Четвертая промышленная революция — так называют текущие преобразования индустрии. Впервые эту революцию провозгласил президент Всемирного экономического форума Клаус Шваб в 2015 году. Тогда Шваб заявил, что индустрия стоит на пороге новой эры своего развития, четвертой по счету после механизации, электрификации и компьютеризации. Отсюда и другое название — Индустрия 4.0. Сегодня, 10 лет спустя, этот порог индустрия, видимо, переступила и Индустрия 4.0 считается уже не будущим, а текущим состоянием.
Первая промышленная революция известна всем по школьному курсу, это переход от ручного труда к машинному на рубеже 18-19 веков. Индустрия 1.0 (хотя, конечно, так её никто не называл) работала на паровых двигателях, сформировала новые отрасли производства и переформатировала общество.
Вторая промышленная революция произошла ровно век спустя. Ее “топливом” были электричество, а вместе с ним железные дороги, телеграф и другие изобретения, которые вновь полностью поменяли устройство производства и общества.
Третья промышленная революция началась как по расписанию — еще 100 лет спустя. Двигателем “Индустрии 3.0” (так её по-прежнему не называли) стали персональные компьютеры, интернет и сдвиг экономики в сторону информационных технологий.
Ждать еще век до четвертой промышленной революции не пришлось, её объявили раньше. Индустрия 4.0 продолжает тренд на автоматизацию и роботизацию. Но автоматизация и роботизация сами по себе — это черты еще “третьей версии” индустрии, которую сейчас уже можно считать традиционной. Индустрия 4.0 не просто использует роботов и автоматизационные системы, а стирает грань между цифровым и физическим миром.
Основные черты Индустрии 4.0
- Киберфизические системы объединяют цифровые алгоритмы и физические устройства, обеспечивая автоматизацию и контроль процессов в реальном времени, например, на «умных» заводах.
- Интернет вещей связывает устройства через сеть, позволяя собирать данные и удалённо управлять оборудованием, повышая эффективность производства и логистики.
- Облачные вычисления предоставляют доступ к мощным вычислительным ресурсам и хранилищам через интернет, ускоряя обработку данных и снижая затраты на инфраструктуру.
- Искусственный интеллект анализирует большие массивы данных для прогнозирования, оптимизации решений и автоматизации сложных задач, например, в управлении качеством.
- Метавселенные создают цифровые двойники реальных объектов и виртуальные среды для тестирования сценариев, обучения сотрудников или удалённого взаимодействия с производством.
- Обучаемая робототехника использует машинное обучение для адаптации роботов к новым задачам и условиям, улучшая их точность и автономность.
- Экологичность. Индустрия 4.0 подразумевает внедрение энергоэффективных технологий, сокращение отходов и переход на возобновляемые ресурсы для устойчивого развития.
Роботизация в производстве
Умная роботизация производства — один из ключевых факторов Индустрии 4.0. Она способствует ускорению процессов, повышает их точность и производительность. Новые промышленные роботы должны быть не только точными, компактными, но обязательно автономными (хотя бы в некоторой степени) и интеллектуальными, должны иметь возможно самообучаться и дообучаться
Основные категории производственных роботов включают:
- Операционные — обеспечивают выполнение специализированных задач (сварка, пайка, полировка, закручивание элементов).
- Манипуляторы — роботизированные механизмы для транспортировки деталей, упаковки продукции, погрузки на паллеты.
- Инспекторы — системы контроля качества, оснащенные технологиями компьютерного зрения для анализа продукции.
Примеры успешного внедрения таких решений наблюдаются в разнообразных секторах — от металлургии до ритейла. Крупные игроки рынка интегрируют роботизированные комплексы для модернизации производственных цепочек, достижения стабильного качества и снижения операционных издержек как по времени, так и по финансам.
