Af Aksel Brinck, Alt om Data
Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.
Industri 4.0 – det begreb kan man ikke undgå at støde på. Det lyder lidt teknisk og fjernt; som noget, der ikke vedkommer os almindelige mennesker og forbrugere. Men bag den stille betegnelse gemmer sig en omvæltning af den måde, vi kommer til at producere på, der er så omfattende, at det i løbet af nogle årtier fuldstændig vil forandre den måde, al fremstilling af varer fungerer på.
Den fjerde industrielle revolution kommer ikke til at gå stille af. Ligesom de tre tidligere revolutioner vil den få milliarder af mennesker i verden til at flytte et andet sted hen og tage nye og anderledes uddannelser. Den vil give bedre og billigere produkter, skabe arbejdsløshed, nød og elendighed – og nye job og ufattelig rigdom.
Med dette nummer kan Datatid TechLife fejre magasinets 34. fødselsdag. Og faktisk var kimen til disse forandringer lagt, allerede da Datatid TechLife udkom første gang. I løbet af 1980’erne kommer computeren ind i virksomhederne, og nu starter en ny måde at arbejde på, hvor opgaver og indhold bearbejdes og lagres digitalt.
I starten er digitaliseringen ret ”fodformet” og gælder kun snævert afgrænsede områder. Men gennem tre årtier har den bredt sig ud over alle funktioner i samfundet. Med hjælp fra især hurtigere processorer, internet, trådløs teknologi og mobile enheder (som smartphones) har den flyttet sig fra kontorer og datalagre ud til almindelige menneskers hverdag. Og nu indtager den for alvor fabriksgulvet.
Fra kul og damp til digitalisering
I løbet af 1800-tallet kommer dampmaskinerne og fra cirka 1900 også dieselmotorer ind i produktionen. Det var den første og anden industrielle revolution.Hvorfor hedder det egentlig Industri 4.0? Begrebet er opfundet af det tyske undervisningsministerium (”Industrie 4.0”), der brugte det første gang på industrimessen i Hannover i 2011. Begrebet bygger på den opfattelse, at industrien indtil i dag har haft fire udviklingstrin.
• Industri 1.0 – cirka 1800: Mekanisk produktion med dampmaskiner.
• Industri 2.0 – cirka 1900: Forbrændings- og el-motorer samt samlebånd skaber masseproduktion.
• Industri 3.0 – cirka 1975: Elektronik, it og industrirobotter automatiserer produktionen.
• Industri 4.0 – cirka 2015: Avanceret digitalisering, hvor hele produktionslinjer bliver autonome.
Det hele taler sammen
Der findes ikke nogen entydig definiton af, hvad Industri 4.0 er. Teknologisk Institut har på deres hjemmeside denne lidt kryptiske, men alligevel meningsfulde definition: ”Det er integrationen mellem den digitale verden og den fysiske produktion. Det er ideen om, at intelligente, samtænkende produktions- og service-netværk kan selvstyre elementer på kryds og tværs af industrielle værdikæder”.
Sagt på en anden måde: Industriproduktionen bliver fuldstændig digital. Hver enhed i produktionen kan ved hjælp af digital kommunikation give information til mennesker og andre maskiner om dens status – hvor meget den producerer, om der er fejl, om den er for varm eller kold osv. Med denne information kan andre maskiner i produktionsprocessen for eksempel indrette deres hastighed, deres indtag af materialer, skifte til en anden emballage, og hvad der ellers er relevant.
Men ikke nok med det. De kan også fungere holde øje med sig selv og hinanden – og i yderste instans korrigere og reparere sig selv, hvis der opstår fejl i produktionen, eller en maskine er ved at gå i stykker.
Sensorer indsamler data, der bearbejdes af en tilknyttet computer.
Computeren giver besked om fejlretning ud fra tidligere erfaringer (det kalder man maskinlæring eller kunstig intelligens) eller ud fra algoritmer og data, som mennesker har fodret computeren med. Det hele sker på en brøkdel af et sekund.
Den komplette produktionslinje
På den måde får man en produktionslinje, som kan passe sig selv – i princippet uden at nogen som helst mennesker bliver direkte indblandet.
Går man et skridt videre, kan produktionslinjen begynde at kigge uden for fabrikken. Den kan blive koblet op på automatiserede indkøbs- og salgssystemer. Når der indløber ordrer, kan Industri 4.0-fabrikken selv indkøbe de nødvendige materialer, emballage osv., og den kan indrette mængden af producerede varer efter ordrerne.
