Industry 4.0 και οι θεμελιώδεις τεχνολογίες που το συνθέτουν σήμερα

Αφιέρωμα στην 4η Βιομηχανική Επανάσταση (Industry 4.0)

Πρόκειται για αρκετά πολύπλοκες τεχνολογίες που θα προσπαθήσουμε να τις προσεγγίσουμε συνοπτικά, αλλά και όσο πιο κατανοητά γίνεται.
Είναι νέες τεχνολογίες που εμφανίστηκαν και εφαρμόζονται μόλις τα τελευταία χρόνια, με δύσκολους και νεο-εισερχόμενους όρους, που ακούμε για πρώτη φορά στη ζωή μας.

Όλες αυτές οι τεχνολογίες, λειτουργούν η κάθε μία αυτόνομα αλλά και όλες μαζί, αλληλοεπιδρώντας μεταξύ τους και η κάθε μία από αυτές αποτελεί σήμερα μια νέα επιστήμη της τεχνολογίας. Πολλές από αυτές τις βλέπουμε να εφαρμόζονται ήδη και σε πολλά πράγματα της σημερινής καθημερινότητας.

© Infographic: eWood

 

Autonomous Robots (Αυτόνομα ρομπότ):

Είναι αρκετά πολύπλοκα συστήματα μηχανών, τα οποία μέσω των προηγμένων σημερινών αλγορίθμων και της τεράστιας υπολογιστικής δύναμης που διαθέτουν, μπορούν να επεξεργάζονται σε ελάχιστο χρόνο τεράστιες ποσότητες ψηφιακών δεδομένων. Με τον τρόπο αυτό αποκτούν και αναπτύσσουν τη λεγόμενη τεχνητή νοημοσύνη (Artificial Intelligence ή ΑΙ), που τους επιτρέπει να «μιμούνται» και να «αντικαθιστούν» την ανθρώπινη δεξιότητα σε πάρα πολλούς τομείς και εφαρμογές.

Είναι εξοπλισμένα με αισθητήρες (sensors) και ελεγκτές (controllers) ώστε να μπορούν «ως μηχανές» να λειτουργούν αυτόνομα και χωρίς την παρέμβαση του ανθρώπου, σε οτιδήποτε αλλά και οπουδήποτε χρειαστεί!

Μπορούν να εκτελούν με μεγάλη ταχύτητα και αξιοπιστία πληθώρα επαναλαμβανόμενων εργασιών σε αρκετές διαδικασίες της παραγωγής ή και εκτός αυτής, ακόμη και σε επικίνδυνα περιβάλλοντα.

Μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους, να «αυτοδιδάσκονται», να αποκτούν «εμπειρία» ακόμη και να «αυτοσυντηρούνται». Τα περισσότερα ρομπότ σαν εικόνα, δεν έχουν ανθρωποειδή μορφή όπως συνήθως έχει επικρατήσει.

Τα αυτόνομα ρομπότ ως αποτέλεσμα της μηχανικής και πληροφορικής επιστήμης, με τον βαθμό που αυτές εξελίσσονται, πρόκειται να φέρουν τεράστιες αλλαγές και μεγάλες ανατροπές σε όλη την ανθρωπότητα στα επόμενα χρόνια, με αρκετούς κοινωνικούς προβληματισμούς και συγκρούσεις.

Systems Integration (Ενσωμάτωση των συστημάτων):

Το Systems Integration περιλαμβάνει την διαδικτυακή ενσωμάτωση και διασύνδεση μηχανών και λογισμικού. Πρόκειται για μια πολύπλοκη διαδικασία όπου τα διάφορα υποσυστήματα (επιμέρους τμήματα μιας παραγωγικής διαδικασίας) ενώνονται σε ένα ενιαίο και κυρίαρχο σύστημα διαχείρισης και αλληλοεπιδρούν μεταξύ τους σε απόλυτο πραγματικό χρόνο.