Приведем некоторые примеры
Дроны для промышленных складов — один из фокусов наших собственных разработок и активно развивающаяся мировая область Индустрии 4.0. Одно из последних заметных решений в этой области — дрон-инвентаризатор Corvus Robotics. Он читает все возможные типы меток и кодов, ориентируется на складе без GPS с помощью компьютерного зрения. При этом робот одинаково хорошо работает и при свете, и в полной темноте. Это означает, что дрон можно запустить в “ночную смену”, оставив склад без освещения и сотрудников, и он проведет инвентаризацию. Corvus называют свой продукт первым автономным дроном-инвентаризатором, однако в России такая разработка появилась раньше.
Еще один пример из совершенно другой промышленной области — робот ABB, который взял на себя одну из самых опасных задач в горном деле — заложение зарядов для буровзрывных работ. Эта часть — одна из наименее автоматизированных, даже в рамках Индустрии 3.0. Бурение отверстий и помещение самих зарядов традиционно считались исключительно ручным делом. Новый робот берёт на себя вторую часть. Он сканирует массив, обнаруживает подготовленные отверстия и предлагает траекторию и параметры для закладки заряда. Система не полностью автономна, но это и не нужно — слишком опасно. Поэтому робот предназначен именно для работы в тандеме — последнее слово остаётся за профессиональным оператором, а сам оператор остаётся в безопасности.
Следующий пример из области сельского хозяйства. Швейцарская компания Beerstecher AG автоматизировала сбор урожая в своих теплицах с помощью разработки авторов из ETH Zurich. Робот-сборщик осматривает плоды, находит зрелые с помощью компьютерного зрения и создает 3D траекторию для манипулятора, чтобы срезать нужную ветку. За ним следует “прицеп”, который меняет полные ящики на пустые. Этот процесс тоже автоматизирован.
Согласно отчету Citi GPS, сейчас большинство роботов в мире — роботы-пылесосы и другие домашние роботы. Следующие по популярности — дроны и беспилотный транспорт. Промышленных роботов насчитывается около 4 миллионов. Почти 80% из них приходится на пятерку лидеров: Китай (с гигантским отрывом — у него одного 51% всего роботопарка), Япония, США, Корея и Германия. В России же по недавней оценке минпромторга промышленных роботов всего около 13 тысяч.
Главным игроком считаются автономные мобильные роботы (AMR), которые пришли на смену AGV (Automated Guided Vehicles) и отличаются от предшественников именно интеллектуальностью и автономностью. Более ли менее коммерчески масштабное внедрение AMR началось только в 2021, поэтому мы еще в самом начале пути, и в следующие года следует ожидать взрывного развития таких роботов (с 2,4 миллионов единиц до 28,3 к 2030 году).
При этом до сих пор AI-роботы развивались не благодаря, а вопреки. С одной стороны, бурное развитие AI-моделей, которые становятся всё умнее, с другой стороны, — гораздо более медленные темпы развития робототехники и автоматизации.
Главное, чего стоит ожидать в ближайшие годы, — разработка и внедрение станут дешевле и быстрее. Созданные AI-модели уже помогают, а будут еще эффективнее помогать с этим.
Автоматизация и цифровизация производственных процессов
Автоматизация производственных процессов в рамках концепции Индустрии 4.0 — это не совсем то же самое, что понимали под автоматизацией еще пару десятков лет назад. Сегодня имеются в виду более умные системы:
- Умные фабрики — производственные линии, где оборудование объединено в единую сеть, передающую данные в режиме реального времени.
- Цифровые двойники — виртуальные копии физических систем, которые моделируют производственные циклы. С их помощью тестируют изменения, выявляют узкие места и оптимизируют работу без остановки реального производства.
- MES-системы (Manufacturing Execution System) обеспечивают цифровое управление производством: от планирования до отгрузки. Они отслеживают каждый этап, предоставляя аналитику для оперативных решений.
В опросе о производственной автоматизации от Iot Analytics в 2020 году треть компаний собиралась вводить цифровых двойников. В 2023 их было уже 90%. А к 2032 году рынок цифровых двойников должен достигнуть 517,4 млрд долларов.
