Zvýšenie konkurencieschopnosti podnikov pomocou zvyšovania technologickej úrovne podnikov

Publikované: 27. júla 2020

Ing. Ján Lábaj, PhD.

Abstrakt: Článok predkladá základné informácie o najrozšírenejších a najvplyvnejších technológiách, ktoré vplývajú na konkurencieschopnosť podniku. EFFRA označuje výrazom podnik budúcnosti také podniky, ktoré do svojej produkčnej a neprodukčnej činnosti zavádzajú nové technológie. Zvyšovanie technologickej vybavenosti podniku sa priamo premieta na efektívnosti a produktivite podniku, čím sa podnik môže dostať do cieľového stavu – stane sa podnikom budúcnosti. Článok stručne prezentuje 7 kľúčových technológií a prezentuje ich možnosti využitia v podniku.Cieľom podnikov

je neustále držať krok s inováciami, ktoré sú dostupné na trhu. Jednou z kľúčových oblastí, ktoré budú mať v budúcnosti vplyv z hľadiska konkurencieschopnosti, sú inovácie v oblasti technologického vybavenia. Na to, aby sa podniky mohli stať podnikmi budúcnosti, musia byť schopné skĺbiť využitie najnovších a dostupných technológií v kombinácii s princípmi pokrokového priemyselného inžinierstva. Pri využívaní je nevyhnutné, aby podniky reflektovali aktuálne vývojové trendy. Na základe toho je zostavený zoznam technológií, ktoré môžu pre podnik znamenať zásadný vplyv z hľadiska konkurencieschopnosti. Tento zoznam technológií slúži podniku ako základňa pre posudzovanie vhodnosti nových technológií pre účely rastu výkonnosti a technologickej úrovne podniku. Na základe zostavenia zoznamu v súčasnosti dostupných a využiteľných technológií som zostavil zoznam siedmych technológií, ktoré sú podľa viacerých literárnych zdrojov označené ako najprínosnejšie, resp. ich dopad na podnik je najväčší:

  • Veľké dáta (angl. Big Data)
  • Modelovanie a simulácia (angl. Modelling and Simulation)
  • Internet vecí (angl. Internet of Things)
  • Cloud (angl. Cloud)
  • Robotika (angl. Robotics)
  • 3D tlač (angl. 3D Printing)
  • Virtuálna a rozšírená realita (angl. Virtual and Augmented Reality)
Obrázok 1 Schematické zobrazenie technológií

Big data

Big Data možno definovať ako súbor techník a nástrojov využívaných pre spracovanie a interpretáciu veľkých objemov dát, ktoré sú generované rozširujúcou sa digitalizáciou obsahu, rozsiahlejším sledovaním ľudskej činnosti a rozširujúcim sa Internetom vecí (ďalej IoT). Big Data súvisia so získavaním dát, ich analýzou, obchodným stykom, strojmi či vizuálnou analýzou. Ich využitie spočíva v odvodzovaní vzťahov, vytvorení závislostí a predpovedania výsledkov a správania. Vyznačujú sa 5 charakteristikami ako objem, ktorý  sa vzťahuje na veľkosť dát pre spracovanie a analýzu. Rýchlosť súvisí s tempom rastu dát a ich využitím. Rozmanitosť znamená rozličné typy a formáty dát. Pravdivosť sa týka presnosti výsledkov a analýzy údajov. Posledná vlastnosť predstavuje pridanú hodnotu a prínos, ktoré sú zabezpečené spracovaním a analýzou údajov. Big Data ponúkajú široké možnosti pre zvyšovanie produktivity, rýchlejší rast podnikov. Strategický význam Big Data v budúcnosti pôjde ešte viac do popredia, k čomu dôjde v dôsledku IoT, ako aj zrýchlenia a väčšieho množstva objemov dát, ktoré sú prístupné a využiteľné. Svoje uplatnenie nájdu Big Data nielen v oblasti inovácií, ale môžu sa stať aj konkurenčnou výhodou podniku. V priemyselnej výrobe disponuje množstvo firiem obrovským počtom senzorov na výrobných zariadeniach. Analýzou dát z týchto senzorov je možné predvídať havárie a predchádzať im lepším naplánovaním servisných zásahov (prediktívna maintenance). Podobne sa dá postupovať pri servise akýchkoľvek zariadení.

