W kierunku nowoczesnych technologii

opracował Grzegorz Łukasik Centrum Kształcenia Zawodowego i Ustawicznego w Strzelcach Opolskich

Technologie Przemysłu 4.0

W kierunku nowoczesnych technologii

Przewodnik dla uczniów do przeczytania przed lekcją nt. „Znaczenie norm w rozwoju Przemysłu 4.0”

Załącznik do scenariusza lekcji w ramach konkursu „Szkoła 4.0”. Konkurs jest organizowany przez Związek Cyfrowa Polska w ramach kampanii edukacyjnej „Cyfrowy Start”.

Internet Rzeczy

Przemysł 4.0 w pigułce

Netografia

Sztuczna inteligencja

Symulacja

Produkcja przyrostowa

Technologia cyberbezpieczeństwa

Duże zbiory danych

Mobilne roboty

Filmy

Rozszerzona rzeczywistość

Chmura

Witaj w nowoczesnych technologiach Przemysłu 4.0!

Przemysł 4.0 w pigułce

Podczas gdy trzecia rewolucja przemysłowa koncentrowała się na przełączaniu procesów mechanicznych i analogowych na cyfrowe, czwarta rewolucja przemysłowa skupia się na pogłębianiu wpływu technologii cyfrowych poprzez uczynienie maszyn bardziej samowystarczalnymi, zdolnymi do „rozmawiania” ze sobą i ludźmi oraz przetwarzania ogromnych ilości danych (Big Data). Na przykład: produkty są znakowane tagami RFID, przez co stają się „widoczne”, robot umieszcza je na palecie, autonomiczne pojazdy transportują je do inteligentnych magazynów wysokiego składowania, skąd po otrzymaniu zlecenia z systemu magazyn wydaje towar. W inteligentnych fabrykach całe linie produkcyjne są zarządzane przez systemy cybernetyczno-fizyczne, które komunikują się ze sobą za pośrednictwem Internetu Rzeczy.

Technologie Przemysłu 4.0 Źródło: https://nowymarketing.pl/i/articles/16438_530_0_1_1baad6d1f7__86424482-m-1.jpg

Rewolucje przemysłoweŹródło: https://przemysl-40.pl/wp-content/uploads/2017/03/Bosch-2.jpg

Przemysł 4.0 (z ang. Industry 4.0) lub czwarta rewolucja przemysłowa (czy może raczej ewolucja przemysłowa?), to terminy określające zmiany społeczne, przemysłowe i technologiczne wywołane cyfrową transformacją przemysłu.

Przemysł 4.0 stanowi fundamentalną zmianę w sposobie funkcjonowania przedsiębiorstw. Wdrażanie nowych technologii w przemyśle następuje szybko i gwałtownie. Zastosowanie zaawansowanych cyfrowych rozwiązań to zwiększenie konkurencyjności. Są w pełnej gotowości, kształtują każdy aspekt naszego życia. Ułatwiają je, ale jednocześnie je komplikują. Są powodem wcześniej nieistniejących problemów prawnych i technicznych, stąd też niezwykle ważną kwestią jest normalizacja w przemyśle przyszłości.

Normalizacja w Przemyśle 4.0

Na przykład IoT może monitorować stan zapasów w magazynach. Jednym ze sposobów osiągnięcia tego jest wykorzystanie czujników montowanych na półkach i urządzeń służących do przesyłania informacji o stanie magazynowym do informatycznego systemu zarządzania magazynem. Wprowadzenie do firmy technologii Internetu Rzeczy pozwala kierownikom magazynów monitorować stan zapasów, uzyskując w ten sposób wgląd w czasie rzeczywistym i kontrolę nad stanami magazynowymi.

Przemysłowy IoT jest podzbiorem Internetu Rzeczy, w którym różne czujniki, znaczniki RFID (Radio Frequency Identification-identyfikacja za pomocą fal radiowych), oprogramowanie i elektronika są zintegrowane z maszynami i systemami przemysłowymi w celu gromadzenia danych w czasie rzeczywistym o ich stanie i wydajności. IoT ma wiele zastosowań, a zarządzanie i monitorowanie zasobów są obecnie jednym z głównych zastosowań tej technologii.

Internet Rzeczy

Schemat Internetu rzeczyŹródło: https://komputery.pl/wp-content/uploads/2019/05/IIoT-vs-IoT-grafika-2.jpg

Ogólnie Internet Rzeczy (z ang. Internet of Things lub Intelligence of Things-IoT), czyli IoT to urządzenia (przedmioty, otoczenie, pojazdy, odzież), które mogą łączyć się z Internetem (lub innymi urządzeniami) za pośrednictwem sieci i w ten sposób automatycznie komunikować się ze sobą i wymieniać dane.

Internet Rzeczy jest fundamentem Przemysłu 4.0. W polskim systemie prawnym brakuje odrębnych szczegółowych regulacji dla technologii IoT, dlatego normalizacja w tym zakresie jest tak istotna.

Normalizacja a Internet Rzeczy

Nie dowiemy się zbyt wiele o pojedynczych osobach – nie do tego stworzono tę technologię, jednakżeanaliza dużych zbiorowości, choćby wszystkich naszych klientów, mówi nam dużo więcej – działamy przecież jako jednostki dość schematycznie. Szczególnie, gdy nasz biznes swoim zasięgiem wychodzi ponad lokalny rynek duża baza danych okazuje się przydatnym narzędziem – dużo lepszym niż tradycyjne badania statystyczne.