Για την πλήρη εφαρμογή του χρησιμοποιούνται διάφορα προηγμένα λογισμικά, όπως είναι το ERP (Enterprise Resource Planning software – Επιχειρησιακός Σχεδιασμός Πόρων) και το MES (Manufacturing Execution System -Σύστημα Εκτέλεσης Κατασκευής).
Το ERP είναι μια σύγχρονη και λειτουργική λύση μηχανογράφησης που απλοποιεί όλες τις πολύπλοκες διαδικασίες παραγωγής με την ελάχιστη επένδυση σε κόστος και πόρους.
Το MES είναι ένα σύστημα πληροφοριών που συλλέγει στοιχεία σε πραγματικό χρόνο και παρακολουθεί την όλη διαδικασία κατασκευής ενός προϊόντος με σκοπό να διασφαλίσει ότι όλες οι εργασίες εκτελούνται σωστά και αποτελεσματικά για τη βελτίωση της παραγωγής. Με μια γενική θεώρηση θα λέγαμε πως το ERP ξέρει γιατί πρέπει να ληφθούν κάποιες αποφάσεις, ενώ το MES ξέρει πως να κάνει αυτές τις αποφάσεις πράξη.

Αdditive Μanufacturing (Προσθετική Κατασκευή ή 3D Printing):

Είναι περισσότερο γνωστή με τον όρο 3D Printing (τρισδιάστατη εκτύπωση) και ήρθε για να αλλάξει την διαδικασία και τον τρόπο κατασκευής πάρα πολλών προϊόντων και όχι μόνο! Ήδη άρχισε να εφαρμόζεται με επιτυχία ακόμη στην ιατρική όπως π.χ. στην κατασκευή φαρμάκων και τεχνητών ανθρωπίνων μελών.

Η τρισδιάστατη εκτύπωση (3D printing) είναι μια μέθοδος προσθετικής κατασκευής στην οποία κατασκευάζονται αντικείμενα, μέσω της διαδοχικής πρόσθεσης επάλληλων στρώσεων υλικού.

Μέσω ειδικών λογισμικών όπως π.χ. είναι το CAD/CAM (Computer-Aided Design Manufacturing), δημιουργείται αρχικά ένα ψηφιακό τρισδιάστατο πρότυπο που είναι κατακερματισμένο (διαιρεμένο) σε εξαιρετικά λεπτά επίπεδα. Αυτά τα επίπεδα μέσω του ακροφυσίου της κεφαλής εκτύπωσης, τοποθετούνται (εκτυπώνονται) με μεγάλη ακρίβεια σειριακά το ένα πάνω στο άλλο, δημιουργώντας έτσι την τρισδιάστατη μορφή του αντικειμένου. Παράλληλα μία δέσμη θερμαντικής πηγής, όπως π.χ. μία δέσμη λέιζερ, “λιώνει” (ρευστοποιεί) επιλεκτικά το υλικό επίστρωσης, το οποίο καθώς μετά ψύχεται, σχηματίζει το τρισδιάστατο αντικείμενο.

Τα υλικά που συνήθως χρησιμοποιούνται για τις επάλληλες στρώσεις του 3D Printing, είναι διαφόρων τύπων με συνηθέστερα σήμερα, την μεταλλική σκόνη, κεραμικά υλικά καθώς και θερμοπλαστικά ή ελαστομερή υλικά. Θα πρέπει να σημειωθεί πως η λίστα των υλικών επίστρωσης αυξάνεται συνεχώς με αποτέλεσμα η τρισδιάστατη εκτύπωση, να αρχίζει να χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο στην κατασκευή πολλών προϊόντων και εξαρτημάτων.

Πολλοί ειδικοί θεωρούν πως σε λίγα χρόνια η τρισδιάστατη εκτύπωση θα μπορεί να κατασκευάζει τα πάντα και θα εφαρμόζεται σε κάθε βιομηχανικό χώρο ανεξαρτήτως κλάδου και ήδη σήμερα εφαρμόζεται ακόμη και για ιδιωτική χρήση!

