Ο ψηφιακός μετασχηματισμός των επιχειρήσεων στα πλαίσια της Βιομηχανίας 4.0 Καθηγητής Πάνος Φιτσιλής ΤΕΙ Θεσσαλίας pfitsilis@gmail.com
Περιεχόμενα Η 4 η Βιομηχανική επανάσταση Τι είναι η Βιομηχανία 4.0 Τα συστατικά της Βιομηχανίας 4.0 Το ΤΕΙ Θεσσαλίας και η Βιομηχανία 4.0 Κέρδη από την εφαρμογή της Βιομηχανίας 4.0
Η εξέλιξη της βιομηχανίας 4. Βιομηχανική επανάσταση Νέες τεχνολογίες 1. Βιομηχανική επανάσταση Εισαγωγή Μηχανών Τέλος 18ου αιώνα. 2. Βιομηχανική επανάσταση Μαζική παραγωγή και ηλεκτρική ενέργεια Αρχές του 20ου αιώνα 3. Βιομηχανική επανάσταση Εισαγωγή της πληροφορικής Και αυτοματισμών Industry 1.0 Industry 2.0 Industry 3.0 Industry 4.0 Αρχές δεκαετίας 70th Σήμερα Επίπεδο πολυπλοκότητας Source: DFKI/Bauer IAO
Οι διεθνείς τάσεις σήμερα Key Drivers H ανάγκη. Ανάγκη για αυτοματοποίηση της παραγωγής Automation Μεγάλη πολυπλοκότητα στην κατασκευή των προϊόντων και εξατομίκευση Mass Customization /Lot Size One Ταχύτεροι παραγωγικοί κύκλοι Faster product lifecycles Μεγάλος όγκος δεδομένων Big Data Έμφαση στην οικονομία πόρων More efficiency Πιέσεις για πιο ανταγωνιστικές τιμές Growth of Manufacturing networks
Τι είναι η Βιομηχανία 4.0 (Industry 4.0) Η Βιομηχανία 4.0 είναι η τρέχουσα τάση της αυτοματοποίησης και στον τομέα των τεχνολογιών παραγωγής. Industrie 4.0 Η Βιομηχανία 4.0 συνδυάζει μεθόδους παραγωγής με σύγχρονη τεχνολογία πληροφοριών και επικοινωνιών. Περιλαμβάνει τα κυβερνο-φυσικά συστήματα (Cyber Physical Systems), το Διαδίκτυο των πραγμάτων (IoT), το υπολογιστικό νέφος (cloud computing) και τον γνωστικά υπολογιστικά συστήματα (cognitive computing). http://www.plattform-i40.de/was-industrie-40-f%c3%bcr-uns-ist
Οι βασικές τεχνολογίες Μεγάλα δεδομένα και ανάλυση αυτών Αυτόνομα Ρομπότ Προσομοίωση Υπολογιστικό νέφος Industry 4.0 Κάθετη και οριζόντια ολοκλήρωση Επαυξημένη πραγματικότητ α Internet of Things Προσθετική κατασκευή Ασφάλεια
Κυβερνο-φυσικά συστήματα Cyber-Physical Systems (CPS) Περιλαμβάνει Υπολογιστικά συστήματα Αισθητήρες (sensors) Ενεργοποιητές (actuators) Τηλεπικοινωνιακό εξοπλισμό CPS βρίσκονται παντού σε προϊόντα, σε μηχανές, στην παραγωγή, στην εφοδιαστική Ένα κυβερνο-φυσικό σύστημα (CPS) είναι ένα σύστημα συνεργατικών υπολογιστικών στοιχείων που ελέγχουν τις φυσικές οντότητες.