W czym ta technologia jest lepsza od standardowych badań statystycznych?

Co nam może to dać?

W przypadku Big Data, analiza dotyczy najczęściej setek milionów wpisów – i to w jednej bazie danych. Tylko na takiej próbie jest sens korzystania z tej technologii. Jeśli zatem prowadzimy osiedlowy sklep, wdrożenie zastosowanie dla nas Big Data będzie miało mały sens biznesowy. Jednak wystarczy, że zasięg naszego działania rozszerza się na całe województwo, a danych z różnych źródeł mamy sporo, wtedy warto zaprząc Big Data do poznania relacji zachodzących między różnymi osobami czy wydarzeniami.

Duże zbiory danych

Duży zbiór danych Źródło: https://live.staticflickr.com/2861/11684048396_fde50e5879_b.gif

Duże zbiory danych (z ang. Big Data) to technologia, która opiera się na analizie ogromnych baz danych, łączeniu w jeszcze większe zbiory i wyciąganiu na ich podstawie wniosków. Tak w wielkim skrócie. Oczywiście nie mówimy o bazie danych liczącej 2000 rekordów. To zdecydowanie za mało!

Co to jest wózek AGV ?

Mobilne roboty

Wózek AGV firmy Autoguide potrafi przewieźć nawet do 2 tonŹródło: https://www.astor.com.pl/poradnikautomatyka/wp-content/uploads/2020/06/AGV-840x560.jpg

Robot mobilny (z ang. mobile robot) jest to urządzenie zdolne do zmiany swojego położenia w przestrzeni, czyli do wykonywania takich czynności jak: jeżdżenie, pływanie, czy nawet latanie. Roboty mobilne mogą być również robotami autonomicznymi, tzn. takimi, których nie ograniczają przewody sterujące bądź zasilające, a jedyne przeszkody, jakie mogą się w ich pobliżu pojawić np. ściany i inne elementy hali produkcyjnej lub magazynowej. Roboty mobilne jeżdżące możemy podzielić na nieautonomiczne wózki AGV (ang. Auto-mated Guided Vehicles) i autonomiczne – roboty AMR (ang. Autonomous Mobile Robots).

Jak to się dzieje?

Autonomiczne roboty mobilne są łatwe i szybkie do wdrożenia.

Co to jest autonomiczny robot mobilny?

Automatyzacja transportu palet z obszaru odbioru do magazynu w firmie ICMŹródło: https://www.astor.com.pl/poradnikautomatyka/wp-content/uploads/2020/06/Mir-ICM.jpg

Autonomiczny robot mobilny to urządzenie niewymagające zewnętrznej infrastruktury do nawigowania. Porusza się bezkolizyjnie po zadanej trasie, bez bezpośredniej ingerencji operatora. Wystarczy takiemu wózkowi wgrać trasę całej przestrzeni, a on dzięki wielu czujnikom bez problemu będzie bezpiecznie przemieszczał się, omijając ludzi i przeszkody, dostosowując swoją ścieżkę do napotkanych warunków.

Cyfrowe bliźniaki pozwalają zatem ograniczyć przestoje do absolutnego minimum. Jeżeli przykładowo częścią danej linii produkcyjnej jest komponent niezbędny, lecz działający nieefektywnie, przez który w każdym cyklu produkcyjnym tracone są duże ilości energii, poprawki niezbędne do zoptymalizowania jego pracy korzystniej jest przeprowadzać na wirtualnym modelu, zamiast paraliżować całą produkcję przez jego wyłączenie do testów.

Kolejną korzyścią wynikającą z zastosowania cyfrowych bliźniaków jest możliwość ich rozwoju i symulacji, nawet kiedy nie ma bezpośredniego kontaktu z oryginałem. Dzięki temu zmiany mogą być planowane i testowane zdalnie.

Może na tym skorzystać wiele branż. Przykładem jest przemysł samochodowy. Dzięki cyfrowym bliźniakom producenci aut nie muszą konstruować fizycznych prototypów, by przetestować nowe modele samochodów. Zamiast testów w tunelach aerodynamicznych, testów zderzeniowych, czy jazd próbnych mogą poddawać, wielokrotnie i nieporównywalnie taniej ich komputerowe modele w środowisku wirtualnym.

Symulacja-cyfrowy bliźniak

Zastosowanie cyfrowego bliźniaka w projektowaniu samolotówŹródło: https://przemysl-40.pl/wp-content/uploads/large.jpg

Cyfrowy bliźniak (z ang. digital twin) jest cyfrową repliką, modelem matematycznym danego obiektu, produktu, procesu bądź systemów, czy usługi.

Możliwość wykonywania prac serwisowych zdalnie przy użyciu cyfrowego bliźniaka ma znaczenie nie tylko w czasach pandemii koronawirusa, lecz również w odniesieniu do kosztów podróży, których nie trzeba ponieść, oraz ochrony środowiska.

Podsumowując, posiadanie cyfrowego bliźniaka daje firmie następujące korzyści:− łatwiejszy i szybszy dostęp do informacji,− zwiększoną efektywność zarządzania przy wykorzystaniu automatyzacji,− ciągłą analizę stanu komponentów na podstawie danych pochodzących z czujników,− efektywne zarządzanie przeglądami i remontami.