Simulation (Προσομοίωση):

Είναι η εξομοίωση της λειτουργίας όλων των μέσων και παραγόντων που συμμετέχουν στην παραγωγική διαδικασία ενός προϊόντος, από μηχανές μέχρι και ανθρώπους.

Χρησιμοποιείται για να ελέγξει τη λειτουργία και τη συμπεριφορά όλων των διαδικασιών και των συστημάτων παράγωγης, ώστε να βελτιστοποιήσει την απόδοσή τους και να προβλέψει τη μελλοντική απόδοση και συμπεριφορά τους σε ένα περιβάλλον που μπορεί οποιαδήποτε στιγμή να μεταβληθεί από διαφόρους παράγοντες ή και να χρειάζεται να μεταβληθεί.

Η προσομοίωση προσδίδει διορατικότητα στη λειτουργία της παραγωγικής διαδικασίας αφού μπορεί να δείξει όλες τις εναλλακτικές λύσεις, τον τρόπο δράσης και τα αποτελέσματα που θα προκύψουν σε κάθε μεταβολή των συνθηκών παραγωγής.

Internet of Things (IoT) (Το Διαδίκτυο των Πραγμάτων):

Είναι όλες οι ηλεκτρικές και ηλεκτρονικές συσκευές (πράγματα), που έχουν ενσωματωμένο κάποιον αισθητήρα και ένα μικρό υπολογιστή, ώστε να μπορούν μέσω του internet που είναι συνδεδεμένες, να μεταδώσουν στους χρήστες διάφορες πληροφορίες ή ακόμη να αναλάβουν και δράση αν χρειαστεί.

Λέγονται συσκευές IoT (Internet of Things ή Το Διαδίκτυο των Πραγμάτων) και ελέγχονται μέσω υπολογιστών ή κινητών τηλεφώνων, ακόμη και με φωνητικές εντολές. Οι συσκευές αυτές μπορούν αν χρειαστεί, να επικοινωνούν και να αλληλοεπιδρούν μεταξύ τους. Στις συσκευές αυτές δεν συμπεριλαμβάνονται οι υπολογιστές, τα κινητά και τα tablet.

Σήμερα υπάρχουν σχεδόν σε κάθε χώρο, οικιακό ή επαγγελματικό (IIoT Industrial internet of things) και ο ρόλος τους είναι να «κατανοούν» τους χρήστες και να τους προσφέρουν «έξυπνες» υπηρεσίες και ευκολίες σε πάρα πολλές εφαρμογές.

Παραδείγματα συσκευών (πραγμάτων) ΙοΤ, είναι τα γνωστά smartwatch, τα προηγμένα συστήματα ασφαλείας, τα συστήματα οικιακού αυτοματισμού (ρύθμιση θέρμανσης, ποτίσματος, φωτισμού κλπ. ακόμη και από απόσταση) και πολλές άλλες. Σήμερα βλέπουμε να αρχίζουν να εφαρμόζονται και σε πολλούς μηχανισμούς επιπλοποιίας, όπου μέσω φωνητικών εντολών μπορούν π.χ. να ανοιγοκλείνουν διάφορα ντουλάπια, σε μηχανισμούς για άτομα με ειδικές ανάγκες κλπ.

Οι συσκευές IoT σήμερα υπολογίζονται σε 75 δισεκατομμύρια και τα επόμενα χρόνια ο αριθμός τους προβλέπεται να δεκαπλασιαστεί. Είναι μια ταχέως αναπτυσσόμενη τεχνολογία που σύντομα, θα αλλάξει τον τρόπο και την ευκολία που διαχειριζόμαστε πολλά πράγματα της καθημερινότητας.

Cloud Computing (Υπολογιστικό Νέφος):

Με πολύ απλά λόγια είναι οι διάφορες υπηρεσίες και εφαρμογές που παρέχονται μέσω του διαδικτύου (internet) στους χρήστες και μπορεί να περιλαμβάνουν αρχεία, δεδομένα, προγράμματα λογισμικού, αποθηκευτικό χώρο και πολλά άλλα.

