2018-01-10
Az „Industry 4.0” és a 3D technológiák várható jelentősége – avagy hogyan változtatja meg a világunkat és az életünket a technológia. Első rész: az ipari forradalmak és mi az, ami most zajlik.
A negyedik ipari forradalom – a digitális átalakulás – időszakának még az elején tartunk, de ez az átalakulás paradigmaváltást jelent a gyártási stratégiákban, üzleti folyamatokban, és amely az életünk minden területén változásokat okoz majd, méghozzá nagyon hamar.
A minden területen ezúttal nem egy üres frázis: a változás nem csak az ipari vállalatok gyártási stratégiáját érinti majd, de hatással lesz a nemzetek társadalmi rendszerére, gazdasági és foglalkoztatási politikájára. Mély változásokra számíthatunk a társadalom legtöbb területén: a demográfia, az infrastruktúra, a művészetek, a tudományok és a divat terén is. Az első lépés természetesen, hogy az ipari vállalatoknak fel kell készülniük a digitális átállás által előidézett új helyzetre, mely jóval több egy technológiai kérdésnél, hiszen eddig alapvetőnek vett gyakorlatokat változtat majd meg és ezek alapja tisztán a technológiai tudás, az innováció és az ehhez szükséges fejlesztési képesség lesz. De mi is az, amit angolszász/német területeken csak „Industry 4.0”-nak, magyarul a sokkal jobban kifejező „negyedik ipari forradalomnak” neveznek? Először gyorsan fussunk át a korábbi, most már számozott forradalmi változások sorát, hogy lássuk, mitől is lett ez a sorban a negyedik.
A korábban lezajlott három jelentős ipari forradalom motorjai a nagy felfedezések, a társadalmi változások és a háborúk által előidézett innovációs kényszer voltak. Ezek sokszor nehezen elválaszthatók egymástól, de közös pont, hogy gyakorlatilag a mindennapi élet teljes vertikumára kihatottak és sokszor teljesen átalakítottak addig megdönthetetlennek hitt viszonyrendszereket vagy társadalmi struktúrákat. A napjainkban tapasztalható változások előidézésében azonban kevésbé e tényezők, sokkal inkább a külső szakterületi ráhatások, az informatika elsöprő erejű térhódítása játsszák a főszerepet – tulajdonképpen a gyorsuló fejlődés kumulatív hatásait láthatjuk benne. Az ipari termelésre ma sokkal szolidabb hatással vannak a – korábban egyik legjelentősebb tényezőként számon tartott – hadiipar által generált változások, ami minden szempontból jó hír.
A megindulását 1780 körülre teszik, amikor Nyugat-Európában minőségi változás ment végbe az iparban, a termelés technikája gyökeresen megváltozott, a kézműipart fokozatosan felváltotta a gyári tömegtermelés, és a korábbi szél- és vízenergiák helyett a gőzt kezdték hasznosítani, amely az első, széles körben is alkalmazható, a produktivitást lényegesen növelő új berendezések elterjedését idézte elő. Az 1760-as évektől az 1820-as évekig tartó időszakot a nagy találmányok korának vagy az új energiaforrásról a gőzkorszaknak is nevezik.
A gőzgép és a ló versenye – divatos témájú korabeli zsánerkép
A fejlődés Angliából terjedt át a kontinensre, elsősorban Franciaországba és Németalföldre, illetve az Egyesült Államokba. A tudományos felfedezések új iparágak kifejlődését eredményezték. A gazdasági hatalom alapja a nehézipar lett, de a klasszikus ipari forradalom a legnagyobb kereslettel rendelkező iparágban, a könnyűiparban bontakozott ki.
A Great Eastern lapátkerekes óceánjáró gőzös egyik horgonycsörlője beemelés előtt - a GE a viktoriánus ipar egyik legnagyobb szabású vállalkozása volt és sokáig a valaha épült legnagyobb ember készítette jármű
Gyermekmunka - gyerekmunkások egy automata szövőszék mellett; az első ipari forradalom egyik kevéssé humánus következménye
A század közepére általánossá vált a gyáripar, mely ugyanúgy bérmunkával dolgozott, mint a manufaktúra, de a gépek alkalmazása sok kézi munkát szükségtelenné tett. A kereslet növekedésével párhuzamosan lehetővé vált a tömeggyártás, majd a szabványosítással és az alkatrészgyártással az eszközök javíthatósága. Az új innovatív találmányok az élet minden részére hatással lettek, átalakult a profit elosztása, a tulajdonosok nyereségük egy részét visszaforgatták a cégükbe, így erősítve a termelésüket.
