Rozwój nowej rewolucji przemysłowej

prof. dr hab. inż. Jarosław Sęp
Prorektor ds. rozwoju i współpracy z otoczeniem Politechniki
Rzeszowskiej, pierwszy zastępca rektora P.Rz.

​​

Przemysł 4.0 jest słusznie nazywany czwartą rewolucją przemysłową. dlaczego?
Określenie Przemysł 4.0 jest faktycznie uznawane za synonim czwartej rewolucji przemysłowej. Oznacza to kolejny, odmienny od poprzednich, etap rozwoju przemysłu, który bazuje na technologiach rozwijanych w ostatnich czterech dekadach. Warto na tym etapie krótko wspomnieć poprzednie rewolucje przemysłowe, bo nawet współcześnie wykorzystujemy w pewnych zakresach ich osiągnięcia. 
Osiemnasty wiek to czas pierwszej rewolucji przemysłowej. Ujmując syntetycznie, jej wyznacznikiem było wykorzystanie mocy z pary i mechanizacja produkcji. Zastosowanie silników parowych zastępujących w wielu przypadkach siłę mięśni ludzkich było jednym z największych przełomów w dziejach produkcji. 
Z kolei druga rewolucja przemysłowa, datująca się na drugą połowę XIX i początek XX wieku to czas elektryczności. Do użytku weszły wówczas między innymi silnik elektryczny, telegraf, telefon, radio i samochód. Pojawia się także produkcja masowa, przyczyniając się do wzrostu gospodarczego. 
Trzecia rewolucja przemysłowa rozpoczyna się w latach 70. dwudziestego wieku. Jej wyznacznikiem jest automatyzacja wykorzystująca programowalne sterowniki i komputery. Efektami trzeciej rewolucji przemysłowej są internet, komputeryzacja, automatyzacja i robotyzacja procesów produkcji oraz udoskonalanie środków komunikacji. Jak widać, poprzednie rewolucje przemysłowe nie następowały na skutek jednego przełomowego wydarzenia, ale były efektem kumulacji efektów wielu procesów rozwojowych. Doprowadzały one z czasem do tak znaczących zmian, również w sferze produkcji przemysłowej, że klasyfikowano je jako odrębne etapy, które nazwano rewolucjami przemysłowymi. 
Podobnie wygląda sytuacja w przypadku czwartej rewolucji przemysłowej. Rozwijające się technologie, w dużej mierze będące efektem tej poprzedniej, doprowadziły do pojawienia się złożonych środków produkcji (np. wieloosiowe centra obróbcze CNC) określanych jako systemy cyber-fizyczne, które połączone są w sieć poprzez przemysłowy internet rzeczy (Industrial Internet of Things, IIoT). Daje to niespotykane poprzednio możliwości tworzenia cyfrowych bliźniaków rzeczywistych systemów produkcyjnych, zbierania i przetwarzania dużych zbiorów danych (big data) oraz w efekcie – autonomizacji produkcji i tworzenia inteligentnych fabryk. Zatem określenie czwarta rewolucja przemysłowa jest adekwatne do zmian, jakie obserwujemy w rzeczywistości przemysłowej. Ich dostrzegalnymi, najistotniejszymi efektami są zwiększenie produktywności i elastyczności systemów wytwarzania.    

Termin Przemysł 4.0 (Industry 4.0) po raz pierwszy został użyty w 2011 r. podczas międzynarodowych targów Hannover Masse. Jak od tego czasu rozwinęła się nowa rewolucja przemysłowa? 
Rozwój nowej rewolucji przemysłowej następuje poprzez ciągły rozwój tworzących go komponentów, zwanych także filarami. Są to: sztuczna inteligencja, systemy cyber-fizyczne i autonomiczne, systemy czasu rzeczywistego, cyfrowe bliźniaki, przemysłowy internet rzeczy, cyfryzacja produkcji, rzeczywistość wirtualna i rozszerzona, technologie chmurowe, technologie wytwarzania przemysłowego, pozioma i pionowa integracja oprogramowania oraz cyberbezpieczeństwo. W każdym z wymienionych obszarów obserwujemy w ostatnich latach bardzo znaczący postęp, a w konsekwencji możemy mówić o postępach w rozwoju czwartej rewolucji przemysłowej. Inną kwestią jest wdrażanie wymienionych nowoczesnych rozwiązań w praktyce przemysłowej. Trzeba bardzo wyraźnie podkreślić, że wdrażanie rozwiązań tworzących koncepcję Przemysłu 4.0, oprócz tworzenia niewątpliwych szans, napotyka na liczne bariery. Zatem dzięki wdrażanym rozwiązaniom tworzącym czwartą rewolucję przemysłową przemysł otrzymuje liczne szanse tworzenia innowacyjnej gospodarki i zmniejszania kosztów produkcji, ale zderza się również w tym zakresie z licznymi problemami. Najistotniejsze z nich to wysoki koszt wdrożenia oraz braki w kwalifikacjach w omawianym zakresie. Dla polskich zakładów przemysłowych wdrażanie niezbędnych, poprawiających ich konkurencyjność, komponentów Przemysłu 4.0 i tworzenie miejsc pracy o znaczącej wartości dodanej jest niezwykle istotne w kontekście globalnej rywalizacji konkurencyjnej.     