Κυβερνο-φυσικά Συστήματα παραγωγής Cyber-Physical Production Systems (CPPS) Χαρακτηριστικά Συνδυασμός μηχανών, προϊόντων, αντικειμένων, συστημάτων αποθήκευσης και εγκαταστάσεων παραγωγής. Είναι σε θέση να ανταλλάσσουν αυτόνομα πληροφορίες, να ενεργοποιούν δράσεις και να ελέγχουν ο ένας τον άλλον Σε κάθε βήμα της παραγωγής αποθηκεύουν και αξιολογούν τα παραγόμενα δεδομένα για σκοπούς μοντελοποίησης και ανάλυσης Είναι ολοκληρωμένα συστήματα και καλύπτουν όλο τον κύκλο παραγωγής Εισερχόμενη εφοδιαστική ERP (Enterprise Resource Planning) MES (Manufacturing Execution System), Εξερχόμενη Εφοδιαστική (Outbound Logistics) Παροχή Υπηρεσιών (Service Provisioning)
Internet of Things (IoT) Concept Smart Logistics Smart City Smart Home IoT Smart Factory Smart Products Μέχρι το 2020 θα υπάρχουν περίπου. 200 δισεκατομμύρια συσκευές συνδεδεμένες στο διαδίκτυο των πραγμάτων, π.χ. αυτοκίνητα, τηλέφωνα, αεροσκάφη, ιχνηλάτες δραστηριότητας κ.λπ. Οι συσκευές IoT θα παράγουν περίπου. 403 τρισεκατομμύρια GB δεδομένων το 2018. Τι είναι ΙοΤ είναι η ενσωμάτωση των φυσικών αντικειμένων (πράγματα) στο Internet με χρήση τεχνολογίας αισθητήρων και ενεργοποιητών. Smart Plant Smart Grid
Προσομοίωση (Simulation) Χαρακτηριστικά 3-D προσομοίωση διεργασιών παραγωγής, προϊόντων, Μοντελοποίηση του πραγματικού κόσμου στον Θα επιτρέψει τον καλύτερο έλεγχο και βελτιστοποίηση shop-floor.
Οριζόντια και κάθετη ολοκλήρωση Χαρακτηριστικά Κάθετη ολοκλήρωση (Vertical integration) Σύνδεση μεταξύ προγραμματισμού παραγωγής, διοίκησης χαμηλού επιπέδου συστημάτων (π.χ. PLC, sensors, κ.λπ.). Οριζόντια ολοκλήρωση (Horizontal integration) Σύνδεση διαδικασιών σχεδιασμού, προμηθειών, εφοδιαστικής, συντήρησης εντός και εκτός επιχείρησης
Το υπολογιστικό νέφος (cloud) Υπολογιστικό Νέφος ονομάζεται η κατ' αίτηση διαδικτυακή κεντρική διάθεση υπολογιστικών πόρων (όπως δίκτυο, εξυπηρετητές, εφαρμογές και υπηρεσίες) με υψηλή ευελιξία, ελάχιστη προσπάθεια από τον χρήστη και υψηλή αυτοματοποίηση. Στο Υπολογιστικό Νέφος η αποθήκευση, η επεξεργασία και η χρήση δεδομένων, λογισμικού και υπηρεσιών γίνεται διαδικτυακά, μέσω απομακρυσμένων υπολογιστών σε κεντρικά Datacenter. Οι χρήστες εξοικονομούν πόρους από την αγορά και συντήρηση λογισμικού, τη συντήρηση ακριβών εξυπηρετητών και εγκαταστάσεων αποθήκευσης δεδομένων. Το SaaS (Software as a Service) αποτελεί μια από τις εκδοχές του Υπολογιστικού Νέφους και αναφέρεται σε Λογισμικό που προσφέρεται διαδικτυακά ως Υπηρεσία στο Νέφος.
Τεχνολογίες Προσθετικής Κατασκευής Additive Manufacturing Ο όρος Προσθετική Κατασκευή (ΠΚ) ή εναλλακτικά Στρωματική Κατασκευή (Layer Manufacturing) καθιερώθηκε σταδιακά για την περιγραφή αυτής της σχετικά νέας ομάδας κατασκευαστικών τεχνολογιών και μεθόδων παραγωγής, γιατί προσδιορίζει το ουσιαστικό κοινό γνώρισμα όλων αυτών των τεχνολογιών, το οποίο είναι η κατασκευή αντικειμένων-κομματιών μέσω διαδικασιών ελεγχόμενης πρόσθεσης υλικού. Ρομποτικός βραχίονας φτιαγμένος σε 3D εκτυπωτή Αναλόγως της τεχνολογίας χρησιμοποιούνται διαφόρων ειδών υλικά (φωτοπολυμερή, μέταλλα, θερμοπλαστικά πολυμερή, κεραμικά ή χαρτί) σε διάφορες μορφές (υγρή, σε κόκκους, νήματα ή φύλλα), τα οποία διαμορφώνονται συνήθως σε λεπτά στρώματα που προστίθενται σταδιακά μέχρι να «χτιστεί» το αντικείμενο (εξού και ο όρος Στρωματική Κατασκευή).
Επαυξημένη Πραγματικότητα Augmented Reality Τα συστήματα βασισμένα στην επαυξημένη πραγματικότητα υποστηρίζουν ήδη πολλές υπηρεσίες, όπως την επιλογή εξαρτημάτων σε μια αποθήκη και την αποστολή εντολών επισκευής σε κινητές συσκευές, οδηγίες παραγωγής, κ.λπ. Στο μέλλον, οι συσκευές αυξημένης πραγματικότητας θα παρέχουν στους εργαζόμενους πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο για τη βελτίωση της διαδικασίας λήψης αποφάσεων και των διαδικασιών εργασίας, όπως οι εργαζόμενοι να λαμβάνουν οδηγίες επισκευής για τον τρόπο αντικατάστασης ενός συγκεκριμένου τμήματος καθώς εξετάζουν το πραγματικό σύστημα που χρειάζεται επισκευή.
