Odyseja technologiczna, czyli jak przejść przez cyfrową transformację

Jak powinna przebiegać digitalizacja procesów produkcyjnych w ramach koncepcji Przemysłu 4.0?

Przemysłu 4.0 nie musimy wprowadzać, o ile nie będzie służył jasno postawionym celom, takim jak przykładowo redukcja kosztów o 30%, wzrost wydajności o 50% lub zero wypadków przy pracy. Uważam, że wprowadzanie IIoT powinno odbywać się stopniowo i rozpoczynać od aplikacji stosunkowo prostych. W takim postępowaniu istnieje oczywiście niebezpieczeństwo „późnego startu” i zwiększenia dystansu do firm konkurencyjnych. W Emerson wskazujemy, że można uniknąć wielu problemów operacyjnych, jeśli skorzysta się z już dostępnych aplikacji. To stosunkowa prosta droga do budowania fabryki przyszłości.

Pierwszą zmianą, jaką sugerujemy, jest porzucenie praktyki „do uszkodzenia” jako strategii utrzymania ruchu. Zwykle zespoły zajmujące się utrzymaniem instalacji po otrzymaniu informacji o zakłóceniu procesu produkcyjnego zaczynają szukać przyczyny i tracą czas na niejednokrotnie niepotrzebne działania. Dzisiejsze możliwości automatyzacji i opomiarowania różnych parametrów pozwalają na predykcyjną analizę danych w czasie rzeczywistym i poinformowanie odpowiednich służb i pracowników właściwymi dla ich stanowiska ostrzeżeniami i komunikatami. Co więcej, te informacje mogą być przekazywane do urządzeń mobilnych, jak telefony komórkowe czy tablety. Wszyscy rozumiemy, że łatwiej zapobiec uszkodzeniu lub awarii, niż usuwać jej skutki. Takie podejście przekłada się na niższe koszty utrzymania ruchu.

Drugim obszarem zainteresowania dla przedsiębiorstw powinno być otwieranie się na usługi zewnętrzne. Systematycznie słyszymy utyskiwania na brak na rynku pracy specjalistów i ludzi z odpowiednimi umiejętnościami. Tę niedogodność można zniwelować, korzystając ze zdalnych, zewnętrznych usług eksperckich. Dzięki IIoT możliwe jest bezpieczne i selektywne przekazywanie danych operacyjnych do wyspecjalizowanych centrów obsługi lub bezpośrednio do producentów urządzeń technologicznych. Dobrym przykładem takich usług są oferowane przez firmę Emerson konsultacje i raporty dotyczące korozji instalacji produkcyjnej. Dane z bezprzewodowych czujników korozji, pracujących zgodnie z protokołem wirelessHART, są przekazywane do ekspertów naszej firmy i użytkownik otrzymuje okresowe raporty. Wiedza na temat korozji jest niezbędna ze względu na bezpieczeństwo ludzi i instalacji, a ponadto umożliwia maksymalizowanie wydajności zgodnie ze stanem technicznym rurociągów i zbiorników.

Kolejny obszar zastosowań IIoT również dotyczy pracowników i ich umiejętności. Proszę sobie wyobrazić nowo budowaną, skomplikowaną instalację, przy której wymagani są wykwalifikowani i przeszkoleni operatorzy. Tradycyjnie szkolenie pracowników odbywało w czasie rozruchu, a nawet dopiero na nowo uruchomionej instalacji. Istniało duże ryzyko błędu obsługi i potencjalnych strat. Obecnie mamy możliwość efektywnego szkolenia załogi na cyfrowym i wiernym modelu instalacji, łącznie z systemami sterowania i symulowania pracy oraz stanów awaryjnych. Korzystanie z „cyfrowego bliźniaka” instalacji znacznie przyspiesza proces szkoleniowy i osiągnięcie nominalnej wydajności. „Cyfrowy bliźniak” jest także bardzo użyteczny przy przeprowadzaniu szkoleń dotyczących stanów awaryjnych. To o tyle istotne, że tego typu zdarzenia nie zachodzą często, więc praktyczne umiejętności operatorów w kolejnych miesiącach ulegają osłabieniu. Dodatkowo oprogramowanie symulatora może być rozwijane o kolejne funkcje wiążące się z doświadczeniami i nadzwyczajnymi zdarzeniami z przeszłości. Prawidłowa reakcja operatorów może zapobiec znacznym szkodom i stratom produkcyjnym oraz wypadkom z udziałem ludzi.