Według Europejskiego Centrum Wspierania Zaawansowanej Produkcji transformacja w kierunku Przemysłu 4.0 obejmuje aż 7 etapów. 
Faktycznie, według Europejskiego Centrum Wspierania Zaawansowanej Produkcji transformacja w kierunku Przemysłu 4.0 obejmuje 7 etapów. Są to: 

• Wdrożenie zaawansowanych technologii produkcyjnych. 
• Cyfryzacja produkcji. 
• Zwiększenie ekologiczności produkcji. 
• Kompleksowa realizacja oczekiwań klientów. 
• Utworzenie organizacji, która jest skupiona na człowieku – pracowniku firmy. 
• Smart Manufacturing, czyli inteligentna produkcja. 
• Opracowanie modelu biznesowego, który będzie polegał na nowym łańcuchu wartości, otwarcie na zrozumienie potrzeb wszystkich uczestników procesu. 
   

Etapy te można potraktować jako ciąg zadań do realizacji przy transformacji w kierunku Przemysłu 4.0. Pokazują one złożoność procesu transformacji. W przypadku konkretnego przedsiębiorstwa pozwalają zdefiniować stan aktualny oraz przyszłe wyzwania. Zwraca także uwagę fakt, że wśród wymienionych etapów część nie ma charakteru czysto technicznego, dominują w nich problemy zarządcze.   

Jakie znaczenie na konkurencyjnym dziś rynku ma zarządzanie w Przemyśle 4.0? 
Zarządzanie jest jednym z kluczowych elementów efektywnej działalności przemysłowej. Niewątpliwie rozwiązania Przemysłu 4.0 tworzą możliwości znaczącej poprawy i unowocześniania procesów zarządczych. Niezwykle istotnym warunkiem skutecznego zarządzania jest podejmowanie decyzji na podstawie faktów rozumianych jako udokumentowany opis rzeczywistości. Jedną z cech czwartej rewolucji przemysłowej jest gromadzenie i przetwarzanie dużych zbiorów danych dotyczących realizowanych procesów. Co więcej, dane te powinny być dostępne w czasie rzeczywistym. Umożliwia to podejmowanie trafnych decyzji zarządczych, w szczególności na poziomie operacyjnym. Oczywiście pod warunkiem, że będziemy umieć z tych danych wydobyć użyteczną zarządczą wiedzę. A to nie jest już takie proste. Bardzo pomocne w tym zakresie są algorytmy sztucznej inteligencji. Mimo złożoności zagadnienia można na podstawie konkretnych przykładów przemysłowych zaobserwować, że wdrożenie rozwiązań Przemysłu 4.0 pozwala na zwiększenie wydajności, zmniejszenie kosztów produkcji i poprawę jej jakości, a także zwiększenie elastyczności pozwalające na szybszą reakcję na zmienne potrzeby rynku. 
To bezsprzecznie dowodzi skuteczności zarządzania bazującego na technologiach czwartej rewolucji przemysłowej.  
  
Cyfryzacja, robotyka i automatyka przemysłowa w dobie Przemysłu 4.0 to… 
W dobie Przemysłu 4.0 z wymienionych elementów najistotniejsza z pewnością jest cyfryzacja. Klasyczne automatyka i robotyka należą do cech charakterystycznych trzeciej rewolucji przemysłowej. Jednak w wielu przedsiębiorstwach stanowią jeszcze przysłowiową lekcję do odrobienia. Na przykład liczba robotów na 
10 tysięcy pracowników przemysłu jest w Polsce ponad 10 razy mniejsza niż w liderującej w tym zakresie w świecie Korei Południowej, a także ponad dwa razy mniejsza niż średnia europejska. Wracając do głównego wątku, można stwierdzić, że najistotniejszy wpływ na rozwój przemysłu w omawianym zakresie ma w tej chwili jego cyfryzacja. Pełna piramida cyfryzacji jest, z pewnym uproszczeniem, techniczno-operacyjnym odzwierciedleniem koncepcji czwartej rewolucji przemysłowej. U jej podstawy stoją nowoczesne technologie i wyposażenie produkcyjne, których systemy wykonawcze mają możliwość rejestracji i transferu danych do systemu SCADA (Supervisory Control and Data System) współpracującego z systemem MES (Manufacturing Execution System). Ostatnim, „wierzchołkowym” elementem piramidy cyfryzacji jest system ERP (Enterprise Resource Planning). Wymienione elementy tworzą zintegrowany system, ale jego pełna integracja w warunkach produkcyjnych jest bardzo dużym wyzwaniem i jednocześnie istotnym działaniem prorozwojowym.   