W logistyce cyfrowe bliźniaki przydatne są na wszystkich etapach procesu. Poczynając od projektowania opakowania dla wyrobu, które pozwoli zminimalizować zużycie materiału oraz zmniejszy rozmiary opakowania. Dobrym przykładem jest np. pakowanie elementów mebli przez Ikea. Kolejny etap procesu, czyli transport towaru, również można optymalizować z wykorzystaniem wspomnianego podejścia. Chodzi tu np. o projektowanie ciężarówek, aby jeszcze lepiej wykorzystać ich ładowność. W ten sposób planuje się również sposób rozłożenia towaru.

Symulacja-cyfrowy bliźniak

Zastosowanie cyfrowego bliźniaka w projektowaniu pompŹródło: https://przemysl-40.pl/wp-content/uploads/pumpen-betrieb-digital-twin.jpg

Pracownik wykonujący montaż, przegląd lub naprawę może bezpośrednio użyć dokładnych informacji oraz instrukcji w czasie rzeczywistym i zweryfikować swoją pracę. System wskaże mu, jaki element powinien sprawdzić, przedstawi jego położenie, oraz poinformuje o potrzebnych narzędziach i częściach zamiennych. Cyfrowy bliźniak jest również niezwykle przydatny w procesie budowania i naprawy samolotów, a także projektowania układów napędowych, w tym paliwowych, które mają zastosowanie w przemyśle lotniczym i kosmicznym.

• Chmura publiczna
• Chmura prywatna
• Chmura hybrydowa

Chmura

Chmura obliczeniowa (ang. cloud computing) to model umożliwiający łatwy dostęp do wspólnej mocy obliczeniowej, np. sieci, serwerów, pamięci masowej, aplikacji i usług, które są szybko dostarczane i udostępniane przy minimalnym nakładzie pracy w zakresie zarządzania lub interakcji z dostawcami tych usług. Użytkownicy nie muszą inwestować we własną infrastrukturę. Przechowywanie i przetwarzanie odbywa się w chmurze, a nie na serwerach będących własnością użytkownika. Usługi w chmurze da się szybko skalować w zależności od aktualnych potrzeb.

online calculations

Chmura publiczna

Chmura obliczeniowaŹródło: https://itreseller.com.pl/wp-content/uploads/2018/02/Cloud-Computing-01-960x640.jpg

Chmury publiczne to jedna ze szczególnie popularnych opcji. Dostawcy usług zapewniają zewnętrzne magazynowanie i udostępnianie zasobów obliczeniowych przez Internet. Zastosowanie chmury publicznej do procesów obliczeniowych to spore zestawienie korzyści, ale i wady. To operator zamówienia bierze na siebie ogólną obsługę działania – od kwestii konserwacji przez oprogramowanie czy rozbudowę infrastruktury. Z biznesowego punktu widzenia na drugi plan schodzi więc kwestia odpowiedzialności za wszystkie procesy należące formalnie do dostawcy chmury. Wdrożenie chmury obliczeniowej w oparciu o platformę publiczną niesie za sobą jednak określone ryzyko. Współdzielenie zasobów pomiędzy wszystkich klientów w chmurze publicznej to np. możliwość spadku wydajności działania. Trudno również liczyć na jakąkolwiek indywidualizację pod względem cen, czy oczekiwań.

Chmura prywatna

Opcja, w której chmura obliczeniowa używana jest wyłącznie przez jeden podmiot pozwala zdecydowanie ograniczyć główny mankament technologii publicznej. To ryzyko dostępowe. Prywatna platforma wykorzystywana tylko przez jedno przedsiębiorstwo, patrząc na to w kategoriach biznesowych, zachowuje pełną prywatność. Może być zlokalizowana fizycznie np. w samej firmie. To przekłada się na pewność kontroli danych. Inne korzyści to m.in. pełna kontrola nad budową środowiska, czy dostosowanie chmury prywatnej do określonych – często specyficznych – potrzeb odbiorcy. Ograniczeniem może tu być limit zasobów oraz fakt, że chmura prywatna wymaga czasochłonnej rozbudowy. Chmurę prywatną często wybiera się chociażby ze względów prawnych dla danej dziedziny i obostrzenia.

Z badania pt. „Gotowość polskich firm produkcyjnych na transformację cyfrową i migrację do chmury. Analiza sytuacji w obliczu pandemii COVID-19”, prowadzonego przez PMR Market Experts wynika, że przedsiębiorstwa wybierają model chmurowy ze względu na optymalizację kosztów, wymogi pracy zdalnej i niezależność od awarii urządzeń.

Według danych z raportu „Społeczeństwo informacyjne w Polsce w 2020 roku”, przedstawionego przez Główny Urząd Statystyczny, w Polsce w ubiegłym roku z chmury obliczeniowej korzystało 24,4% przedsiębiorstw, co oznacza wzrost o prawie 7 p.p. w porównaniu z 2019. Najczęściej tej technologii używają duże firmy, najrzadziej małe. Chmurę stosuje 23,1% organizacji przemysłowych oraz 28,9% wytwórców energii elektrycznej, gazu, pary wodnej i wody.