Μεγάλα δεδομένα Big data and Analytics Volume (Scale of data): Το 90% των σημερινών δεδομένων έχει δημιουργηθεί τα τελευταία δύο χρόνια. Κάθε μέρα δημιουργούμε 2,5 quintillion (10 18 ) bytes δεδομένων. Variety (Speed of data): Κάθε 60 δευτερόλεπτα υπάρχουν 72 ώρες βίντεο που έχουν φορτωθεί στο YouTube, 216000 καταχωρήσεις Instagram ή 204000 αποστέλλοντα μηνύματα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου. Veracity (Diversity od data): 90% των παραγόμενων δεδομένων είναι αδόμητα. Velocity (Certainty of data).: 1 στους 3 διευθυντές δεν εμπιστεύονται τα δεδομένα
Μεγάλα δεδομένα Big data and Analytics Χαρακτηριστικά Η χρήση εφαρμογών ανάλυσης δεδομένων στις εταιρείες να παράγουν αξία από τα δεδομένα. Στο περιβάλλον του Industry 4.0, η συλλογή και η ολοκληρωμένη αξιολόγηση δεδομένων από διαφορετικές πηγές - εξοπλισμό και συστήματα παραγωγής, καθώς και συστήματα διαχείρισης πελατών - θα καταστούν απολύτως αναγκαία υποστήριξη της λήψης αποφάσεων σε χρόνο. Source: IBM; BCG Perspective
Η αλυσίδα αξίας είναι ψηφιακή και ολοκληρωμένη Πραγματικός κόσμος Υπηρεσίες Παραγωγή Μηχανική Παραγωγής Ψηφιακός κόσμος Προγραμματισμός Παραγωγής Σχεδιασμός προϊόντων
Industry 4.0 Η ιδέα μιας «Smart Factory» Ορισμός Η μελλοντική έξυπνη βιομηχανία θα προκύψει από τη συγχώνευση του εικονικού και του φυσικού κόσμου των κυβερνο-φυσικών συστημάτων καθώς και συνένωση των τεχνικών διεργασιών με τις επιχειρηματικές διεργασίες. Αυτή η συνένωση θα οδηγήσει σε μια νέα βιομηχανική εποχή που περιγράφεται με τον όρο «Έξυπνη βιομηχανία» ή «Industry 4.0»
Industry 4.0 «Smart Factory» Επομένως Το "έξυπνο εργοστάσιο" περιλαμβάνει και να επικεντρώνεται στη δημιουργία έξυπνων διαδικασιών, προϊόντων, εξοπλισμού. Όλα τα συστατικά μέρη (εργαζόμενοι, μηχανές, προϊόντα και αντικείμενα), λόγω της τεχνολογίας π.χ. των ενσωματωμένων αισθητήρων, μπορούν να επικοινωνούν απρόσκοπτα. Κάθε σύστημα είναι σε θέση να αναγνωρίσει την κατάστασή του και να δημοσιεύσει πληροφορίες έτσι ώστε όλες οι άλλες διαλειτουργικές συσκευές να μπορούν να αναλάβουν άμεση και ενδεδειγμένη δράση. Τα συστήματα είναι αρκετά έξυπνα όχι μόνο για να καθορίζουν, να ελέγχουν και να παρακολουθούν τη διαδικασία εκτέλεσης της παραγωγής, αλλά και αναλύουν σε πραγματικό χρόνο καταστάσεις με σκοπό τη λήψη αποφάσεων Τα δεδομένα είναι διαθέσιμα στο υπολογιστικό νέφος και είναι προσβάσιμα από διάφορα συστήματα κ.λπ. Μετράμε το κάθε βήμα της παραγωγικής διαδικασίας με χρήση αισθητήρων.
Examples of Product evolution: Connected and smart products
Από την έξυπνη βιομηχανία στα έξυπνα προϊόντα Harvard Business Review
Ποιος είναι ο δρόμος για μια επιχείρηση?