Modelovanie a simulácia

Simulačné modelovanie a analýza predstavujú proces vytvárania a experimentovania s aizovanými matematickými modelmi fyzického systému. Metódy simulácie a modelovania sú založené na využití abstrakcie alebo modelu, ktorý by sa mal správať podobne ako reálny systém. Modelovanie vývoja objektov v podniku (napríklad produktov, procesov a výrobných zdrojov) si musí poradiť so širokým rozsahom širokospektrálnych dát a úrovňou detailov. Tieto dáta pochádzajú z rozličných zdrojov, napríklad zo sledovania systémov, plánovania výroby či hodnotenia výkonu nástrojov. Modelovanie a simulácie vo výraznej miere prispievajú k zefektívneniu rozhodovacieho procesu. Prostredníctvom nich sa môže realizovať virtuálna výroba a virtuálny podnik. Podniky často nemôžu testovať rozličné podmienky, alternatívy a dôsledky činností, a preto je simulácia atraktívna metóda pre porozumenie uvedeným aspektom, pretože práve tá umožňuje pochopiť dopad rôznych vstupov, čo vedie k lepšiemu predvídaniu následkov a dôsledkov reálneho systému. Pri vývoji produktu simulácie zabezpečia identifikáciu bariér a obmedzení, čím sa zabezpečí ich eliminácia už na začiatku. Nedôjde tak k neefektívnej výrobe a produkcii nezhodných či nekvalitných výrobkov. Dosiahnutie cieľa udržateľnej výroby si vyžaduje metódy a nástroje modelovania, simulácie a predpovedania budúceho správania sa výrobných procesov, vrátane využívaných materiálov, zdrojov, systémov a podnikov počas ich životného cyklu. Simulácia teda predstavuje kľúčový nástroj, ktorý vo veľkom pomáha porozumieť mechanizmu a fyzike strojov a prispieva tak k zvýšeniu produktivity a šetreniu nákladov. Po verifikácii simulačného modelu realizuje analytik súbor simulačných experimentov. Práve experimenty podporované počítačom umožňujú podrobné preskúmanie variantov správania sa systému v dlhšom časovom horizonte za predpokladaných podmienok. Poznatky získané uvedeným spôsobom sa využívajú pre optimalizáciu reálneho systému (Gregor, Medvecký, 2010).

konkurencieschopnosť podniku Základné princípy počitačovej simulácie
Obrázok 2 Základné princípy počítačovej simulácie
Zdroj: Gregor, Medvecký, 2010
Simulácia predstavuje osvedčený nástroj pre analýzu dynamických systémov. Simulácie pomáhajú pri identifikácii najvhodnejšej riadiacej stratégie, čo vedie k optimalizácii výkonu analyzovaného výrobného systému.

Internet of Things

Z pohľadu technológie je možné Internet of Things definovať ako možnosť komunikácie a interakcie medzi strojmi, objektmi, prostredím alebo infraštruktúrou. Predstavuje pojem, ktorý spája ľudí, procesy, dáta a veci.

Obrázok 3 Základná rovnica IoT Zdroj: Fell, 2014
Toto je možné prostredníctvom zberu množstva dát, ktoré sú ďalej spracovávané a umožňujú riadiť dané objekty. IoT je možné využiť v oblastiach riadenia a komunikácie ako: machine-to-machine komunikácia, machine-to-infrastructure komunikácia, Telehealth – monitorovanie, monitorovanie dopravy, sledovanie tovaru na cestách, traffic management, diaľkové ovládanie a kontrola, kontrola a sledovanie životného prostredia, aizácia priemyselných aj domácich budov (inteligentné domy) a možnosť sledovania množstva rôznych aplikácií, miest, ale aj zvierat a ďalších objektov. IoT využíva prostriedky ako senzory, cloud, konektivitu, mikroprocesory a iné prvky, ktoré umožňujú plnenie jeho úloh. V podnikoch a celkovo priemysle je väčšinou využívaný širší pojem, a to Internet of Everything. Tento pojem spája tri základné oblasti a to Internet of Things, Internet of People a Internet of Services:

  • Internet of People – ľudia sú medzi sebou poprepájaní, jednou z možností prepojenia a komunikácie je prostredníctvom sociálnych sietí (Facebook, Twitter atď.). Ľudia sú stále riadiacou a kontrolnou jednotkou procesov. Ľudia majú jednu zo základných úloh v IoE.
  • Internet of Services – súvisí s využívaním cloud-u, jeho súčasťou sú napr. databázy, administratívne nástroje, servery, pamäťová kapacita. Ich využitie je napr. pri dodávateľských službách.
konkurencieschopnosť podniku CEIT
Obrázok 4 Internet of Everything

