Průmyslová revoluce 4.0: Kyber-fyzikální systémy kontrolované a řízené algoritmy tvořenými počítači

Aktualizováno: 15. 9. 2021

V roce 2011 byla představena základní vize takzvané čtvrté průmyslové revoluce - celý dokument byl poté představen na veletrhu v Hannoveru v 8. dubna 2013. Ministerstvo průmyslu a obchodu ČR pak vydalo v září 2015 úvodní 41 stránkový dokument „Národní iniciativa Průmysl 4.0a poté v srpnu 2016 schválila vláda ČR finální 228 stránkový dokument Iniciativa Průmysl 4.0“, jehož dlouhodobým cílem je udržet a posílit konkurenceschopnost ČR v době nástupu tzv. čtvrté průmyslové revoluce.


Jedním ze základních pojmů tohoto období je "Kyber-fyzický systém" (inteligentní systém) což je počítačový systém, ve kterém je mechanismus řízen nebo monitorován pomocí počítačových algoritmů. Zahrnuje transdisciplinární přístupy, sloučení teorie kybernetiky, mechatroniky (mezioborové řízení vyspělých hybridních systémů se součinností mechaniky, elektroniky a softwarového inženýrství), designu a vědy o procesech. Je podobný „internetu věcí“ (IoT) a sdílí stejnou základní architekturu, nicméně představuje vyšší kombinaci a koordinaci mezi fyzickými a výpočetními prvky. Jsou tvořeny na různých úrovních tzv. "Architekturou 5C":

- 1. Úroveň SMART připojení (plug & play, bezdrátová komunikace, senzorové sítě);

- 2. Úroveň měnící data na informace (SMART analýza kondice strojů a vícerozměrové korelace dat, předvídání degradace entit a jejich výkonu);

- 3. Úroveň kybernetická (dvojče-model pro součásti i celé stroje, podobnostní shlukování pro těžbu dat);

- 4. Úroveň poznání (integrovaná simulace a syntéza, vzdálená vizualizace pro lidskou obsluhu, spolupráce při diagnostice a rozhodování);

- 5. Úroveň konfigurační (sebe-konfigurace k zajištění odolnosti, sebe-přizpůsobení se změnám a sebe-optimalizace vzhledem k rušení);


Mezi vynálezy v tomto období patří:


- Chytrý telefon - přenosné zařízení, které kombinuje mobilní telefon a výpočetní funkce (celosvětově nejprodávanějším operačním systémem byl v nich od roku 2011 Android) umožňující vedle základních funkcí telefonu, jako jsou hlasové hovory a textové zprávy i používání programů, aplikací, internetu i multimediální funkce (hudbu, video, fotoaparát a hry).


- Sociální média – např. LinkedIn (2003), Facebook (2004), YouTube (2005), Twitter (2006), Instagram (2010) - umožňují vytváření nebo sdílení/výměnu informací, myšlenek, profesních zájmů a dalších forem vyjadřování prostřednictvím internetu.


- Kryptoměna – např. Bitcoin (2009), Ethereum (2015) - jsou binární data navržená tak, aby fungovala jako prostředek směny, přičemž jednotlivé záznamy o vlastnictví a převodech mincí jsou uloženy v účetní knize (existující ve formě počítačové databáze zabezpečené pomocí silné kryptografie).


- 3D tisk - aditivní, inkrementální přírůstková výrobní technologie jako proces tvorby třídimenzionálních pevných objektů z digitálního souboru (CAD model, 3D model).


- Internet věcí - je označení pro síť fyzických zařízení, vozidel, domácích spotřebičů a dalších zařízení, která jsou vybavena elektronikou, softwarem, senzory, pohyblivými částmi a síťovou konektivitou, která umožňuje těmto zařízením se propojit a vyměňovat si data. Každé z těchto zařízení je jasně identifikovatelné díky implementovanému výpočetnímu systému, ale přesto je schopno pracovat samostatně v existující infrastruktuře internetu. Je odhadováno, že v roce 2020 zahrnuje cca 30 miliard zařízení.


S přibývajícím množstvím dat a informací je však nutné je vhodně strukturalizovat do datové infrastruktury a vyhnout se problému masově sesbíraných dat tvořících obrovskou haldu „digitální hlušiny“, ve které se nikdo pořádně nevyzná. Je třeba data vytěžovat (tzv. data mining). V trendu Průmyslu 4.0 přichází „SMART data governance“ (SMART správa a řízení dat) a „data-driven culture” (datově řízená kultura) firem a organizací s očekávaným přínosem BIG DATA, umožňujících najít nové cesty, které dříve nebyly standardně dostupné.