A XIX. század ’60-as éveire Nyugat-Európa fejlett országai és az USA már túljutottak a klasszikus ipari forradalmon és az újabb fellendülés időszakába léptek. Az iparosodás új energiahordozók, új anyagok és találmányok elterjedésével a második ipari forradalom korszakába jutott. A jó minőségű acél lehetővé tette a gépgyártás új ágainak- az autóiparnak, erőgépek ill. új fegyvertípusok gyártásának- felfutását. Olyan új anyagok tömeges szállítását kezdte meg az ipar, mint az alumínium, a gumi, a cement, a kerámia és a műanyagok. Létrehozták az első gyártósorokat, a többműszakos munkarend kialakításához hozzájárult az elektromosság tömeges felhasználása, a villanykörte feltalálásával a világítás forradalmi megújulása. Elindult a közlekedés második nagy forradalma, az autóipar, ahol Henry Ford alkalmazta először a futószalagos rendszerű termelést a legendás T-modell gyártásakor. Ezen üzemszervezési filozófia szerint működik ma is a legtöbb üzem, többek között az autógyártás. A technika fejlődése elérhetővé tette a közvilágítást, megújult a városi tömegközlekedés és útjára indult a légi közlekedés.
Ford T Modellek az összeszerelő szalagon
Megismerte az ember az elektromágneses hullámokat s ezzel a rádiótechnika alapjait. Bell 1876-ban feltalálta a telefont, Puskás Tivadar telefonközpontot tervezett. A kommunikáció, a vegyipar és művészet összekapcsolódását jelentette a fényképezés és filmezés megindulása. A találmányok, újítások a hadiiparra is hatással voltak. Megjelentek a gyorstüzelő fegyverek, a harci járművek, tökélesedett a hírszerzés és a felderítés. A XX. század elején új fegyvernemként megszületett a légierő. A termelés fókusza a hadászati szükségletek felé tolódott el. Az első világháborúval azonban gyakorlatilag lezárult a második ipari forradalom.
A második Világháború után vette kezdetét és ez alapozta meg a jelenleg zajló negyedik, legújabb forradalmat. Ezt az időszakot “digitális forradalomnak” szokták nevezni, amely jól foglalja össze az elektronikai ipar fellendülését, a számítástechnika elterjedését és később a hálózatok, az internet és a mobilkommunikációs eszközök megjelenését. Ipari szempontból ez az időszak a napjainkban használt technológiák alapjait hozta létre. Sokak szerint ez az iparfejlődési szakasz a XXI. század első évtizedéig tartott, de ez leginkább csak egy átmenet határát jelöli, hiszen a technológiai fejlődés folyamatos. A napjainkban zajló ipari automatizálással nagyon szoros kapcsolatban áll a digitális fellendülés.
A KUKA, egy német ipari robotika cég által gyártott robotkar, amely itt egy Mercedes Benz S-osztály karosszériáját építi.
Mi is akkor az Industry 4.0? Röviden egy módja annak, hogy a gyártási folyamatokban hatékonyabban kihasználható legyen az új, fejlett digitális és robotizálási technológia. Ilyen technológiák közé tartoznak a felhőalapú szolgáltatások, az IoT érzékelők és aktivátorok, a robotikai rendszerek, a vezeték nélküli hálózatok és így tovább. Ezek intelligensen kombinálhatók a gyártóberendezésekkel, hogy létrehozhassanak egy hálózat alapon szerveződő "okos gyárat".