Российских и мировых примеров полностью автоматизированных систем, причем именно в понимании Индустрии 4.0, много. BMW, например, построили первый виртуальный завод вместе с NVIDIA. Это своего рода цифровой двойник “на опережение” — еще до того, как завод достроили и запустили, все пробные запуски и эксперименты проводили на виртуальной копии завода. В этом году завод заработает на полную мощность и, вероятно, BMW удастся избежать лишних трат на пробные и неудачные запуски благодаря репетициям на цифровом двойнике.
Следующий пример из отечественного бизнеса, это наш собственный кейс — цифровой двойник цеха рудоподготовки. Одна из крупных металлургических компаний обратилась к компании НТР для создания цифрового двойника цеха рудоподготовки. В каждом бункере/силосе находится свой тип сырья, а его химический состав меняется от порции к порции. На предприятии отсутствовало понимание механики смешивания внутри бункеров и силосов, поэтому не удавалось получить точный состав сырья, который загружается в доменную печь, что влияло на качество выплавляемого чугуна. Мы разработали модель движения сырья с момента поступления на комбинат до загрузки в печь и внутри бункеров/силосов. Эта система дала возможность прогнозировать химический состав выгружаемых порций шихты по времени, повысить качество чугуна, а также снизить количество кокса.
Влияние Индустрии 4.0 на производственные рабочие места
Индустрия 4.0 трансформирует рынок труда, создавая спрос на высокотехнологичные профессии: инженеров по роботизации, аналитиков данных и операторов коллаборативных роботов. К тому же автоматизация постепенно вытесняет рутинные задачи, перестраивая традиционные рабочие роли и требуя масштабной переподготовки кадров. При этом рост технологизации сопровождается этическими вызовами: возникает страх замены людей машинами.
Приведем некоторые примеры реального влияния Индустрии 4.0 на рабочие места:
Один из неожиданных сектором экономики, где новые умные системы помогают решить вопрос рабочих мест — сельское хозяйство. Сразу несколько мировых гигантов разрабатывают автономную сельхозтехнику, которая призвана не лишить рабочих мест, а наоборот — решить проблему недостатка рабочих. В США, например, не хватает 2,4 миллиона работников, более 80% фермерских хозяйств не закрывают потребность в рабочей силе. В России дефицит кадров в АПК составляет от 30% до 50%, в динамике ситуация только усугубляется, в 2024 за год АПК потерял еще 3,2% сотрудников. Так что автономные тракторы и другая сельскохозяйственная техника — неожиданный пример того, как роботы не прогонят людей с рабочих мест, а займут те места, которые люди занимать не хотят.
Еще один кейс о связи рабочих мест и автоматизации связан с умной системой мониторинга предприятия. Компания AVPE Systems, крупный подрядчик в машиностроении заметила, что один из их заводов в Бристоле регулярно не выполняет нормы продуктивности. Рассчитанные показатели соответствовали доступным мощностям и штату, но почему-то почти никогда не достигались. Поэтому компания внедрила систему мониторинга, которая отслеживает статус оборудования в реальном времени. Если машина останавливается, то оператор должен указать причину простоя. Всю эту информацию вручную анализировали в течение нескольких месяцев и пришли к до обидного простому ответу. Отставание от нормы складывалось из большого числа непродолжительных простоев оборудования: по 5, по 10 минут, но регулярно и много. А отключались машины не из-за дефектов, а из-за неэффективного управления персоналом —то лишь один оператор следит за несколькими машинами, то есть только один опытный сотрудник на целый цех, к которому постоянно обращаются за советами и отвлекают от работы. Таким образом автоматизированная система обнаружила, что предприятию не хватает персонала и “создала” таким образом новые рабочие места.
Заключение
Индустрия 4.0 трансформирует производственные процессы, стирая границы между физическим и цифровым миром. Её ключевые технологии — от киберфизических систем и искусственного интеллекта до цифровых двойников и метавселенных — не просто автоматизируют рутину, но создают интеллектуальные экосистемы, способные к самообучению и адаптации.Индустрия 4.0 — это не только алгоритмы и «умные» заводы, но и новая философия производства, где данные становятся ресурсом.