”Der tror jeg allerede, vi er. Alt er på ordre i dag. Alle fremstillingsvirksomheder forsøger at undgå lageropbygning. Når en ordre er sat ind i et it-system, så går produktionsapparatet bare i gang og køber de nødvendige varer og materialer, hvor de er billige. Det er ligesom, når vi skal på ferie og køber den billigste flyrejse. Maskinerne vælger de billigste underleverandører,” siger Kurt Nielsen, centerchef for robotteknologi på Teknologisk Institut, til Datatid TechLife.
I yderste konsekvens vil en produktionslinje endda kunne følge efterspørgslen i markedet og selv igangsætte indkøb og produktion efter sådanne nøgletal – hvis ellers fabriksledelsen har tillid til, at den gør det på en profitabel og sikker måde.
Et forsøg på en fælles standard
Der er brug for standarder, så maskiner, sensorer og andre enheder taler samme sprog.Fælles standarder er altid godt. Inden for Industri 4.0 har der hersket anarki og uorden, men der synes at være ved at komme en vis samling omkring OPC UA, som er en åben standard for kommunikation mellem enheder i produktionsprocessen. Forkortelsen står for Open Platform Communications Unified Architecture.
Standarden vedligeholdes og administreres af OPC Foundation og har tilslutning fra førende udviklere af industrielle maskiner, udstyr og computere. Den er dog ikke problemløs. Blandt andet fandt sikkerhedsfirmaet Kaspersky i maj adskillige sårbarheder i selve kernen af standarden. Og sikkerhedsfirmaet mener, at de vil kunne udnyttes til at skabe fysiske skader og nedbrud i industrimiljøer.
Det er særlig kritisk, fordi Industri 4.0-arkitekturen i sin natur fungerer via netkommunikation, også trådløst net, og her myldrer det med hackere, der har kriminelle hensigter. I det hele taget er sikkerhed en af udfordringerne ved Industri 4.0. Produktionslinjerne skal kunne modstå de forsøg på hacking, som utvivlsomt vil komme.
Den nye type produktion er eksempelvis en lækkerbisken for de skumle virksomheder, der lever af at tilbyde industrispionage.
Derfor kommer det nu
At skabe en integreret produktion af denne type er så indlysende, at man kan undre sig over, at det ikke allerede er sket for længe siden. Der er dog to grunde til, at Industri 4.0 først kan lade sig gøre lige nu.
Den første er teknisk. Udviklingen af sensorer, produkter med indbyggede chips og små, decentrale computerenheder, der kan kommunikere med en central enhed eller hinanden – det man kalder Internet of Things eller tingenes internet – har først nu nået en modenhed, der gør det muligt at integrere dem i en industriel fremstillingsproces.
Samtidig har processorer, andre kredsløb og trådløs overførsel nået en hastighed og stabilitet, der gør en komplet digitalisering mulig. I dag kan en robotarm ikke blot gentage de samme bevægelser tusindvis af gange, men den kan også i samarbejde med for eksempel et kamera udføre flere processer i et miljø, hvor omgivelserne måske ændrer sig. I et gartneri kan en robotarm plukke alle de røde stiklinger, men lade de grønne blive stående.
Den anden grund er ifølge Kurt Nielsen en megatrend i markedet. Produkterne skal i højere grad end før indrette sig efter påvirkninger fra markedet og efterspørgslen, og forbrugerne vil have noget unikt. Produkter har kortere levetid, og ingen firmaer ønsker at ligge inde med store lagerbeholdninger, som måske ikke kan sælges om et år eller to. Derfor skal produktionen være mere fleksibel og kundetilpasset. Det udfordrer det eksisterende produktionsapparat, der er dygtigt til at lave mange ens ting meget hurtigt, men har svært ved at få økonomi i små mængder og skiftende produktioner.
Men det er Industri 4.0-fabrikken god til. Man kan skabe flere varianter af de samme produkter og producere dem i mindre volumen. For eksempel kan råvarer udstyret med chips give maskinerne instruktioner, så der kan produceres kundedefinerede, skræddersyede produkter på et samlebånd.
”I princippet vil man kunne producere 1 stk. af en vare til næsten samme stykpris, som hvis man producerede en million af dem,” siger Kurt Nielsen. Foruden kommunikation handler Industri 4.0 om data – store mængder data. Den tekniske udvikling har gjort det muligt at indsamle flere og flere data.