Όλα αυτά είναι αποθηκευμένα σε διάφορους διακομιστές (servers) και όχι στον σκληρό δίσκο ενός υπολογιστή και η πρόσβαση σε αυτά γίνεται από οποιαδήποτε συσκευή που έχει δυνατότητα σύνδεσης στο internet.

Κάποια χαρακτηριστικά παραδείγματα εφαρμογών και υπηρεσιών cloud computing, είναι το wikipedia, το Gmail και το Google Apps, το Apple iCloud, το Dropbox, το YouTube, το Netflix κλπ.

Τα πλεονεκτήματα του cloud computing είναι αρκετά για τις επιχειρήσεις, αλλά και για ιδιώτες και συνοψίζονται: Στην ευελιξία, αφού ο χρήστης μπορεί να προσαρμόζει τις υπηρεσίες του ανάλογα με τις ανάγκες του. Στην αποδοτικότητα, μιας και ο χρήστης αποκτά πρόσβαση σε δεδομένα και εφαρμογές χωρίς ιδιαίτερες γνώσεις, υποδομές και κόστος συντήρησης. Στο στρατηγικό πλεονέκτημα αν ο χρήστης/επιχείρηση, ξέρει να εκμεταλλευτεί σωστά και αποδοτικά τις τεράστιες υπηρεσίες που του παρέχει.

Σήμερα το cloud computing. θεωρείται ως μια πολύ σημαντική τεχνολογία για ιδιώτες, εταιρείες αλλά και για κρατικές ή δημόσιες υπηρεσίες.

Big Data (Τα Μεγάλα Δεδομένα):

Είναι ψηφιακά δεδομένα που παράγονται καθημερινά από εκατομμύρια ανθρώπους και συσκευές και ο σημερινός τους όγκος είναι ήδη δύσκολο να εκτιμηθεί με νούμερα που κατανοούμε, αφού υπολογίζεται σε κάποια τρισεκατομμύρια.

Προκύπτουν από πολλές και διαφορετικές πηγές του παγκοσμίου διαδικτύου (Web), όπως είναι τα μηνύματα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου (e-mails), τα μέσα κοινωνικής δικτύωσης (social media), από τη χρήση των κινητών τηλεφώνων και των εφαρμογών τους, από τις online πωλήσεις και συναλλαγές και γενικότερα από οποιοδήποτε συσκευή ή πηγή χρησιμοποιεί το διαδίκτυο.

Τα δεδομένα αυτά συλλέγονται και αποθηκεύονται στους διαφόρους Servers (εξυπηρετητές ή διακομιστές) και στη συνέχεια επεξεργάζονται και αναλύονται προκειμένου να εξαχθούν διάφορα συμπεράσματα που θα χρησιμοποιηθούν σε πάρα πολλούς τομείς της σημερινής πραγματικότητας, για κάποιους πολλές φορές ακόμη και για χειραγώγηση.

Καθημερινά παράγεται από όλη την ανθρωπότητα ένας ασύλληπτος αριθμός νέων ψηφιακών δεδομένων (data) και υπολογίζεται πως το 90% όλων των δεδομένων που υπάρχουν σήμερα, έχουν παραχθεί μόλις τα δύο τελευταία χρόνια.!

Ο σκοπός της επεξεργασίας τους θεωρείται πολύ σημαντικός για τη μελλοντική παραγωγή προϊόντων και υπηρεσιών, αφού για παράδειγμα οι εταιρείες, μέσω ειδικών λογισμικών, θα μπορούν να κατανοήσουν και να προβλέψουν πολλές από τις συνήθειες και προτιμήσεις των καταναλωτών. Αυτό θα τις βοηθά να βελτιώνουν τις παραγωγικές λειτουργίες τους, λαμβάνοντας ταχύτερες και πιο έξυπνες αποφάσεις για την προώθηση των προϊόντων τους.