Chmura hybrydowa

Ciekawe połączenie możliwości, jakie daje chmura publiczna oraz jej prywatna mutacja. Działanie hybrydy sprawia, że możliwa jest migracja danych i zasobów pomiędzy oboma typami zasobów. Efekt to przede wszystkim uniwersalność i większe możliwości wdrożeń – elastyczna technologia daje szerokie możliwości dostosowania chmury do bieżących potrzeb, czy formatów zabezpieczeń. Zasoby o przewidywanym zużyciu generowane są z chmury prywatnej, w przypadku braku dochodzi do przeniesienia na chmurę o charakterze publicznym.

Przykłady korzystania z chmury w polskim przemyśle

We Wrocławiu chmura obliczeniowa przetwarza dane z liczników prądu.Przedsiębiorstwo Metering z Buczka (woj. łódzkie) skorzystało z transferu technologii (zakupu rozwiązania od jego autorów), żeby usprawnić odczyt liczników w sieci wodociągowej. W pierwszej kolejności firma wdrożyła interaktywną mapę odczytową ułatwiającą zlokalizowanie poszczególnych urządzeń pomiarowych. Następnie wprowadziła technologię aktywnego monitorowania sieci, dzięki niej liczniki nie odczytują danych raz w miesiącu, tylko codziennie, co zwiększa dokładność pomiarów, a także pomaga w diagnozie wycieków lub nieszczelnych instalacji.

CyberbezpieczeństwoŹródło: https://alebank.pl/wp-content/uploads/2019/11/cyberbezpieczenstwo-cyberatak-haker.jpg

Technologia cyberbezpieczeństwa

Cyberbezpieczeństwo (z ang. Cybersecurity) oznacza sposoby zmniejszenia przez organizację ryzyka cyberataków, ich potencjalnego wpływu na działalność oraz ochronę używanych urządzeń i usług. Cyberbezpieczeństwo to po prostu strategie stosowane przez firmę mające ochronić zasoby cyfrowe przed zhakowaniem. Strategie mogą obejmować technologię, procedury i inne środki zabezpieczające systemy, urządzenia i dane. Mają one na celu zapobieganie niepowołanemu dostępowi do danych przechowywanych na nośnikach fizycznych lub online. Cyberbezpieczeństwo to nie to samo co bezpieczeństwo informacji, które obejmuje szerszy zakres dziedzin, w tym wszelkie zasoby danych takie jak papierowe kopie dokumentów.

Wiedza o tym, jak zminimalizować ryzyko cyberataków jest niezbędna w każdej firmie, aby móc zapewnić...

Na jakie szkody mogą być narażone ofiary cyberataków?

Zależność od cyfrowych narzędzi stawia wiele firm przed zagrożeniem ze strony cyberataków. Solidna wiedza o cyberbezpieczeństwie jest tu kluczowa, ponieważ takie ataki stale się rozwijają i stają się coraz bardziej zaawansowane.

Dlaczego cyberbezpieczeństwo jest ważne?

Cyberbezpieczeństwo staje się coraz ważniejsze, ponieważ komputery, roboty, smartfony i tablety są nieodłącznym elementem naszej codziennej pracy i życia osobistego. Taki stopień polegania na narzędziach online w różnych aspektach prowadzenia biznesu – od mediów społecznościowych i marketingu e-mailowego po przechowywanie danych o pracownikach i klientach w chmurze – nakłada na nas dodatkowy obowiązek ochrony tych informacji.

Najważniejsze rodzaje cyberbezpieczeństwa, na których powinny się skupić firmy to (klinij na zdjęcie):

Rodzaje cyberbezpieczeństwa

Wraz z rozwojem sposobu korzystania z Internetu, narzędzi online i powiązanych urządzeń w biznesie rozpowszechniła się cyberprzestępczość. Ponieważ w cyberbezpieczeństwie nie ma jednego uniwersalnego rozwiązania, należy przyjrzeć się różnym obszarom istotnym dla działalności danych firmy i miejsca ich przechowywania w sieci.

Wdrożenie skutecznej polityki bezpieczeństwa cybernetycznego pomoże chronić zasoby, finanse i reputację firmy.

Jak się przygotować?

Istnieje 5 najczęściej spotykanych rodzajów cyberataków:

Rodzaje ataków hakerskich

Ataki w cyberprzestrzeniŹródło: https://datasmithnetworks.com/wp-content/uploads/2016/03/virus.jpg

Istnieją jawne i ukryte rodzaje ataków cybernetycznych – oba mają na celu zakłócenie działalności firmy w inny sposób. W miarę jak coraz więcej firm zdaje sobie sprawę ze znaczenia ochrony swoich zasobów i wdrażania szkoleń z zakresu bezpieczeństwa cybernetycznego, hakerzy i cyberprzestępcy opracowują coraz bardziej wyrafinowane formy ataków.