Disse data kan fortolkes og bruges til løbende kvalitetskontrol og til at gøre produktionen selvstyrende. Kameraet på robotarmen i gartneriet sender data om farver og position til en computer, der så beslutter, hvilken bevægelse robotarmen skal udføre, og denne bevægelse registreres igen af kameraet, hvorved computeren får data om armens bevægelse og de planter, som den arbejder med.
Det går ikke uden tingenes internet
Når enheder bliver koblet på internettet kan de kommunikere med hinanden og med den centrale, virtuelle kopi af en produktionslinje, der er hjernen i hele systemet.En forudsætning for Industri 4.0 er det såkaldte tingenes internet – dvs. det at fysiske enheder kan kommunikere trådløst med hinanden og med en central computer. Overalt i produktionen sidder der sensorer og anden elektronik, og de skaber fundamentet i den dataudveksling, som holder produktionen selvkørende.
Faktisk mener nogle forskere, at det var tingenes internet, der satte hele den nye industribølge i gang. På engelsk kaldes fænomenet Internet of Things, og du møder derfor ofte forkortelsen IoT – eller sågar IIoT, der står for Industrial Internet of Things, dvs. internetting i en industriel proces.
Hvor sidder hjernen?
Det stiller store krav til kvaliteten af de data, som indsamles. Kameraet skal kunne se de røde stiklinger præcist nok til at vide, hvor de er, og hvor de bevæger sig hen på transportbåndet under robotarmen. Først når disse data er præcise nok, kan den tilknyttede computer udnytte data til at styre robotarmen. Det er ikke nogen simpel opgave at skabe valide data, men det er blevet nemmere i takt med, at sensorer – også visuelle sensorer – bliver mere og mere ”fintmaskede”.
På mange måder minder Industri 4.0 i sin struktur om selve internettet. Det kan nemlig have en decentral struktur, hvor der måske nok er en hovedcomputer, der samler – og kan præsentere – de data, som et produktions-anlæg genererer. I hovedcomputeren kan man have en såkaldt virtuel kopi af hele anlægget, dvs. en løbende, digital afbildning af alle data i anlægget.
Men den virtuelle kopi og alt det, som en fysisk computer kunne udføre, kan også ligge i skyen, dvs. på forskellige servere, som befinder sig alle mulige steder i verden.
Samtidig kan der tæt på forskellige sensorer og i maskiner – for eksempel robotarme – være små ”lokale” computere, der nogle gange kaldes edge-computere. Her kan data processeres og simple beslutninger til at styre enhederne kan tages, uden at man først skal sende data langt væk til en virtuel kopi og en fjern computer.
De store firmaer fører an
Data kan jo kun bevæge sig med lysets hastighed, og det vil kunne give alvorlige forsinkelser i en digital beslutningsproces. Dertil kommer, at et nedbrud på forbindelsen vil kunne stoppe hele fabrikken. Med decentraliserede beslutninger er det nemmere at få en fabrik til at fungere autonomt. Den skal kunne tænke selv og ikke spørge far om lov hele tiden.
Mange virksomheder arbejder i dag med at implementere Industri 4.0-teknologi og skabe selvkørende produktionslinjer. Men det er ikke så ligetil, som det måske lyder. Sikkerhed er en stor udfordring, og det er tekniske problemer også. For en produktionsproces, der hænger tæt sammen, er sårbar, hvis hackere angriber den, eller hvis et led i kæden svigter. Det kan stoppe en hel produktion. I det hele taget er kravet til stabilitet stort.
Ifølge Kurt Nielsen er der endnu lang vej for mange virksomheder, før de kommer i nærheden af Industri 4.0-produktion. ”Industri 4.0 er i dag ligeså meget en vision som en aktualitet. Noget vi arbejder hen imod. I tidligere revolutioner skulle man bare have en ny maskine. Nu skal man have en helt ny fabrik. Der er utallige barrierer, og mange fremstillingsvirksomheder er ikke engang nået til industri 3.0. De har en stor maskinpark i forvejen, som de ikke bare kan skifte ud,” siger han.
Ifølge Kurt Nielsen er Industri 4.0 stadig mest et projekt for de største virksomheder. I udlandet kan det være bilindustrien, og herhjemme findes pionererne blandt fremstillingsvirksomheder som Grundfos, Danfoss og Lego.
Men teknologien breder sig fra de store virksomheder ud til de små firmaer, for de store virksomheder stiller krav til underleverandører om, at det kan spores, hvornår og hvor produkter er blevet lavet, og de vil have præcise tidspunkter for levering, for det er produktionslinjerne i en Industri 4.0-proces afhængige af. Det tvinger underleverandørerne til skridt for skridt selv at træde ind i den nye tid.