Průmysl 4.0 je řazen do širšího kontextu SMART LIFE, budoucího životního stylu, který zahrnuje vzájemně propojené oblasti se stejným přívlastkem SMART(ER) - pomůckou používanou od roku 1981 v projektovém řízení ve fázích stanovení cílů či při řízení výkonnosti.


Dále mezi základní pojmy a postupy v tomto období 21. století patří:


PLM - Řízení životního cyklu (Product Lifecycle Management) je proces řízení celého životního cyklu od prvního nápadu přes návrh, tvorbu, realizaci, provozování, opravování a likvidaci. Sdružuje lidi, data, procesy, systémy a vytváří páteř hlavních informací a i jako centrální úložiště pro různé druhotné informace. Umožňuje provádět analýzy již ve fázi koncepce a v následných fázích životního cyklu je precizovat a na základě nich i pak volit strategie pro jejich co nejefektivnější provoz a užívání.


LCC – náklady na životní cyklus (life-cycle cost) označuje analýzy nákladů „od kolébky do hrobu“ pro návrhy zaměřené na konstrukční řešení a optimalizaci realizačních nákladů, z důvodu zkušenosti, že uživatel či provozovatel musí počítat s náklady na provoz a údržbu po dobu živostnosti ve výši cca 80 % z celkových nákladů, jinak vznikají problémy s udržováním požadovaného standardu.


LCA - Posuzování životního cyklu (life cycle assessment) je metodou posuzování životního cyklu produktu nebo služby z hlediska působení na životní prostředí. Bere v úvahu procesy od těžby nerostných surovin přes dopravu, výrobu, užití až ke konečnému zpracování jako odpadu a zohledňuje energetické a surovinové náklady a dopad na životní prostředí, ovzduší, vody i půdy a spotřeba energie a materiálů.


RAM(S) - zkratka pro spolehlivost (Reliability), dostupnost (Availability), udržovatelnost (Maintainability) a bezpečnost (Safety), což jsou základní vlastnosti systému z hlediska jeho kvality a používá se například u systémů drážních.

- Spolehlivost (bezporuchovost) je schopnost systému spolehlivě vykonávat požadovanou činnost.

- Dostupnost (pohotovost) je schopnost systému vykonávat požadovanou činnost v požadovaném čase.

- Udržovatelnost je míra snadnosti údržby a oprav systému.

- Bezpečnost je schopnost systému nevytvářet nepřípustná rizika pro bezpečnost lidí a životního prostředí.


BIM - Informační model budovy (Building Information Modeling/Management) je digitální model reprezentující fyzický a funkční objekt (stavbu) s jeho charakteristikami. Model slouží jako databáze informací o objektu pro jeho navrhování, výstavbu a provoz po dobu jeho životního cyklu, tj. od prvotního konceptu po odstranění stavby. Propojené informace vytvářejí z jednotlivých prvků virtuální model stavby prostorový, časový i nákladový a propojení informací v modelu přináší dosud nedosaženou informační komplexnost, čímž usnadňuje rozhodování během procesů přípravy, realizace, provozu a údržby výstavbového projektu.


BI - Business intelligence jsou dovednosti, znalosti, technologie, aplikace, kvalita, rizika, bezpečnostní otázky a postupy používané v podnikání pro získání lepšího pochopení chování na trhu a obchodních souvislostech a cílovou podporou lepšího obchodního rozhodování. Pro tento účel provádí sběr, integraci, analýzu, interpretaci a prezentaci obchodních informací. BI systémy lze charakterizovat jako "systémy pro podporu rozhodování" (DSS - Decision Support Systems), které pomáhají svým uživatelům při realizaci řídících a rozhodovacích činností v podnikání. Uživatel v nich může srovnávat dílčí výsledky řešení se svými představami a podle toho ovlivňovat další průběh řešení. Poskytují uživateli nabídky řešení s dotazy usměrňující jeho postup a jejich výsledkem není rozhodnutí, ale poskytování rozhodovateli soubor variant, urychlení a zpřesnění propočtů s důsledky rozhodnutí a kvantifikací rizik.


P2P – Rovný s rovným (Peer-to-peer) je označení, ve které spolu komunikují přímo jednotliví uživatelé. Opakem je, když jednotliví uživatelé komunikují vždy s centrálním „serverem“, prostřednictvím kterého i komunikují s jinými uživateli. Čistá P2P architektura vůbec pojem „server“ nezná a všechny „uzly sítě“ jsou si rovnocenné. Základní výhodou P2P je, že s rostoucím množstvím uživatelů celková dostupná přenosová kapacita roste, kdežto bez P2P dochází k dělení se o konstantní kapacitu „serveru“, čímž klesá průměrná přenosová rychlost.

13 zobrazení0 komentářů