Augmented Reality ή AR (Επαυξημένη ή Ενισχυμένη πραγματικότητα):

Είναι η νέα τεχνολογία η οποία μπορεί να δώσει ψηφιακή διάσταση σε οποιοδήποτε περιβάλλον η αντικείμενο που υπάρχει στον φυσικό κόσμο.

Αυτό το επιτυγχάνει προβάλλοντας άμεσα ή έμμεσα, την φυσική εικόνα του αντικειμένου η περιβάλλοντος, στην οθόνη ενός υπολογιστή, ενός tablet ή κινητού, ή και σε ειδικά γυαλιά προβολής, ενισχύοντας το με την προβολή περισσοτέρων ψηφιακών πληροφοριών και δεδομένων που υπάρχουν και θα πρέπει να γνωρίζουμε γύρω από αυτό.

Οι ενισχυμένες αυτές πληροφορίες μπορούν να περιέχουν ήχους, βίντεο γραφικά ή και δεδομένα τοποθεσίας καθώς και πολλά άλλα ακόμη χρήσιμα στοιχεία.

Για παραδείγματα ας φανταστούμε πως βλέπουμε ένα εντυπωσιακό κτίριο. Στοχεύοντας το κτίριο με το κινητό μας, αμέσως εμφανίζονται στην οθόνη του κινητού, δεκάδες πληροφορίες για το κτίριο αυτό. Πότε κατασκευάστηκε, τους συντελεστές κατασκευής όπως αρχιτέκτονες, μηχανικοί, πολλά τμήματα από το εσωτερικό του κλπ. Οι πληροφορίες αυτές δεν υπάρχουν πάνω ή δίπλα στο φυσικό κτίριο, αλλά εμφανίζονται μόνο στην οθόνη του κινητού μας, ενισχύοντας με αυτό τον τρόπο την πραγματικότητα, με πληροφορίες που διαφορετικά δεν θα μπορούσαμε να δούμε τόσο εύκολα.

Είναι μια ταχέως αναπτυσσόμενη τεχνολογία με τεράστιες δυνατότητες εφαρμογής σε πάρα πολλούς τομείς.

Cyber Security (Ασφάλεια του Κυβερνοχώρου):

Η Cyber-Security είναι οι τεχνικές και η πρακτική της ασφαλούς υπεράσπισης υπολογιστών, διακομιστών, κινητών συσκευών, ηλεκτρονικών συστημάτων, δικτύων και δεδομένων, από κακόβουλες επιθέσεις που έχουν πάντα σαν σκοπό την εκμετάλλευση. Είναι γνωστή και ως η ηλεκτρονική ασφάλεια των πληροφοριών.

Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα τέτοιων κακόβουλων επιθέσεων είναι οι ιοί, τα worms (σκουλίκια) τα trojan horses (δούρειοι ίπποι) και πολλά άλλα που όλοι γνωρίζουμε τις καταστροφικές συνέπειες που έχουν όταν εγκαθίστανται σε μια συσκευή υπολογιστή ή σε μια ιστοσελίδα.

Η Cyber security είναι ένας ταχύτατα αναπτυσσόμενος και υπεραναγκαίος τεχνολογικός τομέας με τεράστια σημασία για τη σωστή, ασφαλή και αξιόπιστη λειτουργία όλων των σημερινών ηλεκτρονικών και ψηφιακών συστημάτων και συσκευών και όλες οι κυβερνήσεις και οι μεγάλες εταιρείες, δαπανούν και επενδύουν ετησίως δισεκατομμύρια δολάρια στον τομέα αυτό.


Αφιέρωμα στην 4η Βιομηχανική Επανάσταση (Industry 4.0)
Προηγούμενο: Μέρος 2ο: Μια ιστορική αναδρομή στις 4 βιομηχανικές επαναστάσεις.
Επόμενο: Μέρος 4ο: Τι αλλαγές θα φέρει στην ανθρωπότητα.