Βήματα υλοποίησης Ορισμός Στρατηγικής Πιλοτικά Έργα Απαιτούμενες ικανότητες Ανάλυση Δεδομένων Ψηφιακός Μετασχηματισμός Δημιουργία Οικοσυστήμ ατος
Ψηφιακή ωριμότητα Ψηφιακά αρχάρια Μεμονωμένες εφαρμογές Μερική ολοκλήρωση με προμηθευτές, πελάτες Περιορισμένη ανάλυση δεδομένων, κ.λπ. Κάθετα ολοκληρωμένη Ολοκληρωμένα συστήματα μέσα στην επιχείρηση Βασικές διεργασίες είναι ψηφιακές Οριζόντια ολοκληρωμένη Ολοκληρωμένη αλυσίδα αξίας (προμηθευτές και πελάτες) Κοινά συστήματα και δεδομένα Ψηφιακός πρωταθλητής Υλοποίηση καινοτόμων επιχειρηματικών μοντέλων Δημιουργία επιχειρηματικού οικοσυστήματος
Παραδείγματα πιλοτικών έργων Υλοποίηση νέων επιχειρηματικών μοντέλων Προτυποποίηση και προσομοίωση Αυτοματοποίηση παραγωγής Αυτοματοποίηση εφοδιαστικής Ε2Ε διαχείριση κύκλου ζωής προϊόντων Έξυπνη διαχείριση αποθεμάτων ή ανταλλακτικών
Επιλογή έργων με διαφορετική στοχοθεσία Geissbauer, R., Vedso, J., & Schrauf, S. (2016). Industry 4.0: Building the digital enterprise. Retrieved from PwC
Στρατηγική ΤΕΙ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ
Στρατηγική ΤΕΙ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ
Άξονες στρατηγικής Εκπαίδευση Έρευνα Συνεργασία με την περιφέρεια Θεσσαλίας Συμμετοχή στο δίκτυο SAP University Alliance Μελέτη εκπαιδευτικών αναγκών Ανάπτυξη μοντέλου συνεργασίας υπηρεσιών σε Industry 4.0 και σε Smart Cities. Πρόταση για ανάπτυξη υποδομής Fab Lab στην Περιφέρεια Θεσσαλίας
Introduction to Industrie 4.0 with SAP Connected Manufacturing I 4.0 SCENARIOS IN THE SAP UNIVERSITY ALLIANCES PROGRAM TEACHING SCENARIO Solution Activities SAP ERP 1 Create planned independent requirement 2 MRP run 3 Planned order conversion 4 Release production order 10 Check production order status SAP MII Transfer production order to ME SAP ME 5 Create shop order 6 Release shop order 7 Open line monitor Smart Factory Line Line Monitor 8 Select and run SFC < Visualization of production process < SAP PCo Smart Factory Line Monitor Data Transfer Kepware -Server Kepware-Server Executing SFC Order confirmation
Introduction to Industrie 4.0 with SAP Connected Manufacturing I 4.0 SCENARIOS IN THE SAP UNIVERSITY ALLIANCES PROGRAM TEACHING SCENARIO Smart Factory Line Monitor to simulate the SAP Open Integrated Factory
Fab(rication) Lab(oratory) Ταχεία πρωτοτυποποίηση Κάνοντας την ιδέα σου προϊόν Πρόταση για δημιουργία ενός FabLab σε κάθε Θεσσαλική πόλη
Προκλήσεις σε τεχνικό επίπεδο και όχι μόνο Τεχνικοί παράγοντες Μη τεχνικοί παράγοντες Data accuracy and quality Security Human resources Acceptance of people Privacy Costs Standardization Knowledge development
Ευκαιρίες και κέρδη από τη Industry 4.0 Περνάμε από το μοντέλο του κεντρικού ελέγχου σε αποκεντρωμένο έλεγχο Περνάμε από τη μαζική παραγωγή προϊόντων στην παραγωγή εξατομικευμένων προϊόντων ειδικά φτιαγμένα για τον πελάτη Έχουμε πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο, συνδέοντας όλα τα συστήματα, τα μηχανήματα και τα προϊόντα Συνεχής ανταλλαγή πληροφοριών Μπορούμε να υλοποιήσουμε νέα επιχειρηματικά μοντέλα. Εισαγωγή νέων επιχειρηματικών διαδικασιών (πώληση υπηρεσιών αντί πώλησης μηχανών / προϊόντων) Διαχειριζόμαστε πολύ καλύτερα τους πόρους/πάγια της επιχείρησης Συντηρούμε πολύ καλύτερα τον εξοπλισμό μας Επενδύουμε στην ανάπτυξη της γνώσης, τη διαχείρισή της και την κεφαλαιοποίηση
Βασικός παράγοντας Ανταγωνιστικότητα
Καθηγητής Πάνος Φιτσιλής ΤΕΙ Θεσσαλίας @: pfitsilis@gmail.com