Obecnie cyfrowe technologie zmieniają sposób prowadzenia produkcji w oparciu o generowanie, transfer i przetwarzanie danych wraz z analityką dużych zbiorów. Zdaniem brytyjskiego tygodnika „The Economist”, symbolem czwartej rewolucji przemysłowej jest produkcja addytywna. Swoją tezę ilustruje, „drukując” młotek, którego wytworzenie metodami konwencjonalnymi, byłoby znacznie droższe. Producent musiałby przygotować formę, odlać obuch, obrobić go i przymocować do niego drewniany trzonek. To sporo pracy, jak na jeden przedmiot. Produkując ich tysiące, zyskujemy dzięki korzyściom skali. Na tej zasadzie działa produkcja masowa. Pojawienie się technologii drukowania przestrzennego oznacza, że korzyści skali tracą znaczenie, zyskują inne kwestie, na przykład różnorodność asortymentu i łatwość zmiany profilu produkcyjnego, dużo się również mówi o ogromnej szansie, jaką oferuje druk 3D w pełnym kolorze. Obecnie to paradygmat indywidualnych potrzeb konsumenckich, a nie kosztów i zysków, stanowi o przewadze konkurencyjnej w biznesie. Zdecydowana większość ekspertów prognozuje, że do 2025 roku już ok. 5 proc. produktów konsumenckich będzie powstawać drogą druku trójwymiarowego. Przedsiębiorcy stają zatem przed dużym wyzwaniem, choć według nich samych – wdrożenie technologii przyrostowej we własnej organizacji, nie jest wcale skomplikowane.

Produkcja przyrostowa

Technologia produkcji przyrostowejŹródło: https://industrytoday.com/wp-content/uploads/2019/06/manufacturing-3d-printing.jpg

Produkcja przyrostowa (z ang. Additive Manufacturing -AM-druk 3D) stanowi w świecie nowych technologii jeden z głównych trendów, wymienianych jako te, które zmienią oblicze przemysłu. Można nawet powiedzieć, że stanowi jedno z podstawowych ramion wykonawczych czwartej rewolucji przemysłowej, która staje się faktem na naszych oczach.

Rozwijający się trend personalizacji wyrobów może w niedługim czasie osiągnąć jeszcze wyższy poziom, a produkcja oparta na drukarkach 3D, dla których zmiana designu i kształtów dla każdego modelu będzie możliwa i łatwo adaptowalna w szybko zmieniających się realiach produkcyjnych, stanie się zupełnie powszechna. Już teraz nowoczesne fabryki są w stanie realizować zamówienia dla większości branż, a nie koncentrować się na jednej, ze względu właśnie na dobór maszyn pozwalających dopasować produkcję do wymogów rynku.Eksperci przewidują, że produkcja tradycyjna i masowa przez wiele lat będzie egzystowaćrównolegle z nowymi technologiami, zwłaszcza w dużych firmach, wytwarzających olbrzymie partie towarów. Wiele małych i średnich firm zwróci się natomiast ku nowym możliwościom produkcji złożonych przedmiotów w krótkich seriach przy niższym koszcie. Pojawią się setki przedsiębiorców, którzy pracując w małych warsztatach, domach i garażach będą produkować przedmioty pozostające do tej pory poza zasięgiem ich możliwości.

Produkcja przyrostowa

Choć kolorowy druk 3D jest bardziej pożądany dla produktów konsumenckich, to może również odgrywać ważną rolę w projektowaniu przyrządów, prowadnic i innych narzędzi, używanych do masowej produkcji, jest przydatny do znakowania i identyfikacji. Może być nawet wykorzystany do tworzenia wskaźników zużycia, zmniejszając koszty konserwacji i przestojów. Pełny kolor otwiera zatem wiele możliwości – w całym procesie rozwoju produktu – od prototypowania do produkcji.

Podstawową zaletą druku 3D jest możliwość wytwarzania elementów o skomplikowanej geometrii, które trudno uzyskać tradycyjnymi metodami, a w przypadku technologii przyrosto-wej złożona geometria nie wpływa na dodatkowy koszt. W odlewnictwie każda część wymaga unikatowej formy, konsekwencja tego faktu to także wyższy wydatek. Żeby go zmniejszyć, produkowano elementy seryjnie w dużo większej liczbie niż to konieczne, bo seryjne wytwa-rzanie w tradycyjnych technologiach jest tańsze. Druk 3D pozwala natomiast łatwo wykonać przedmioty na indywidualne zamówienie klienta, wystarczy zamienić trójwymiarowy model. Niewątpliwym walorem pozostaje szeroka gama materiałów, z których najpopularniejsze są tworzywa sztuczne. W przemyśle wykorzystuje się również metale, np. stal nierdzewną, tytan i miedź. Ściany budynków powstają w technologii druku 3D z użyciem betonu. Powszechnie stosowane są kompozyty, które mogą zawierać cząsteczki metalu, ceramiki, drewna lub włókien węglowych. Ważne jednak, aby pamiętać, że każdy materiał wymaga dobrania innych parametrów niezbędnych do prawidłowego zakończenia procesu druku.

Elementy wydrukowane w technologii przyrostowejŹródło: https://cadexo.pl/web/image/798-17e63956/shutterstock_1379.jpg

Medycyna

Architektura

Żywność

Biodruk

Jubilerstwo

Okulistyka

Moda

Motoryzacja

Przykłady zastosowań druku 3D w Przemyśle 4.0

Lotnictwo

Optymalizacja procesów

Projektowanie materiałów oraz cząsteczek

Utrzymanie

Robotyka

Rozpoznawanie defektów i anomalii

Sztuczna inteligencja

Sztuczna inteligencjaŹródło: https://cdn.pixabay.com/photo/2018/03/26/13/48/artificial-intelligence-3262753_1280.jpg

W minionych latach nastąpił szybki rozwój sztucznej inteligencji (z ang. artificial intelli-gence AI) związany z zastosowaniem metod głębokiego uczenia. Pozwoliło to na skokowy wzrost możliwości w zadaniach do niedawna uznawanych za domenę człowieka, takich jak widzenie, interpretacja bodźców sensorycznych, czy projektowanie. Technologia ta znalazła przełożenie na różne aplikacje w obszarze przemysłu i produkcji.