Jak duże znaczenie w dobie czwartej rewolucji przemysłowej MA sprawna służba utrzymania ruchu? 
Ogólnie rzecz ujmując, sprawna służba utrzymania ruchu zawsze miała i ma obecnie bardzo duże znaczenie dla właściwej realizacji zadań przemysłowych. W dobie czwartej rewolucji przemysłowej utworzyły się warunki do jej dynamicznego rozwoju. Jest to w dużej mierze związane z możliwościami rejestracji i analizy dużych zbiorów danych. Początki służb utrzymania ruchu w czasach pierwszej rewolucji przemysłowej to działania reakcyjne, które wraz z transformacją w drugą rewolucję przemysłową zaczęły przybierać charakter prewencyjny. Wdrażanie zinformatyzowanych systemów akwizycji danych, które rozpoczęło się w czasie trzeciej rewolucji przemysłowej, dało początek predykcyjnemu utrzymaniu ruchu. Jak widać z tego krótkiego opisu, transformacja przemysłu pociągała za sobą również transformację służb utrzymania ruchu. Nie inaczej jest w trakcie czwartej rewolucji przemysłowej. To czas ugruntowania predykcyjnego utrzymania ruchu oraz dalszy rozwój w kierunku proaktywnego i preskryptywnego utrzymania ruchu. Są to złożone działania związane z tworzeniem rozbudowanych systemów analizy danych, systemów podejmowania decyzji oraz ograniczaniem/eliminowaniem bezpośredniego udziału człowieka z procesów podejmowania decyzji i podejmowanych działań. Reasumując, również w czasach czwartej rewolucji przemysłowej służba utrzymania ruchu ma bardzo wiele istotnych zadań do wykonania, ale musi się w dalszym ciągu rozwijać, aby dotrzymać kroku transformacji systemów wytwarzania.  

Rzeszowszczyzna od czasów COP to przemył lotniczy. Jakie znaczenie w jego rozwoju ma Przemysł 4.0? 
W przemyśle lotniczym regionu można bardzo wyraźnie zaobserwować wprowadzanie elementów koncepcji Przemysł 4.0. Uwaga ta dotyczy także innych funkcjonujących na Podkarpaciu branż przemysłowych. Dzięki temu systematycznie tworzone są miejsca pracy o znaczącej wartości dodanej, co jest niezwykle istotne dla konkurencyjności krajowego przemysłu. Wspomniane rozwiązania związane z czwartą rewolucją przemysłową wprowadzane są w przedsiębiorstwach „wyspowo”, na konkretnych liniach produkcyjnych lub w konkretnych obszarach funkcjonowania. Dominują zaawansowana robotyzacja oraz gromadzenie i analiza danych związanych z realizowanymi procesami. Pozwala to na zwiększenie wydajności i elastyczności, poprawę jakości i wyeliminowanie pracy ręcznej. Patrząc szerzej na przemysł lotniczy w Polsce, skupiony głównie w Stowarzyszeniu „Dolina Lotnicza”, można z pełną odpowiedzialnością stwierdzić, że podejmowane są działania w ramach wszystkich siedmiu etapów transformacji w kierunku czwartej rewolucji przemysłowej. Oczywiście nie na każdym z nich są jednakowo zaawansowane, ale dążenie do Przemysłu 4.0 pozwala unowocześniać produkcję oraz systematycznie i konsekwentnie podążać drogą rozwoju.    

