человека цифрового правительства.
Индонезия
Еще один пример - Making Indonesia 4.0 с упором на повышение эффективности промышленного производства.
Южная Африка
Южная Африка назначила президентскую комиссию по четвертой промышленной революции в 2019 году, в состав которой вошли около 30 заинтересованных сторон из академических, промышленных и правительственных кругов. В Южной Африке также создан Межведомственный комитет по промышленности 4.0.
Южная Корея
В Республике Корея с 2017 года действует Президентский комитет по четвертой промышленной революции. Стратегия I-Korea Республики Корея (2017) фокусируется на новых двигателях роста, включающих искусственный интеллект, беспилотники и автономные автомобили, в соответствии с экономической политикой правительства, ориентированной на инновации[.
Испания
***
Уганда
Уганда приняла свою собственную Национальную стратегию 4IR в октябре 2020 года с упором на электронное управление, городское управление (умные города), здравоохранение, образование, сельское хозяйство и цифровую экономику; для поддержки местного бизнеса правительство рассматривает возможность введения в 2020 году законопроекта о местных стартапах, который потребует от всех сотрудников бухгалтерии изучить местный рынок до закупки цифровых решений за рубежом..
Соединенное Королевство
В программном документе, опубликованном в 2019 году, Министерство бизнеса, энергетики и промышленной стратегии Великобритании под названием "Регулирование для четвертой промышленной революции" указало на необходимость эволюции существующих моделей регулирования, чтобы оставаться конкурентоспособными в развивающихся технологических и социальных условиях.
Соединенные Штаты
Министерство внутренней безопасности в 2019 году опубликовало документ под названием "Промышленный интернет вещей (IIOT): возможности, риски, смягчение последствий". Базовые элементы критической инфраструктуры все больше оцифровываются для обеспечения большей связности и оптимизации. Поэтому ее внедрение, развитие и обслуживание должны быть тщательно спланированы и защищены. В статье обсуждаются не только области применения IIOT, но и связанные с ними риски. В нем предложены некоторые ключевые области, в которых возможно снижение рисков. Для повышения координации между государственными, частными, правоохранительными органами, научными кругами и другими заинтересованными сторонами МНБ сформировало Национальный центр интеграции кибербезопасности и коммуникаций (NCCIC).
Применение в промышленности
Аэрокосмическая промышленность иногда характеризуется как "слишком малосерийная для широкой автоматизации"; однако принципы Индустрии 4.0 были изучены несколькими аэрокосмическими компаниями, и были разработаны технологии для повышения производительности там, где первоначальные затраты на автоматизацию не могут быть оправданы. Одним из примеров этого является проект M4 производителя аэрокосмических деталей Meggitt PLC.
Все более широкое использование промышленного интернета вещей в компании Bosch и в целом в Германии называют Индустрией 4.0. Приложения включают машины, которые могут предсказывать отказы и запускать процессы технического обслуживания автономно, или самоорганизованную координацию, реагирующую на неожиданные изменения в производстве. В 2017 году Bosch запустил Connectory, инновационный инкубатор в Чикаго, штат Иллинойс, который специализируется на IoT, включая Industry 4.0.
Индустрия 4.0 вдохновила Инновации 4.0, движение в сторону цифровизации в академических кругах и научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработках. В 2017 году в Ливерпульском университете открылась Фабрика инноваций в области материалов (MIF) стоимостью 81 млн фунтов стерлингов как центр компьютерного материаловедения, где роботизированные формулы, сбор данных и моделирование интегрируются в практику разработки.
Критика
С последовательным развитием автоматизации повседневных задач, некоторые увидели пользу в полной противоположности автоматизации, когда самодельные продукты ценятся больше, чем те, в которых задействована автоматизация. Эта оценка названа эффектом IKEA, термин, введенный Майклом И. Нортоном из Гарвардской школы бизнеса, Дэниелом Мошоном из Йельского университета и Дэном Ариели из Дьюка. Еще одна проблема, которая, как ожидается, ускорится с ростом IR4, - это распространенность психических расстройств. Мир уже сталкивался с подобными проблемами в высокотехнологичных отраслях.