Architektúru IoT tvoria tri základné stavebné kamene, a to: senzory a pohony, embedded  processing, pripojenie a cloud. Senzory slúžia na sledovanie a zistenie stavu prostredia, v ktorom pôsobia. Pohony potom následne vplývajú na toto prostredie a môžu ho meniť. Senzory zachytávajú mechanické, optické, magnetické alebo tepelné signály, ktoré sa následne spracovávajú. Embedded  processing sú zodpovedné za spojenie senzorov a pohonov s rádiovým vysielačom a prijímačom. Využívajú sa v podobe microcontrollers. Pripojenie inteligentných objektov môže mať podobu rôznych sieťových topológií a nie sú obmedzené počtom ani typom použitých komunikačných technológií. Základnou podmienkou fungovania IoT je Internet. Priaznivú budúcnosť pre IoT potvrdzuje stúpajúce množstvo ľudí, ktorí využívajú Internet. Je to oblasť, ktorá zmenila celú spoločnosť a je v podstate nemožné predpokladať, že by sa prestal v spoločnosti využívať. Práve naopak, bude stále pevnejšou súčasťou ľudského života. Toto tvrdenie potvrdzujú aj štatistiky zobrazené na nasledovnom obrázku.

Obrázok 5 Počet užívateľov Internetu vo svete k júl 2016
Zdroj: Internet live stats, 2016

Cloud

Technológia cloud je pevne spätá s IoT - je jednou z jeho základných zložiek. V súčasnosti je potrebné riešiť problémy a úzke miesta z oblasti informatizácie a výroby. Jednou z možností  je riešenie pomocou súborov technológií, pre ktoré sa využíva spojenie cloud manufacturing. Obsahuje viaceré technológie ako cloud, IoT, technológie orientované na služby a iné výkonné technológie. Cloud manufacturing, ďalej ako CMfg, je nová výrobná paradigma funkčnosťou založená na sieťach. Tento systém sa skladá najmä z výrobných zdrojov, schopností a aplikácie výrobného cyklu. CMfg má päť základných charakteristík, ktoré vypovedajú o podmienkach a možnostiach fungovania systému:

  • Poskytovanie služieb na vyžiadanie pre celý životný cyklus výroby – poskytovateľ poskytne IT zdroje (ako server, úložisko, siete a softvér) vo forme služby prostredníctvom Internetu alebo iných podporných systémov (IaaS, PaaS, SaaS) pre výrobný proces podniku.
  • Podporované virtuálne organizácie – poskytované služby sú prispôsobiteľné presným požiadavkám. Cloud môže reagovať okamžite, a v prípade potreby je možné využitie virtuálnej reality. Systém je kompatibilný a má schopnosti pracovať s takýmito prostriedkami. Pomocou nich je možné jednoduchšie riešenie problémov, modelovanie.
  • Inteligentné vnímanie výrobných zdrojov – systém dokáže snímať, zaznamenávať stav a zmeny výrobných zdrojov. Prostredníctvom inteligentných senzorov, čiarových kódov atď. Toto využitie je najmä v oblasti logistiky.
  • Znalosti inteligentnej výroby – znalosti sú pre systém kľúčové. CMfg zhromažďuje všetky výrobné služby s vhodnými znalosťami. Zozbierané znalosti sa využívajú v každej fáze výrobného procesu.
  • Štýl Wikipédie a inovácie založené na výrobe – každá osoba, inštitút alebo podnik môže zdieľať svoje skúsenosti, znalosti a výrobné zdroje. V tom istom okamihu môže iný podnik tieto informácie použiť pri svojich procesoch.

Robotika

Robotika súvisí s inteligentným výrobným systémom. Inteligentný výrobný systém je socio-technický systém s autonómnou schopnosťou. Vďaka tejto schopnosti dokáže identifikovať zmeny v systéme a impulzy okolia, ich príčiny a získané poznatky využiť na reakciu, učenie sa, prispôsobovanie sa všetkým zmenám okolitého prostredia spôsobom podobným ako by reagoval človek. Výhodou inteligentných výrobných systémov je schopnosť rekonfigurability. Je to schopnosť rýchlo, nákladovo efektívne reagovať na trhové a výrobkové zmeny. Súčasťou inteligentných výrobných systémov sa stali priemyselné roboty – manipulačné roboty a priemyselné roboty. Manipulačné roboty sa používajú v rôznych priemyselných odvetviach. Ich podoba je najčastejšie zariadenie s „chápadlami“, pomocou ktorých sa vykonávajú stanovené opakované pohyby. Priemyselné roboty sú definované podľa ISO 8373 ako aicky kontrolované, preprogramovateľné, viacúčelové manipulačné roboty, ktoré majú buď pevné alebo mobilné použitie. Rolu robotiky pre nasledovné roky potvrdzujú aj prognózy Medzinárodnej federácie robotiky (International Federation of Robotics – IFR), ktoré napríklad pre rok 2019 predpovedali využitie viac ako 2,5 milióna priemyselných robotov (viď obrázok nižšie).