Wymieniłem trzy przykłady zmian, które można wprowadzić już teraz. Są oczywiście inne, jak integracja danych wraz z wypracowaniem odpowiednich komunikatów dla poszczególnych poziomów zarządzania, monitorowanie załogi w strefach zagrożonych, optymalizacja zużycia energii czy ochrona środowiska. Emerson już w latach 90. promował ideę Plantweb jako architektury cyfrowego zakładu produkcyjnego. Wydaje się, że po ponad 20 latach ten cyfrowy ekosystem staje się istotnym elementem Przemysłu 4.0. Obecnie Plantweb jest najbardziej zintegrowanym pakietem w branży, oferującym rozwiązania techniczne dotyczące sieci i detekcji, bezpiecznej łączności, oprogramowania do analizy danych oraz usług chmurowych udostępnianych przez firmę Microsoft.

Czym przekonać firmy do inwestowania w digitalizację zakładów?

Myślę, że największą siłę przekonywania ma ekonomia. Żyjemy w świecie, w którym firmy muszą wykazywać zysk konieczny do finansowania ich rozwoju. Zysk jest połączony z maksymalizacją efektywności produkcji.

Poprzednie rewolucje przemysłowe w sposób skokowy zmieniały wydajność produkcji. Bardzo dobrym przykładem jest rewolucja Henry’ego Forda, wprowadzająca produkcję taśmową. Stosunkowo prostym rozwiązaniem zwiększającym efektywność działalności gospodarczej było i jest cięcie kosztów oraz inwestycje w kompetencje ludzi i automatyzację produkcji. Mimo znacznych wysiłków inwestycyjnych w ostatnich kilkudziesięciu latach, wszystkie rozwinięte gospodarczo kraje mają roczne przyrosty GDP na poziomie pojedynczych procentów, niestety z trendem malejącym. Tylko cyfryzacja zakładów produkcyjnych oraz rozwój i powstanie innowacyjnych usług mogą przynieść zmianę sytuacji.

Najczęściej wymieniane oczekiwania w odniesieniu do cyfryzacji to poprawa jakości produktów lub usług, zwiększenie wydajności pracy, lepsze zarządzanie pracownikami, niezawodność procesów produkcyjnych oraz bezpieczeństwo. Nadzieje wszyscy mamy bardzo duże. Stąd też mnogość terminów opisujących transformację: Przemysł 4.0, Internet Rzeczy, Przemysłowy Internet Rzeczy itd.

A jakie są największe bariery w przechodzeniu od fabryki tradycyjnej do fabryki 4.0?

Posłużę się wnioskami z badania firmy ASTOR przeprowadzonego w 2016 r., dotyczącymi stopnia automatyzacji firm w Polsce. Według oceny respondentów ponad 75% fabryk jest częściowo zautomatyzowanych, 15% w pełni zautomatyzowanych, a tylko 6% myśli o wprowadzeniu lub wprowadza założenia Przemysłu 4.0. Dosyć zaskakujące były odpowiedzi stwierdzające, że „moja firma jest na etapie rewolucji przemysłowej 1.0”, a więc z epoki węgla i pary. Takich samoocen było 14%. W innym opracowaniu dotyczącym stanu digitalizacji w Europie Polska została wręcz nazwana „maruderem”. Droga do fabryki 4.0 jest więc daleka.

Wśród przyczyn można wymienić dosyć późne otwarcie na technologie zachodnie, brak dostępnego kapitału, ciągle niskie koszty pracy, brak odpowiednich kadr, a także poważne braki w infrastrukturze systemów automatyki i systemów informatycznych. Myślę, że znacząca jest także bariera psychologiczna. Codziennie czytamy o kolejnych atakach hakerskich i włamaniach do – wydawałoby się dobrze strzeżonych – sieci informatycznych. Jest wiele przykładów wskazujących, że sami umożliwiamy skuteczną ingerencję w nasz system, stosując proste i nieszyfrowane hasła. Często brakuje podstawowych zabezpieczeń i kluczowych mechanizmów przeciwdziałających cyberatakom. W tym kontekście zrozumiały jest opór kadry zarządzającej odpowiedzialnej za produkcję przed stosowaniem nowych technologii typu chmura lub usługi zdalne, bazujące na danych pobieranych on-line.