PROJEKTOWANIE

SERWIS

LOGISTYKA

SZKOLENIA

Wirtualny serwisŹródło: https://przemysl-40.pl/wp-content/uploads/2017/05/AR-5-1068x691.jpg

Rozszerzona rzeczywistość

Rozszerzona rzeczywistośćŹródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5f/Augmented-reality-1957411_1920.jpg

Rozszerzona rzeczywistość np. Google Glass oraz Gra Pokémon Go (z ang. Augmented Re-alityar-AR) umożliwia prezentowanie dodatkowych treści w formie tekstowych adnotacji, obrazów, filmów i animowanych modeli 3D w kontekście rzeczywistego otoczenia i istniejących w nim obiektów. Obecnie głównym trendem rozwoju AR w przemyśle jest użycie tej technologii w celu zwiększenia wydajności i ograniczenia kosztów operacyjnych. Przedsiębiorstwa przemysłowe, oferujące doświadczenia AR w celu usprawnienia pracy personelu, koncentrują się na wsparciu procesów projektowania, produkcji, serwisowania i szkoleń.

Teresa Sosnowska – Zastępca Prezesa ds. Normalizacji, Polski Komitet Normalizacyjny, Forum Gospodarcze Time – „Kierunki rozwoju normalizacji w Przemyśle 4.0. Jak normalizacja może wspomagać MŚP?”

Michał Kudłacz, Uniwersytet Ekonomiczny w Krakowie – „4. Rewolucja Przemysłowa”.

Michał Żabiński, Uniwersytet Ekonomiczny w Krakowie – „Rewolucja Przemysłowa 4.0, a normalizacja”

Roboty współpracujące UR i MiR ProCobot – „Kompletna linia produkcyjna Przemysłu 4.0”

Beata Oleś, Politechnika Świętokrzyska – „Czas nauki: Sztuczna inteligencja”

Beata Oleś, Politechnika Świętokrzyska – „Czas nauki: Świat druku 3D”

Beata Oleś, Politechnika Świętokrzyska – „Czas nauki: Przemysł 4.0”

Szpital ortopedyczny w Rehasport– „HoloLens- rozszerzona rzeczywistość w chirurgii”

Siemens – „Optymalizacja procesów i modele biznesowe z cyfrowymi bliźniakami”

Maciej Zadworny – „Co to jest Internet Rzeczy (Internet of Things)?”

Tomasz Kośmider – CTO & Principal Architect w A4BEE „Czym jest Przemysł 4.0?10 technologii, które wykorzystuje”

Filmy

Technologie Przemysłu 4.0

https://przemysl-40.pl/index.php/2017/05/23/rzeczywistosc-rozszerzona-w-przemysle/

15

https://polskiprzemysl.com.pl/technologie/zastosowanie-rozszerzonej-rzeczywistosci/

14

https://www.controlengineering.pl/zastosowania-sztucznej-inteligencji-w-przemysle/

13

https://przemyslprzyszlosci.gov.pl/

12

https://botland.com.pl/blog/druk-3d-w-budownictwie/

11

https://am3d.pl/blog/druk-3d-w-dobie-industry-4-0/

10

https://www.groupon.pl/merchant/blog/co-to-jest-cyberbezpieczenstwo-i-dlaczego-jest-tak-wazne-dla-twojej-firmy

https://www.beyond.pl/baza-wiedzy/poradniki/augmented-reality-podbija-biznes/

https://przemyslprzyszlosci.gov.pl/tag/cloud-computing/

https://zrobotyzowany.pl/wiedza/4017/cyfrowy-blizniak-w-przemysle-4-0-czym-jest-i-dlaczego-sie-go-stosuje

https://www.astor.com.pl/poradnikautomatyka/autonomiczny-robot-mobilny-co-to-jest/

https://automatykab2b.pl/temat-miesiaca/47534-przemysl-4-0-technologie-przy-szlosci/strona/2-industrial-iot

Netografia

https://greenlogic.pl/blog/po-co-mi-ta-big-data/

https://zrobotyzowany.pl/informacje/technologie/3302/big-data-w-przemysle

https://przemysl-40.pl/index.php/2017/03/22/czym-jest-przemysl-4-0/

Dziękuję za uwagę.

Branża motoryzacyjna wykorzystuje technologię druku 3D do wykonywania części zamiennych, narzędzi oraz karoserii. Tak powstają prototypy elementów, które po wprowadzeniu poprawek montuje się do maszyn. Pasjonaci na całym świecie używają technologii 3D do opracowywania gadżetów samochodowych lub do amatorskich napraw swoich samochodów.

Eksperymentowanie na fizycznych produktach, obiektach, czy zasobach zwykle jest pracochłonnym, czasochłonnym i kosztownym procesem. Cyfrową replikę można natomiast szybko edytować w celu przetestowania nowych rozwiązań oraz przeprowadzenia symulacji. W przypadku, gdy ich wyniki nie spełniają założeń projektowych, traci się jedynie czas poświęcony na testy, bez uszczerbku dla rzeczywistych zasobów.