Obrázok 6 Celosvetové využitie priemyselných robotov
Zdroj: IFR, 2016
V mnohých priemyselných halách na Slovensku či v Čechách boli doposiaľ nasadzované najmä AGV, sledujúce magnetickú pásku umiestnenú na podlahe, pričom na základe RFID (Radio Frequency Identification) tagov dokážu meniť svoju rýchlosť, zastaviť a komunikovať s nadradenými systémami, ktorými je možné riadiť zložité situácie či križovatky. Z priemyselného prostredia však prichádzajú požiadavky aj na iný druh navigácie, pri ktorom by sa funkcionalita AGV vo väčšej miere presunula do virtuálneho prostredia a ťahače by tak boli flexibilnejšie. Spoločnosť CEIT preto vyvinula vlastný systém navigácie, využívajúci laserový skener navigovaný sústavou referenčných reflexných bodov. Z podlahy sú vylúčené všetky prvky, dráha i tagy sú reprezentované virtuálne a k zmenám dochádza v softvérovom prostredí Map editor. Takto navigované AGV už sú úspešne nasadené priamo v prostredí výrobných hál v automobilovom priemysle (ProIN, 2016).
konkurencieschopnosť podniku AGV CEIT
Obrázok 7 Bezobslužný logistický ťahač AGV CEITruck sledujúci magnetickú pásku vs. využívajúci technológiu navigácie pomocou mapovania skenerom Zdroj: ProIN, 2016

3D tlač

Rapid Prototyping slúži na aizovanú výrobu fyzických modelov pomocou tzv. pridávacích výrobných technológií. Prvé techniky pre Rapid Prototyping sa začali využívať koncom 80. rokov najmä na výrobu modelov a prototypov súčiastok. V súčasnosti sa používajú pre široké spektrum aplikácií a využívajú sa aj na výrobu finálnych súčiastok v menších množstvách. Technológie Rapid Prototyping využívajú virtuálne modely vy­tvorené pomocou systémov počítačom podporovaného navr­hovania CAD, transformujú ich do virtuálnych tenkých hori­zontálnych častí a potom vytvárajú po sebe idúce vrstvy až do ukončenia výroby modelu. Využívaním prídavnej technológie výrobný stroj načítava dáta z CAD systému a následne vytvára vrstvy z kvapaliny, prášku alebo tenkého voskového materiálu a takto tvorí model z množiny prierezov. Tieto vrstvy, ktoré zodpovedajú virtuálnym prierezom CAD modelu, sa aicky spájajú do finálnej podoby. Základnou výhodou technológií Rapid Prototyping je ich schopnosť vytvoriť takmer akýkoľvek tvar alebo geometrický útvar. Technológie Rapid Prototyping sa využívajú v oblasti rýchlej výroby prototypov, rýchlej výroby nástrojov a rých­lej výroby finálnych výrobkov. Aj napriek svojim výhodám majú tie­to zariadenia určité obmedzenia, ktorých vylepšením a odstránením sa využiteľnosť týchto progresívnych technológií ešte podstatne zvýši.

VIRTUÁLNA a rozšírená REALITA

Základom virtuálnej reality je snaha o čo najvernejšie zobrazenie priestorových modelov a scén, manipulácia s nimi, tvorba reálneho sveta, jeho určitej časti so všetkými svojimi zákonitosťami a pravidlami, pohyb v trojrozmernom priestore a to všetko v reálnom čase. Pritom sú využívané základné postupy z oblasti počítačovej grafiky. Virtuálna realita je vlastne posun od jednoduchej (dvojrozmernej) interakcie človeka so strojom do polohy, keď táto interakcia prebieha v trojrozmernom prostredí. Trojrozmerná reprezentácia tejto interakcie môže drasticky zmeniť spôsob práce s počítačom, ako aj produktivitu a potešenie z nej. Tieto metódy bývajú umocňované pomocou použitia špeciálnych periférií, ktoré zaisťujú obrazovú, hmatovú, zvukovú a polohovú interakciu.