Co wpływa na otwartość względem cyfrowej transformacji?

Emerson jest obecny głównie w sektorze energetycznym, chemicznym, rafineriach i gazownictwie, toteż nasza wiedza jest związana z przekształceniami w tych obszarach. Tradycyjnie określamy te branże jako ciężkie – w domyśle: konserwatywne. Mimo to Emerson dostarczył do kilku firm wspomniane wcześniej „cyfrowe bliźniaki”. Świadczymy również usługi zdalne w zakresie monitorowania korozji rurociągów i weryfikacji pracy odwadniaczy parowych. Otrzymane dane i pomiary technologiczne są poddawane analizie przy użyciu odpowiednich algorytmów i użytkownicy otrzymują informacje pomagające w podjęciu decyzji o natychmiastowej interwencji, planowanym remoncie lub dalszej pracy.

Stopień otwartości na cyfrową transformację zależy od jakości kadry i jej wiedzy na ten temat. Brak wiedzy powoduje obawy i wstrzymywanie procesu przekształceń. Dobrym przykładem dalekowzrocznej polityki związanej z Przemysłem 4.0 jest opublikowana w mediach informacja na temat podpisania w grudniu 2018 r. przez Grupę Lotos i Microsoft porozumienia dotyczącego współpracy w zakresie sztucznej inteligencji, cyfrowych innowacji oraz zaawansowanej analizy danych.

Kto jest na cyfryzację „skazany”, a kto może liczyć na to, że brak wdrożeń o takim charakterze nie stanie mu na drodze do sukcesu?

Zakłady produkcyjne wytwarzające produkty według skomplikowanych technologii z pewnością muszą się zmienić. Prosta produkcja w mniejszych przedsiębiorstwach może być realizowana i kontrolowana przez człowieka, więc tu prawdopodobnie nastąpi tylko częściowa cyfryzacja. Jednak i w takich miejscach zdarzają się ciekawe inicjatywy spod znaku cyfryzacji – niedawno widziałem ogłoszenie cukierni oferującej indywidualnie zaprojektowane torty, wydrukowane na drukarce 3D. Projekt tortu można wykonać samemu w mobilnej aplikacji, przesłać zamówienie i oczekiwać na dostawę przy użyciu drona.

Czwarta rewolucja przemysłowa szybko nabrała rozpędu, więc może warto pokusić się o wybiegnięcie w przyszłość – jaka jest Pana wizja Przemysłu 5.0? 

Dobrze pamiętam film „Odyseja kosmiczna 2001” Stanleya Kubricka. W 1968 r. podbój kosmosu i nasze podróże w przestrzeń międzyplanetarną w perspektywie 40 lat wydawały się na wyciągnięcie ręki. Praktyka pokazuje, że zmiany nie przebiegają zgodnie z prognozami. Z drugiej strony niewielu przewidziało tak błyskawiczną zmianę w komunikacji i rozwijaniu nowych ścieżek porozumiewania się. Tak czy inaczej ryzykowne jest wybieganie w odległą przyszłość. Łatwiej jest przewidywać zmiany w perspektywie kilku lat.

Patrząc na taki horyzont czasowy myślę, że nadal dynamicznie będzie rozwijała się szybkość i łatwość komunikacji. Komunikacja między inteligentnymi maszynami a człowiekiem ulegnie zmianie – dotychczasowe interfejsy, czyli MMI będą odchodziły w zapomnienie. Powstaną nowe, przekazujące myśli operatora do maszyny i z maszyny do człowieka. Człowiek będzie włączony do całego systemu i będzie odbierał sygnały z czujników lub urządzeń pomiarowych, podobnie jak robi to teraz przy pomocy zmysłów. W drugą stronę myślami będziemy wysyłać rozkazy do maszyn w taki sposób, jak to robimy z naszym ciałem. Będziemy mogli zapomnieć o klawiaturze, myszce i kursorze. Przestarzałe będzie także wydawanie komend głosowych. Idea bezpiecznego połączenia naszego mózgu z inteligentnymi maszynami jest już w fazie doświadczeń i prób.

Kolejna zmiana, jaka nastąpi to automatyzacja i autonomiczność transportu. To już się dzieje. Kilkanaście procent wypadków lotniczych jest spowodowanych awarią techniki. Ponad 80% to niestety błąd człowieka. Mimo tego, że mam obawy przed podróżą samolotem bez pilotów, to wielce prawdopodobne jest, że za pięć lat polecę na wakacje autonomicznym samolotem rejsowym.