Jak Politechnika Rzeszowska przygotowuje swoich studentów do pracy w nowoczesnym przemyśle? 
To wielowarstwowy proces, który musi być i jest na Politechnice Rzeszowskiej konsekwentnie realizowany. Pierwszą kwestią w tym zakresie jest ciągła modyfikacja treści w ramach realizowanych programów kształcenia. Drugi aspekt to wprowadzanie nowych przedmiotów, ujmujących nowe zagadnienia pojawiające się w otoczeniu przemysłowym. Takim przykładem może być wprowadzenie na kierunku zarządzanie i inżynieria produkcji przedmiotu „Przemysł 4.0”. Kolejna kwestia to wprowadzanie nowatorskich metod i formuł kształcenia, w szczególności angażujących bezpo-
średnio przedsiębiorstwa przemysłowe. I tu kolejny przykład. W bieżącym roku akademickim całość zajęć praktycznych z przedmiotów „Przemysł 4.0” oraz zarządzanie produkcją odchudzoną realizowana była w „Pratt &Whitney Rzeszów”. Kształceni studenci nabywali wiedzę praktyczną poprzez podejmowanie konkretnych wyzwań wskazywanych przez przemysł. To nowatorskie podejście do innowacyjnych formuł kształcenia „Problem Based Learning”, „Project Based Learning” oraz „Design Thinking”. Korzyści z takiego kształcenia mają nie tylko studenci. Przedstawiciele przemysłu zgodnie stwierdzają, że wypracowanie w trakcie zajęć rozwiązania będą dla nich przydatne, a część z pewnością w najbliższym czasie zostanie wprowadzona do praktyki przemysłowej. Koncepcja i formuła prowadzonych w przemyśle zajęć praktycznych została przedstawiona w pracy. 
Warto podkreślić, że wypracowywanie innowacyjnych formuł kształcenia jest wspomagane uczestnictwem Politechniki Rzeszowskiej w międzynarodowych projektach realizowanych w ramach programu Erasmus+. Są to np. takie projekty jak Planet 4.0 („Practical Learning of Artificial iNtelligence on the Edge for indusTry 4.0” https://www.planet4project.eu/) czy ASSETS+ („Alliance for Strategic Skills Adressing Emerging Technologies in Defence” https://assets-plus.eu/). 
Ostatni, ale również bardzo istotny element, na który chcę zwrócić uwagę, to tworzenie na uczelni nowoczesnej, nadążającej za przemysłem, bazy laboratoryjnej. To bardzo trudne zadanie, szczególnie w odniesieniu do poziomu finansowania szkolnictwa wyższego. Mimo trudności udaje się jednak unowocześniać bazę laboratoryjną. W kontekście podejmowanego tematu zwracam uwagę na Laboratorium Cyfryzacji Produkcji na Wydziale Budowy Maszyn i Lotnictwa, gdzie systemowo odwzorowane są występujące w praktyce elementy cyfryzacji produkcji. 
To wybrane kwestie istotne dla kształcenia dla nowoczesnego przemysłu. Właściwie przygotowane kadry to jeden z kluczowych czynników zapewniających jego konkurencyjność w globalnej rywalizacji rynkowej.     

Kiedy może nastąpić doba Przemysłu 5.0?
Bardzo szybko po pojawieniu się określenia „Przemysł 4.0” zaczęto formułować założenia kolejnego etapu przemian, który nazwano „Przemysłem 5.0”. Terminu tego użyto po raz pierwszy w roku 2017, a już w roku 2021 pojawiła się pierwsza całościowa wizja piątej rewolucji przemysłowej w postaci raportu Komisji Europejskiej pt. „Industry 5.0”. Jako filary tej koncepcji wskazuje się: 

• zorientowanie na człowieka,
• zrównoważony rozwój,
• odporność na kryzysy. 
   

Jeżeli zwrócimy uwagę na inne dokumenty, na przykład wspominany już raport Europejskiego Centrum Wspierania Zaawansowanej Produkcji, to dostrzeżemy, że praktycznie wszystkie te punkty zawierają się we wskazywanych etapach transformacji cyfrowej. Osobiście przychylam się do opinii, że takie ujęcie Przemysłu 5.0 jest innym, zmodyfikowanym spojrzeniem na czwartą rewolucję przemysłową. Piątej rewolucji przemysłowej należało będzie zapewne upatrywać w dalszym rozwoju algorytmów sztucznej inteligencji i pogłębianiem interakcji pomiędzy ludźmi a maszynami. To jeszcze przed nami. Jednak rozważania nad przyszłą, piątą rewolucją przemysłową już trwają, czego dowodem jest chociażby kolejny raport KE „Industry 5.0, a transformative vision for Europe. Governing Systemic Transformations towards a Sustainable Industry” z roku 2022.
Prawdopodobnie nieodległa przyszłość pokaże, że trwające przemiany na tyle zmienią naszą rzeczywistość, iż zgodnie uznamy, że to już piąta rewolucja przemysłowa. 

Rozmawiał: Janusz Mincewicz