Čítaj tiež: konkurencieschopnosť podniku a IMPLEMENTÁCIA STRATÉGIE INDUSTRIE 4.0 DO PODNIKOVÉHO PROSTREDIA

Vlastnosti virtuálnej reality

  • Všetky deje sa uskutočňujú v reálnom čase, pokiaľ možno s okamžitou odozvou na akciu užívateľa
  • Virtuálny svet a objekty v ňom umiestnené majú trojrozmerný charakter alebo aspoň vytvárajú jeho dojem
  • Užívateľovi je umožnené vstupovať do virtuálneho sveta a pohybovať sa v ňom po rozličných dráhach (chodí, lieta, skáče, rýchlo sa presúva na predom definované miesto)
  • Virtuálny svet nie je statický. S jeho časťami môže užívateľ manipulovať. Taktiež virtuálne telesá sa pohybujú po animačných krivkách, ovplyvňujú užívateľa a aj seba navzájom

Virtuálna aj rozšírená realita poskytuje zážitok cez 3D audio a video s vysokým rozlíšením, ale existuje medzi nimi jeden veľký rozdiel. VR je úplne pohlcujúca a vnára užívateľa do izolovanej reality, zatiaľ čo rozšírená realita je len čiastočne pohlcujúca. Vo svete rozšírenej reality sa užívateľ môže rozhliadať pomocou umelých objektov rozšírených vrstiev. V rozšírenej realite používa počítačový algoritmus senzory a markery, aby spozoroval aktuálnu pozíciu fyzických objektov a určil polohu tých simulovaných. Po tom, ako technológia vykreslí obrázok, tak sa objaví cez kameru. VR používa podobné markery a matematické algoritmy, ale prostredie je kompletne simulované. Využitie rozšírenej reality v podnikovom prostredí umožňuje školenie zamestnancov a vytvára tak dokonalý, interaktívny zážitok s viac zmyslami, čo je oveľa účinnejšie ako typické prednášky alebo jednoduché čítanie návodu. Buď podľa pokynov na obrazovke alebo pomocou vrstvenej grafiky si môžu užívatelia zobraziť zložité procesy alebo dané výzvy a poučenie o určitej úlohe  krok za krokom. Za použitia týchto metód AR ponúka možnosť zväčšiť hĺbku tréningového procesu, zatiaľ čo ho v rovnakom čase zrýchľuje. Rozšírená realita tiež sľubuje lepšie znalosti v oblasti opráv, kde aj neskúsení ľudia môžu opraviť zložité stroje. Preukázaním každej súčiastky stroja a poukázaním presne na to, čo je potrebné urobiť pre prístup následnú opravu, môžu presahy AR ilustrovať krok za krokom proces opravy prakticky čohokoľvek. Na pracovisku má AR sľubné praktické využitie, ako napríklad možnosť pre inžiniera vidieť prekrytie jednotlivých strojov s opravnými informáciami alebo senzorovými meraniami, ako napríklad teplota.

Poďakovanie

Tento článok vznikol v rámci projektu Nízkonákladový logistický systém na báze mobilných robotických platforiem pre využitie v priemysle, ITMS: 26220220205 s podporou z Operačného programu výskum a vývoj.

„Podporujeme výskumné aktivity na Slovensku/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ.“

Použitá literatúra

  1. GREGOR, M., MEDVECKÝ, Š. 2010. Digital factory - theory and practice. In Engineering the future. Rijeka: Sciyo, 2010. 355-376 s. ISBN 978-953-307-210-4.
  2. FELL, M. 2014. Roadmap for The Emerging Internet of Things. [cit. 16.4.2017] < http://sweden.nlembassy.org/binaries/content/assets/postenweb/z/zweden/netherlands-embassy-in-stockholm/iot_roadmap_final_draft_0309145.pdf>
  3. IFR – World Robotics Industrial robots 2016 [cit. 21.4.2017] https://ifr.org/ifr-press-releases/news/world-robotics-report-2016
  4. ProIN – Mobilné robotické systémy CEIT navádzané laserovým skenerom. In ProIN: dvojmesačník CEIT, a.s., ročník: 17, 2/2016, s. 21-23
Autor:  Ing. Ján Lábaj PhD., 

CEIT a.s., Univerzitná 8661/6A, 010 08 Žilina, Slovensko