Az Industry 4.0 kifejezés először egy német kormányzati kezdeményezésben („white paper”) jelent meg és éppen egybeesett a német ipar egyik átmeneti válságával. Tisztán ipari és logisztikai szervezési és átalakítási programokat irányoztak elő fejlett IT technológiák felhasználásával a termelési hatékonyság növelésére – nem is titkoltan megfogalmazva azt, hogy az európai termelés háttérbe szorulása az ázsiai szereplőkhöz képest főleg a munkaerő hozzáférhetőségén múlik. A versenyelőny visszaszerzése érdekében világosan megfogalmazták, hogy mivel sem a munkaerő árában, sem tömegében nincs esély megszorítani a távol keleti régiót, a legegyszerűbb minél jobban kivonni az élőmunkát a termelési láncból és ezeket a termelési folyamatokat integráció révén hatékonyabbá tenni. Maga az ipar teljesítőképessége bőven lehetővé teszi, hogy csak ez által a termelés újra ennek a régiónak a kezébe kerüljön – szólt az elv. A kezdeményezéshez nagyon hamar csatlakozott az USA kormányzati szinten meghirdetve háttérfejlesztési programokat. Mindkét kormányzat milliárdos összegeket irányzott elő középtávon – euróban és dollárban – a szükséges háttérfejlesztések kidolgozására. Ilyen látható fejlesztés például a WEB3 létrehozása, amelynek az egyik eleme, az IP címek kiosztható mennyiségének drasztikus növelése lehetővé teszi, hogy akár egyedi termékek is (!) saját címmel rendelkezzenek egy gyártási folyamat során. A humán munkaerő alkalmazása rengeteg nehézséggel jár fejlett ipari környezetben, hiszen lassú, sokszor ingadozó teljesítményű, és hajlamos a hibázásra; kevesen tudják, hogy számos iparágban a humán munkaerő alkalmazása szubvencionált – jól felfogott politikai okokból.
Ezek az elképzelések nagyvonalúan átsiklottak a folyamatok várható társadalmi hatásainak kérdésein, de az már most látható, hogy ezek nagyon hamar talán még magánál a termelésnél is sokkal fontosabb politikai és kulturális változásokat és valóban forradalmi átalakulásokat fognak jelenteni. Eredetileg társadalomtudományi és bölcsész végzettségű lévén nem tudom megállni, hogy ne írjam le, nehéz a mosolyomat elrejteni arra gondolva, hogy a mostanában divatból is lenézett ilyen irányú szakértelem hamarosan mennyire fel kell, hogy értékelődjön újra, de legyen ez egy későbbi írás témája. Visszatérve az ipari termelés szempontjaira, az Industry 4.0 céljai nagyjából az alábbiak:
Interoperabilitás
A gépek, eszközök, érzékelők és emberek képesek egymással összekapcsolni és kommunikálni a tárgyak (lásd fent) internetével (IoT) vagy az emberek internetével (IoP).
Az információ átláthatósága
Az információs rendszerek képesek a fizikai világ virtuális példányát létrehozni digitális üzemmodellek formájában azok valós szenzoradatokkal való gazdagításával. Ez megköveteli, hogy a nyers érzékelő adatok hozzáadódjanak a magasabb értékű kontextus információkhoz – a rendszer folyamatosan modellezi, megfigyeli és visszacsatolásos alapon „fejleszti” a tevékenységét. Ez megbízhatóbbá teszi a folyamatokat, hiszen egy-egy új utasítás vagy változtatás először modell környezetben fut, így még a bevezetés előtt kiderülhet, ha problémát okozna annak bevezetése (pld. a modell működése leáll), vagy olyan is elképzelhető, hogy a folyamat a modellkörnyezetben mindig előbb fut, mint a valóságban és egy esetleges hiba már azelőtt kiderül, mielőtt fizikailag is megvalósulna.
Technikai segítségnyújtás
Először is, a segítségnyújtási rendszerek képesek az embereket támogatni az információk összegyűjtésével és érthető módon való megjelenítésével, a megalapozott döntések meghozatalához és a sürgős problémák rövid időn belüli megoldásához. Másodszor, a cyber/fizikai rendszerek képesek fizikailag támogatni az embereket azzal, hogy számos olyan feladatot hajtanak végre, amelyek kellemetlenek, túlságosan kimerítőek vagy bizonytalanok emberi munkatársaik számára (szintén lásd fentebb).