− Przygotowywanie makiet przestrzennych. − W 2014 r. jedna z szanghajskich firm pochwaliła się „wydrukowaniem” prefabrykatów do budowy domów jednorodzinnych. I choć hasło „domów wydrukowanych w 3D” jest jak na razie jedynie marketingowym wabikiem, bo montaż gotowych elementów prowadzono już na placu, to jednak szlak został przetarty. − W Holandii jeden z tamtejszych startup’ów zdecydował się na budowę kładki dla pieszych nad amsterdamskim kanałem. W budowie zastosowano pierwsze w historii drukarki 3D z ruchomymi ramionami. Co ciekawe, materiałem użytym do jej produkcji jest stal. Natomiast sama kładka, już po zamocowaniu w miejscu docelowym, obwarowana zostanie wieloma czujnikami, rejestrującymi zachowanie konstrukcji podczas użytkowania. − We Francji wydrukowano dom o powierzchni 100 m2 wydrukowanym na drukarce 3D. Budowla jest dziełem kilku współpracujących ze sobą organizacji z Nantes (m.in. tamtejszego uniwersytetu) i została wydrukowana z pianki oraz betonu w ciągu kilkudziesięciu godzin. Nieco więcej czasu zajął montaż tej eksperymentalnej konstrukcji.

− Drukowanie kości, które uległy zniszczeniu, uszkodzeniu lub też w ogólenie wykształciły się podczas rozwoju danego organizmu. − W 2015 roku lekarze z Poznania wszczepili pacjentowi znaczną część kości miednicy – własne tkanki pacjenta uszkodzone zostały przez nowotwór. Była to wówczas jedna z największych tego typu operacji na świecie. − W 2018 roku media obiegła wieść, że naukowcom z Karoliny Północnej udało się wydrukować w pełni „gotową” (tzn. wyposażoną w nerwy i naczynia krwionośne) małżowinę uszną. Na podobnej zasadzie powstał także mięsień oraz kość. Wydrukowane narządy nie są jeszcze wdrażane u ludzi, ale jak na razie pomyślnie przeszły testy na zwierzętach. − W Gdańsku lekarze ćwiczyli procedury medyczne na wydrukowanym modelu 3D czaszki, co znacznie ułatwiło przeprowadzenie samej operacji. Tego typu metody stosowane są w wielu wymagających specjalizacjach – w tym przede wszystkim w kardiochirurgii.

1. Bezpieczeństwo sieci – chroni przed nieautoryzowanym dostępem do wewnętrznej infrastruktury, często zapewniane przez administratorów sieci, którzy wprowadzają zasady dotyczące mocnych haseł i loginów, zapory sieciowe, szyfrowanie i oprogramowanie antywirusowe. 2. Bezpieczeństwo aplikacji – regularne aktualizacje i testowanie mogą zabezpieczyć aplikacje przed zagrożeniami. 3. Bezpieczeństwo informacji i danych – sieci i aplikacje przechowują dane, które wymagają dodatkowej ochrony. 4. Ochrona punktów końcowych – zmniejsza ryzyko związane ze zdalnym dostępem. 5. Bezpieczeństwo chmury – oprogramowanie monitorujące i chroniące dane przechowywane w chmurze. 6. Bezpieczeństwo mobilne i IoT – smartfony, tablety i inne urządzenia połączone z Internetem rzeczy (IoT) mają specyficzne potrzeby dotyczące bezpieczeństwa. 7. Planowanie ciągłości działania i odtwarzania awaryjnego – każda firma potrzebuje planu awaryjnego w razie ataku hakerskiego, klęski żywiołowej lub innego wydarzenia zagrażającemu jej cyberbezpieczeństwu.

Można szybko zmienić mapę, doposażyć ją w dodatkową strefę np. dźwiękową, czy ograniczającą prędkość, a także w dynamiczny sposób przydzielić robota do różnych zadań. W ciągu kilku godzin od wyjęcia z pudełka roboty AMR są gotowe do rozpoczęcia pracy.

Aby robot mógł jeździć autonomicznie, pierwszą czynnością, którą trzeba zrobić, jest utworzenie mapy. Odbywa się to poprzez uruchomienie specjalnego mechanizmu do mapowania na robocie i jedyne, co użytkownik musi zrobić, to sterować robotem manualnie – wirtualnym joystickiem np. w smartfonie. Podczas przejazdu skanery laserowe wykrywają ściany, maszyny, urządzenia i finalnie powstaje mapa dla robota.

Poprzez wbudowane kamery i sensory rozpoznają przeszkody i dynamicznie na nie reagują (unikają ich) oraz optymalizują trasę przejazdu.

W przemyśle spożywczym w drukarce 3D da się wykonać przystawki, dania główne oraz desery. W sprzedaży są urządzenia do drukowania naleśników o dowolnym kształcie.

Trójwymiarowe modele oprawek do okularów można ściągnąć z Internetu i wydrukować własne w domu. Producenci wytwarzają tak oprawki w wielu kolorach. Technologia jest już na tyle zaawansowana, że umożliwia nawet druk wysokiej jakości soczewek (dwie pary soczewek na godzinę), rozwiązanie zmniejsza przy tym ilość odpadów i koszt magazynowania.