Niezwykle obiecujące jest wprowadzenie technologii blockchain. Kojarzymy ją głównie z kryptowalutą i doniesieniami o błyskawicznych fortunach, jakie zbito na handlu tą walutą. Technologia blockchain obiecuje jasne i bezpieczne zasady przechowywania i przekazywania wartości między użytkownikami. Taką wartością może być np. kontrakt, pieniądze w postaci pliku, filmy itd. Niepotrzebne będą podmioty zaufania publicznego jak notariusze czy banki. Sama technologia obfituje w wiele nowych określeń i terminów, więc aby ją trochę poznać, trzeba poświęcić wiele godzin na naukę.

To tylko trzy przykłady zmian, jakie nastąpią w najbliższym czasie. To jasna strona Internetu, Internetu Rzeczy czy cyfryzacji. Nie wszyscy pamiętamy o tym, że za Internetem stoją ogromne centra danych z serwerami, routerami i innymi urządzeniami zapewniającymi dostępność tej sieci. Konieczne jest zasilanie, a także chłodzenie układów. Internet ma znaczący wpływ na środowisko, bo każdy mail to porcja CO₂ wyemitowana do atmosfery. Niedawno przeczytałem, że w 2015 r. emisja CO₂ powiązana z Internetem dorównała emisji powodowanej przez komunikację lotniczą. Według niektórych prognoz do 2030 r. wzrost emisji CO₂ związanej z Internetem wzrośnie o ponad 300%. To bardzo realna perspektywa, gdyż według przewidywań w 2020 r. wokół nas ma działać ponad 50 miliardów inteligentnych urządzeń połączonych z Internetem. To jest ta ciemniejsza strona cyfryzacji naszego życia. Warto więc pomyśleć o ekonomicznym używaniu Internetu, podobnie jak oszczędzamy prąd w domach. Pamiętajmy: 1 MB jako załącznik w mailu to 19 g CO₂.

Jakie są plany polskiej spółki Emerson na najbliższe lata?

W zeszłym roku obchodziliśmy 25-lecie firmy w Polsce. Zaczynaliśmy – jak wiele innych firm – od zespołu kilkuosobowego i byliśmy częścią wszystkich przeobrażeń, jakie zachodziły w przemyśle po transformacji ustrojowej. Przekształcenia, zmiana sposobu myślenia i automatyzacja sprawiły, że polskie elektrownie, rafinerie i zakłady chemiczne są konkurencyjne na rynkach światowych. My równolegle inwestowaliśmy w wiedzę.

W Warszawie działa nasze europejskie centrum inżynierskie dla przemysłu energetycznego. Mamy silny ośrodek R&D rozwijający nowoczesne produkty IIoT oraz bardzo nowoczesną fabrykę urządzeń elektropneumatycznych w Łodzi. Dwa lata temu powierzchnia fabryki została dwukrotnie powiększona i planowana jest dalsza rozbudowa zakładu. Ponad 40% obrotów Emersona stanowi eksport. Obecnie zespół firmy w Polsce tworzy ponad 800 pracowników. Miasta, w których można nas znaleźć to Warszawa, Łódź, Katowice, Poznań i Gdańsk. Z pewnością będziemy rozwijać nasze siły handlowe oraz wspierać kolegów pracujących w serwisie i działach projektowych. Na koniec dodam, że biuro w Warszawie jest odpowiedzialne także za biznes firmy Emerson w krajach bałtyckich oraz na Ukrainie.

Piotr Kozuń

Magister inżynier mechanik, absolwent Mechaniki Precyzyjnej Politechniki Warszawskiej, a także Uniwersytetu SWPS. Rozpoczął pracę zawodową w przedsiębiorstwie Mera-Pnefal jako projektant układów automatyki. W tej samej roli pracował kilka lat w firmie Elektromont w czeskiej Pradze. Począwszy od lat 90. pracował w przedstawicielstwach firm zagranicznych w działach sprzedaży urządzeń pomiarowych dla przemysłu. Obecnie zatrudniony w spółce Emerson Process Management na stanowisku Plantweb Sales & Marketing Manager. Ceni leniwy wypoczynek na wsi oraz jazdę motocyklem Intruder 1500LC.

źródło: Automatyka 4/2019