Decentralizált döntések
A számítógépes fizikai rendszerek képesek önálló döntéseket hozni, és feladataikat a lehető leginkább autonóm módon végezni. Csak kivételek, interferenciák vagy ellentétes célok esetén kerülnek a feladatok magasabb szintre, vagy szükséges az emberi beavatkozás.
A gyártási és logisztikai folyamatok önálló és magas szintű szerveződése
Az automatizált „smart” vagy intelligens üzemek optimális esetben soha nem állnak le, hiszen nem tartalmaznak olyan komponenseket, amelyeknek pihenőideje, ünnepi szabadsága, vagy szakszervezete van. Ehhez az kell, hogy a termelési lánc nagyon pontosan beszabályozott módon működjön, és sehol se tartalmazzon „lyukakat”, sem az „előfeldolgozott” alkatrészek, sem a késztermék rendelkezésre állásában, sem pedig a raktározásában – ebben az egyedi azonosítókkal ellátott munkadarabok státuszjelentései a legfontosabbak. Ideális esetben egy gyár délelőtt 3000 Volkswagen ülést gyárt, majd délután átáll 2500 darab MB ülés készítésére, éjszaka egy harmadik autógyár beszállítói munkáit végzi – természetesen más üzemek előre jelzett igényei és raktározási kapacitásai alapján; amelyek ezzel más gyártósorok bemeneti termékei lesznek a logisztikai láncban és így tovább. Teoretikusan lehetséges az eddigi hat-hét különböző, tulajdonképpen azonos tulajdonságú terméket gyártó üzemek egy üzemmel való kiváltása úgy, hogy mindeközben a gyártás gyorsabb és olcsóbb legyen. Lényegében egy ilyen platform biztosítaná az elképzelésben kigondolt önállóan irányított "rugalmas" gyártást. Ez ha belegondolunk gyökeres változásokat okoz – a példánál maradva – pld. az autóipari beszállítói lánc megszokott gyakorlatában; ezen túlmenően pedig azon országok gazdaságában, amelyek eddig erre a területre alapozták bevételeiket.
Az automatizálás és a digitális gyártás egyes központokban már valósággá vált. Ezek azok a példaértékű üzemek, amelyek a technológia alkalmazásában élen járnak, de az áttörés akkor fog megvalósulni, amikor ezek az üzemek elkezdenek egymással is interakcióba kerülni.
Mivel a folyamatok már megindultak, a változások – ahogy a korábbi ipari forradalmak esetén – elkerülhetetlenek. Társadalmi szempontból rengeteg ma még átláthatatlan és megfoghatatlan problémát vetítenek elő, de megfelelő felkészülés mellett sok haszonnal is járhatnak, igaz csak akkor ha erre a társadalom valóban felkészült: javuló életkörülmények, nagyobb biztonság (termelési szempontból), vagy jóval nagyobb emberi kapacitás lehetnek a pozitív hozadékok. Az egyes munkakörök biztosan jelentősen megváltoznak a jövőben, hiszen leginkább a kreatív és vállalkozói szellemmel megáldott emberek fogják és tudják majd ezeket a folyamatokat utolérni, vagy éppen irányítani. A világban elfoglalt helyet már sokkal kevésbé fogja a status quo meghatározni, sokkal inkább a tudás. Sok régi típusú munkahely megszűnik, de több új típusú is létrejön majd; kérdés milyen számban és milyen hozzáférhetőséggel. Az biztos, hogy az eddiginél sokkal nagyobb mértékű rugalmasságra és mobilitásra lesz szüksége ebben az új világban mindenkinek.
Vajon van-e helye a 3D-s nyomtatásnak és általában a 3D technológiának ebben az új paradigmában? Ha igen, mennyire kitüntetett ez a hely?
Kicsit előre szaladva bizony van, hiszen a 3D-s nyomtatás talán az egyik legrugalmasabb gyártási eszköz, mivel szó szerint minden gyártási folyamat egyedi lehet, de ezt a cikk második részében szeretném bővebben kifejteni.
Szabó Gábor, Pécs 2017. december 8.