Druk 3D wykorzystuje się np. do produkcji podeszw butów. Firmy obuwnicze coraz częściej używają tej technologii, aby uzyskiwać elementy o skomplikowanej geometrii. W 2018 roku wydrukowano około 100 tysięcy podeszw.

Wykonać biżuterię z pomocą technologii druku 3D można na dwa sposoby: pierwszy to produkcja gotowych elementów w drukarce, drugi – wytworzenie form odlewniczych. W przemyśle wykorzystuje się zarówno pierwszą, jak i drugą ścieżkę. Ważną zaletę takiego opracowywania biżuterii stanowi brak ograniczeń materiałowych – jeśli dobierzemy odpowiednią metodę, możemy wydrukować element ze złota, srebra, a nawet miedzi.

Rozszerzona rzeczywistość umożliwia także szkolenie z obsługi specjalistycznego sprzętu laboratoryjnego, czy z zakresu realizacji procedur laboratoryjnych.Dla jednego z klientów, który jest dostawcą specjalistycznego sprzętu do badań laboratoryjnych, przeznaczonego dla wąskiego grona użytkowników, opracowano interaktywną instrukcję przeprowadzenia badania z wykorzystaniem AR na tablety iPad. Dzięki aplikacji użytkownik może zobaczyć, w jaki sposób należy dane urządzenie obsługiwać, gdzie powinny być umieszczone probówki, a gdzie odpowiednie substancje.

Rozszerzona logistyka

Dzięki zastosowaniu rzeczywistości rozszerzonej w przemyśle możliwe jest zupełnie nowe podejście do tematyki przeglądów, serwisowania i utrzymania ruchu. Przykładem jest prezentowanie instrukcji serwisowych na fizycznym urządzeniu. Wirtualne instrukcje nałożone na rzeczywisty obraz przyspieszają serwisowanie, dodatkowo zmniejsza się prawdopodobieństwo popełniania błędów. Technik może też zeskanować kod na części zamiennej i zweryfikować, czy prawidłowo ją montuje, a także zobaczyć wizualizację docelowego systemu.

Inteligentny serwis

Wózki AGV potrzebują zaprogramowania konkretnej trasy i sekwencji sterowania. Urządzenia te mogą poruszać się w pojedynkę wioząc na sobie komponenty lub mogą ciągnąć za sobą kilka wózków, połączonych za pomocą haka, na których przewożone są ładunki. Samojezdne wózki AGV wyposażone są w skanery laserowe, które są umiejscowione zazwyczaj z przodu robota.

Wózki AGV wymagają wydzielenia specjalnych tras za pomocą np. pasków magnetycznych w podłodze. Podczas napotkania przeszkody na zaplanowanej wcześniej trasie, zatrzymują się i nie są w stanie jej ominąć. Czekają, dopóki, dopóty bariera nie zostanie usunięta. Kosztownym i czasochłonnym zadaniem jest poprawienie ich trajektorii ruchu.

Druku 3D używa się do warstwowego nakładania żywych tkanek na podłożu żelowym, tworząc trójwymiarowe struktury. Biodruk zaczyna też być wykorzystywany do wytwarzania sztucznych ludzkich narządów.

Producenci samochodów, wypuszczając na rynek nowy model, muszą odpowiednio wcześnie przeszkolić kadrę w zakresie jego montażu. Szkolenie pracowników w rzeczywistym kontekście tradycyjnymi metodami jest kosztowne i nieefektywne, ponieważ wymaga dużego zaangażowania doświadczonych pracowników, o których dyspozycyjność jest bardzo trudno. Proces ten może zostać z powodzeniem zoptymalizowany, dzięki zastosowaniu systemów szkoleniowych korzystających z technologii AR.

Szkolenia z montażu dla branży motoryzacyjnej

Rozwiązania w technologii AR coraz częściej wykorzystuje się także do tworzenia modeli produktów i wizualizacji umożliwiających stworzenie wirtualnego produktu zanim zostanie on faktycznie wyprodukowany. Daje to możliwość oceny, czy będzie on spełniał wszystkie założone kryteria i wymagania dotyczące ergonomii, bezpieczeństwa oraz funkcjonalności. Wielokrotne tworzenie i poprawianie prototypu przy zastosowaniu wirtualnej wizualizacji jest też szybsze.

Projektowanie i tworzenie modeli produktów

Takie rozwiązanie pozwala na optymalizację kosztów i dostosowanie procedur – np. szybkie przekazanie zadań i obliczeń do chmury publicznej w sytuacji, gdy potencjał prywatnej okazuje się niewystarczający. Trzeba jednak kontrolować ten proces z wyprzedzeniem – niezbędne jest wcześniejsze zaplanowanie zadań pod kątem mocy obliczeniowej chmury hybrydowej.

Jednym z przykładów użycia w branży lotniczej jest wydrukowanie 30 tysięcy dysz paliwowo-chromowo-kobaltowych do silników lotniczych LEAP. Elementy można wydrukować jako jedną część, bez konieczności spawania, dodatkowo są lżejsze o 25% oraz pięciokrotnie mocniejsze, niż te same elementy wykonane za pomocą technologii tradycyjnych.